KR101354971B1 - 마그네틱 전원 커넥터 및 이를 이용한 전원공급 장치 - Google Patents

마그네틱 전원 커넥터 및 이를 이용한 전원공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네틱 전원 커넥터 및 전원공급 장치에 관한 것으로, 전자기기의 전원단에 접속되며, 일측에 전원단자와 접지단자 및 시그널단자가 형성되고, 상기 접지단자와 시그널단자가 일체로 형성되는 팁과, 상기 팁의 각 단자와 접촉되며, 각기 분리된 전원단자와 접지단자 및 시그널단자를 구비하고, 외부의 전원공급기로부터 출력된 전원을 결합된 상기 팁으로 전달하는 커넥터, 및 상기 커넥터 및 팁 중 적어도 어느 하나에 내장되어 그에 대응되는 상기 팁 또는 커넥터를 자기적으로 결합시키는 마그네트;를 제공한다.

Description

마그네틱 전원 커넥터 및 이를 이용한 전원공급 장치{MAGNETIC POWER CONNECTER AND POWER SUPPLY USING THE SAME}
본 발명은 전원 커넥터에 관한 것으로, 특히 전기/전자기기의 전원단에 결합되어 외부로부터 입력된 직류전원을 해당 기기로 공급하는 마그네틱 전원 커넥터 및 이를 이용한 전원공급 장치에 관한 것이다.
각종 전기/전자기기(이하, 전자기기로 칭함)는 어댑터와 같은 전원공급기를 통해, 직류전원을 공급받거나 내장된 배터리를 충전하게 된다. 어댑터는 입력된 상용 교류전원을 설정된 직류전압으로 변환하는 장치이다.
일반적으로 전자기기와 어댑터의 전원 커넥터는 도 1에 도시된 바와 같다. 예컨대, 노트북과 같은 전자기기(1)는 어댑터(5)를 통해 직류전원을 제공받는다. 여기서, 전자기기(1)의 일측에는 전원단인 암커넥터(2)가 형성되어 있다. 어댑터(5)의 케이블(6)의 일단에는 수커넥터(7)가 연결되어 있고, 타측에는 플러그(8)가 연결되어 콘센트로부터 상용 교류전원을 입력받는다.
이와 같이 전자기기(1)는 직류전원을 공급받기 위해서는 암커넥터(2)에 어댑터(5)의 수커넥터(7)가 결합되어야 한다.
하지만, 수커넥터를 암커넥터에 삽입하여 연결하는 방식은 연결 과정에서 커넥터의 손상이 발생될 수 있으며, 또한 기기에 설치된 암커넥터를 찾아서 수커넥터를 수직으로 삽입하거나 뽑아야 하는 등의 여러가지 불편함이 존재한다. 이러한 불편함을 개선하기 위하여 마그네틱을 커넥터에 이용한 사례는 오래전부터 개발되어 일본공개특허 제1988-274070호(공개일: 1988.11.11, 명칭: 커넥팅 장치)와 미국공개특허 제2010-0080563호(공개일: 2010.04.01, 명칭: MAGNETIC CONNECTOR WITH OPTICAL SIGNAL PATH) 및 미국공개특허 제2012-0021619호(공개일: 2012.01.26, 명칭: PROGRAMMABLE MAGNETIC CONNECTORS) 등에서 소개되었다.
한편, 최근에 들어와서는 분리된 팁을 사용하여 여러 종류의 전자기기에 전압을 변화시키기 위하여 기구적인 스위치를 사용(미국특허등록 제7,377,805호, 미국특허등록 제7,701,084호)하거나, 대기전력을 감소시키기 위하여 어댑터 본체의 내부회로를 단락시킬 수 있는 스위치를 사용한 커넥터에 장착한 새로운 개념의 어댑터가 소개되었다. 이러한 신개념의 어댑터는 대기전력을 감소시키거나 여러 종류의 전자기기에 편리하게 사용될 수 있다는 특징을 갖고 있으나, 커넥터에 스위치의 장착에 필요한 공간 때문에 커넥터의 부피가 커지고 비용이 상승하는 문제가 있다.
본 발명은 전자기기의 전원단에 연결되는 커넥터를 마그네틱 타입으로 구성함으로써, 자기적인 결합 방식에 의해 사용상의 편의성과 안정성을 높일 수 있는 마그네틱 전원 커넥터 및 이를 이용한 전원공급 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 암 커넥터와 수 커넥터의 단락이 스위치를 대신할 수 있다는 점과 한쪽 커넥터에 단자의 모양을 달리하여 어댑터 본체에 온/오프 기능을 효과적으로 수행할 수 있는 마그네틱 커넥터 및 이를 이용한 전원공급 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 전자기기의 전원단에 결합되는 팁과 전원공급기의 일측에 연결된 커넥터가 서로 자기적으로 결합될 때 결합 여부를 표시함과 아울러 결합 상태에 따라 출력전압을 가변할 수 있는 마그네틱 커넥터를 이용한 전원공급 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네틱 전원 커넥터는, 전자기기의 전원단에 접속되며, 일측에 전원단자와 접지단자 및 시그널단자가 형성되고, 상기 접지단자와 시그널단자가 일체로 형성되는 팁; 상기 팁의 각 단자와 접촉되며, 각기 분리된 전원단자와 접지단자 및 시그널단자를 구비하고, 외부의 전원공급기로부터 출력된 전원을 결합된 상기 팁으로 전달하는 커넥터; 및 상기 커넥터 및 팁 중 적어도 어느 하나에 내장되어 그에 대응되는 상기 팁 또는 커넥터를 자기적으로 결합시키는 마그네트;를 포함하며, 상기 팁에 형성된 단자의 형상에 따라, 상기 팁과 커넥터의 결합시 다른 시그널을 제공할 수 있다.
