KR102155237B1 - 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치 - Google Patents

역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드에 관한 것이다.
본 발명은 인쇄회로기판에 실장된 배터리, 전력소모장치, 인쇄회로기판의 측면에 형성되어 있으며 USB 충전기와 결합되는 복수의 핀들 중에서 그라운드 핀이 물리적으로 분리된 두 부분으로 구성된 USB 접속부 및 USB 충전기가 USB 접속부를 통해 공급하는 외부 전원을 변환하여 배터리를 충전하는 충전 회로부를 포함하고, USB 접속부를 구성하는 그라운드 핀의 물리적으로 분리된 두 부분 중에서, 일 부분은 배터리와 전력소모장치의 공통 그라운드 단자에 연결되어 있고, 타 부분은 배터리와 전력소모장치와는 분리되어 플로팅 단자에만 연결되어 있다.
본 발명에 따르면, 사용자가 전자 카드를 충전하기 위하여 전자 카드에 충전기를 결합시키는 경우 충전기와 충전 회로부 및 배터리가 공통 그라운드로 연결되어 충전기와 충전 회로부 및 배터리로 구성되는 전류 루프가 생성되도록 하고, 전자 카드에서 충전기를 분리하는 경우에는 사용자의 별도 조작없이 배터리와 충전 회로부의 전류 루프를 단절시켜 배터리로부터 충전 회로부로의 역방향 누설 전류를 방지하여 배터리 수명을 늘릴 수 있다.

Description

역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치{Rechargeable electronic card with reverse leakage current protection}
본 발명은 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 배터리를 충전하기 위한 충전 회로부가 추가된 전자 카드에 있어서, 사용자가 전자 카드를 충전하기 위하여 전자 카드에 충전기를 결합시키는 경우 충전기와 충전 회로부 및 배터리가 공통 그라운드로 연결되어 충전기와 충전 회로부 및 배터리로 구성되는 전류 루프가 생성되도록 하고, 전자 카드에서 충전기를 분리하는 경우에는 사용자의 별도 조작없이 배터리와 충전 회로부의 전류 루프를 단절시켜 배터리로부터 충전 회로부로의 역방향 누설 전류를 방지하여 배터리 수명을 늘릴 수 있는 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치에 관한 것이다.
일반적으로 핸드폰 등과 같이 사용시 소모 전류가 크고 사용 빈도가 높은 휴대용 전자기기들은 내부에 충전 IC를 내장하여 배터리를 충전하는 기능을 제공하고 있다.
이에 반해서 은행 등에서 본인 인증 목적으로 사용하는 OTP(One Time Password) 토큰이나 OTP 카드 등 OTP 제품과 IOT(Internet Of Things) 제품 등은 일반적으로 충전 기능을 제공하지 않고 내장된 배터리의 수명이 다하면 그 제품의 수명이 다하는 것으로 제품을 설계하여 소비자에게 제공하고 있다.
이는 해당 제품들의 특성상 사용시 소모전류가 작고 또한 일반적으로 사용 빈도가 높지 않아서 충전 기능을 제공하지 않아도 그 제품의 목적을 일정기간 충분히 제공할 수 있기 때문이다.
그러나, 해당 제품을 빈번히 사용하는 소비자와 비록 평균적인 빈도에서 해당 제품을 사용하는 일반적인 소비자라고 하더라도 해당 제품이 수명이 다했을 때 매번 제품을 교체해야 하는 시간상의 불편함과 비용상의 문제로 인하여 이에 대한 개선이 요구된다.
예들 들어, 아래 사양의 은행 OTP 카드 제품을 살펴보자.
- 배터리 용량 : 8,000㎂h Li-ion Battery
- Power Off 소모전류 : 0.2㎂
- Power On 소모전류 : 200㎂
- Power On 유지시간 : 60sec
- 1일 평균 사용 회수 : 5회
이 경우, 해당 제품의 평균 수명을 계산하기 위한 파라미터는 다음과 같다.
