KR102092236B1 - 무선 충전 장치 및 무선 충전 장치를 내장한 온열 시스템 - Google Patents

무선 충전 장치 및 무선 충전 장치를 내장한 온열 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 외부 장치에 전기 에너지를 공급하기 위한 전원 공급 장치는, 외부 배선을 통해 외부 전압을 수신하도록 구성되는 입력 회로, 온도에 따라 감지 신호를 생성하도록 구성되는 온도 감지기, 감지 신호에 응답하여 외부 전압을 이용하여 생성된 동작 전압을 내부 전압 노드에 선택적으로 출력하도록 구성되는 컷 오프 회로, 그리고 외부 장치와 연결 가능하도록 구성되는 출력 인터페이스 및 내부 전압 노드와 출력 인터페이스 사이에 연결되는 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는 동작 전압에 기반한 전기 에너지를 출력 인터페이스를 통해 외부 장치에 제공하도록 구성되는 출력 회로를 포함한다.

Description

무선 충전 장치 및 무선 충전 장치를 내장한 온열 시스템{WIRELESS CHARGING DEVICE AND HEATING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전자 기기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 외부 장치에 전기 에너지를 공급하는 무선 충전 장치 및 무선 충전 장치를 내장한 온열 시스템에 관한 것이다.
최근 출시되는 스마트폰과 같은 사용자 단말은 유선 충전 및/또는 무선 충전을 지원한다. 예를 들면, 사용자 단말을 USB 단자를 통해 외부 전원 소스에 연결하여 스마트폰의 배터리를 충전할 수 있으며, 혹은 사용자 단말을 충전 패드 위에 올려놓아 스마트폰의 배터리를 무선 충전할 수 있다.
사용자 단말의 사용 빈도가 증가함에 따라, 사용자 단말을 유선 및/또는 무선으로 충전할 수 있는 전원 공급 장치를 적합한 장소에 구비하도록 요구될 수 있다. 그러나, 이러한 장소는 전자 기기인 전원 공급 장치가 동작하기에는 열악한 환경일 수 있다. 예를 들면, 해당 장소는 온도, 햇빛 등으로 인해 전원 공급 장치의 온도를 지나치게 상승시키는 환경일 수 있으며, 이는 전원 공급 장치의 내구성 혹은 수명을 저하시킬 수 있다.
위 기재된 내용은 오직 본 발명의 기술적 사상들에 대한 배경 기술의 이해를 돕기 위한 것이며, 따라서 그것은 본 발명의 기술 분야의 당업자에게 알려진 선행 기술에 해당하는 내용으로 이해될 수 없다.
본 발명의 실시 예들은 향상된 내구성 혹은 수명을 갖는 전원 공급 장치 및 그것을 포함하는 온열 시스템을 제공하기 위한 것이다. 예를 들면, 전원 공급 장치는 상대적으로 높은 온도에 노출될 수 있는 곳에 설치되더라도 고장 없이 충전 기능을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 외부 장치에 전기 에너지를 공급하기 위한 전원 공급 장치는, 외부 배선과 연결 가능하도록 구성되며, 상기 외부 배선을 통해 외부 전압을 수신하도록 구성되는 입력 회로; 온도에 따라 감지 신호를 생성하도록 구성되는 온도 감지기; 상기 감지 신호에 응답하여, 상기 외부 전압을 이용하여 생성된 동작 전압을 내부 전압 노드에 선택적으로 출력하도록 구성되는 컷 오프 회로; 및 상기 외부 장치와 연결 가능하도록 구성되는 출력 인터페이스 및 상기 내부 전압 노드와 상기 출력 인터페이스 사이에 연결되는 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 동작 전압에 기반한 전기 에너지를 상기 출력 인터페이스를 통해 상기 외부 장치에 제공하도록 구성되는 출력 회로를 포함한다.
상기 온도 감지기는 상기 온도가 임계 온도보다 높을 때 상기 감지 신호를 디스에이블하도록 구성되고, 상기 컷 오프 회로는 상기 감지 신호가 디스에이블될 때 상기 동작 전압이 상기 내부 전압 노드로 출력되는 것을 차단하도록 구성될 수 있다.
상기 임계 온도는 섭씨 80도일 수 있다.
상기 온도 감지기는, 상기 동작 전압을 수신하는 제 1 노드와 접지 노드 사이에 연결된 복수의 저항 소자들; 및 상기 복수의 저항 소자들 사이의 제 2 노드의 전압에 응답하여 상기 감지 신호를 디스에이블하도록 구성되는 제 1 스위칭 소자를 포함하되, 상기 복수의 저항 소자들 중 적어도 하나는 상기 온도에 따라 가변하는 저항값을 가질 수 있다.
상기 컷 오프 회로는 상기 제 1 노드와 상기 내부 전압 노드 사이에 연결되는 제 2 스위칭 소자를 포함하되, 상기 제 2 스위칭 소자는 상기 감지 신호가 디스에이블될 때 턴오프될 수 있다.
상기 전원 공급 장치는 상기 내부 전압 노드와 접지 노드 사이에 연결되는 적어도 하나의 발광 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 장치는 상기 입력 회로를 통해 수신된 상기 외부 전압을 소정 레벨의 직류 전압으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전압을 상기 동작 전압으로서 출력하도록 구성되는 전압 컨버터를 더 포함할 수 있다.
