KR101458766B1 - 충전기용 입력단 선택기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 두 개의 입력전원단 중에서 하나를 선택적으로 연결하기 위하여 제공되는 입력단 선택기 시스템은 각각의 입력전원단과 직렬로 제공되는 하나의 스위치로 고안하였으며, 고안된 스위치 간의 연결은 스위치가 OFF 상태이거나 또는 적어도 하나의 스위치가 OFF 상태인 상황에서의 역전류를 방지하도록 고안하였다. 스마트하고, 단순하며, 정확하게 작동하는 본 발명의 자동 선로 선택기는 두 개의 스위치 기능을 제어하도록 고안하였다. 본 발명의 선로 선택기 시스템 구성은 단순하게 단지 두 개의 스위치를 제공하는 것으로, 이 두 개의 스위치는 하나 또는 두개의 스위치를 갖는 선형 충전기 또는 스위칭 충전기 어플리케이션에 각각 적용될 수 있으며, 이로 인하여 단순하고, 효율적이며, 비용 효율이 높은 시스템의 제공이 가능하다.

Description

충전기용 입력단 선택기 시스템{AN INPUT LINE SELECTOR SYSTEM FOR BATTERY CHARGERS}

본 발명은 입력단 선택기에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 듀얼(dual) 입력 충전기용 입력단 선택기에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용되는 ‘전류(current flow)’는 2개의 입력전원소스(input power sources)의 어느 하나로부터 하나의 출력으로의 전류의 흐름을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 ‘노드(node)’는 하나의 회로에서 적어도 두 개의 부재가 만나는 접속점(connection point) 또는 재분배점(redistribution point)을 의미하며, 이로 한정되지는 않는다.

본 명세서에서 사용되는 용어 ‘스위치(switch)’는 적어도 세 개의 단자를 가지는 트랜지스터를 의미하며, 이로 한정되지는 않는다.

본 명세서에서 사용되는 용어 ‘로드(load)’는 배터리 및/또는 다른 연결된 부재를 의미하며, 이로 한정되지는 않는다.

NPN 양극성 접합 트랜지스터(NPN Bipolar Junction Transistors, BJT)와 연관되어 사용되는 용어 ‘제1/제4/제7/제10/제13 단자’, ‘제2/제5/제8/제11/제14 단자’ 및 ‘제3/제6/제9/제12/제15 단자’는 각각 이미터(emitter), 콜렉터(collector) 및 베이스(base)를 의미한다.

PNP 양극성 접합 트랜지스터(PNP Bipolar Junction Transistors, BJT)와 연관되어 사용되는 용어 ‘제1/제4/제7/제10/제13 단자’, ‘제2/제5/제8/제11/제14 단자’ 및 ‘제3/제6/제9/제12/제15 단자’는 각각 콜렉터, 이미터 및 베이스를 의미한다.

N타입 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(N type Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors, MOSFET)와 연관되어 사용되는 용어 ‘제1/제4/제7/제10/제13 단자’, ‘제2/제5/제8/제11/제14 단자’ 및 ‘제3/제6/제9/제12/제15 단자’는 각각 소스(source), 드레인(drain) 및 게이트(gate)를 의미한다.

P타입 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(N type Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors, MOSFET)와 연관되어 사용되는 용어 ‘제1/제4/제7/제10/제13 단자’, ‘제2/제5/제8/제11/제14 단자’ 및 ‘제3/제6/제9/제12/제15 단자’는 각각 드레인, 소스 및 게이트를 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 ‘저전압동작차단전압’(under voltage lockout level)은 미리 결정된 작동 전압레벨을 의미하며, 이로 한정되지는 않는다.

본 발명에서 사용되는 용어 ‘소스-드레인-드레인-소스 구성(source-drain-drain-source configuration)’은 제1 nMOSFET의 드레인이 제2 nMOSFET의 드레인에 연결되도록 하기 위하여 서로 직렬로 연결된 두 개의 nMOSFET을 의미한다.

상기의 용어 정의는 당분야에서 통용되는 것이다.

노트북, 휴대폰, 휴대용 단말기 등의 사용증가로 인하여 이러한 기기에 사용되는 전원공급장치에 대한 수요 또한 증가하고 있다. 이러한 전원공급장치에 대한 수요를 충족하고자 상기 기기들은 단일입력 플러그인(single input plug-in) 전원어뎁터 또는 일반적으로 월어뎁터(wall adapter)와 USB 인터페이스(interface)에 의하여 두 개의 전원으로부터 배터리를 충전하는 듀얼입력(dual input) 충전기와 함께 공급된다. 일반적으로 충전기는 배터리를 충전함과 동시에 시스템 내에서 사용하는 안정화 전력(regulated power)을 발생시킨다. 최근 몇 년 동안에 다양한 사양의 배터리 충전기가 개발되었다. 일반적으로, 충전기 시스템은 높은 전압의 입력전원(higher input supply)을 사용하여 배터리와 같은 낮은 전압의 출력로드(lower output load)에 전원을 공급하는 강압형 컨버터(step-down converter)이다.

당분야에 알려진 듀얼입력 충전기는 트랜지스터(일반적으로, MOSFET)를 실행하는 로드 스위치를 포함하고 있다. MOSFET은 항상 기생(inherent parasitic) 다이오드(즉, 바디 다이오드(body diode))를 포함하고, 기생 다이오드는 MOSFET의 드레인과 소스 사이에 형성된다. 두 개의 입력소스로부터 전원을 수용하기 위하여, 듀얼입력 충전기는 두 개의 로드 스위치를 사용하는데, 각각의 로드 스위치는 각각의 입력전원 단자에 연결된다. 각각의 로드 스위치는 소스-드레인-드레인-소스 구성에서 두 개의 nMOSFET의 직렬조합으로 이루어진다. 로드 스위치는 원하는 로드 스위치를 켤 수 있도록 ‘인에이블(enable)’ 신호와 함께 제공된다. 앞서 설명된 것처럼, 스위칭/선형(switching/linear) 충전기와 조합하여 사용되는 로드 스위치는 듀얼입력 단일출력(dual input single output) 충전기에 적용된다. 또한, 스위칭/선형 충전기는 소스-드레인-드레인-소스 구성에서 두 개의 nMOSFET의 직렬조합을 더 포함한다.

따라서, 단일출력을 제공하는 일반적인 듀얼입력 충전기가 정상적으로 기능하려면 적어도 6개 또는 7개의 nMOSFET이 필요한데, 이는 연결된 많은 수의 스위치를 최상의 방법으로 구동하기 위해서 추가적인 전기회로를 필요로 하며 이로 인하여 비용이 상승하고 시스템이 복잡해진다.