상기 팁의 시그널단자는, 상기 커넥터와의 접속 상태 감지 또는 상호 통신을 하기 위한 제1 시그널단자 및 상기 커넥터로부터 전달되는 설정 전압을 가변시키기 위한 제2 시그널단자 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 팁이 제1 시그널단자 및 제2 시그널단자를 포함할 경우, 상기 팁의 접지단자는 제1 시그널단자 및 제2 시그널단자 중 적어도 어느 하나와 일체로 형성될 수 있다.
상기 커넥터의 시그널단자는, 상기 팁과의 접속 상태를 감지하여 전원공급기의 전원출력 여부를 결정하여 대기전류를 감소시키기 위한 제1 시그널단자; 및 상기 팁으로 공급되는 설정 전압을 가변시키기 위한 제2 시그널단자;를 포함할 수 있다.
상기 커넥터의 전원단자와 접지단자 및 시그널단자는 분리되어 형성되며, 상기 커넥터의 시그널단자는, 상기 팁과의 접속 상태를 감지 또는 상호 통신을 하기 위한 제1 시그널단자; 및 상기 팁으로 공급되는 설정 전압을 가변시키기 위한 제2 시그널단자;를 포함할 수 있다. 상기 커넥터의 전원단자와 제1 시그널단자 사이에는 저항체가 연결되며, 상기 저항체와 제1 시그널단자 사이에 상기 커넥터와 팁과의 결합 여부를 표시하는 발광소자가 설치될 수 있다.
상기 팁의 각 단자와 커넥터의 각 단자는 각각 동일한 평면상에 형성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 마그네틱 커넥터를 이용한 전원공급 장치는, 전자기기의 전원단에 접속되며, 일측에 전원단자와 접지단자 및 시그널단자가 형성되고, 상기 접지단자와 시그널단자가 일체로 형성되는 팁; 상기 팁의 각 단자와 접촉되며, 각기 분리된 전원단자와 접지단자 및 시그널단자를 구비하고, 외부의 전원공급기로부터 출력된 전원을 결합된 상기 팁으로 전달하는 커넥터; 상기 커넥터 및 팁 중 적어도 어느 하나에 내장되어 그에 대응되는 상기 팁 또는 커넥터를 자기적으로 결합시키는 마그네트; 및 상기 커넥터의 각 단자와 전기적으로 연결되어, 상기 커넥터의 시그널단자로부터 피드백되는 신호에 따라 상기 커넥터의 전원단자로 출력되는 전압을 가변 제어하는 전원공급기;를 포함할 수 있다.
상기 전원공급기는, 상기 커넥터와 팁 간의 시그널단자와의 결합 여부에 따라 서로 다른 전압의 피드백신호를 출력하는 출력결정부; 및 상기 출력결정부를 통해 검출된 신호에 따라 상기 커넥터의 전원단자로 출력되는 전압을 가변 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 출력결정부는, 상기 커넥터의 전원단자 및 접지단자 사이에 직렬로 연결된 복수의 저항체; 및 상기 복수의 저항체 사이의 공통접점인 피드백노드 및 상기 피드백노드와 커넥터의 시그널단자 사이에 형성된 저항체;를 구비하고, 상기 제어부는 피드백노드에 걸리는 전압을 검출하여 출력전압을 제어할 수 있다.
상기 전원공급기는, 입력된 직류전압을 설정된 PWM 제어신호에 따라 필요한 전압으로 강압 또는 승압하여 출력하는 전압변환부; 상기 커넥터와 팁 간의 제2 시그널단자와의 결합 여부에 따라 서로 다른 전압의 피드백신호를 출력하는 출력결정부; 상기 출력결정부를 통해 검출된 신호에 따라 상기 커넥터의 전원단자로 출력되는 전압을 가변시키기 위하여 상기 전압변환부를 제어하는 제어부; 및 상기 커넥터의 제1 시그널단자로부터 피드백되는 신호에 따라 상기 전압변환부의 작동을 온/오프시키는 온오프제어부;를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 전자기기의 전원단에 연결되는 커넥터를 마그네틱 타입으로 구성함으로써, 자기적인 결합 방식에 의해 사용상의 편의성과 안정성을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 전자기기의 전원단에 결합되는 팁과 전원공급기의 일측에 연결된 커넥터가 서로 자기적으로 결합될 때 결합 여부를 표시함과 아울러 결합 상태에 따라 출력전압이 가변되도록 함에 따라 간단한 방식으로 사용상의 편의성과 범용성을 확대할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 의한 기기의 전원 커넥터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 마그네틱 전원 커넥터를 나타낸 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전원 커넥터를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전원 커넥터를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 전원 커넥터를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전원 커넥터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 전원공급기를 나타낸 개념도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전원공급기를 나타낸 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 의한 마그네틱 전원 커넥터를 나타낸 개념도로서, 마그네틱 전원 커넥터(100)는 팁(110)과 커넥터(150)를 포함한다.
팁(110)과 커넥터(150)는 도시된 바와 같이 서로 구조적으로 대응되는 형태로 이루어져 있으며, 필요에 따라 대응되는 단자끼리 요철 형상으로 형성될 수도 있다.