상기 외부 전압은 교류 전압일 수 있다.
본 발명의 다른 일면은 전원 공급 장치를 포함하는 온열 시스템에 관한 것이다. 상기 온열 시스템은, 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하되, 상기 제 1 부분에서 내부 공간을 갖는 구조물; 외부 전원 소스와 연결 가능하도록 구성되되, 상기 제 1 부분의 적어도 일부를 관통하여 상기 내부 공간으로 연장되는 배선; 및 상기 외부 전원 소스로부터 상기 배선을 통해 전달되는 외부 전압을 이용하여, 외부 장치에 전기 에너지를 공급하도록 구성되는 전원 공급 장치를 포함하되, 상기 전원 공급 장치는, 상기 배선을 통해 상기 외부 전압을 수신하도록 구성되는 입력 회로; 온도에 따라 감지 신호를 생성하도록 구성되는 온도 감지기; 상기 감지 신호에 응답하여, 상기 외부 전압을 이용하여 생성된 동작 전압을 내부 전압 노드에 선택적으로 출력하도록 구성되는 컷 오프 회로; 및 상기 외부 장치와 연결 가능하도록 구성되는 출력 인터페이스 및 상기 내부 전압 노드와 상기 출력 인터페이스 사이에 연결되는 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 동작 전압에 기반한 전기 에너지를 상기 출력 인터페이스를 통해 상기 외부 장치에 제공하도록 구성되는 출력 회로를 포함한다.
상기 온도 감지기는 상기 온도가 임계 온도보다 높을 때 상기 감지 신호를 디스에이블하도록 구성되고, 상기 컷 오프 회로는 상기 감지 신호가 디스에이블될 때 상기 동작 전압이 상기 내부 전압 노드로 출력되는 것을 차단하도록 구성될 수 있다.
상기 임계 온도는 섭씨 80도일 수 있다.
상기 온도 감지기는, 상기 동작 전압을 수신하는 제 1 노드와 접지 노드 사이에 연결된 복수의 저항 소자들; 및 상기 복수의 저항 소자들 사이의 제 2 노드의 전압에 응답하여 상기 감지 신호를 디스에이블하도록 구성되는 제 1 스위칭 소자를 포함하되, 상기 복수의 저항 소자들 중 적어도 하나는 상기 온도에 따라 가변하는 저항값을 가질 수 있다.
상기 컷 오프 회로는 상기 제 1 노드와 상기 내부 전압 노드 사이에 연결되는 제 2 스위칭 소자를 포함하되, 상기 제 2 스위칭 소자는 상기 감지 신호가 디스에이블될 때 턴오프될 수 있다.
상기 전원 공급 장치는 상기 내부 전압 노드와 접지 노드 사이에 연결되는 적어도 하나의 발광 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 공급 장치는 상기 입력 회로를 통해 수신된 상기 외부 전압을 소정 레벨의 직류 전압으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전압을 상기 동작 전압으로서 출력하도록 구성되는 전압 컨버터를 더 포함할 수 있다.
상기 외부 전압은 교류 전압일 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 향상된 내구성 혹은 수명을 갖는 전원 공급 장치 및 그것을 포함하는 온열 시스템이 제공된다. 예를 들면, 전원 공급 장치는 상대적으로 높은 온도에 노출될 수 있는 곳에 설치되더라도 고장 없이 충전 기능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온열 시스템을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I’ 라인에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 II-II’ 라인에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 5는 도 4의 입력 회로 및 전압 컨버터의 일 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 6은 도 4의 온도 감지기 및 컷 오프 회로의 일 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 7은 제 2 내부 전압 노드에 연결되는 발광 다이오드 회로를 보여주는 회로도이다.
도 8은 온도의 변화에 따른 온도 감지기 및 컷 오프 회로의 신호들을 보여주는 타이밍도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다. 또한 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기에서 설명되는 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 여기에서 사용된 용어는 특정한 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. "X, Y, 및 Z 중 적어도 어느 하나", 그리고 "X, Y, 및 Z로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나"는 X 하나, Y 하나, Z 하나, 또는 X, Y, 및 Z 중 둘 또는 그 이상의 어떤 조합 (예를 들면, XYZ, XYY, YZ, ZZ) 으로 해석될 수 있다. 여기에서, "및/또는"은 해당 구성들 중 하나 또는 그 이상의 모든 조합을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온열 시스템을 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I’ 라인에 따른 단면도이다. 도 3은 도 1의 II-II’ 라인에 따른 단면도이다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 온열 시스템(100)은 구조물(110), 배선(120), 및 무선 충전 장치(130)를 포함한다.
구조물(110)은 실외 혹은 실내에 설치될 수 있는 다양한 형상들을 가질 수 있다. 예를 들면, 구조물(110)이 실외에 설치되는 벤치인 경우, 구조물(110)은 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 방향(X) 및 제 1 방향(X)과 교차하는 제 2 방향(Y)으로 연장되는 상판(111), 그리고 상판(111)을 지지하는 적어도 하나의 지지대(112)를 포함할 수 있다. 지지대(112)는 제 1 방향(X) 및 제 2 방향(Y)과 교차하는 제 3 방향(Z)으로 연장되어 상판(111)을 바닥으로부터 소정의 거리만큼 이격시킬 수 있다.