Texas Instruments사의 제품인 BQ24160(듀얼입력 스위칭 충전기)은 두 개의 전원으로부터 입력을 수용하고 단일출력을 제공하기 위하여 앞서 설명된 아키텍처(architecture)를 실행한다. 이 시스템은 한 쌍의 로드 스위치를 포함하고 있으며, 하나의 로드 스위치는 각각의 입력전원에 연결되어 있다. 또한, 각각의 로드 스위치는 소스-드레인-드레인-소스 구성에서 서로 연결된 한 쌍의 nMOSFET 스위치를 더 포함하고 있다. 로드 스위치는 소스-드레인-드레인-소스 구성에서 두 개의 nMOSFET의 직렬조합 또한 실행하는 선형/스위칭 충전기에 연결된다. 듀얼입력 단일출력 기능을 실행하고자 단일입력 선형 충전기로서, Texas Instruments사의 제품인 BQ25040의 구성은 6개의 nMOSFET 스위치(충전 모드에서 작동되는 4개의 스위치)를 사용하고, 단일입력 스위칭 충전기로서, Texas Instruments사의 제품인 BQ24150은 7개의 nMOSFET 스위치(충전 모드에서 작동되는 5개의 스위치)를 사용하게 된다. 증가된 스위치 수 및 특정 로드 스위치를 선택하기 위한 추가되는 제어신호들로 인하여 회로는 더욱 복잡하게 된다. 게다가, 증가된 nMOSFET의 직렬접속으로 인하여 전도손실(conduction loss)이 증가되며, 이로 인하여 효율은 감소하고 비용은 증가하게 된다.

미국특허 제7759907B2호에 기재된 듀얼입력 단일출력 충전기는 두 개의 입력전원으로부터 전력을 받는 시스템으로 두 개의 전원 중에서 하나를 논리회로에 의해 선택할 수 있도록 소스선별회로(source selector circuit)를 함께 제공한다. 또한, 소스선별회로는 차단 다이오드(isolation diode) 및 바이패스(bypass) 트랜지스터의 조합을 실행하는 두 개의 회로를 더 포함하며, 각각의 회로는 하나의 입력전원과 관련된다. 사용되는 바이패스 트랜지스터는 p-타입 트랜지스터이며, 입력전원을 선별하고 선별된 입력전원을 출력에 연결한다. 앞서 언급된 소스선별회로는 단독으로 4개의 바이패스 트랜지스터인 차단 다이오드와 풀업저항(pull-up resistor)을 사용한다. 충전 어플리케이션에서 사용될 때에 회로는 전도손실에서 추가되는 부품을 더 필요로 하고 이로 인하여 시스템 비용이 증가한다.

따라서, 효율성이 개선되고 비교적 덜 복잡하며 비용 효율이 높은 시스템을 가능케 하는 충전회로설계가 필요하다.

종래기술의 문제점을 개선하고 유용한 대체품을 제공하는 본 발명의 목적 중에서 일부를 하기에 기재하였다.

본 발명의 목적은 듀얼입력 배터리충전기와 관련된 효율적인 입력단 선택기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 듀얼입력 배터리충전기와 관련된 입력단 선택기 내에 있는 부재를 간단하게 조절할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상대적으로 적은 수의 부재를 필요로 하는 구성을 가진 듀얼입력 배터리충전기와 관련된 입력단 선택기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 구체예는 듀얼입력 배터리충전기 내의 전도손실을 줄이는 것이다.

본 발명의 하나 이상의 목적은 비용 효율이 높은 듀얼입력 배터리충전기를 제공하는 것이다.

본 발명의 부가적인 목적은 컴팩트한 듀얼입력 배터리충전기를 제공하는 것이다.

본 발명의 기타 목적 및 이점은 첨부되는 도면을 참조하여 하기 설명을 읽음으로써 더욱 명백하게 이해될 것이며, 이는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 발명은 공통노드(common node)에 제1 입력전원단과 제2 입력전원단 중에서 하나를 선택적으로 연결하는데 적합한 입력단 선택기 시스템을 제공하는 것으로, 상기 입력단 선택기 시스템은,

제1 입력전원단에서 노드 방향으로 흐르는 전류를 선택적으로 제공하는데 적합한 제1 스위치;

제2 입력전원단에서 노드 방향으로 흐르는 전류를 선택적으로 제공하는데 적합한 제2 스위치; 및

저전압동작차단전압보다 더 큰 제1 입력전원단과 제2 입력전원단 중에서 적어도 하나의 전원단을 선택할 때, 선택로직회로(selection logic)에 따라 제1 스위치 또는 제2 스위치 어느 하나를 켰다껐다(toggle)하는데 적합한 제1 스위치 및 제2 스위치에 결합된 자동입력단선택기(automatic line selector);

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로, 본 발명의 제1 스위치 및 제2 스위치는 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 및 양극성 접합 트랜지스터(BJT)이다. 바람직하게는, 제1 스위치는 적어도 하나의 제1 단자, 제2 단자 및 제3 단자를 포함하며, 제1 단자는 제1 입력전원단에 연결되며; 제2 스위치는 적어도 하나의 제4 단자, 제5 단자 및 제6 단자를 포함하고, 제4 단자는 제2 입력전원단에 연결되며, 제2 단자 및 제5 단자는 노드에 연결된다.

본 발명에서, 제1 스위치 및 제2 스위치가 NPN 양극성 접합 트랜지스터(BJT)일 때에는 제1 단자 및 제4 단자는 이미터이고, 제2 단자 및 제5 단자는 콜렉터이며, 제3 단자 및 제6 단자는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구성하고 있는 트랜지스터의 베이스이다.

본 발명에서, 제1 스위치 및 제2 스위치가 PNP 양극성 접합 트랜지스터(BJTs)일 경우에는, 제1 단자 및 제4 단자는 콜렉터이고, 제2 단자 및 제5 단자는 이미터이고, 제3 단자 및 제6 단자는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구성하고 있는 트랜지스터의 베이스이다.

본 발명에서, 제1 스위치 및 제2 스위치가 N타입 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)일 경우에는, 제1 단자 및 제4 단자는 소스이고, 제2 단자 및 제5 단자는 드레인이며, 제3 단자 및 제6 단자는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구성하고 있는 트랜지스터의 게이트이다.

본 발명에서, 제1 스위치 및 제2 스위치가 P 타입 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)일 경우에는, 제1 단자 및 제4 단자는 드레인이고, 제2 단자 및 제5 단자는 소스이고, 제3 단자 및 제6 단자는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구성하는 트랜지스터의 게이트이다.

앞서 설명된 자동입력단선택기는 일반적으로 아래의 구성을 포함한다:

제1 입력전원단에 연결되고 제1 감지전압(sensed voltage)을 생성하는데 적합한 한 쌍의 제1 저항기를 포함하는 제1 분압기(voltage divider);

제2 입력전원단에 연결되고 제2 감지전압을 생성하는데 적합한 한 쌍의 제2 저항기를 포함하는 제2 분압기;

제1 감지전압 및 제2 감지전압을 수용하고 출력신호를 생성하는데 적합한 비교기(comparator); 및

출력신호를 수용하고 제3 단자 또는 제6 단자로 미리 정해진 전압을 공급하는데 적합한 드라이버.

