KR101343581B1

KR101343581B1 - 휴대 단말기 및 그 충전 장치

Info

Publication number: KR101343581B1
Application number: KR1020070061806A
Authority: KR
Inventors: 이광준
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2013-12-19
Also published as: KR20080112844A

Abstract

본 발명은 휴대 단말기의 충전시 인가되는 과전압으로부터 단말기를 보호할 수 있는 휴대 단말기 및 그 충전 장치에 관한 것이다. 본 발명은 일정 전압 이상의 전원이 인가되면 차단하고, 상기 일정 전압 이하의 전원만 출력하는 과전압 방지부와, 상기 과전압 방지부를 통해 출력된 전원을 이용해 배터리 충전을 수행하는 충전기와, 상기 과전압 방지부를 통해 안정적인 전원이 지속적으로 인가될 경우, 상기 충전기를 제어하여 배터리를 충전하는 컨트롤러를 포함하여 구성한다. 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 전원공급과 데이터 통신을 단일 USB 커넥터로 표준화시킬 수 있으므로 전원 케이블 및 전원 커넥터가 별도로 필요 없기 때문에 단말기의 제작 비용과 복잡성을 줄여주는 효과, 기존의 정격전압이 제대로 공급되지 않는 USB 타입 전원 어댑터에 의해 단말기의 손상이나 번아웃(Burn out) 되는 위험으로부터 보호할 수 있는 효과 및 과전압 방지회로와 충전기 회로를 단일 칩으로 구성하여 부품을 소형화시키는 효과가 있다.

휴대 단말기, 과전압 방지, 충전기

Description

휴대 단말기 및 그 충전 장치{PORTABLE TERMINAL AND IT'S CHARGING APPARATUS}

도 1은 USB 포트를 통해 휴대 단말기의 배터리 충전과 데이터 통신을 동시에 수행하는 예를 설명하기 위한 도면.

도 2a는 USB 케이블을 삽입할 수 있는 소켓을 구비하는 USB 타입 AC 전원 어댑터를 도시한 도면.

도 2b는 USB 케이블을 삽입할 수 있는 소켓을 구비하는 USB 타입 차량용 전원 어댑터를 도시한 도면.

도 3은 종래의 휴대 단말기에 구비된 듀얼 충전기의 구성을 보인 도면.

도 4는 본 발명에 관련된 충전장치를 구비한 휴대 단말기의 구성을 보인 도면.

도 5는 본 발명에 관련된 충전장치에 구비된 과전압 방지회로의 특성을 설명하기 위한 그래프가 도시된 도면.

도 6은 본 발명에 관련된 충전장치에 구비된 과전압 방지회로의 특성을 설명하기 위한 다른 그래프가 도시된 도면.

도 7은 본 발명에 관련된 과전압 방지기능을 갖는 충전장치의 간략한 스위칭 회로의 일 예를 보인 도면.

도 8은 본 발명에 관련된 충전장치를 포함하는 일 예의 전원관리 모듈의 구성을 설명하기 위한 도면.

도 9는 상기 도8에서 과전압 방지회로를 추가로 구비하는 일 예의 전원관리 모듈의 구성을 설명하기 위한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

410 : 충전단자 420 : 충전기

430 : 배터리 440 : 컨트롤러

본 발명은 휴대 단말기의 충전시 인가되는 과전압으로부터 단말기를 보호할 수 있는 휴대 단말기 및 그 충전 장치에 관한 것이다.

종래의 휴대용 단말기는 전원 어댑터를 이용한 배터리의 충전 방식만 지원되었다. 그러나, 최근에는 USB(Universal Serial Bus) 포트를 이용한 충전 방식도 점차로 지원되고 있다.

따라서, 최근의 휴대용 단말기는 도1에 도시된 바와 같이 USB 포트(101)가 있는 컴퓨터(102)와 연결되여, 배터리 충전과 단말-컴퓨터간 데이터 통신을 동시에 수행할 수 있게 되었다.

그러나, 최근 도2A 및 도2b에 도시된 바와 같은, USB 케이블을 이용할 수 있는 전원 어댑터가 공급되면서, USB 포트(203)를 통해 과전압(Over voltage)이 인가 되는 사례가 증가하고 있으며, 그로 인해 단말기의 컨트롤러가 번아웃(Burn out)되는 경우가 많이 발생하고 있다.