- 일일 Power On 시간 : 60sec * 5회 = 300sec
- 일일 Power On 시간 소모전류량 : 200㎂ * 300sec/3,600sec = 16.67 ㎂h
- 일일 Power Off 시간 소모전류량 : 0.2㎂ * (24hr - 300sec/3,600sec) =4.78㎂h
- 일일 총 소모전류량 : 16.67㎂h + 4.78㎂h = 21.45㎂h
따라서 해당 제품의 예상 수명은 위 파라미터에 의해서 대략 373일 이다.
만약, 소비자가 해당 제품을 1일 1회 사용하는 것으로 사용 빈도를 1/5로 줄인다면 예상 수명은 급격이 늘어나게 되나(대략 5배), 반대로 사용빈도가 늘어나면 이에 비례해서 수명이 급격이 줄어들게 된다.
따라서 소비자의 사용 빈도에 따른 수명의 제한 문제를 해결하기 위해서 충전형을 도입할 수 있다.
그러나 충전 기능을 추가하게 되면, 비록 충전기가 장착되어 있지 않는 경우라도 배터리로부터 충전 IC 방향으로 의도하지 않은 역방향 누설 전류가 발생하여 배터리 수명이 단축되는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 종래의 충전형 전자 카드에서 발생하는 역방향 누설 전류에 기인한 배터리 수명 단축 현상을 나타내는 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, USB 충전기(500)에 결합되어 충전되는 충전형 전자 카드는 배터리(3), 전력소모장치(4), 충전 회로부(5), 전원 스위치(6)로 구성될 수 있다.
배터리(3)는 충전형 전자 카드를 구성하는 전력소모장치(4)에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.
전력소모장치(4)는 배터리(3)로부터 전원을 공급받아 동작하는 구성요소이다. 전력소모장치(4)는 충전형 전자 카드의 동작을 전반적으로 제어하는 제어부(4-1), 제어부(4-1)의 제어에 따라 소정의 정보를 사용자에게 현시하는 디스플레이(4-2), 시간 정보를 동기화하는 RTC(Real Time Clock, 4-3)를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 충전형 전자 카드가 OTP(One Time Password) 장치인 경우, RTC(4-3)는 은행 등과 같은 거래기관에 설정된 시간 정보와 OTP 장치에 설정된 시간 정보가 동기, 즉, 일치하도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
충전 회로부(5)는 배터리(3)에 전기적으로 연결되어 있으며, USB 충전기가 USB 접속부(100)를 통해 공급하는 외부 전원을 소정의 전원으로 변환하여 배터리(3)를 충전하는 기능을 수행한다.
전원 스위치(6)는 사용자가 충전형 전자 카드를 사용하기 위해 전원 공급 명령을 인가하는 수단이다.
이러한 구성 하에서, 배터리(3)로부터 충전 회로부(5)로의 역방향 누설 전류를 고려하여 소모전류량을 다시 계산하면 다음과 같다.
- 역방향 누설 전류 : 4㎂
- 배터리 용량 : 8,000㎂h Li-ion Battery
- Power Off 소모전류 : 0.6㎂ ( + 4㎂ )
- Power On 소모전류 : 204㎂ ( + 4㎂ )
- Power On 유지시간 : 60sec
- 1일 평균 사용 회수 : 5회
이 경우 완전 충전후 해당 제품의 평균 사용시간을 계산하기 위한 파라미터는 다음과 같다.
- 일일 Power On 시간 : 60sec * 5회 = 300sec
- 일일 Power On 시간 소모전류량 : 204㎂ * 300sec/3,600sec = 17㎂h
- 일일 Power Off 시간 소모전류량 : 0.6㎂ * (24hr - 300sec/3,600sec) =14.35㎂h
- 일일 총 소모전류량 : 17㎂h + 14.35㎂h = 31.35㎂h
따라서 완전 충전후 해당 제품의 예상 사용시간은 위 파라미터에 의해서 대략 255일 이며, 단순히 해당 제품에 충전 기능 추가만으로 예상 사용시간이 118일이나 줄어들었다.