팁(110)은 일측에 전자기기(10)의 전원단(15)에 삽입되는 수커넥터(101)가 형성되며, 타측의 동일 평면상에 전원단자(111)와 접지단자(113) 및 시그널단자(115, 117)가 상자성체 및 비자성체 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 여기서, 팁(110)의 각 단자(111~117)가 비자성체일 경우 팁 내부에 상자성체가 설치될 수 있다. 또한, 팁(110)의 접지단자(113)와 시그널단자(115, 117)는 구조적으로 일체로 형성되거나 또는 접지단자(113)와 시그널단자(115, 117)가 서로 분리되어 형성되되 전기적으로 서로 연결(short)되도록 구성될 수 있다. 또한, 팁(110)의 전원단자(111)와 접지단자(113) 및 시그널단자(115, 117)는 동일한 평면상에 형성될 수 있다.
커넥터(150)는 팁(110)의 각 단자(111~117)와 면접촉 또는 점접촉되는 전원단자(151; +)와 접지단자(153; -), 제1 시그널단자(155; S1) 및 제2 시그널단자(157; S2)를 구비하며, 외부로부터 공급된 전원을 전원단자(151)를 통해 전자기기(10) 측으로 전달한다. 여기서, 커넥터(150)의 전원단자(151)와 접지단자(153) 및 시그널단자(155, 157)는 구조적으로 분리되어 형성되며, 팁(110)의 전원단자(111)와 접지단자(113) 및 시그널단자(115, 117)는 동일한 평면상에 형성될 수 있다. 본 발명에서는 커넥터(150)의 시그널단자가 제1 시그널단자(155)와 제2 시그널단자(157)로 구성되는 것으로 도시하였으나, 이 중 어느 하나의 시그널단자로만 구성될 수도 있다.
여기서, 커넥터(150)의 제1 시그널단자(155)는 팁(110)과의 접속 상태를 감지하거나 팁과의 접속 상태를 감지하여 전원공급기의 전원출력 여부를 결정하여 대기전류를 감소시전원 출력 여부를 결정하거나 또는 상호 통신 등의 기능을 위한 것이고, 제2 시그널단자(157)는 팁(110)을 통해 전자기기(10)로 출력되는 전압을 가변시키기 위한 기능을 갖는다. 하지만, 커넥터(150)의 시그널단자(155, 157)에 대응되는 팁(110)의 시그널단자(115, 117)는 전자기기(10)로 출력하는 전압에 따라 장착 여부 또는 형상이 달라질 수 있다. 예컨대, 제1 설정전압인 16V를 전자기기(10)로 공급하고자 할 경우 팁(110)의 시그널단자는 커넥터(150)와 접속 상태를 감지하기 위한 제1 시그널단자(115)만 포함할 수 있다. 만일, 제2 설정전압인 19V를 전자기기(10)로 공급하고자 할 경우 팁(110)의 시그널단자는, 커넥터(150)와 접속 상태를 감지하기 위한 제1 시그널단자(115) 및 상기 커넥터(150)로부터 전달되는 설정 전압을 가변시키기 위한 제2 시그널단자(117)를 모두 포함할 수 있다. 즉, 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)와 팁(110)의 제2 시그널단자(117) 간의 결합 여부에 따라 전원공급기(50)에서는 출력전압을 결정하는 것이다. 이와 같이 본 발명에서는 팁(110)의 접지단자(113)가 제1 시그널단자(115) 및 제2 시그널단자(117) 중 적어도 어느 하나가 일체로 형성되는 데, 커넥터(150)와 결합되는 팁(110)의 단자(113~117)의 형상에 따라 팁(110)과 커넥터(150)의 결합시 서로 다른 시그널을 전원공급기(50)로 제공하게 된다.
한편, 팁(110)과 커넥터(150)의 각 단자는 동일한 평면상에 동일한 높이로 형성되는 것으로 예시하였지만, 커넥터(150)를 팁(110)에 결합시 장착 방향성을 위하여 커넥터(150)의 각 단자와 팁(110)의 각 단자는 서로 다른 높이로 형성될 수 있으며, 이때에는 서로 대응되는 단자 간의 접촉이 가능하도록 높이를 설정하는 것이 중요하다.
아울러, 커넥터(150)의 전원단자(151)와 제1 시그널단자(155)는 소정의 저항체(미 도시됨)를 통해 전기적으로 연결되며, 저항체와 제1 시그널단자(155) 사이에 커넥터(150)와 팁(110)과의 결합 여부를 표시하는 발광소자(159)가 설치될 수 있다. 발광소자(159)는 커넥터(150)의 상단면에 노출되어 설치됨으로써, 커넥터(150)와 팁(110)의 결합시 결합 여부를 사용자가 쉽게 확인할 수 있도록 한다.
한편, 팁(110)의 각 단자(111~117)와 커넥터(150)의 각 단자(151~157)는 상자성체 및 비자성체 중 어느 하나가 될 수 있다. 커넥터(150) 및 팁(110) 중 적어도 어느 하나에 마그네트(170)가 내장되어 그에 대응되는 팁(110) 또는 커넥터(150)를 자기적으로 결합시키게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이 마그네트(170)가 커넥터(150)에 내장되어 있으면, 팁(110)의 각 단자(111~117)는 상자성체로 구성될 수 있다. 만일, 팁(110)의 각 단자(111~117)가 비자성체인 경우에는 팁(110)에 상자성체 또는 마그네트가 내장될 수 있다. 물론, 팁(110)과 커넥터(150)의 내부에 모두 마그네트가 내장될 수도 있는 데, 이 경우에는 팁(110)과 커넥터(150)에 내장된 각 마그네트는 서로 다른 극성으로 형성될 것이다. 예컨대, 팁(110)에 내장된 마그네트가 N극이면 커넥터(150)에 내장된 마그네트는 S극일 것이다.