구조물(110)은 제 1 영역(AR1) 및 제 2 영역(AR2)을 포함할 수 있다. 이때, 구조물(110)은 제 1 영역(AR1)에서 내부 공간(IS)을 포함한다. 내부 공간(IS)은 무선 충전 장치(130)를 수용하기에 적합한 형상을 가진다. 구조물(110)은 구조물(110)의 바디와 함께 내부 공간(IS)을 커버하도록 구성되는 커버(CV), 그리고 구조물(110)의 상판(111)으로부터 돌출되어 커버(CV)를 지지하는 적어도 하나의 돌출부(PRTR)를 더 포함할 수 있다. 실시 예들에서, 커버(CV)는 구조물(110)의 상판(111)과 흰지 결합될 수 있으며, 이러한 경우 커버(CV)는 회전 운동을 통해 내부 공간(IS)을 개폐할 수 있다.
배선(120)은 외부로부터 구조물(110)의 제 1 영역(AR1)의 적어도 일부를 관통하여 내부 공간(IS)으로 연장될 수 있다. 배선(120)은 외부의 전원 소스와 연결 가능하도록 구성되며, 외부 전원 소스로부터의 외부 전압을 무선 충전 장치(130)에 전달한다. 실시 예들에서, 외부 전압은 교류 전압일 수 있다. 배선(120)은 외부의 전원 소스와 연결 가능한 플러그를 포함할 수 있다.
무선 충전 장치(130)는 내부 공간(IS) 내에 배치될 수 있다. 무선 충전 장치(130)는 배선(120)과 전기적으로 연결된다. 무선 충전 장치(130)는 배선(120)을 통해 전달되는 외부 전압을 이용하여, 무선 충전 장치(130)와 연결되는 외부 장치에 전기 에너지를 공급하도록 구성된다. 무선 충전 장치(130)는 외부 장치의 베터리를 충전한다.
구조물(110)의 외부 환경 및/또는 구조물(110)의 내부 구성의 동작에 따라, 구조물(110)의 온도가 높아질 수 있다. 실시 예들에서, 구조물(110)은 실외, 예를 들면 햇빛에 장시간 노출되는 장소 혹은 상대적으로 높은 온도를 갖는 장소에 설치될 수 있다. 이러한 경우, 구조물(110)의 온도는 외부 환경에 의해 상대적으로 높은 레벨까지 상승할 수 있다. 실시 예들에서, 구조물(110)을 이용하는 사용자에게 열(heat)을 제공하기 위해, 구조물(110)은 배선(120)을 통해 공급되는 전력을 이용하여 열을 생성하는 방열층을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 구조물(110)의 온도는 방열층의 동작에 의해 상대적으로 높은 레벨까지 상승할 수 있다.
도 3을 참조하면, 구조물(110)은 방열층(113), 열 전도층(114), 단열층(115), 상부 마감부재(116), 및 하부 마감부재(117)를 포함할 수 있다. 방열층(113)은, 예를 들면 배선(120)과 전기적으로 연결되어 전류가 흐를 때 열을 발생하는 열선을 포함할 수 있다. 방열층(113)은 열 전도층(114)과 단열층(115) 사이에 배치될 수 있다. 열 전도층(114)은 방열층(113)에 의해 생성된 열을 전달하기에 적합한 물질들을 포함한다. 단열층(115)은 방열층(113)에 의해 생성된 열을 차단하기에 적합한 물질들을 포함하여, 이에 따라 열을 원하지 않는 방향으로 유출되지 않도록 한다. 이에 따라, 방열층(113)에 의해 발생된 열은 원하는 방향, 예를 들면 제 3 방향(Z)으로 방출될 수 있다. 상부 마감부재(116) 및 하부 마감부재(117)는 방열층(113), 열 전도층(114) 및 단열층(115)을 감쌀 수 있다. 열 전도층(114)에 인접한 상부 마감부재(116)는 열에 대해 상대적으로 높은 저항성을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
구조물(110)의 온도가 상대적으로 높은 레벨까지 상승하는 것은, 무선 충전 장치(130)의 온도도 상대적으로 높은 레벨까지 상승함을 의미할 수 있다. 무선 충전 장치(130)가 높은 온도 하에 동작하는 시간이 길어질수록, 무선 충전 장치(130)의 내구성 혹은 수명은 감소한다.
다시 도 1 및 2를 참조하면, 구조물(110)은 내부 공간(IS)과 외부 사이에 형성된 개구부(OP)를 포함한다. 예를 들면, 개구부(OP)는 내부 공간(IS)으로부터 구조물(110)의 하부로 연장될 수 있다. 개구부(OP)는 무선 충전 장치(130) 및/또는 내부 공간(IS)의 열을 외부로 방출하도록 기능할 수 있다. 이에 따라, 무선 충전 장치(130)의 온도는 상대적으로 낮게 유지될 수 있다. 개구부(OP)는 그것을 통해 내부 공간(IS)으로 오염 물질이 침투하지 못하도록 적합한 형상을 가질 수 있다.