만약 일일 평균 사용회수가 적은 소비자라면 이 역효과의 영향은 치명적으로 늘어나게 된다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0089699호(공개일자: 2008년 10월 08일, 명칭: 충전 가능한 스마트 디스플레이 카드) 대한민국 등록특허공보 제10-1568814호(등록일자: 2015년 11월 06일, 명칭: 접촉식 및 비접촉식으로 전원 충전이 가능한 카드) 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0089697호(공개일자: 2008년10월08일, 명칭: OTP 디스플레이 카드)
본 발명은 배터리를 충전하기 위한 충전 회로부가 추가된 전자 카드에 있어서, 사용자가 전자 카드를 충전하기 위하여 전자 카드에 충전기를 결합시키는 경우 충전기와 충전 회로부 및 배터리가 공통 그라운드로 연결되어 충전기와 충전 회로부 및 배터리로 구성되는 전류 루프가 생성되도록 하고, 전자 카드에서 충전기를 분리하는 경우에는 사용자의 별도 조작없이 배터리와 충전 회로부의 전류 루프를 단절시켜 배터리로부터 충전 회로부로의 역방향 누설 전류를 방지하여 배터리 수명을 늘릴 수 있는 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치는 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판에 실장된 배터리, 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 동작하는 전력소모장치, 상기 인쇄회로기판의 측면에 형성되어 있으며 USB 충전기와 결합되는 복수의 핀들 중에서 그라운드 핀이 물리적으로 분리된 두 부분으로 구성된 USB 접속부 및 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 USB 접속부와 상기 배터리에 전기적으로 연결되어 상기 USB 충전기가 상기 USB 접속부를 통해 공급하는 외부 전원을 변환하여 상기 배터리를 충전하는 충전 회로부를 포함하고, 상기 USB 접속부를 구성하는 그라운드 핀의 물리적으로 분리된 두 부분 중에서, 일 부분은 상기 배터리와 상기 전력소모장치의 공통 그라운드(common ground) 단자에 연결되어 있고, 타 부분은 상기 배터리와 상기 전력소모장치와는 분리되어 플로팅(floating ground) 단자에만 연결되어 있다.
본 발명의 제2 측면에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치는 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판에 실장된 배터리, 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 동작하는 전력소모장치, 상기 인쇄회로기판의 측면에 형성되어 있으며 USB 충전기와 결합되는 복수의 핀들 중에서 그라운드 핀이 2개 이상으로 구성된 USB 접속부 및 상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 USB 접속부와 상기 배터리에 전기적으로 연결되어 상기 USB 충전기가 상기 USB 접속부를 통해 공급하는 외부 전원을 변환하여 상기 배터리를 충전하는 충전 회로부를 포함하고, 상기 USB 접속부를 구성하는 그라운드 핀들 중에서, 하나는 상기 배터리와 상기 전력소모장치의 공통 그라운드(common ground) 단자에 연결되어 있고, 다른 하나는 상기 배터리와 상기 전력소모장치와는 분리되어 상기 충전 회로부의 플로팅 그라운드(floating ground) 단자에만 연결되어 있다.