본 발명에서 팁(110)은 전자기기(10)의 전원단(15)에 연결될 수 있고, 커넥터(150)는 어댑터와 같은 전원공급기(50)의 케이블(70)의 일단에 연결될 수 있으며, 팁(110)과 커넥터(150)는 자기적으로 서로 결합되어 전원공급기(50)로부터 공급된 직류전원을 전자기기(10)로 전달할 수 있다. 팁(110)과 커넥터(150)의 사용시에는 팁(110)이 전자기기(10)의 전원단(15)에 항상 장착된 상태에서 커넥터(150)만 팁(110)으로부터 탈착시킬 수 있다.
전자기기(10)는 노트북, 컴퓨터 주변기기, 가정용 소형전기기기 등과 같은 직류전원을 공급받는 소용량 기기나, 대용량 교류 또는 직류전원을 공급받는 UPS기기, 전기자동차, 전기자전거 및 전기스쿠터 등이 될 수 있고, 전원공급기(50)는 입력된 직류전원을 출력하거나 또는 외부로부터 입력된 상용 교류전원을 필요한 직류전원으로 변환하여 접속된 전자기기(10)로 공급하는 어댑터가 될 수 있다.
전자기기(10)와 전원공급기(50)는 각각의 팁(110)과 커넥터(150)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명에서는 설명의 편의상 전자기기(10)의 전원단(15)에 연결된 부재를 팁(110)이라 하고, 전원공급기(50)의 케이블(70)에 연결된 부재를 커넥터(150)라 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전원 커넥터를 나타낸 것으로, 제1 설정전압을 출력하는 경우를 도시한 것이다. 예컨대, 제1 설정전압은 DC 16V 또는 그 이하의 전압이 될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 팁(110)은 전원단자(111), 접지단자(113) 및 제1 시그널단자(115)로 이루어져 있고, 접지단자(113)와 제1 시그널단자(115)는 구조적으로 일체로 형성되어 있다. 그리고, 커넥터(150)는 전원단자(151), 접지단자(153), 제1 시그널단자(155) 및 제2 시그널단자(157)로 이루어져 있고, 각 단자(151~157)는 서로 분리되어 형성된다. 커넥터(150)의 전원단자(151)와 접지단자(153)는 서로 대각선 방향으로 위치되고, 제1 시그널단자(155)와 제2 시그널단자(157)도 서로 대각선 방향으로 위치된다. 여기서, 팁(110)에는 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)에 대응되는 단자가 구비되어 있지 않는 데, 이는 팁(110)에 제2 시그널단자가 없거나 또는 제2 시그널단자가 있다고 하더라도 전기적으로 개방(open)되어 있어 전류가 흐를 수 없음을 의미하는 것이다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 팁(110)의 접지단자(113)와 제1 시그널단자(115)는 구조적으로 일체로 형성되거나 또는 전기적으로 연결(short)될 수 있다.
여기서, 팁(110)에 커넥터(150)가 결합될 경우, 커넥터(150)의 전원단자(151)는 팁(110)의 전원단자(111)와 연결되고, 커넥터(150)의 접지단자(153)와 제1 시그널단자(155)는 팁(110)의 결합에 따라 접지단자(113)와 전기적으로 연결되어 단락(short)된다. 하지만, 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)의 경우에는 팁(110)에 대응되는 단자가 없으므로 오픈된 상태를 유지하게 된다.
이에 따라 발광소자(159)는 전원단자(151)와 팁(110)의 접지단자(113) 사이에 위치하게 되며, 전원단자(151)에서 접지단자(113)로 흐르는 전류에 의해 발광되어 결합 상태를 알 수 있게 한다.
또한, 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)가 팁(110)에 연결되지 않을 경우 전원공급기(50)는 제1 설정전압이 출력되도록 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전원 커넥터를 나타낸 것으로, 제2 설정전압을 출력하는 경우를 도시한 것이다. 예컨대, 제2 설정전압은 DC 19V 또는 그 이상의 전압이 될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 팁(110)은 전원단자(111), 접지단자(113), 제1 시그널단자(115) 및 제2 시그널단자(117)로 이루어져 있고, 접지단자(113)와 제1 시그널단자(115) 및 제2 시그널단자(117)는 구조적으로 일체로 형성되어 있다. 그리고, 커넥터(150)는 전원단자(151), 접지단자(153), 제1 시그널단자(155) 및 제2 시그널단자(157)로 이루어져 있고, 각 단자(151~157)는 서로 분리되어 형성되어 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 팁(110)의 접지단자(113)와 제1 시그널단자(115) 및 제2 시그널단자(117)는 구조적으로 일체로 형성되거나 또는 전기적으로 연결(short)될 수 있다.
그리고, 커넥터(150)의 전원단자(151) 및 제1 시그널단자(155)는 제4 저항(R4)을 통해 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제4 저항(R4)과 제1 시그널단자(155) 사이에 커넥터(150)와 팁(110)과의 결합 여부를 표시하는 발광소자(D1; 159)가 설치되어 있다.
여기서, 팁(110)과 커넥터(150)가 결합될 경우, 커넥터(150)의 전원단자(151)는 팁(110)의 전원단자(111)와 연결되고, 커넥터(150)의 접지단자(153)와 제1 시그널단자(155) 및 제2 시그널단자(157)는 팁(110)의 결합에 따라 접지단자(113)와 전기적으로 연결되어 단락(short)된다.