구조물(110)은 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이 방열층(113, 도 3 참조)을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 무선 충전 장치(130)는 구조물(110)의 제 1 영역(AR1)에 배치되고, 방열층(113)은 제 1 영역(AR1)과 구분되는 구조물(110)의 제 2 영역(AR)에 배치될 수 있다. 즉, 무선 충전 장치(130)와 방열층(113)은 서로 일정 거리만큼 이격될 수 있다. 이에 따라, 무선 충전 장치(130)의 온도는 상대적으로 낮게 유지될 수 있다.
나아가, 무선 충전 장치(130) 자체도 높은 온도에 설치되더라도 향상된 내구성 혹은 수명을 갖도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 전원 공급 장치(200)는 입력 회로(210), 전압 컨버터(220), 온도 감지기(230), 컷 오프 회로(240), 및 출력 회로(250)를 포함한다. 도 4의 전원 공급 장치(200)는 도 1 및 도 2의 무선 충전 장치(130)로서 제공될 수 있다.
입력 회로(210)는 제 1 및 제 2 외부 전압 노드들(EVND1, EVND2)을 통해 외부 전원 소스와 연결될 수 있다. 예를 들면, 입력 회로(210)는 제 1 및 제 2 외부 전압 노드들(EVND1, EVND2)을 갖는 플러그와 연결될 수 있다. 입력 회로(210)는 제 1 및 제 2 외부 전압 노드들(EVND1, EVND2)을 통해 수신되는 외부 전압을 전압 컨버터(220)로 전달하도록 구성된다. 외부 전압은 교류 전압일 수 있다.
실시 예들에서, 입력 회로(210)는 과전류 및/또는 과전압으로부터 전원 공급 장치(200)를 보호하기 위한 과전류 보호 회로(211)를 포함할 수 있다. 나아가, 입력 회로(210)는 제 1 및 제 2 외부 전압 노드들(EVND1, EVND2)을 통해 수신되는 외부 전압의 노이즈를 제거 혹은 적어도 감소시키기 위한 노이즈 필터(212)를 포함할 수 있다.
전압 컨버터(220)는 제 1 및 제 2 단자들(TMN1, TMN2)을 통해 입력 회로(210)와 전기적으로 연결된다. 전압 컨버터(220)는 제 1 및 제 2 단자들(TMN1, TMN2)을 통해 외부 전압을 수신하고, 외부 전압을 소정 레벨의 동작 전압으로 변환하고, 변환된 동작 전압을 제 3 및 제 4 단자들(TMN3, TMN4)를 통해 출력할 수 있다. 전압 컨버터(220)는 제 3 단자(TMN3)를 통해 동작 전압을 출력하고, 제 4 단자(TMN4)를 통해 접지 전압을 출력할 수 있다. 제 3 단자(TMN3)는 제 1 내부 전압 노드(INVD1)와 연결되고, 제 4 단자(TMN4)는 내부 접지 노드(GNDi)와 연결된다.
동작 전압은 직류 전압일 수 있다. 예를 들면, 전압 컨버터(220)는 제 1 및 제 2 단자들(TMN1, TMN2)을 통해 수신되는 교류 전압을 5V의 직류 전압으로 변환하고, 5V의 직류 전압을 제 3 단자(TMN3)로 출력할 수 있다.
온도 감지기(230)는 제 1 내부 전압 노드(INVD1)를 통해 전압 컨버터(220)에 연결되어 동작 전압을 수신하고, 수신된 동작 전압을 이용하여 동작할 수 있다. 온도 감지기(230)는 온도를 감지할 수 있도록 구성되며, 감지된 온도에 따라 감지 신호(DS)를 생성하도록 구성된다. 온도 감지기(230)는 온도가 소정의 임계 온도보다 낮거나 같을 때 감지 신호(DS)를 인에이블하고, 온도가 임계 온도보다 높을 때, 감지 신호(DS)를 디스에이블할 수 있다. 예를 들면, 임계 온도는 섭씨 80도일 수 있다.
컷 오프 회로(240)는 전압 컨버터(220)와 출력 회로(250) 사이에 연결되며, 감지 신호(DS)에 응답하여 전압 컨버터(220)로부터 제공된 동작 전압을 선택적으로 출력 회로(250)에 전달하도록 구성된다. 컷 오프 회로(240)는 제 1 내부 전압 노드(INVD1)를 통해 전압 컨버터(220)에 전기적으로 연결되고, 제 2 내부 전압 노드(INVD2)를 통해 출력 회로(250)에 전기적으로 연결될 수 있다. 컷 오프 회로(230)는 감지 신호(DS)가 인에이블될 때 제 1 내부 전압 노드(INVD1)의 동작 전압을 제 2 내부 전압 노드(INVD2)로 전달하고, 감지 신호(DS)가 디스에이블될 때 제 1 내부 전압 노드(INVD1)의 동작 전압이 제 2 내부 전압 노드(INVD2)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 출력 회로(250)는 동작 전압을 이용하여 인접한 외부 장치를 충전할 수 있다.