여기서, 도2A는 AC 전원 어댑터에 USB 케이블을 삽입할 수 있는 소켓을 구비하는 USB 타입 전원 어댑터(201)와 USB 케이블(202)을 도시한 도면이고, 도2b는 차량용 전원 소켓(예 : 시가잭 소켓)에 삽입할 수 있는 차량용 USB 타입 전원 어댑터를 도시한 도면이다. 상기 차량용 USB 타입 전원 어댑터에도 도2A에 도시된 바와 같은 동일한 형태의 USB 케이블(202)을 사용할 수 있다.

이하에서는, 종래의 휴대용 단말기에 구비된 충전 회로의 구성에 대해서 첨부된 도3을 참조하여 설명한다.

도3은 종래의 휴대용 단말기에 구비된 듀얼 충전기(Dual Charger)의 구성을 보인 도면으로서, 휴대용 단말기의 충전단자(310)에는 전원 어댑터(미도시)에서 출력된 전원을 인가받기 위한 단자(TA, 301)와, USB 포트를 통해 출력된 전원을 인가받기 위한 단자(USB, 302)가 구비되어 있다.

상기 각 단자(301, 302)를 통해 입력받은 전원은, 그 전압 레벨이 서로 다르며, 그 전원을 처리하는 경로도 서로 다르다. 따라서, 상기 각 전원을 이용한 배터리(330)의 충전기(charger)도 각각 구비해야 되지만, 최근에는 제작 단가를 고려하여 단일 칩으로 이루어진 듀얼 충전기(320)를 이용한다.

보다 구체적으로, 전원 어댑터의 전원을 이용하는 충전기는 단지 두개의 단자(VCC, GND)를 필요로 하며, 이를 고려해 충전기에서 견딜 수 있는 내압은 약 28V로 설계된다. 그러나, USB 포트를 이용하는 충전기는 네 개의 단자(VBUS, D+, D-, GND)를 필요로 하며, 컴퓨터의 USB 포트에서 출력되는 전압 레벨이 약 5V 정도에서 일정하기 때문에, 충전기에서 견딜 수 있는 내압은 약 7V로 설계된다.

참고로, 상기 내압은 충전기(320)의 제작 단가에 영향을 미친다.

그러나, 최근 USB 타입 전원 어댑터의 불량 및 불안정한 전원 소스(특히, 자동차 전원)로 인하여, 상기 USB 포트를 이용하는 충전기의 내압(약 7V)보다 높은 과전압이 인가되는 경우가 증가하면서, 그로 인해 충전기가 번아웃(Burn out) 되는 경우도 많이 발생하고 있다. 또한, 상기 충전단자(310)를 통해 입력되는 전원을 검출하는 단말기의 컨트롤러(340)에 과전압이 직접 인가되면서, 컨트롤러(340)가 번아웃(Burn out)되는 경우도 많이 발생하고 있다.

따라서, 본 발명은 휴대 단말기의 충전 시 입력되는 과전압으로부터 단말기의 칩을 보호하기 위한 과전압 방지회로를 구비하는 휴대 단말기 및 그 충전 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 과전압 방지회로를 구비한 단일 칩 형태의 듀얼 충전기를 구비하는 휴대 단말기 및 그 충전 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 과전압 방지회로를 구비한 단일 칩 타입의 듀얼 충전기와 그 듀얼 충전기를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 휴대 단말기 및 그 충전 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일정 전압 이상의 전원이 인가되면 차단하고, 상기 일정 전압 이하의 전원만 출력하는 과전압 방지부와, 상기 과전 압 방지부를 통해 출력된 전원을 이용해 배터리 충전을 수행하는 충전기와, 상기 과전압 방지부를 통해 안정적인 전원이 지속적으로 인가될 경우, 상기 충전기를 제어하여 배터리를 충전하는 컨트롤러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 휴대 단말기의 TA(Travel Adapter) 또는 USB(Universal Serial Bus)를 통해 전원을 인가받아, 그 전원의 전압이 일정 레벨 이상이면 차단하고 일정 레벨 이하의 전원만 출력하는 과전압 방지부와; 컨트롤러의 제어에 의해 상기 과전압 방지부를 통해 출력된 전원으로 배터리 충전을 수행하는 충전기;를 단일 칩의 형태로 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다. 또한, 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어서, 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대하여는 동일한 부호를 부여하여 설명하기로 한다.