본 발명의 제1 측면에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치에 있어서, 상기 USB 접속부가 상기 USB 충전기에 결합되는 경우, 상기 USB 충전기에 구비된 커넥터의 도전 패턴에 의해 상기 그라운드 핀의 물리적으로 분리된 두 부분이 전기적으로 연결됨으로써, 상기 플로팅 그라운드 단자가 상기 공통 그라운드 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 측면에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치에 있어서, 상기 USB 접속부가 상기 USB 충전기에 결합되는 경우, 상기 USB 충전기에 구비된 커넥터의 도전 패턴에 의해 상기 USB 접속부를 구성하는 그라운드 핀들이 전기적으로 연결됨으로써, 상기 플로팅 그라운드 단자가 상기 공통 그라운드 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 및 제2 측면에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치는 상기 인쇄회로기판의 일면에 결합되어 있으며, 상기 인쇄회로기판에 형성된 USB 접속부가 상기 USB 충전기에 구비된 커넥터에 접속될 때 상기 USB 접속부와 함께 상기 USB 충전기의 커넥터에 삽입되어 상기 USB 접속부의 내구성을 보강하는 보강 패턴부가 형성된 보강판 및 상기 인쇄회로기판의 타면에 결합되어 있으며, 상기 USB 접속부의 연장 길이에 대응하는 길이를 갖도록 구비되어 상기 USB 충전기의 커넥터가 삽입되는 공간을 제공하는 함몰 영역부가 형성되어 있는 사출부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리를 충전하기 위한 충전 회로부가 추가된 전자 카드에 있어서, 사용자가 전자 카드를 충전하기 위하여 전자 카드에 충전기를 결합시키는 경우 충전기와 충전 회로부 및 배터리가 공통 그라운드로 연결되어 충전기와 충전 회로부 및 배터리로 구성되는 전류 루프가 생성되도록 하고, 전자 카드에서 충전기를 분리하는 경우에는 사용자의 별도 조작없이 배터리와 충전 회로부의 전류 루프를 단절시켜 배터리로부터 충전 회로부로의 역방향 누설 전류를 방지하여 배터리 수명을 늘릴 수 있는 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치가 제공되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 충전형 전자 장치에서 발생하는 역방향 누설 전류에 기인한 배터리 수명 단축 현상을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치의 기능적 블록도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치의 예시적인 결합 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치의 예시적인 분리 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치에 있어서, USB 접속부의 예시적인 하나의 구성을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치에 있어서, USB 접속부의 예시적인 다른 구성을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치에 있어서, USB 접속부의 예시적인 또 다른 구성을 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치에 있어서, USB 접속부의 예시적인 또 다른 구성을 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치의 예시적인 분리 단면도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, USB 충전기가 체결되기 이전의 예시적인 부분 확대 사시도이고,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, USB 충전기가 체결된 이후의 예시적인 부분 확대 사시도이고,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, USB 충전기가 체결되기 이전의 예시적인 부분 확대 정면도이고,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, USB 충전기가 체결된 이후의 예시적인 부분 확대 정면도이고,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, USB 충전기가 체결되기 이전의 예시적인 부분 확대 단면도이고,
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, USB 충전기가 체결된 이후의 예시적인 부분 확대 단면도이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치의 기능적 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치의 예시적인 결합 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치의 예시적인 분리 사시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 장치의 예시적인 분리 단면도이다.
이하의 설명에서 카드 형태로 구현된 장치, 즉, 충전형 전자 카드(1)를 기준으로 본 발명의 실시 예를 설명하지만, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명의 구현 형태가 반드시 카드에 한정되지는 않으며, 소용량의 배터리를 탑재할 수 밖에 없는 임의의 장치에 적용될 수 있다.
도 2 내지 도 4, 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드(1)는 인쇄회로기판(10), 배터리(3), 전력소모장치(4), USB 접속부(100), 충전 회로부(5), 보강판(20), 사출부재(30) 및 상부 커버(40)를 포함한다.
인쇄회로기판(10)은 카드의 기능 수행을 위한 연산 처리를 수행하는 IC, 데이터 저장 공간인 메모리, 외부와의 통신을 지원하는 통신모듈 등의 부품들이 실장되는 구성요소로서, 이러한 인쇄회로기판(10) 자체에는 USB 인터페이스를 지원하기 위한 USB 접속부(100)가 형성되어 있다.
배터리(3)는 인쇄회로기판(10)에 실장되어 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드(1)를 구성하는 전력소모장치(4)에 전원을 공급하는 구성요소이다.