또한, 본 명세서에서 설명되는 입력단 선택기(line selector)는 본 명세서에서 제시하는 선형 충전기 어플리케이션에 적용이 되며, 선형 충전기는 노드와 로드 사이에서 작동하도록 결합된 제3 스위치를 포함하며, 제3 스위치는 적어도 하나의 제7 단자, 제8 단자 및 제9 단자를 포함하고, 제7 단자는 로드에 연결되며, 제8단자는 노드에 연결되고, 제9 단자는 드라이버에 결합된다.

게다가, 앞서 설명된 입력단 선택기는 본 명세서에서 제시하는 스위칭 충전기 어플리케이션에서 적용되며, 스위칭 충전기는 노드와 로드 사이에서 작동하도록 결합된 제4 스위치 및 제5 스위치를 더 포함하며, 제4 스위치는 제10 단자, 제11 단자 및 제12 단자를 포함하고, 제5 스위치는 제13 단자, 제14 단자 및 제15 단자를 포함하며, 제10 단자 및 제14 단자는 로드에 연결되며, 제11 단자는 노드에 연결되며, 제12 단자 및 제15 단자는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 드라이버에 결합된다.

본 발명에서 설명되는 시스템은 개별소자(discrete component), 집적회로(integrated circuit) 및 하이브리드(hybrid) 집적회로 중에서 적어도 하나를 사용하면서 실행될 수 있다.

본 발명은 제1 입력전원단 또는 제2 입력전원단 중 적어도 하나에서 공통노드 방향으로 일정하게 흐르는 전류를 선택적으로 연결하고 제공하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 하기 단계를 포함한다:

제1 입력전원단과 노드 사이에 제1 단자, 제2 단자 및 제3 단자를 가지고 있는 제1 스위치를 제공하는 단계;

제1 입력전원단에 제1 단자를, 노드에 제2 단자를 연결하는 단계;

제2 입력전원단과 노드 사이에 제4 단자, 제5 단자 및 제6 단자를 가지는 제2 스위치를 제공하는 단계;

제2 입력전원단에 제4 단자를, 노드에 제5 단자를 연결하는 단계;

미리 정해진 선택로직을 기초로 하고, 저전압동작차단전압보다 더 큰 제1 입력전원단 및 제2 입력전원단 중에서 적어도 하나의 입력단을 선택하기 위하여 각 입력단자에서 인가되는 전압레벨에 따라 제1 스위치 또는 제2 스위치의 어느 하나를 켰다껐다(toggle)하는 단계;

제1 입력전원단에 대응하는 제1 감지전압을 생성하는 단계;

제2 입력전원단에 대응하는 제2 감지전압을 생성하는 단계;

제1 감지전압 및 제2 감지전압을 비교하고 출력신호를 생성하는 단계; 및

더 높은 감지전압을 가지는 제1 입력전원단 또는 제2 입력전원단을 연결하기 위하여 출력신호를 기초로 한 제3 단자 또는 제6 단자를 드라이브하는 단계.

앞서 설명된 본 발명의 방법은 하기의 단계를 더 포함한다:

제1 입력전원단과 결합된 로드 사이에 제7 단자, 제8 단자 및 제9 단자를 제공하는 단계;

로드에 제7 단자를 연결하는 단계;

노드에 제8 단자를 연결하는 단계; 및

선형 충전기에 적용될 때, 로드로 충전전류 및 충전전류를 적절히 조절하기 위하여 제9 단자를 드라이브하는 단계.

앞서 설명된 것처럼 본 발명의 방법은 하기의 단계를 더 포함한다:

노드와 스위칭노드 사이에 제10 단자, 제11 단자, 및 제12 단자를 가지는 제4 스위치, 및 제13 단자, 제14 단자 및 제15 단자를 가지는 제5 스위치;

노드에 제11 단자를 연결하는 단계;

로드에 제10 단자 및 제 14 단자를 연결하는 단계; 및

스위칭 충전기에 적용될 때, 스위칭노드로 충전전류 및 충전전압을 적절히 조절하기 위하여 제12 단자 및 제15 단자를 드라이브하는 단계.

앞서 설명된 발명에서 언급된 미리 정해진 선택로직은 하기의 단계를 포함한다:

히스테리시스 전압을 포함하는 오프셋 전압이 제1 스위치와 제2 스위치의 기생(parasitic) 바디 다이오드의 순방향(forward) 전압보다 더 낮도록 히스테리시스 전압(hysteresis voltage)과 오프셋 전압(offset voltage)을 결정하는 단계; 및

제1 감지전압과 제2 감지전압 중에서 우선순위가 높은 입력단(high priority input line) 설정은 제1 감지전압 및 제2 감지전압 중에서 적어도 하나에 인가되는 상기 오프셋 전압으로부터 히스테리시스 전압을 뺀 전압에 의하여 결정되는 단계.

본 발명의 입력단 선택기 및 이와 관련된 배터리 충전기는 첨부되는 도면과 함께 설명된다:
도 1 은 일반적인 입력 선택기 시스템 및 이와 관련된 배터리 충전기를 보여준다.
도 1a는 도 1에서 도시된 일반적인 배터리 충전기와 관련된 선형 충전기를 보여준다.
도 1b는 도 1에서 도시된 일반적인 배터리 충전기와 관련된 스위칭 충전기를 보여준다.
도 2a는 당분야에서 알려진 대체 가능한 선형 충전기를 보여준다.
도 2b는 당분야에서 알려진 대체 가능한 스위칭 충전기를 보여준다.
도 3은 본 발명의 구체예와 관련된 입력단 선택기 및 이와 관련된 배터리 충전기를 보여준다.
도 4는 본 발명의 구체예의 배터리용 선형 충전기를 보여준다.
도 5는 본 발명의 구체예의 배터리용 스위칭 충전기를 보여준다.
도 6은 본 발명의 구체예의 자동입력단선택기 및 게이트를 보여준다.
도 7은 도 6의 자동입력단선택기의 출력 파형(waveform)을 보여준다.
부재번호/표식은 첨부된 도면 중 일부 도면에서의 대응하는 부재를 가리킨다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 구체예를 설명하기 위한 것으로, 이로 한정하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수형태인 “하나” 및 “상기”는 별도로 기재되지 않았다면, 복수의 의미도 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 “포함한다”, “포함하는”, 및 “가지고 있는”은 포괄적인 의미로, 기재된 특징, 정수, 단계, 기능, 부재, 및/또는 부품을 특징짓는 것이며, 하나 이상의 기타 다른 특징, 정수, 단계, 기능, 부재, 부품, 및/또는 이들의 군의 존재 또는 추가를 제한하는 것은 아니다. 본 명세서에서 설명되는 방법의 단계, 절차 및 기능은 별도로 기재되지 않는 한, 반드시 본 명세서에서 논의되거나 설명된 특정 순서로 실시되는 것을 의도한 것은 아니다. 또한, 부가적인 단계 또는 대체 단계도 적용될 수 있다.