이에 따라 발광소자(159)는 전원단자(151)와 팁(110)의 접지단자(113) 사이에 위치하게 되며, 전원단자(151)에서 접지단자(113)로 흐르는 전류에 의해 발광되어 결합 상태를 알 수 있게 한다.
또한, 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)가 팁(110)의 제2 시그널단자(117)와 연결될 경우 전원공급기(50)는 제2 설정전압이 출력되도록 한다.
즉, 도 4와 도 6의 회로에서, 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)와 팁(110)의 제2 시그널단자(117)의 결합 여부에 따라 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)를 통해 피드백되는 전압이 달라지게 되며, 전원공급기(50)는 피드백되는 전압에 따라 커넥터(150)의 전원단자(151)로 출력되는 전압을 변경할 수 있다.
한편, 커넥터(150)의 제1 시그널단자(155)는 커넥터(150)와 팁(110)의 연결 상태를 확인할 수 있는 기능으로 사용되는 것으로 설명하였지만, 필요에 따라 전원공급기(50)에서 출력전압을 온/오프하기 위한 기능 등의 특수한 목적으로도 이용될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 전원 커넥터를 나타낸 것으로, 도 5 및 도 6과 같이 제2 설정전압을 출력하면서도 제1 시그널단자(115, 155)가 다른 용도로 이용될 경우를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 팁(110)은 전원단자(111), 접지단자(113), 제1 시그널단자(115) 및 제2 시그널단자(117)로 이루어져 있고, 접지단자(113)와 제2 시그널단자(117)는 구조적으로 일체로 형성되어 있다. 그리고, 커넥터(150)는 전원단자(151), 접지단자(153), 제1 시그널단자(155) 및 제2 시그널단자(157)로 이루어져 있고, 각 단자(151~157)는 서로 분리되어 형성되어 있다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 팁(110)의 접지단자(113)와 제2 시그널단자(117)는 구조적으로 일체로 형성되거나 또는 전기적으로 연결(short)될 수 있다.
그리고, 커넥터(150)의 전원단자(151) 및 접지단자(153)는 제4 저항(R4)을 통해 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제4 저항(R4)과 접지단자(153) 사이에는 발광소자(D1; 159)가 설치되어 있다.
여기서, 팁(110)에 커넥터(150)가 결합될 경우, 커넥터(150)의 전원단자(151)는 팁(110)의 전원단자(111)와 연결되고, 커넥터(150)의 제1 시그널단자(155)는 팁(110)의 제1 시그널단자(115)와 연결되며, 커넥터(150)의 접지단자(153)와 제2 시그널단자(157)는 팁(110)의 결합에 따라 접지단자(113)와 전기적으로 연결되어 단락(short)된다. 그리고, 제1 시그널단자(115, 155)는 전자기기(10)와 전원공급기(50)의 연결시 두 기기(10, 50) 간의 특수한 목적의 제어 또는 통신을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 커넥터(150)와 팁(110)을 도 3 내지 도 8과 같이 구성한 것을 예로 나타내었으나, 필요에 따라 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 이들의 조합이나 다양한 응용 구성이 가능함은 당연하다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전원 커넥터를 나타낸 것으로, 도 9는 커넥터(150)와 팁(110)의 결합 방향성을 위하여 돌출부(161~165)와 홈부(121~125)를 각각 도시한 것이다. 커넥터(150)의 돌출부는 상단에 1개(161), 하단에 2개(163, 165)가 형성되어 있고, 팁(110)의 홈부는 돌출부(161~165)에 대응되는 위치에 형성되어 있다.
기본적으로, 도 2에서와 같이 커넥터(150)에서 4개의 단자(151~157)는 동일 평면상에 형성되며, 커넥터(150)의 테두리도 기본적으로 단자(151~157)의 높이보다 더 높게 형성될 수 있다. 물론, 팁(110)의 단자(111~117)도 동일 평면상에 형성되며, 팁(110)의 테두리도 기본적으로 단자(111~117)가 형성되는 평면보다 더 낮게 형성될 수 있다. 이는 커넥터(150)의 테두리와 팁(110)의 테두리가 서로 대응되도록 결합되면서 각 단자(111~117/151~157)가 접촉되도록 하기 위함이다.
하지만, 커넥터(150)와 팁(110)은 결합시에 방향성이 있으므로, 기구적인 형상으로 방향성을 부여하는 것이 바람직하다. 즉, 커넥터(150)의 테두리를 따라 일정 위치에 돌출부(161, 163, 165)를 형성하고, 팁(110)의 테두리를 따라 돌출부(161, 163, 165)에 대응되는 위치에 홈부(121, 123, 125)를 형성함으로써, 커넥터(150)와 팁(110)의 결합시에 방향성을 부여할 수 있다. 물론, 도 10과 같이 커넥터(150)와 팁(110)에 마그네트를 모두 내장하고, 내장된 마그네트의 극성 배치를 통해 결합 방향성을 부여하는 것도 가능하다. 즉, 커넥터(150)의 양측 가장자리에 각각 N극(171)과 S극(173)의 마그네트를 내장하고, 그에 대응되는 팁(110)의 양측 가장자리에 각각 S극(175)과 N극(177)의 마그네트를 내장하는 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 전원공급기를 나타낸 개념도로서, 전원공급기(50)는 정류회로부(51)와 전압변환부(53), 출력결정부(55) 및 제어부(57)를 포함한다.