전력소모장치(4)는 인쇄회로기판(10)에 실장되어 있으며 배터리(3)로부터 전원을 공급받아 동작하는 구성요소이다.
예를 들어, 전력소모장치(4)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드(1)의 동작을 전반적으로 제어하는 제어부(4-1), 제어부(4-1)의 제어에 따라 소정의 정보를 사용자에게 현시하는 디스플레이(4-2), 시간 정보를 동기화하는 RTC(Real Time Clock, 4-3)를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드(1)가 OTP(One Time Password) 장치인 경우, RTC(4-3)는 은행 등과 같은 거래기관에 설정된 시간 정보와 OTP 장치에 설정된 시간 정보가 동기, 즉, 일치하도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
충전 회로부(5)는 인쇄회로기판(10)에 실장되어 있으며 후술하는 USB 접속부와 배터리(3)에 전기적으로 연결되어 USB 충전기(500)가 USB 접속부(100)를 통해 공급하는 외부 전원을 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드(1)가 사용할 수 있는 전원으로 변환하여 배터리(3)를 충전하는 기능을 수행한다.
전원 스위치(6)는 사용자가 충전형 전자 카드를 사용하기 위해 전원 공급 명령을 인가하는 수단이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 특징은 사용자가 충전형 전자 카드(1)를 충전하기 위하여 충전형 전자 카드(1)에 USB 충전기(500)를 결합시키는 경우 USB 충전기(500)와 충전 회로부(5) 및 배터리(3)가 공통 그라운드로 연결되어 USB 충전기(500)와 충전 회로부(5) 및 배터리(3)로 구성되는 전류 루프가 생성되도록 하고, 충전형 전자 카드(1)에서 USB 충전기(500)를 분리하는 경우에는 사용자의 별도 조작없이 배터리(3)와 충전 회로부(5)의 전류 루프를 단절시켜 배터리(3)로부터 충전 회로부(5)로의 역방향 누설 전류를 방지하여 배터리(3) 수명을 늘리는 것이다.
이를 위하여 충전 회로부(5)의 그라운드를 분리하여 설계한 후, 외부로부터 USB 충전기(500)가 장착된 경우에만 그라운드가 연결되도록 하여 USB 충전기(500)가 분리된 경우에는 배터리(3)로부터 충전 회로부(5) 방향으로 역방향 누설 전류가 발생하지 않도록 한다.
이를 구현하기 위한 구체적인 예로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드(1)의 주요 구성요소 중의 하나인 USB 접속부(100)의 2가지 예시적인 구성을 설명하면 다음과 같다.
하나의 예로, 도 5 내지 도 7을 추가로 참조하면, USB 접속부(100)는 인쇄회로기판(10)의 측면에 형성될 수 있으며, USB 접속부(100)의 접점 패턴부(150)는 USB 충전기(500)와 결합되는 복수의 핀들 중에서 그라운드 핀이 물리적으로 분리된 두 부분으로 구성되고, USB 접속부(100)의 접점 패턴부(150)를 구성하는 그라운드 핀의 물리적으로 분리된 두 부분 중에서, 일 부분은 배터리(3)와 전력소모장치(4)의 공통 그라운드(common ground) 단자에 연결되어 있고, 타 부분은 배터리(3)와 전력소모장치(4)와는 분리되어 플로팅 그라운드(floating ground) 단자에만 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 같이 구성하면, 충전형 전자 카드(1)에 USB 충전기(500)가 결합되지 않는 경우, 충전 회로부(5)의 그라운드 단자가 플로팅 상태가 되어, 배터리(3)로부터 충전 회로부(5)로의 역방향 누설 전류가 발생하지 않는다.
또한, USB 접속부(100)가 USB 충전기(500)에 결합되는 경우, USB 충전기(500)에 구비된 커넥터의 도전 패턴(550)에 의해 그라운드 핀의 물리적으로 분리된 두 부분이 전기적으로 연결됨으로써, 플로팅 그라운드 단자가 공통 그라운드 단자에 전기적으로 연결되어, 충전이 가능하게 된다.