부재 또는 레이어(Layer)가 다른 부재 또는 레이어(Layer) “위에”, “과 맞물린”, “에 연결된” 또는 “에 결합된” 것으로 언급될 때, 부재 또는 레이어는 다른 부재 또는 레이어 상에 직접적으로 존재하거나, 직접적으로 맞물려 있거나, 연결되어 있거나, 또는 결합되어 있을 수 있다. 또한, 부재가 다른 부재 또는 레이어에 “직접적으로 상부에”, “과 직접적으로 맞물린”, “직접적으로 연결된”, 또는 “직접적으로 결합된” 것으로 언급될 때는, 이들 부재 또는 레이어 사이에 어떤 부재도 존재하지 않을 수 있다. 부재간의 관계를 설명하는데 사용된 기타 용어(예, “사이에” 와 “직접적으로 사이에”, “인접한” 과 “직접적으로 인접한”)는 동등한 형태로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어 “및/또는”은 열거된 목록의 하나 이상의 어떤 조합 및 모든 조합을 포함한다.

용어 제1, 제2, 제3 등은 다양한 부재, 부품, 영역, 레이어 및/또는 부문을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 이러한 부재, 부품, 영역, 레이어, 및/또는 부문이 이러한 용어로 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 단지 하나의 부재, 부품, 영역, 레이어 또는 부문을 다른 영역, 레이어 또는 부문과 구별하고자 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 “제1”, “제2” 및 기타 다른 숫자 용어는 별도로 기재되지 않는 한, 연속성 또는 순서를 의미하는 것은 아니다. 따라서, 하기에서 기재된 제1 부재, 제1 부품, 제1 영역, 제1 레이어 또는 제1 부문은 본 발명의 구체예의 범위를 벗어나지 않으면서, 제2 부재, 제2 부품, 제2 영역, 제2 레이어 또는 제2 부문으로 명명될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 “적어도” 또는 “적어도 하나”는 하나 이상의 부재, 재료 또는 수량의 사용을 나타내며, 이러한 사용은 하나 이상의 바람직한 목적 또는 결과를 얻기 위해 본 발명의 구체예에서 이루어질 수 있다.

다양한 물리적 파라미터, 직경 또는 수량으로 언급되는 수치는 단지 대략적인 것으로, 별도로 기재하지 않았다면, 본 명세서에 기재된 파라미터, 직경 또는 수치보다 더 높거나 적은 수치도 본 발명의 범위에 포함된다.

도 1은 일반적인 입력 선택기 시스템 및 이와 관련된 배터리충전기를 나타낸다. 도 1에서 도시된 것처럼, 시스템(100)은 두 개의 로드스위치와 이와 관련된 배터리충전기의 조합을 포함하는 것으로, 듀얼입력 단일출력충전기 어플리케이션을 보여준다. 시스템(100)은 두 개의 입력전원단, 즉 제1 로드 스위치(102)에 연결된 VBUS1 및 제2 로드 스위치(104)에 연결된 VBUS2로부터 전력을 받는다. 제1 로드 스위치(102)는 소스-드레인-드레인-소스 구성에 있는 일반적으로 nMOSFET인 두 개의 트랜지스터, 1M1 과 1M2의 직렬접속을 포함한다. 유사하게, 제2 로드스위치(104)는 소스-드레인-드레인-소스 구성에 있는 두 개의 트랜지스터 즉, 1M3 및 1M4의 직렬접속을 포함한다. 로드스위치(102) 및 (104)는 각각 충전기(106)의 nMOSFET(1M5 및 1M6)과 직렬로 결합하며, 스위치(1M5 및 1M6)은 소스-드레인-드레인-소스 구성에 연결된다. nMOSFET(1M6)과 함께 nMOSFET(1M7)은 정류기(regulator) 역할을 하며 인덕터(inductor) L1 및 커패시터(capacitor)(112)를 통과하는 충전전류 및 충전전압을 조절하고, 출력은 배터리(108)를 포함하는 로드 및/또는 시스템(100)에 연결된 다른 부재(110)로 제공된다.

시스템(100)이 두 개의 입력전원단, VBUS1 및 VBUS2에 연결될 때, 인에이블 신호인 EN1 및 EN2는 이용 가능한 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2) 중 하나로부터 입력전력을 수용하기 위하여 로드스위치(102, 104) 중에서 하나를 적절히 인에이블한다. 적절한 로드스위치(102, 104)가 인에이블될 때, 입력전력은 선택된 로드스위치(102, 104)의 nMOSFET의 직렬접속에 의해 수용된다. 일반적으로, 로드스위치의 nMOSFET의 게이트 전압이 nMOSFET의 게이트의 전압 임계전압보다 더 높으면, 소스와 드레인 사이에 전도채널(conducting channel)이 형성되고, 인에이블된 nMOSFET은 전도를 시작한다. 두 개의 로드 스위치(102, 104)는 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2)을 공통노드 Vin에 연결하고, 이로 인하여, 충전기(160)로 전력을 공급한다. 입력전원단을 선택한 즉시, 로드스위치 nMOSFET(1M5 및 1M6)은 로드스위치(102 및 104)의 nMOSFET과 유사한 방법으로 전도를 시작한다. nMOSFET(1M7)은 필터의 기능을 하고 교류 (AC)의 흐름을 정류하는 인덕터 L1 및 커패시터(112)의 도움을 받아서 출력전압 및 전류를 조절한다. 그런 후, 노드 Vbat에 이용 가능한 조절된 전압은 배터리(108) 및/또는 시스템(100)의 다른 연결된 부재(110)로 공급된다.

nMOSFET이 오프상태에 있을 때, 배터리(108)에서 오는 역전류가 있을 수 있다. 직렬로 연결된 nMOSFET의 소스-드레인-드레인-소스 구성은 역전류를 차단하고 노드 Vin에서 오는 입력전원(VBUS1 및 VBUS2)를 각각 절연하며, 또한 노드 Vin과 Vbat 사이에 절연을 제공한다. 그러나, nMOSFET의 직렬구성의 반복적인 사용은 전도손실을 증가시키는 경향이 있으며, 이로 인하여 충전기시스템의 효율성이 감소한다.

도 1a는 도 1의 일반적인 배터리충전기와 관련된 선형 충전기를 나타낸다. 도 1a는 노드 Vin과 노드 Vbat사이의 소스-드레인-드레인-소스 구성으로 직렬로 연결된 제1 스위치 1M5 및 제2 스위치 1M6을 포함하는 선형 충전기(106a)를 나타낸다. 정상적으로 작동하는 동안에, 제1 스위치 1M5는 켜지고, 제2 스위치 1M6은 노드 Vbat에 있는 배터리 전압을 양방향으로 조절하도록 돕는다. 노드 Vin에 있는 입력전압이 노드 Vbat에 있는 배터리전압 아래로 떨어지면, 제1 스위치 1M5는 원치 않는 역전류를 차단한다.