정류회로부(51)는 외부로부터 입력된 교류전원을 정류하여 출력한다.
전압변환부(53)는 정류회로부(51)로부터 입력된 직류전압을 소정의 PWM 제어신호에 따라 필요한 전압으로 강압 또는 승압하여 출력하게 된다. 여기서 전압변환부(53)는 DC전원을 DC전원으로 만드는 DC/DC 컨버터이지만, 낮은 입력전압을 높은 출력전압으로 변환하는 것도 가능하다. 전압변환부(53)는 DC전원을 스위칭시켜 펄스신호로 만들고, 이 펄스신호를 필요에 따라 코일과 커패시터, 트랜스포머 등을 이용하여 승압 또는 강압시킨 다음 다시 정류시켜 DC전원으로 만든다. 전압변환부(53)는, 큰 입력전압을 작은 출력전압으로 변환하는 벅(Buck) 컨버터와, 작은 입력전압을 큰 출력전압으로 변환하는 부스트(Boost) 컨버터, 및 스위칭 제어에 따라 입력전압을 작은 출력전압 또는 큰 출력전압으로 가변하는 것이 가능한 벅/부스트 컨버터 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
출력결정부(55)는 커넥터(150)와 팁(110) 간의 제2 시그널단자(157)와의 결합 여부에 따라 서로 다른 전압의 피드백신호를 출력하도록 구성되어 있다. 여기서 출력결정부(55)는 커넥터(150)의 전원단자(151) 및 접지단자(153) 사이에 직렬로 연결된 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)과, 상기 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 사이의 공통접점인 피드백노드(NDf)와 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157) 사이에 형성된 제3 저항(R3)으로 구성됨으로써, 커넥터(150)와 팁(110) 간의 제2 시그널단자(157, 117)와의 결합 여부에 따라 피드백노드(NDf)에 걸리는 전압이 달라진다.
제어부(57)는 출력결정부(55)의 피드백노드(NDf)로부터 입력된 전압에 기초하여 전압변환부(53)를 통해 출력할 제1 설정전압 또는 제2 설정전압을 결정하고, 결정된 전압에 따른 PWM 제어신호를 전압변환부(53)로 출력하여 커넥터(150)의 전원단자(151)로 원하는 안정된 직류전압이 출력되도록 한다.
예컨대, 팁(110)에 커넥터(150)가 결합될 때 팁(110)에 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)에 대응되는 단자가 없는 경우(도 4와 같은 경우)를 예를 들어 설명한다.
즉, 팁(110)에 커넥터(150)가 결합될 경우, 커넥터(150)의 전원단자(151)는 팁(110)의 전원단자(111)와 연결되고, 커넥터(150)의 접지단자(153)와 제1 시그널단자(155)는 팁(110)의 결합에 따라 접지단자(113)와 전기적으로 연결되어 단락(short)된다. 하지만, 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)의 경우에는 팁(110)에 대응되는 단자가 없으므로 오픈된 상태를 유지하게 된다.
여기서, 출력결정부(55)의 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)은 전원공급기(50)의 출력전원을 선택하기 위한 용도로 사용되는 데, 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)가 팁(110)에 연결되지 않을 경우 제3 저항(R3)이 오픈되어 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)만 활성화된다. 이에 따라 전원단자(151)의 전압은 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)에 의해서만 분압되며, 제2 저항(R2)에 걸리는 전압이 피드백노드(NDf)를 통해 전원공급기(50)의 제어부(57)로 인가되고, 제어부(57)에서는 피드백노드(NDf)에 걸리는 전압에 따라 제1 설정전압이 출력되도록 한다.
한편, 팁(110)에 커넥터(150)가 결합될 때 팁(110)에 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)에 대응되는 단자가 있는 경우(도 6과 같은 경우)를 예를 들어 설명한다. 즉, 팁(110)에 커넥터(150)가 결합될 경우, 커넥터(150)의 전원단자(151)는 팁(110)의 전원단자(111)와 연결되고, 커넥터(150)의 접지단자(153)와 제1 시그널단자(155) 및 제2 시그널단자(157)는 팁(110)의 결합에 따라 접지단자(113)와 전기적으로 연결되어 단락(short)된다.
이때, 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)가 팁(110)의 제2 시그널단자(117)와 연결되면, 제2 저항(R2)과 제3 저항(R3)의 일단은 접지단자(113)에 연결되어 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)이 모두 활성화된다. 이에 따라 커넥터(150)의 전원단자(151)에 걸리는 전압은 제1 저항(R1)과 서로 병렬로 연결된 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)에 의해 분압되며, 병렬로 연결된 제2 저항(R2)과 제3 저항(R3)에 걸리는 전압이 피드백노드(NDf)를 통해 전원공급기(50)의 제어부(55)로 인가되고, 제어부(55)에서는 피드백노드(NDf)에 걸리는 전압에 따라 제2 설정전압이 출력되도록 한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전원공급기를 나타낸 개념도로서, 전원공급기(50)는 정류회로부(51)와 전압변환부(53), 출력결정부(55), 제어부(57) 및 온오프제어부(59)를 포함한다.
도 12는 도 11과 다르게 온오프제어부(59)를 더 구비하며, 전원공급기(50)에 연결된 커넥터(150)의 구성도 다소 상이하다.
온오프제어부(59)는 커넥터(150)의 제1 시그널단자(155)로부터 피드백되는 신호에 따라 전압변환부(53)의 작동을 온/오프시키게 된다.