도4는 본 발명에 관련된 충전장치를 구비한 휴대 단말기의 구성을 보인 블록도이다. 여기서, 상기 휴대 단말기는 2.5G/3G 휴대폰, PDA/스마트 폰, 블루투스 헤드 셋, PMP, 휴대용 게임기, 디지털 카메라, 디지털 캠코더 및 GPS 단말기를 포함한다. 특히 데이터통신과 전원공급이 모두 가능한 단일 USB 커넥터를 사용하는 휴대 가능한 기기를 의미한다.

도4를 참조하면, 상기 휴대 단말기는, 충전단자(410)와, 과전압 방지부(421) 및 듀얼 충전기(422)가 단일 칩 형태로 구성되는 충전기(420)와, 배터리(430), 상기 배터리(430)의 전압과 충전기(420)에 인가되는 전압을 검출 및 비교하여 상기 배터리(430)의 충전을 제어하는 컨트롤러(440)를 포함하여 구성된다.

상기 충전단자(410)는 전원 어댑터(미도시)에서 출력된 전원을 인가받기 위한 단자(TA, 401)와, USB 포트를 통해 출력된 전원을 인가받기 위한 단자(USB, 402)를 구비한다.

상기 충전기(420)는 상기 컨트롤러(440)의 제어를 받아, 상기 TA 단자(411)와 USB 단자(412)를 통해 인가받은 전원을 이용해 배터리(430)를 충전할 수 있도록 일정 전압의 전류를 안정적으로 출력한다.

상기 충전기(420)는 단일 칩 형태로 구성되며, 상기 각 단자(411, 412)를 통해 과전압이 인가될 경우, 그 전원을 차단시키기 위한 과전압 방지부(421)를 구비한다.

이때, 상기 충전기(420)는 상기 충전 제어신호에 의해 스위칭되는 일종의 스위칭 소자를 구비하고 있는데, 그 스위칭 소자를 제어하는 방법에 대해서는 이하에서 다른 도면을 참조하여 설명한다.

상기 과전압 방지부(421)는 적어도 각 전원 입력에 대하여 약 28V의 내압을 갖도록 구성하며, 상기 과전압 방지부(421)를 통해 약 5V의 안정적인 전압을 출력하므로, 듀얼 충전기(422)의 내압을 약 7V 정도로 낮출 수 있게 된다. 이로써, 충전기(420)의 제작 단가 및 사이즈를 줄이는데 기여할 수 있게 된다.

도5 내지 도6은 상기 과전압 방지부(421)의 특성을 설명하기 위해 도시된 도 면으로서, 특히 USB 포트를 통해 입력되는 전원을 처리하는 경로의 과전압 방지회로의 특성을 설명하기 위한 것이다.

통상적으로, USB 데이터 통신을 위해서는 그 특성상 USB 트랜시버를 먼저 구동해야되므로, Vbus 단자를 통한 구동 전원이 먼저 인가된 후, D+, D- 단자를 통한 신호가 인가되어야 한다.

따라서, 과전압 방지부(421)를 통한 Vbus 전원의 인가 시간이 지연될 경우, 즉, Vbus를 통한 전원이 D+, D- 보다 늦게 인가될 수 있으며, 이 경우 USB 통신을 위한 USB 트랜시버가 구동되지 않을 수 있으므로, 상기 과전압 방지부(421)는 이를 고려하여 설계되어야 한다.

즉, 상기 USB 경로측 과전압 방지회로는, 규격상 USB 전압이 최대 5.5V 이므로, 과전압 차단을 위한 기준전압(OVLO : Over Voltage Lock Out)을 5.5V 미만으로 설정할 경우, USB 데이터 케이블이 삽입되었을 때 발생하는 순간적인 오버슈트(Overshoot)에 의해서도 Vbus를 통해 인가되는 전원을 차단하게 되므로, D+, D- 신호가 먼저 인가될 수 있고, Vbus 전원이 늦게 인가됨으로 인하여 통신상 에러가 발생할 가능성이 있다.