도 1b는 도 1의 일반적인 배터리충전기와 관련된 스위칭 충전기를 나타낸다. 스위칭 충전기(106b)는 노드 Vin과 노드 Vbat 사이에서 작동하도록 연결된 세 개의 스위치를 포함한다. 스위치 1M5는 정상적인 작동 중에서 항상 ON 상태이다. 또한, 스위치 1M5는 노드 Vin에 있는 전압이 노드 Vbat에 있는 배터리 전압보다 낮을 경우에, 노드 Vbat에서 노드 Vin으로 흐르는 전류도 차단한다. 스위치(1M6 및 1M7)는 ON/OFF를 적절히 바꾸고, 노드 Vbat에 있는 출력전압은 스위치(1M6 및 1M7)가 ON에 있을 때 결정된다. 스위치 1M6가 ON되고 스위치 1M7이 OFF되면, 에너지는 인덕터 L1에 의해 저장되고, 스위치 1M7이 ON되고 스위치 1M6가 OFF되면, 전력은 인덕터 L1에 의해 노드 Vbat으로 전달된다. 인덕터 L1 및 커패시터(112)는 저역필터(low pass filter)의 기능을 하고 안정한 DC 전압을 제공한다. 충전기는 전압을 조절하는 벅 컨버터(buck converter)의 기능을 한다.

따라서, 도 1, 1a 및 1b에서 도시된 것처럼 고안된 일반적인 충전기 어플리케이션은 듀얼입력 전원과 출력 사이에 절연성을 제공하기 위해서 적어도 4 개의 스위치는 반드시 필요로 하며, 충전기 기능을 위해서는 적어도 2 개의 스위치를 더 필요로 한다.

도 2a는 당분야에서 알려진 대체 가능한 선형 충전기를 보여준다. 두 개의 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2)을 가진 충전기(200a)는 입력전원단 VBUS1으로 소스-드레인-드레인-소스 구성으로 연결된 스위치(2M1 및 2M2), 및 입력전원단 VBUS2로 소스-드레인-드레인-소스 구성으로 직렬로 연결된 스위치(2M3 및 2M4)의 직렬접속을 포함한다. 입력전원단(VBUS1 또는 VBUS2)은 외부 컨트롤러에 의해 제어되는 ‘인에이블’ 신호(202)에 기반하여 선택된다. 스위치(2M1 및 2M2)는 VBUS1이 선택될 때 전도한다. 스위치(2M3 및 2M4)는 VBUS2가 선택될 때 전도한다. 충전기(200)는 배터리(204) 또는 시스템(200a)의 부재(206)에 공급되는 충전전류 및 충전전압을 조절한다. 충전기는 입력전압으로부터 노드 Vbat에 있는 배터리전압을 절연한다.

도 2b는 당 분야에서 알려진 대체 가능한 스위칭 충전기를 보여준다. 두 개의 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2)을 가진 충전기(200b)는 입력전원단, VBUS1으로 소스-드레인-드레인-소스 구성으로 연결된 스위치(2M1과 2M2), 및 입력전원단 VBUS2로 소스-드레인-드레인-소스 구성으로 직렬로 연결된 스위치(2M3 및 2M4)의 직렬접속을 포함한다. 입력전원단(VBUS1 또는 VBUS2)은 외부 컨트롤러에 의해 제어되는 ‘인에이블’ 신호(202)에 기반하여 선택된다. 스위치(2M1 및 2M2)는 VBUS1이 선택될 때 전도한다. 스위치 2M3 및 2M4는 VBUS2가 선택될 때 전도한다. 스위치 2M5는 베터리(204) 또는 시스템(200b)의 부재(206)에 공급되는 출력전압을 조절한다. 바이패스 콘덴서(Cpm1 및 Cpm2)는 충전기의 안정한 기능한 강화하고자 각각의 스위치 조합과 함께 제공된다.

따라서, 도 2a 및 2b에 도시된 것처럼 고안된 일반적인 충전기 어플리케이션은 듀얼입력 전원과 출력 사이에 절연을 제공하고 충전기 기능을 제공하기 위해 적어도 4-5개의 스위치는 반드시 필요로 한다.

게다가, 도 1, 1a, 1b, 2a 및 2b에서 도시된 것처럼 고안된 일반적인 충전기 어플리케이션은 입력전원단에서 전압을 감지하고 적절한 입력전원단을 선택하기 위하여 부가적인 회로(기계적 제어장치 또는 전자식 제어회로)가 필수적이다. 따라서, 많은 수의 스위치가 전기회로에 부가되고, 이로 인하여 시스템이 복잡해지고 비효율적으로 되며, 비용 또한 증가한다.

도 3은 본 발명의 구체예에 따른 입력단 선택기 및 이와 관련된 배터리 중전기를 보여준다. 시스템(300)은 두 개의 스위치(3M1 및 3M2)를 포함하며, 여기에서 스위치 3M1은 입력전원단 VBUS1에 연결되고, 스위치 3M2는 입력전원단 VBUS2에 각각 연결된다. 스위치(3M1 및 3M2)는 일반적으로 BJT 또는 MOSFET인 트랜지스터이다. 본 발명의 구체예에 대한 설명은 하기에서 nMOSFET와 관련하여 설명된다. 그러나, 이 구체예는 NPN 양극성 접합 트랜지스터(BJT), PNP 양극성 접합 트랜지스터(BJT), N타입 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET), P 타입 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 등과 같은 다른 트랜지스터에도 적용 가능하다.

스위치(3M1 및 3M2)는 스위치가 꺼졌을 때(turn OFF) 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2) 간의 절연을 제공하고 노드 Vbat 방향으로 전류가 흐르도록 소스-드레인-드레인-소스 구성으로 서로 연결되고, 스위치가 꺼졌을 때 노드 Vbat에서 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2)으로의 역전류를 막게된다.

자동입력단선택기 및 게이트 드라이버는 미리 정해진 로직을 기반으로 한 스위치(3M1 및 3M2)의 기능을 제어하기 위해 제공된다. 자동입력단선택기 및 게이트 드라이버는 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2) 중에서 하나를 선택하고, 이를 위하여 게이트의 임계전압보다 더 큰 전압으로 제공함으로써 대응하는 스위치(3M1 또는 3M2)의 게이트를 적절히 드라이브하며, 그 결과 스위치는 ON 상태가 된다. 스위치(3M1 및 3M2)의 드레인 단자는 공통노드 Vin에 연결되고, 공통노드 Vin은 세 개의 스위치(1M5, 1M6 및 1M7)를 포함하고 있는 일반적인 충전기(106)에 더 연결된다. 일반적인 충전기(106a)은 상기에서 도 1a와 관련된 선형 충전기(106a) 및 도 1b와 관련된 스위칭 충전기(106b)로 설명되었다.

따라서, 본 발명에서 고안된 시스템(300)은 도 1의 일반적인 시스템(100)에서 도시되고 설명된 것처럼 출력으로부터 입력전원단을 절연하는데 필요한 4 개의 스위치가 불필요하다. 따라서, 시스템(100)은 종래의 기술에서 사용된 스위치의 수의 반만을 사용하는 입력단 선택기 시스템 및 효율적으로 고안된 자동입력단선택기 및 게이트 드라이브를 제공함으로써 본 발명의 시스템(300)으로 효율적으로 개조되었으며, 이로 인하여 간단하고, 효율적이며 비용 효율이 높은 시스템(300)을 발명하게 되었다.