예컨대, 팁(110)에 커넥터(150)가 결합될 경우, 커넥터(150)의 전원단자(151)는 팁(110)의 전원단자(111)와 연결되고, 커넥터(150)의 제1 시그널단자(155)는 팁(110)의 제1 시그널단자(115)와 연결되며, 커넥터(150)의 접지단자(153)와 제2 시그널단자(157)는 팁(110)의 결합에 따라 접지단자(113)와 전기적으로 연결되어 단락(short)될 것이다.
이때, 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)가 팁(110)의 제2 시그널단자(117)와 연결되면, 출력결정부(55)의 제2 저항(R2)과 제3 저항(R3)의 일단은 접지단자(113)에 연결되어 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)이 모두 활성화된다. 이에 따라 커넥터(150)의 전원단자(151)에 걸리는 전압은 제1 저항(R1)과 서로 병렬로 연결된 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)에 의해 분압되며, 병렬로 연결된 제2 저항(R2)과 제3 저항(R3)에 걸리는 전압이 피드백노드(NDf)를 통해 전원공급기(50)의 제어부(57)로 인가되고, 제어부(57)에서는 피드백노드(NDf)에 걸리는 전압에 따라 제2 설정전압이 출력되도록 한다.
물론, 커넥터(150)의 제2 시그널단자(157)에 대응되는 팁(110)의 제2 시그널단자가 없을 경우에는, 도 11에서 설명한 바와 같이 제어부에서는 피드백노드(NDf)에 걸리는 전압에 따라 제1 설정전압이 출력되도록 할 것이다.
본 발명에서는 커넥터(150)와 팁(110)의 각 단자를 면접촉 방식으로 도시하였는데, 각 단자의 접촉성과 설계 여유도를 향상시키기 위해 팁(110) 또는 커넥터(150)의 각 단자(111~117, 151~157)의 내측에 소정의 탄성체(미 도시됨)를 설치할 수도 있다. 탄성체는 스프링이나 고무 등이 될 수 있다. 또한, 커넥터(150)와 팁(110)의 형상을 사각판 형상으로 도시하였으나, 필요에 따라 팁(110)의 각 단자는 사각판 형태로 제작하고 그에 대응되는 커넥터(150)의 각 단자는 핀(pin) 형태로 제작하는 것도 가능하다. 물론, 각 단자의 형태와 사이즈가 다양하게 가변될 수 있음은 당연하다.
이와 같이 본 발명에서는 전자기기의 전원단에 연결되는 커넥터를 마그네틱 타입으로 구성함으로써, 자기적인 결합 방식에 의해 사용상의 편의성과 안정성을 높일 수 있다. 또한, 전자기기의 전원단에 결합되는 팁과 전원공급기의 일측에 연결된 커넥터가 서로 자기적으로 결합될 때 결합 여부를 표시함과 아울러 결합 상태에 따라 전원공급기는 출력전압이 가변되도록 제어함에 따라 간단한 방식으로 사용상의 편의성과 범용성을 확대할 수 있다.
상기와 같은 마그네틱 커넥터는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 전자기기 15: 전원단
50: 전원공급기(어댑터) 51: 정류회로부
53: 전압변환부 55: 출력결정부
57: 제어부 59: 온오프제어부
110: 팁 101: 수커넥터
111: 전원단자 113: 접지단자
115: 제1 시그널단자 117: 제2 시그널단자
121~125: 홈부 150: 커넥터
151: 전원단자 153: 접지단자
155: 제1 시그널단자 157: 제2 시그널단자
159(D1): 발광소자 161~165: 돌출부
170: 마그네트

Claims (17)

  1. 전자기기의 전원단에 접속되며, 일측에 전원단자와 접지단자 및 시그널단자가 형성되고, 상기 접지단자와 시그널단자가 전기적으로 서로 연결(short)되도록 형성되는 팁;
    상기 팁의 각 단자와 접촉되며, 각기 분리된 전원단자와 접지단자 및 시그널단자를 구비하고, 외부의 전원공급기로부터 출력된 전원을 결합된 상기 팁으로 전달하는 커넥터; 및
    상기 커넥터 및 팁 중 적어도 어느 하나에 내장되어 그에 대응되는 상기 팁 또는 커넥터를 자기적으로 결합시키는 마그네트;를 포함하며,
    상기 팁과 상기 커넥터가 결합함으로써 상기 커넥터의 접지단자와 상기 커넥터의 시그널 단자가 전기적으로 서로 연결(short)되고, 상기 커넥터의 접지단자와 상기 커넥터의 시그널 단자가 전기적으로 서로 연결(short)되는지의 여부에 따라 전원공급기의 전원 출력을 온/오프하거나 전원 출력 전압을 변경하고,
    상기 팁에 형성된 단자의 형상에 따라, 상기 팁과 커넥터의 결합시 다른 시그널을 전원공급기로 제공하게 되는 마그네틱 전원 커넥터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 팁의 시그널단자는, 상기 커넥터와의 접속 상태를 감지하기 위한 제1 시그널단자, 및 상기 커넥터로부터 전달되는 설정 전압을 가변시키기 위한 제2 시그널단자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 마그네틱 전원 커넥터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 팁이 제1 시그널단자 및 제2 시그널단자를 포함할 경우, 상기 팁의 접지단자는 제1 시그널단자 및 제2 시그널단자 중 적어도 어느 하나와 일체로 형성되는 마그네틱 전원 커넥터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 커넥터의 시그널단자는, 상기 팁과의 접속 상태를 감지하여 전원공급기의 전원출력 여부를 결정하여 대기전류를 감소시키기 위한 제1 시그널단자; 및 상기 팁으로 공급되는 설정 전압을 가변시키기 위한 제2 시그널단자;를 포함하는 마그네틱 전원 커넥터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 커넥터의 시그널단자는, 상기 팁과의 접속 상태를 감지하기 위한 제1 시그널단자; 및 상기 팁으로 공급되는 설정 전압을 가변시키기 위한 제2 시그널단자;를 포함하는 마그네틱 전원 커넥터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 커넥터의 전원단자와 제1 시그널단자 사이에는 저항체가 연결되며, 상기 저항체와 제1 시그널단자 사이에 상기 커넥터와 팁과의 결합 여부를 표시하는 발광소자가 설치되는 마그네틱 전원 커넥터.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 커넥터의 전원단자와 접지단자 사이에는 저항체가 연결되며, 상기 저항체와 접지단자 사이에 상기 커넥터와 팁과의 결합 여부를 표시하는 발광소자가 설치되는 마그네틱 전원 커넥터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 팁과 커넥터의 각 단자는 상자성체 및 비자성체 중 적어도 어느 하나로 구성되며, 상기 각 단자가 비자성체이면 상자성체 또는 마그네트가 내장되는 마그네틱 전원 커넥터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 팁의 일측에는 상기 전자기기의 전원단에 삽입되는 수커넥터가 형성되는 마그네틱 전원 커넥터.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 팁의 각 단자와 상기 커넥터의 각 단자는 각각 동일 평면상에 형성되는 마그네틱 전원 커넥터.