전원 공급 장치(200) 및/또는 출력 회로(250)가 상대적으로 높은 온도 하에 동작하는 시간이 길어진다면, 전원 공급 장치(200) 및/또는 출력 회로(250)의 내구성 혹은 수명은 감소한다. 특히 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 구조물(110)의 외부 환경 및/또는 구조물(110)의 내부 구성의 발열 기능에 따라 구조물(110)의 온도가 높아질 수 있으며, 이는 전원 공급 장치(200의 내구성 혹은 수명에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 온도 감지기(230) 및 컷 오프 회로(240)는 온도가 임계 온도보다 높아질 때 출력 회로(250)에 공급되는 동작 전압을 차단할 수 있다. 즉, 출력 회로(250)는 온도에 따라 활성화(activate) 혹은 비활성화(inactivate)될 수 있다. 이에 따라, 전압 공급 장치(200)가 높은 온도에 노출되는 환경에 설치(혹은 위치)되더라도, 전원 공급 장치(200) 및/또는 출력 회로(250)의 내구성 및 수명은 향상될 수 있다. 설사 전원 공급 장치(200)를 실장하는 구조물의 온도가 외부 환경 및/또는 구조물의 내부 구성의 발열 기능에 따라 상승하고 그 온도에 의해 전원 공급 장치(200)의 온도도 상승하더라도, 전원 공급 장치(200)는 온도에 따라 출력 회로(250)를 비활성화할 수 있으므로, 전원 공급 장치(200) 및/또는 출력 회로(250)의 내구성 및 수명은 향상될 수 있다.
출력 회로(250)는 제 2 내부 전압 노드(INVD2)를 통해 동작 전압을 수신하고, 내부 접지 노드(GNDi)를 통해 접지 전압을 수신한다. 출력 회로(250)는 컨트롤러(251) 및 출력 인터페이스(252)를 포함할 수 있다.
출력 인터페이스(252)는 외부 장치와 연결 가능하도록 구성된다. 실시 예들에서, 출력 인터페이스(252)는 외부 장치를 무선으로 충전할 수 있는 단자, 예를 들면 코일을 포함할 수 있다. 이 경우, 사용자는 외부 장치를 전원 공급 장치(200)에 인접하도록 위치시킴으로써 외부 장치를 충전할 수 있다. 실시 예들에서, 출력 인터페이스(252)는 외부 장치를 유선으로 충전할 수 있는 단자, 예를 들면 USB(Universal Serial Bus) 단자를 포함할 수 있다.
컨트롤러(251)는 제 2 내부 전압 노드(INVD2)를 통해 수신되는 동작 전압을 이용하여 전기 에너지를 출력 인터페이스(252)를 통해 외부 장치에 제공하도록 구성된다. 컨트롤러(251)는 외부 장치가 출력 인터페이스(252)에 연결될 때 외부 장치와 제어 신호들을 교환하여 초기화 동작을 수행하고, 이후 출력 인터페이스(252)를 통해 외부 장치에 전기 에너지를 제공할 수 있다. 컨트롤러(251)는 출력 인터페이스(252)에 걸리는 부하를 감지하도록 구성될 수 있다. 실시 예들에서, 컨트롤러(251)는 집적 회로(Integrated Circuit: IC)로서 구현되고, 출력 인터페이스(252)를 통해 무선으로 외부 장치를 충전하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 출력 인터페이스(252)는 코일을 포함할 수 있다.
도 5는 도 4의 입력 회로 및 전압 컨버터의 일 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 입력 회로(210)의 과전류 보호 회로(211)는 제 1 외부 전압 노드(EVND1)와 제 1 노드(ND1) 사이에 연결되는 퓨즈(FS), 그리고 제 1 노드(ND1)와 제 2 외부 전압 노드(EVND2) 사이에 연결되는 배리스터(VRTR, varistor)를 포함한다. 배리스터(VRTR)는 그 양단에 인가되는 전압에 따라 저항값이 변하는 저항 소자로서, 양단 전압이 높아질 때 높은 전류를 흘릴 수 있다. 예를 들면, 배리스터는 인 러쉬 전류, 서지 전압(surge voltage) 등에 의해 유발되는 과전류 및 과전압으로부터 전원 공급 장치(200)를 보호할 수 있다. 제 1 및 제 2 외부 전압 노드들(EVND1, EVND2)을 통해 수신되는 외부 전압은 교류 전압일 수 있다.
입력 회로(210)의 노이즈 필터(212)는 외부 전압의 노이즈를 제거하기에 적합한 구성들을 포함할 수 있다. 도 5에서, 입력 회로(210)의 노이즈 필터(212)는 제 1 노드(ND1)와 제 2 외부 전압 노드(EVND2) 사이에 연결되는 제 1 커패시터(C1), 제 2 노드(ND2)와 제 3 노드(ND3) 사이에 연결되는 제 2 커패시터(C2), 그리고 제 1 노드(ND1), 제 2 외부 전압 노드(EVND2), 제 2 노드(ND2), 및 제 3 노드(ND3) 사이에 연결되는 하나 또는 그 이상의 인덕터들(L)을 포함하고 있다. 이러한 구성들에 따라, 노이즈가 제거된 외부 전압이 제 2 노드(ND2) 및 제 3 노드(ND3)에 제공될 수 있다.