도 4는 본 발명의 구체예에 따른 배터리용 선형 충전기를 보여준다. 선형 충전기(400)는 두 개의 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2) 중에서 하나를 대응하는 스위치(3M1 또는 3M2)를 경유하여 노드 Vbat에 연결하는 자동입력단선택기 및 게이트 드라이버를 포함한다. 자동입력단선택기 및 게이트 드라이버는 정류기 또는 저전압강하(low dropout) 정류기처럼 양방향으로 작동하는 스위치 4M3을 통하여 전류가 흐르도록 대응하는 스위치 3M1 또는 3M2의 게이트를 선택하여 드라이브하며, 이로 인하여 시스템의 배터리(404) 또는 다른 부재(402)의 충전전압 및 충전전류를 조절한다. 예를 들어, 입력전원단 VBUS1이 자동입력단선택기 및 게이트 드라이버에 의해 선택될 때, 스위치 3M1은 ON 상태가 되고, 스위치 3M2는 OFF 상태가 된다. 스위치 4M3은 노드 Vbat에 있는 출력을 조절하고, 이로 인하여 배터리(404) 또는 다른 부재(402)의 충전전류 및 충전전압을 제어한다.

스위치 4M3은 게이트 드라이버(406)에 의해 제어된다. 스위치 4M3은 스위치 4M3과 연결된 스위치(3M1 및 3M2) 사이에 제공되는 소스-드레인-드레인-소스 구성으로 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2) 과 노드 Vbat 사이에 절연을 제공한다. 예를 들어, 스위치, 3M1이 ON 상태가 되면, 스위치(4M3 및 3M2)의 소스-드레인-드레인-소스 구성은 OFF 상태인 스위치, 3M2에 의하여 배터리(404)에서 오는 모든 역전류 흐름을 막는다. 모든 스위치가 OFF 상태에 있을 때 배터리(404)에서 입력전원단으로 흐를 수 있는 역전류는 저지된다.

도 5는 본 발명의 구체예에 따른 배터리용 스위칭 충전기를 보여준다. 충전기(500)는 도 4에서 도시된 것과 같은 구성으로 배열된 스위치(3M1, 3M2), 자동입력단선택기, 및 게이트 드라이버를 포함한다. 스위치 5M3은 스위치 5M3과 연결된 스위치(3M1, 3M2) 사이에 제공되는 소스-드레인-드레인-소스 구성으로 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2)과 노드 Vbat 사이에 절연을 제공한다. 스위칭 충전기의 기능을 위해 스위치 5M3과 함께 작동하도록 스위치 5M4를 부가적으로 제공한다. 스위치(5M4 및 5M3)는 스위칭 동작을 통하여 출력전력을 조절하기 위해 펄스폭변조 드라이버(502)에 의해 제어된다. 예를 들어, 입력전원단, VBUS1이 자동입력단선택기 및 게이트 드라이버에 의해 선택될 때, 스위치 3M1은 ON 상태가 되고, 스위치 3M2는 OFF상태가 된다. 스위치(5M3 및 5M4)의 각 전도시간은 펄스폭변조 드라이버(502)에 의해 제어되고, 스위치(5M3 및 5M4)는 에너지 저장 부품인 배터리(504)를 충전하거나 시스템의 다른 부재(506)로 전력을 공급하기 위하여 에너지 저장부품인 인덕터 L1과 함께 노드 Vbat에 있는 콘덴서와 함께 충전전류 및 충전전압을 조절한다. 일반적으로, 바이패스 콘덴서, Cpm은 시스템(500)의 안정한 작동을 강화하기 위해 제공된다.

도 6은 본 발명의 구체예에 따른 자동입력단선택기 및 게이트 드라이브를 보여준다. 배치(600)는 두 개의 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2) 중에서 하나를 자동적으로 선택하도록 고안되었다. 자동입력단선택기 및 게이트 드라이버는 미리 정해진 선택로직을 기반으로 하고, 저전압동작차단전압보다 더 큰 두 개의 입력전원단 중에서 적어도 하나의 전압레벨에 따라 결정되는 작동구성과 비작동구성 사이의 입력전원단과 관련된 스위치 중에서 하나를 켰다껐다한다. 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2) 각각의 전압레벨은 한 쌍의 저항기를 포함하고 있는 관련된 분압기에 의해 감지된다. 입력전원단(VBUS1 및 VBUS2) 각각의 높은 전압은 입력전원단 VBUS1에 대한 저항기(R1 및 R2) 및 입력전원단, VBUS2에 대한 저항기(R1, R2 및 R3)을 포함하고 있는 저항성(resistive) 분압기의 저항비에 의해서 나눠진다. 입력전원단 VBUS1과 관련된 노드 Va 및 입력전원단 VBUS2과 관련된 노드 Vb에서의 감지전압 각각은 두 개의 입력전압을 비교하고 하나의 출력전압Vcom을 생성하는 비교기(602)에 대한 비-반전입력(non-inverting input) 및 반전입력(inverting input)이다. 비교기(602)는 안정한 작동을 위해 두 개의 입력전원단 사이의 노이즈에 의한 출력단자에서 플리커 현상(flickering)을 방지하기 위해 히스테리시스 전압(Vhys)이 제공된다. 히스테리시스 전압(Vhys)는 저항기(R3) 및 스위치(606)에 의해 공급된다. 스위치(606)이 OFF 상태일 때, 노드 Vc에서의 전압은 R1+R2 및 R3의 비율에 의해 설정된다. 스위치(606)이 ON 상태에 있을 때, 노드 Vc는 접지(ground)에 연결된다. 노드 Vc에서의 전압 변화는 노드 Vb에서의 전압변화, 비교기(602)의 반전입력전압의 변화를 야기하고, 요구되는 히스테리시스 전압(Vhys)를 생성한다. 비교기(602)는 노드(Va 및 Vb)에서의 입력전압을 비교하고, 생성된 출력전압 Vcom은 두 개의 nMOSFET(3M1 및 3M2) 중에서 하나의 게이트를 적절히 드라이브하기 위해서 게이트 드라이버(604)로 제공된다. 예를 들어, 게이트 드라이브(604)는 높은 Vcom전압에 대하여서는 nMOSFET(3M1)을 ON 상태로 하고, nMOSFET(3M2)를 OFF 상태로 한다. 이와 유사하게, 낮은 Vcom전압에 대하여서는 nMOSFET(3M2)를 ON 상태로 하고, nMOSFET(3M1)를 OFF 상태로 함으로써, 입력전압(VBUS1 및 VBUS2)에 따라 두 개의 nMOSFET중에서 하나만 켜지거나 모두 꺼지게 된다. 따라서, 선택된 전원단은 적용가능한 스위치에 의하여 선형 충전기/스위칭 충전기에 연결된다.