다시 말해, 도 5 내지 도 7에 예시한 바와 같이, 4핀, 5핀, 12핀 등 그라운드 단자가 하나 이상 존재하는 USB 충전기(500)에 대응하여, 충전형 전자 카드(1)의 USB 접속부(100)의 접점 패턴부(150)를 구성하는 핀들 중에서, 하나의 그라운드 패턴을 두 개로 나누고, 그 한쪽은 충전 회로부(5)의 그라운드에만 연결하고 나머지 한 쪽은 충전형 전자 카드(1)의 전체 그라운드에 연결하여 USB 충전기(500)가 장착되지 않는 경우에는 서로 분리되어 배터리(3)로부터 충전 회로부(5) 방향으로 역방향 누설전류가 발생하지 않고, USB 충전기(500)가 삽입된 경우에만 충전 회로부(5)의 그라운드가 충전형 전자 카드(1) 전체의 그라운드와 연결되어 충전 회로부(5)가 충전 동작을 할 수 있도록 한다. 즉, USB 충전기(500) 삽입 시 USB 충전기(500)의 하나의 그라운드 단자가 충전형 전자 카드(1)에서 두개로 나뉘어진 그라운드 단자를 물리적으로 서로 연결한다.
또한, USB 접속부(100)가 USB 충전기(500)에 결합되는 경우, USB 충전기(500)에 구비된 커넥터의 도전 패턴(550)에 의해 USB 접속부(100)를 구성하는 그라운드 핀들이 전기적으로 연결됨으로써, 플로팅 그라운드 단자가 공통 그라운드 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 예로, 도 8을 추가로 참조하면, USB 접속부(100)는 인쇄회로기판(10)의 측면에 형성될 수 있으며, USB 접속부(100)의 접점 패턴부(150)는 USB 충전기(500)와 결합되는 복수의 핀들 중에서 그라운드 핀이 2개 이상으로 구성되고, USB 접속부(100)의 접점 패턴부(150)를 구성하는 그라운드 핀들 중에서, 하나는 배터리(3)와 전력소모장치(4)의 공통 그라운드(common ground) 단자에 연결되어 있고, 다른 하나는 배터리(3)와 전력소모장치(4)와는 분리되어 충전 회로부(5)의 플로팅 그라운드(floating ground) 단자에만 연결될 수도 있다.
다시 말해, 도 8에 예시한 바와 같이, 12핀 등 그라운드 단자가 두개 이상 존재하는 USB 충전기(500)에 대응하여, 충전형 전자 카드(1)의 USB 접속부(100)의 접점 패턴부(150)를 구성하는 핀들 중에서, 2개 또는 그 이상의 그라운드 단자 중, 한쪽은 충전 회로부(5)의 그라운드에만 연결하고, 나머지 한 쪽은 충전형 전자 카드(1)의 전체 그라운드에 연결하여 USB 충전기(500)가 장착되지 않는 경우에는 서로 분리되어 배터리(3)로부터 충전 회로부(5) 방향으로 역방향 누설 전류가 발생하지 않고, USB 충전기(500)가 삽입된 경우에만 충전 회로부(5)의 그라운드가 충전형 전자 카드(1) 전체의 그라운드와 연결되어 충전 회로부(5)가 충전 동작을 할 수 있도록 한다. 즉, USB 충전기(500) 내부에서 서로 연결된 두개 (이상)의 그라운드 단자가 USB 충전기(500) 삽입 시 충전형 전자 카드(1) 내부의 두개(이상)의 그라운드 단자가 서로 연결되도록 한다.
도면부호 7은 USB 충전기(500)와 충전형 전자 카드(10)의 결합 및 분리 과정에서 충전 회로부(5)의 그라운드 단자가 충전형 전자 카드(1)의 공통 그라운드 단자에 연결 및 분리되는 것을 나타낸다.