제 2 및 제 3 노드들(ND2, ND3)의 전압들을 안정화하기 위한 추가적인 소자들이 더 제공될 수 있다. 도 5에서, 제 2 노드(ND2)와 외부 접지 노드(GNDe) 사이에 연결되는 제 3 커패시터(C3), 그리고 제 3 노드(ND3)와 외부 접지 노드(GNDe) 사이에 연결되는 제 4 커패시터(C4)가 더 제공되어 있다. 외부 접지 노드(GNDe)는 제 1 및 제 2 외부 전압 노드들(EVND1, EVND2)와 함께 외부 배선(120, 도 1 참조)에 포함될 수 있다.
제 2 노드(ND2) 및 제 3 노드(ND3)는 전압 컨버터(220)의 제 1 단자(TMN1) 및 제 2 단자(TMN2)에 각각 연결된다. 전압 컨버터(220)는 제 1 및 제 2 단자들(TMN1, TMN2)을 통해 노이즈가 제거된 외부 전압을 수신할 수 있다. 전압 컨버터(220)는 외부 전압을 소정 레벨의 동작 전압으로 변환하고, 변환된 동작 전압을 제 3 단자(TMN3)를 통해 제 1 내부 전압 노드(IVND1)에 출력할 수 있다. 동작 전압은 직류 전압일 수 있다.
전압 컨버터(220)의 제 4 단자(TMN4)는 제 5 커패시터(C5)를 통해 외부 접지 노드(GNDe)에 연결될 수 있다. 제 5 커패시터(C5)는 내부 접지 노드(GNDi)의 접지 전압을 안정화할 수 있다. 제 4 단자(TMN4)와 내부 접지 노드(GNDi)는 서로 연결되어 있다. 제 4 단자(TMN4)와 내부 접지 노드(GNDi)로 접지 전압(혹은 기준 전압)이 제공될 것이다.
제 1 내부 전압 노드(IVND1)와 내부 접지 노드(GNDi) 사이에 제 6 커패시터(C6)가 더 제공될 수 있다. 제 6 커패시터(C6)에 의해, 제 1 내부 전압 노드(IVND1)의 동작 전압은 안정화될 수 있다.
도 6은 도 4의 온도 감지기 및 컷 오프 회로의 일 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 6을 참조하면, 온도 감지기(230)는 제 1 내부 전압 노드(IVND1)로부터 수신되는 동작 전압을 이용하여 동작하되, 온도에 따라 감지 신호(DS)를 생성하도록 구성된다.
온도 감지기(230)는 제 1 내부 전압 노드(IVND1)와 내부 접지 노드(GNDi) 사이에 연결되는 제 1 및 제 2 저항 소자들(R1, R2), 그리고 제 1 및 제 2 저항 소자들(R1, R2) 사이의 제 4 노드(ND4)의 전압에 응답하여 감지 신호(DS)를 생성하는 제 1 스위칭 소자(SW1)를 포함할 수 있다. 제 1 스위칭 소자(SW1)는 제 1 및 제 2 저항 소자들(R1, R2) 사이의 제 4 노드(ND4)와 연결되는 게이트, 그리고 내부 접지 노드(GNDi)와 제 5 노드(ND5)에 연결되는 소스와 드레인을 갖는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 제 5 노드(ND5)와 제 1 스위칭 소자(SW1) 사이에 제 3 저항(R3)이 더 제공될 수 있다.
제 1 및 제 2 저항 소자들(R1, R2) 중 적어도 하나는 온도에 따라 그 저항값이 변하는 서미스터(thermistor)일 수 있다. 예를 들면, 제 2 저항 소자(R2)는 온도가 증가할수록 저항값이 감소하는 서미스터일 수 있다. 이때, 제 1 스위칭 소자(SW1)는 n 채널 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다. 이러한 경우, 온도가 증가할수록 제 4 노드(ND4)의 전압은 감소하며, n 채널 FET은 제 4 노드(ND4)의 전압이 임계 전압보다 낮아질 때 턴오프될 수 있다. 온도가 원하는 임계 온도(예를 들면, 섭씨 80도)보다 높아질 때 n 채널 FET이 턴오프되도록 제 1 및 제 2 저항 소자들(R1, R2)과 n 채널 FET의 특성들이 선택될 수 있다.
제 5 노드(ND5)에 감지 신호(DS0가 전달된다. 감지 신호(DS)는 제 1 스위칭 소자(SW1)가 턴온되는지 턴오프되는지 여부에 따라 인에이블 혹은 디스에이블될 수 있다. 제 1 스위칭 소자(SW1)가 턴온될 때 제 5 노드(ND5)는 내부 접지 노드(GNDi)와 전기적으로 연결되며, 감지 신호(DS)는 제 1 전압 레벨로 인에이블된다. 제 1 스위칭 소자(SW1)가 턴오프될 때 제 5 노드(ND5)와 내부 접지 노드(GNDi) 사이의 연결은 차단되며, 감지 신호(DS)는 제 1 전압 레벨보다 높은 제 2 전압 레벨로 디스에이블된다. 예를 들면, 제 5 노드(ND5)는 내부 접지 노드(GNDi)와의 전기적 연결이 차단됨으로 인해 상승할 수 있다.