따라서, 본 발명에서는 컨트롤러를 통해 상기 과전압 방지부를 제어하기 위한 두 개의 기준전압(OVLO1, OVLO2)을 설정하여, 오버슈트가 발생할 수 있는 초기 일정시간(T1) 동안에는 약 6V 이상 높게 설정된 제2 기준전압(OVLO2)을 적용하여 과전압을 차단하고, 그 시간 이후에는 5.5V 미만으로 낮게 설정된 제1 기준전압(OVLO1)을 적용하여 과전압을 차단하도록 하는 것이다.

즉, 오버슈트로 발생하는 과전압은 비록 그 전압 레벨은 높지만 그 과전압의 지속시간이 짧아, 충전기나 USB 트랜시버가 번아웃 될 정도로 영향을 받지 않기 때문에, 그 오버슈트가 발생할 동안에 Vbus를 통해 인가되어야 할 전원(오버슈트에 의해 과전압이 포함된 전원)이 차단되는 것을 방지하는 것이다.

상기와 같이 본 발명에서는 Vbus 단자를 통해 USB 전압이 인가되는 초기에는 과전압 방지회로에 제2 기준전압(OVLO2)을 적용하여, 오버슈트로 인한 과전압에 의해 전원이 차단되지 않도록 함으로써 USB 통신 에러를 방지하고, 약 수십ms 정도의 소정시간(T1) 이후에는 제1 기준전압(OVLO1)을 적용하여 연속적인 과전압을 차단함으로써 충전기나 USB 트랜시버의 번아웃을 방지한다.

도6은 초기 USB 전원 케이블을 연결한 후 일정시간(T1) 이후에도 28V의 과전압이 연속적으로 인가되는 경우, 그 과전압을 차단하는 과정을 설명하기 위한 일 예의 도면이다.

도6을 참조하면, USB 타입 전원 어댑터 등의 고장에 의해, 초기 USB 케이블을 연결할 때 발생하는 오버슈트가 발생하는 일정시간(T1) 이후에도, 5.5V 이상의 과전압이 연속해서 인가될 경우에, 과전압 방지회로에서 상기 인가되는 과전압을 차단함으로써 충전기나 USB 트랜시버의 손상을 방지하게 된다.

상술한 바와 같이 상기 컨트롤러(440)의 전압 검출포트(441, 442)에 입력되는 전압도, 상기 과전압 방지부(421)를 통해 출력된 약 5V의 안정적인 전압이므로, 상기 컨트롤러(440)를 번아웃(Burn out)의 위험으로부터 보호할 수 있는 효과를 얻게 된다.

아울러, 상기 컨트롤러(440)는 상기 전압 검출포트(441, 442)를 통해 입력된 전압과 배터리(430)의 전압을 비교하고, 배터리의 전압이 낮을 경우에 충전 제어신호를 충전기(420)에 출력하여 배터리(430)에 충전 전류를 인가하도록 제어한다.

여기서, 상기 컨트롤러(440)는 전원관리 모듈(Power Management IC), 휴대 단말기의 아날로그 모뎀 혹은 디지털 모뎀(Analog or Digital Baseband Modem) 중 어느 하나가 될 수 있다.

도7은 본 발명에 관련된 과전압 방지기능을 갖는 충전기의 간략한 스위칭 회로를 보인 도면으로서, 과전압 방지 기능을 갖는 제1 스위칭 소자(712)에 의한 전원경로에, 과전압 방지 기능을 갖는 제2 스위칭 소자(711)를 이용한 바이패스(Bypass) 경로를 추가한 두 개의 경로를 구현한다.

예컨대, 제1 스위칭 소자(711)의 규격이 0.2A, 28V 라면, 제2 스위칭 소자(712)는 1A, 28V 가 될 수 있으며, 상기와 같은 바이패스 경로를 통해 인가전압을 검출할 수 있도록 함으로써, 컨트롤러의 USB 트랜시버와 충전기 검출부의 포트를 보호할 수 있다. 상기 바이패스 경로를 포함하는 두 개의 경로를 갖는 구성은 TA 단자를 통한 전원 인가회로 및 USB 단자를 통한 전원 인가회로에도 적용할 수 있다.