도 7은 도 6의 자동입력단선택기의 출력파형을 보여준다. VBUS1 및 VBUS2는 대응하는 입력전원공급장치의 전압파형을 나타내고, Vcom은 도 6의 비교기의 출력전압을 나타내며, Vin은 선형 충전기/스위칭 충전기 어플리케이션에 공급되는 전압을 나타낸다. VBUS2를 기준으로 VTH_r은 VBUS1가 상승할 때의 임계전압을 나타내며, VTH_f는 VBUS1가 하강할 때의 임계전압을 나타낸다. Vcom은 VTH_r에서 낮은 레벨에서 높은 레벨로 켰다껐다 하게 되고, VTH_f에서는 이와 반대로 켰다껐다 하게 된다.

두 개의 입력전원단 중에서 하나가 더 높은 우선순위를 가지도록 미리 결정되는 것 필수적이다. 예를 들어, 두 개의 입력전원단이 AC 메인 어댑터 및 USB 인터페이스에 의해서 확보될 때, 동일한 입력전압레벨이 두 개의 입력단에서 감지될 수 있다. 비교기의 임계전압 내에 약간의 이력현상(hysteresis)이 있지만, 비교기의 출력은 비교기의 입력에서의 유사한 입력전압레벨에 의하여 불안정(알려지지 않은 상태)할 수 있다. 게다가, 비록 두 개의 입력이 동일한 전압레벨에 있더라도, 이들의 전류구동능력(current driving capability)은 다를 수 있다. 예를 들어, 어댑터는 USB 입력보다 더 높은 전류구동능력을 가진다. 따라서, 어뎁터 입력단이 USB입력단과 동일하게 감지된 전압레벨을 가지는 상황에서 어뎁터 입력단은 우선순위를 가지는 것이 요구된다.

두 개의 입력전원단 중에서 하나를 선택하기 위하여, 오프셋 전압 Voff는 두 개의 입력전원단 중 어느 하나의 감지전압에 더해진다. 이를 설명하기 위하여, 우리는 도 6의 입력전원단 VBUS2의 감지전압에 Voff가 더해진다고 가정한다. Voff는 입력단이 동일하게 감지된 전압레벨을 가지는 상황에서 입력전원단 VBUS1을 높은 우선순위의 입력전원단으로 만들고자 부가된 오프셋 전압(저항성 분압기와 직렬임)을 나타낸다.

Voff 부가로 인하여, VBUS1은 하기조건에 의해 표기되는 우선순위가 정해진다.

상기 조건은 하기 수학공식으로 뒷받침되며, 이 공식에서 VBUS1 = VBUS2에서 Vcom이 높은 레벨이 되는 것을 고려하였다.

도 6의 비교기(602)는 안정된 기능을 위하여 히스테리시스 전압 Vhys를 공급하는데, 이는 비교기의 제한된 전압이득(gain)구간으로 인하여 불안정한 출력상태가 되는 것을 방지하기 위하여 히스테리시스 전압이 필요하다 요구하는 것으로부터 VBUS1의 상승 및 하강 임계전압을 위한 히스테리시스 전압 Vhys는 다음 식과 같다:

VBUS2 및 VTH_f의 차이 δV는 오프셋 전압 Voff과 동일하고, 오프셋 전압 Voff는 적절한 선의 선택을 촉진하기 위한 nMOSFET 스위치(3M1 및 3M2) 각각의 기생 바디 다이오드의 순방향 전압 VF 보다 더 작아야만 한다. 그러므로, 본 발명에 언급된 바에 따라,

예를 들어, VF=0.6V, δV =0.8V, VBUS1=VBUS2=5.4V이면, 자동입력단선택기는 미리 정해진 우선순위 입력단인 VBUS1을 선택한다. 따라서, 스위치 3M1은 ON 상태가 되고, 스위치 3M2는 OFF 상태가 된다. 이 때에, VBUS1 전력공급이 사라지면, VBUS1 전압은 VBUS2-VF=5.4V-0.6V=4.8V로 하강하지만, VBUS1은 VBUS2- δV보다 더 낮지 않기 때문에 스위치 3M1은 여전히 ON 상태이고, 스위치 3M2는 OFF 상태이다. 따라서, 출력 Vin은 4.8 V가 되고, 3M2의 바디 다이오드로 인하여 3M2 내에 전력손실이 발생한다. VBUS1 전력공급이 끊기지 않고, 4.8 V의 전압원으로 연결된 최악의 경우를 가정하면, VBUS2 및 VBUS1는 단락이 될 것이고, 거대한 단락전류(short circuit current)가 3M2의 바디 다이오드 및 3M1의 드레인-소스 저항 RDS(ON)을 통과하여 VBUS2에서 VBUS1으로 흐를 것이다. 따라서, δV은 반드시 스위치의 바디 다이오드의 순방향 전압보다 더 낮아야 한다.

본 발명에서 설명된 시스템은 적어도 하나의 개별소자, 직접회로 및 하이브리드 집적회로를 사용하여 고안될 수 있다.

[기술적 진보 및 경제적 유의성]

본 발명에서 제공되는 기술적 진보는 하기 사항의 구현을 포함한다:

상대적으로 적은 수의 부재를 포함하는 구성을 가진 듀얼입력 배터리 충전기와 관련된 입력단 선택기;

듀얼입력 배터리 충전기와 관련된 효율적인 입력단 선택기;

듀얼입력 배터리 충전기와 관련된 입력단 선택기 내의 부재에 대한 단순한 제어회로(control circuit);

듀얼입력 배터리 충전기 내의 감소된 전도손실;

비용 효율이 높은 듀얼입력 배터리 충전기; 및

컴팩트한 듀얼입력 배터리 충전기.

Claims (15)

1. 제1 입력전원단에서 노드 방향으로 흐르는 전류를 선택적으로 제공하도록 구성된 제1 스위치;
   제2 입력전원단에서 노드 방향으로 흐르는 전류를 선택적으로 제공하도록 구성된 제2 스위치;
   상기 제1 스위치 및 제2 스위치로 연결되고, 미리 정해진 선택로직회로를 기초로 하며 미리 정해진 저전압동작차단전압보다 더 큰 상기 제1 입력전원단과 제2 입력전원단 중에서 적어도 하나의 전원단을 선택하여 제1 스위치 또는 제2 스위치 어느 하나를 켰다껐다 하도록 구성된 자동 입력단 선택기;
   상기 제1 입력전원단에 연결되고 제1 감지전압을 생성하도록 구성된 한 쌍의 제1 저항기를 포함하고 있는 제1 분압기;
   상기 제2 입력전원단에 연결되고 제2 감지전압을 생성하도록 구성된 한 쌍의 제2 저항기를 포함하고 있는 제2 분압기;
   상기 제1 감지전압 및 제2 감지전압을 수용하고 출력신호를 생성하도록 구성된 비교기; 및
   상기 출력신호를 수용하고 제3 단자 또는 제6 단자로 미리 정해진 전압을 공급하도록 구성된 드라이버;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1 입력전원단 및 제2 입력전원단 중에서 하나를 공통노드에 선택적으로 연결하도록 구성된 입력단 선택기 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스위치는 적어도 하나의 제1 단자, 제2 단자, 제3 단자를 포함하고, 상기 제1 단자는 상기 제1 입력전원단에 연결되며; 그리고 상기 제2 스위치는 적어도 하나의 제4 단자, 제5 단자 및 제6 단자를 포함하고, 상기 제4 단자는 상기 제2 입력전원단에 연결되고, 상기 제2 단자 및 제5 단자는 상기 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 입력단 선택기 시스템.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치가 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 및 양극성 접합 트랜지스터(BJT)와 같은 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 입력단 선택기 시스템.
   