컷 오프 회로(240)는 감지 신호(DS)가 인에이블될 때 제 1 내부 전압 노드(IVND1)의 동작 전압을 제 2 내부 전압 노드(IVND2)로 전달하고, 감지 신호(DS)가 디스에이블될 때 제 1 내부 전압 노드(IVND1)의 동작 전압이 제 2 내부 전압 노드(IVND2)로 전달되는 것을 차단하도록 구성된다.
컷 오프 회로(240)는 제 1 내부 전압 노드(IVND1)와 제 5 노드(ND5) 사이에 연결된 제 4 저항(R4), 그리고 제 1 내부 전압 노드(IVND1)와 제 2 내부 전압 노드(IVND2) 사이에 연결된 제 2 스위칭 소자(SW2)를 포함할 수 있다. 제 2 스위칭 소자(SW2)는 제 5 노드(ND5)와 연결된 게이트, 그리고 제 1 내부 전압 노드(IVND1)와 제 2 내부 전압 노드(IVND2)에 연결된 소스와 드레인을 갖는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 제 2 내부 전압 노드(IVND2)와 제 5 노드(ND5) 사이에 제 7 커패시터(C7)가 더 제공되어, 전압 노이즈를 제거 혹은 감소시킬 수 있다.
제 2 스위칭 소자(SW2)는 p 채널 FET일 수 있다. 감지 신호(DS)가 인에이블되어 제 1 전압 레벨을 가질 때, p 채널 FET은 턴온될 수 있다. 제 1 내부 전압 노드(IVND1)의 동작 전압은 제 2 내부 전압 노드(IVND2)로 전달된다. 감지 신호(DS)가 디스에이블되어 제 2 전압 레벨을 가질 때 p 채널 FET은 턴오프될 수 있다. 제 1 내부 전압 노드(IVND1)의 동작 전압은 제 2 내부 전압 노드(IVND2)로 전달되지 않는다.
실시 예들에서, 제 2 내부 전압 노드(IVND2)와 제 2 스위칭 소자(SW2) 사이에 연결되는 제 1 제너 다이오드(ZD1), 그리고 제 2 내부 전압 노드(IVND2)와 내부 접지 노드(GNDi) 사이에 연결되는 제 2 제너 다이오드(ZD2)가 더 제공될 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 제너 다이오드들(ZD1, ZD2)은 제 2 내부 전압 노드(IVND2)를 통해 연결된 출력 회로(250)의 부하 변화에 따라 유발되는 과전류를 방출할 수 있다.
도 7은 제 2 내부 전압 노드에 연결되는 발광 다이오드 회로를 보여주는 회로도이다.
도 7을 참조하면, 제 2 내부 전압 노드(INVD2)와 내부 접지 노드(GNDi) 사이에 연결되는 발광 다이오드(light emitting diode) 회로(260)가 더 제공될 수 있다. 예를 들면, 제 2 내부 전압 노드(INVD2)와 내부 접지 노드(GNDi) 사이에서 직렬 연결되는 적어도 하나의 저항(R5) 및 발광 다이오드(LED)가 더 제공될 수 있다. 발광 다이오드(LED)는 제 2 내부 전압 노드(INVD2)에 동작 전압이 공급될 때 발광할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 마찬가지로 제 2 내부 전압 노드(INVD2)의 동작 전압을 이용하여 동작하는 출력 회로(250, 도 4 참조)가 활성화 상태인지 비활성화 상태인지 여부를 쉽게 인지할 수 있다. 예를 들면, 발광 다이오드(LED)는 사용자로 하여금 전원 공급 장치(200)와 연결된 사용자 단말기가 충전 중인지 여부를 인지하도록 할 수 있다.
도 8은 온도의 변화에 따른 온도 감지기 및 컷 오프 회로의 신호들을 보여주는 타이밍도이다.
도 5, 도 6 및 도 8을 참조하면, 전압 컨버터(220)는 제 1 내부 전압 노드(IVND1)에 제 1 동작 전압(VCC1)을 제공한다. 감지 신호(DS)가 제 1 전압 레벨로 인에이블되는 경우, 제 2 스위칭 소자(SW2)는 제 1 동작 전압(VCC1)을 제 2 내부 전압 노드(IVND2)로 전달하고, 이에 따라 제 2 내부 전압 노드(IVND2)는 제 2 동작 전압(VCC2)을 가질 수 있다.
한편, 전원 공급 장치(200)의 온도는 다양한 요인들로 인해 상승할 수 있다. 예를 들면, 전원 공급 장치(200)가 실장된 구조물이 상대적으로 열악한 환경(예를 들면, 더운 지역 및/또는 강한 햇빛에 노출되는 위치)에 설치될 때, 전원 공급 장치(200)의 온도는 상대적으로 높을 수 있다.