한편, 상기 전원관리 모듈(PMIC)은 충전기를 제어하는 컨트롤러의 기능을 수행할 수 있는 모듈로서, 도8에 도시된 바와 같이, 충전기(811) 및 USB 데이터를 송수신하기 위한 USB 트랜시버(transceiver)(812)를 내장할 수 있다.

이때, 상기 충전기(811)는 전원 어댑터에서 출력되는 전원을 이용한 충전과, USB 포트를 통해 출력되는 전원을 이용해 충전할 수 있는 듀얼 충전기이다. 이때, 내압은 자동차에서 출력 가능한 최대 전원(약 24V)을 고려하여 28V 정도로 설계하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, USB 트랜시버(812)의 내압도 28V로 설계하는 것이 안정적이다.

그러나, 도9에 도시된 바와 같은, 과전압 방지회로(911)를 추가로 구비할 경우, 상기 충전기(912) 및 USB 트랜시버(913)의 내압을 더 낮게 설계할 수 있음은 자명하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전원공급과 데이터 통신을 단일 USB 커넥터로 표준화시킬 수 있으므로 전원 케이블 및 전원 커넥터가 별도로 필요 없기 때문에 단말기의 제작 비용과 복잡성을 줄여주는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존의 정격전압이 제대로 공급되지 않는 USB 타입 전원 어 댑터에 의해 단말기의 손상이나 번아웃(Burn out) 되는 위험으로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 과전압 방지회로와 충전기 회로를 단일 칩으로 구성하여 부품을 소형화시키는 효과가 있다.

Claims

일정 전압 이상의 전원이 인가되면 차단하고, 상기 일정 전압 이하의 전원만 출력하는 과전압 방지부와;

상기 과전압 방지부를 통해 출력된 전원을 이용해 배터리 충전을 수행하는 충전기와;

상기 과전압 방지부를 통해 안정적인 전원이 지속적으로 인가될 경우, 상기 충전기를 제어하여 배터리를 충전하는 컨트롤러;를 포함하고,

상기 과전압 방지부는, 과전압 차단을 위한 적어도 두 개의 기준전압을 구비하며, 상기 컨트롤러의 제어에 의해 처음 일정시간 동안 상기 두 개의 기준전압 중 상대적으로 높은 레벨의 기준전압을 적용하여 과전압을 차단하고, 그 시간 이후에는 상기 두 개의 기준 전압 중 상대적으로 낮은 레벨의 기준전압으로 변경하여 과전압을 차단하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제1항에 있어서,

상기 과전압 방지부, 충전기 또는 컨트롤러는 적어도 둘 이상이 서로 결합 된 단일 칩으로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,

USB 데이터를 송수신하기 위한 USB 트랜시버를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제1항에 있어서, 상기 전원은,

휴대 단말기의 TA(Travel Adapter) 또는 USB(Universal Serial Bus) 포트를 통해 인가되는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제1항에 있어서,

상기 과전압 방지부의 내압은 적어도 24V 이상인 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,

전원관리 모듈(Power Management IC), 휴대 단말기의 아날로그 모뎀 혹은 디지털 모뎀(Analog or Digital Baseband Modem) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
제1항에 있어서, 상기 충전기는,

과전압 방지를 위한 적어도 두 개의 스위칭 소자를 이용해 바이패스(Bypass) 모드를 추가한 적어도 두 개의 전원 경로를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.
휴대 단말기의 TA(Travel Adapter) 또는 USB(Universal Serial Bus)를 통해 전원을 인가받아, 그 전원의 전압이 일정 레벨 이상이면 차단하고 일정 레벨 이하의 전원만 출력하는 과전압 방지부와;

컨트롤러의 제어에 의해 상기 과전압 방지부를 통해 출력된 전원으로 배터리 충전을 수행하는 충전기;를 단일 칩의 형태로 구성하고,

상기 과전압 방지부는, 과전압 차단을 위한 적어도 두 개의 기준전압을 구비하며, 상기 컨트롤러의 제어에 의해 처음 일정시간 동안 상기 두 개의 기준전압 중 상대적으로 높은 레벨의 기준전압을 적용하여 과전압을 차단하고, 그 시간 이후에는 상기 두 개의 기준 전압 중 상대적으로 낮은 레벨의 기준전압으로 변경하여 과전압을 차단하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기의 충전 장치.