  11. 전자기기의 전원단에 접속되며, 일측에 전원단자와 접지단자 및 시그널단자가 형성되고, 상기 접지단자와 시그널단자가 전기적으로 서로 연결(short)되도록 형성되는 팁;
    상기 팁의 각 단자와 접촉되며, 각기 분리된 전원단자와 접지단자 및 시그널단자를 구비하고, 외부의 전원공급기로부터 출력된 전원을 결합된 상기 팁으로 전달하는 커넥터;
    상기 커넥터 및 팁 중 적어도 어느 하나에 내장되어 그에 대응되는 상기 팁 또는 커넥터를 자기적으로 결합시키는 마그네트; 및
    상기 팁과 상기 커넥터가 결합함으로써 상기 커넥터의 접지단자와 상기 커넥터의 시그널 단자가 전기적으로 서로 연결(short)되고, 상기 커넥터의 접지단자와 상기 커넥터의 시그널 단자가 전기적으로 서로 연결(short)되는지의 여부에 따라 전원공급기의 전원 출력을 온/오프하거나 전원 출력 전압을 변경하는 전원공급기;를 포함하고,
    상기 팁에 형성된 단자의 형상에 따라, 상기 팁과 커넥터의 결합시 다른 시그널을 전원공급기로 제공하게 되는 마그네틱 커넥터를 이용한 전원공급 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전원공급기는, 상기 커넥터와 팁 간의 시그널단자와의 결합 여부에 따라 서로 다른 전압의 피드백신호를 출력하는 출력결정부; 및 상기 출력결정부를 통해 검출된 신호에 따라 상기 커넥터의 전원단자로 출력되는 전압을 가변 제어하는 제어부;를 포함하는 마그네틱 커넥터를 이용한 전원공급 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 출력결정부는, 상기 커넥터의 전원단자와 접지단자 사이에 직렬로 연결된 복수의 저항체; 및 상기 복수의 저항체 사이의 공통접점인 피드백노드와 커넥터의 시그널단자 사이에 형성된 저항체;를 구비하고,
    상기 제어부는 피드백노드에 걸리는 전압을 검출하여 출력전압을 제어하는 마그네틱 커넥터를 이용한 전원공급 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 커넥터의 시그널단자는, 상기 팁과의 접속 상태를 감지하여 전원공급기의 전원출력 여부를 결정하여 대기전류를 감소시키기 위한 제1 시그널단자; 및 상기 팁으로 공급되는 설정 전압을 가변시키기 위한 제2 시그널단자;를 포함하는 마그네틱 커넥터를 이용한 전원공급 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 전원공급기는, 입력된 직류전압을 설정된 PWM 제어신호에 따라 필요한 전압으로 강압 또는 승압하여 출력하는 전압변환부; 상기 커넥터와 팁 간의 제2 시그널단자와의 결합 여부에 따라 서로 다른 전압의 피드백신호를 출력하는 출력결정부; 상기 출력결정부를 통해 검출된 신호에 따라 상기 커넥터의 전원단자로 출력되는 전압을 가변시키기 위하여 상기 전압변환부를 제어하는 제어부; 및 상기 커넥터의 제1 시그널단자로부터 피드백되는 신호에 따라 상기 전압변환부의 작동을 온/오프시키는 온오프제어부;를 포함하는 마그네틱 커넥터를 이용한 전원공급 장치.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 팁의 시그널단자는, 상기 커넥터와의 접속 상태를 감지하기 위한 제1 시그널단자, 및 상기 커넥터로부터 전달되는 설정 전압을 가변시키기 위한 제2 시그널단자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 마그네틱 커넥터를 이용한 전원공급 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 팁이 제1 시그널단자 및 제2 시그널단자를 포함할 경우, 상기 팁의 접지단자는 제1 시그널단자 및 제2 시그널단자 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 서로 연결(short)되도록 형성되는 마그네틱 커넥터를 이용한 전원공급 장치.
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