제 1 시간(T1)에서, 온도의 상승으로 인해 제 4 노드(ND4)의 전압(Vnd4)은 감소하기 시작한다. 제 2 시간(T2)에서, 제 4 노드(ND4)의 전압(Vnd4)이 감소하여 임계 전압(Vth)에 도달한다. 제 1 스위칭 소자(SW1)는 제 4 노드(ND4)의 전압이 임계 전압(Vth)보다 낮아질 때 턴오프되어 감지 신호(DS)를 제 2 전압 레벨로 디스에이블할 것이다. 감지 신호(DS)가 디스에이블될 때, 제 2 스위칭 소자(SW2)는 제 1 및 제 2 내부 전압 노드들(IVND1, IVND2) 사이의 연결을 차단하며, 이에 따라 제 2 내부 전압 노드(IVND2)에 제공되던 제 2 동작 전압(VCC2)은 차단될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 온도가 임계 온도보다 높아질 때 제 2 내부 전압 노드(IVND2)를 통해 출력 회로에 공급되는 동작 전압은 차단될 수 있다. 이에 따라, 전압 공급 장치가 높은 온도에 노출되는 환경에 설치되더라도, 전원 공급 장치 및/또는 출력 회로의 내구성 및 수명은 향상될 수 있다. 설사 전원 공급 장치를 실장하는 구조물의 온도가 외부 환경 및/또는 구조물의 내부 구성의 발열 기능에 따라 상승하고 그 온도에 의해 전원 공급 장치의 온도도 상승하더라도, 전원 공급 장치는 온도에 따라 출력 회로를 비활성화할 수 있으므로, 전원 공급 장치 및/또는 출력 회로의 내구성 및 수명은 향상될 수 있다.
비록 특정 실시 예들 및 적용 례들이 여기에 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정들 및 변형들이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 온열 시스템
110: 구조물
IS: 내부 공간
120: 배선
130: 무선 충전 장치
200: 전원 공급 장치
210: 입력 회로
220: 전압 컨버터
230: 온도 감지기
240: 컷 오프 회로
250: 출력 회로

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  9. 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하되, 상기 제 1 부분에서 내부 공간을 갖는 구조물;
    외부 전원 소스와 연결 가능하도록 구성되되, 상기 제 1 부분의 적어도 일부를 관통하여 상기 내부 공간으로 연장되는 배선; 및
    상기 외부 전원 소스로부터 상기 배선을 통해 전달되는 외부 전압을 이용하여, 외부 장치에 전기 에너지를 공급하도록 구성되는 전원 공급 장치를 포함하되,
    상기 구조물은 상기 내부 공간으로부터 상기 구조물의 하부 평면 사이를 상기 구조물의 상기 하부 평면의 사선 방향으로 관통하는 개구부를 포함하고,
    상기 전원 공급 장치는,
    상기 배선을 통해 상기 외부 전압을 수신하도록 구성되는 입력 회로;
    온도에 따라 감지 신호를 생성하도록 구성되는 온도 감지기;
    상기 감지 신호에 응답하여, 상기 외부 전압을 이용하여 생성된 동작 전압을 내부 전압 노드에 선택적으로 출력하도록 구성되는 컷 오프 회로; 및
    상기 외부 장치와 연결 가능하도록 구성되는 출력 인터페이스 및 상기 내부 전압 노드와 상기 출력 인터페이스 사이에 연결되는 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 동작 전압에 기반한 전기 에너지를 상기 출력 인터페이스를 통해 상기 외부 장치에 제공하도록 구성되는 출력 회로를 포함하며,
    상기 구조물은 상기 제 2 부분에서 상기 외부 전압을 이용하여 열을 발생하는 방열층을 더 포함하고, 상기 전원 공급 장치는 상기 제 1 부분의 상기 상기 내부 공간에 배치되어 상기 방열층과 일정 거리만큼 이격되는 온열 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 온도 감지기는 상기 온도가 임계 온도보다 높을 때 상기 감지 신호를 디스에이블하도록 구성되고,
    상기 컷 오프 회로는 상기 감지 신호가 디스에이블될 때 상기 동작 전압이 상기 내부 전압 노드로 출력되는 것을 차단하도록 구성되는 온열 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 임계 온도는 섭씨 80도인 온열 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 온도 감지기는,
    상기 동작 전압을 수신하는 제 1 노드와 접지 노드 사이에 연결된 복수의 저항 소자들; 및
    상기 복수의 저항 소자들 사이의 제 2 노드의 전압에 응답하여 상기 감지 신호를 디스에이블하도록 구성되는 제 1 스위칭 소자를 포함하되,
    상기 복수의 저항 소자들 중 적어도 하나는 상기 온도에 따라 가변하는 저항값을 갖는 온열 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 컷 오프 회로는 상기 제 1 노드와 상기 내부 전압 노드 사이에 연결되는 제 2 스위칭 소자를 포함하되,
    상기 제 2 스위칭 소자는 상기 감지 신호가 디스에이블될 때 턴오프되는 온열 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는 상기 내부 전압 노드와 접지 노드 사이에 연결되는 적어도 하나의 발광 다이오드를 더 포함하는 온열 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는 상기 입력 회로를 통해 수신된 상기 외부 전압을 소정 레벨의 직류 전압으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전압을 상기 동작 전압으로서 출력하도록 구성되는 전압 컨버터를 더 포함하는 온열 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 외부 전압은 교류 전압인 온열 시스템.
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