5. 제2항에 있어서, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 이미터(emitter)인 상기 제1 단자 및 제4 단자, 콜렉터(collector)인 상기 제2 단자 및 제5 단자, 및 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 구성하고 있는 트랜지스터의 베이스(base)인 상기 제3 단자 및 제 6단자와 NPN 양극성 접합 트랜지스터(BJT)인 것을 특징으로 하는 입력단 선택기 시스템.
   
6. 제2항에 있어서, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 콜렉터인 상기 제1 단자 및 제4 단자, 이미터인 상기 제2 단자 및 제5 단자, 및 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 구성하고 있는 트랜지스터의 베이스인 상기 제3단자 및 제6 단자와 PNP 양극성 접합 트랜지스터(BJT)인 것을 특징으로 하는 입력단 선택기 시스템.
   
7. 제2항에 있어서, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 소스인 상기 제1 단자 및 제4 단자, 드레인인 상기 제1 단자 및 제5 단자, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 구성하고 있는 트랜지스터의 게이트인 상기 제3 단자 및 제6 단자와 N타입 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)인 것을 특징으로 하는 입력단 선택기 시스템.
   
8. 제2항에 있어서, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치는 드레인인 상기 제1 단자 및 제4단자, 소스인 상기 제2 단자 및 제5 단자, 및 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 구성하고 잇는 트랜지스터의 게이트인 상기 제3 단자 및 제6 단자와 P 타입 금속산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)인 것을 특징으로 하는 입력단 선택기 시스템.
   
9. 로드에 연결되는 선형 충전기로, 상기 선형 충전기는 제1항의 입력단 선택기 시스템을 포함하고, 상기 선형 충전기는 노드와 로드 사이에서 작동하도록 결합된 제3 스위치를 더 포함하고, 상기 제3 스위치는 적어도 하나의 제7 단자, 제8 단자 및 제9 단자를 가지며, 상기 제7 단자는 로드에 연결되고, 그리고 상기 제8 단자는 드라이버에 결합된 상기 노드 및 제9 단자로 연결되는 것을 특징으로 하는 선형 충전기.
   
10. 로드에 연결되는 스위칭 충전기로, 상기 스위칭 충전기는 제1항의 입력단 선택기 시스템을 포함하고, 상기 스위칭 충전기는 노드와 로드 사이에 작동하도록 결합된 제4 스위치 및 제5 스위치를 더 포함하고, 상기 제4 스위치는 제10 단자, 제 11 단자 및 제12 단자를 가지며, 상기 제5 스위치는 제13 단자, 제14 단자 및 제15 단자를 가지며, 상기 제10 단자 및 제14 단자는 하나의 스위칭 노드에 연결되고, 상기 제11 단자는 상기 노드에 연결되고, 상기 제12 단자 및 제15 단자는 펄스 폭 변조(PWM) 드라이버에 결합하는 것을 특징으로 하는 스위칭 충전기.
11. 제1항에 있어서, 개별소자, 집적회로 및 하이브리드 집적회로 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력단 선택기 시스템.
    
12. 제1 입력전원단과 노드 사이에 제1 단자, 제2 단자, 제3 단자를 가지는 제1 스위치를 제공하는 단계;
    상기 제1 입력전원단에 상기 제1 단자를, 상기 노드에 상기 제2 단자를 연결하는 단계;
    제2 입력전원단과 노드 사이에 제4 단자, 제5 단자 및 제6 단자를 가지는 제2 스위치를 제공하는 단계;
    상기 제2 입력전원단에 상기 제4 단자를, 상기 노드에 상기 제5 단자를 연결하는 단계;
    미리 정해진 선택로직을 기초로 하고, 저전압동작차단전압보다 더 큰 상기 제1 입력전원단과 제2 입력전원단 중에서 적어도 하나의 입력전원단을 선택하여 상기 제1 스위치 또는 제2 스위치의 어느 하나를 켰다껐다 하는 단계;
    상기 제1 입력전원단에 대응하는 제1 감지전압을 생성하는 단계;
    상기 제2 입력전원단에 대응하는 제2 감지전압을 생성하는 단계;
    상기 제1 감지전압 및 제2 감지전압을 비교하고 출력신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 입력전원단 또는 더 높은 감지전압을 가지는 제2 입력전원단을 연결하기 위해서 상기 출력신호를 기초로 한 상기 제3 단자 또는 제6 단자를 드라이브하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 입력전원단 또는 제2 입력전원단 중 하나로부터 공통노드 방향으로 흐르는 전류를 선택적으로 연결하여 제공하기 위한 방법.
    
13. 제12항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제1 입력전원단과 결합된 로드 사이에 제7 단자, 제8 단자 및 제9 단자를 가지고 있는 제3 스위치를 제공하는 단계;
    상기 로드에 상기 제7 단자를 연결하는 단계;
    상기 노드에 상기 제8 단자를 연결하는 단계; 및
    충전전류 및 충전전압을 적절히 조절하기 위해 상기 제9 단자를 상기 로드로 드라이브하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
14. 제13항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 노드와 하나의 스위칭 노드 사이에, 제10 단자, 제11 단자 및 제12 단자를 가지고 있는 제4 스위치, 및 제13 단자, 제14 단자 및 제15 단자를 가지고 있는 제5 스위치를 제공하는 단계;
    상기 노드에 상기 제11 단자를 연결하는 단계;
    상기 스위칭 노드에 상기 제10 단자 및 제14 단자를 연결하는 단계; 및
    충전전류 및 충전전압을 적절히 조절하고자 상기 제12 단자 및 제 15 단자를 상기 로드로 드라이브하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
15. 제12항에 있어서, 상기 미리 정해진 선택로직은,
    히스테리시스 전압을 포함하는 오프셋 전압이 상기 제1 스위치 및 제2 스위치의 기생 바디 다이오드의 순방향 전압보다 더 낮도록 상기 히스테리시스 전압과 오프셋 전압을 결정하는 단계; 및
    상기 제1 감지전압 및 제2 감지전압으로부터 선택되는 높은 우선순위의 입력단을 결정하기 위하여 상기 제1 감지전압 및 제2 감지전압 중에서 적어도 하나로 상기 히스테리시스 전압 및 상기 오프셋 전압을 부가하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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