보강판(20)은 인쇄회로기판(10)의 일면에 결합되어 있으며, 이 보강판(20)에는 인쇄회로기판(10)에 형성된 USB 접속부(100)가 외부 USB 충전기(500)의 커넥터에 접속될 때, USB 접속부(100)와 함께 USB 충전기(500)의 커넥터에 삽입됨으로써 USB 접속부(100)의 내구성을 보강하는 보강 패턴부(200)가 형성되어 있다.
사출부재(30)는 인쇄회로기판(10)의 타면에 결합되어 있으며, 이 사출부재(30)에는 USB 접속부(100)의 연장 길이에 대응하는 길이를 갖도록 구비되어 USB 충전기(500)의 커넥터가 삽입되는 공간을 제공하는 함몰 영역부(300)가 형성되어 있다.
상부 커버(40)는 사출부재(30)에 결합되어 있으며, 카드의 상부 외관을 이루는 구성요소로서, 예를 들어, 상부 커버(40)를 통해 인쇄회로기판(10)에 구비되는 디스플레이가 사용자에게 노출될 수 있으며, 상부 커버(40)에는 사용자 조작을 위한 수단들이 구비될 수도 있다.
이러한 본 발명은 USB 인터페이스를 지원하기 위한 USB 접속부(100)를 인쇄회로기판(10) 자체에 형성하고, 보강판(20)을 이용하여 이 USB 접속부(100)의 내구성을 보강하는 한편, 인쇄회로기판(10)에 실장된 전자소자들을 보호하기 위해 카드에 필수적으로 구비되는 사출부재(30)에 외부 USB 충전기(500)의 커넥터가 삽입되는 공간을 제공하는 함몰 영역부(300)를 형성함으로써, 얇은 두께와 우수한 내구성을 구현할 수 있으며 휴대성과 사용 편의성을 강화할 수 있는 USB 인터페이스를 지원하는 카드를 제공할 수 있다.
이하에서는, 인쇄회로기판(10)에 형성된 USB 접속부(100), 보강판(20)에 형성된 보강 패턴부(200), 사출부재(30)에 형성된 함몰 영역부(300)의 상호 작용에 의한 카드와 USB 충전기(500) 간의 체결 구성 및 그에 따른 효과에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서, 인쇄회로기판(10)에 형성된 USB 접속부(100)가 1개이고, 이에 대응하여 보강판(20)에 형성된 보강 패턴부(200) 및 사출부재(30)에 형성된 함몰 영역부(300)도 각각 1개인 경우를 예로 들어 설명하지만, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 상이한 규격의 USB 인터페이스를 제공하기 위해, 2개 이상의 USB 접속부(100), 보강 패턴부(200), 함몰 영역부(300)가 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, USB 충전기(500)가 체결되기 이전의 부분 확대 사시도이고, 도 11은 USB 충전기(500)가 체결된 이후의 부분 확대 사시도이고, 도 12는 USB 충전기(500)가 체결되기 이전의 부분 확대 정면도이고, 도 13은 USB 충전기(500)가 체결된 이후의 부분 확대 정면도이고, 도 14는 USB 충전기(500)가 체결되기 이전의 부분 확대 단면도로서 도 1의 개시된 B-B' 방향의 부분 확대 단면도이고, 도 15는 USB 충전기(500)가 체결된 이후의 부분 확대 단면도이다.
도 10 내지 도 15를 추가로 참조하면, USB 접속부(100)는 제1 접속 함몰부(120), 접속 돌출부(110), 제2 접속 함몰부(130) 및 접점 패턴부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 접속 함몰부(120)는 인쇄회로기판(10)의 측면들 중에서 적어도 하나의 측면에서 인쇄회로기판(10)의 내측으로 일정 깊이로 함몰되도록 형성되어 있다. 예를 들어, 제1 접속 함몰부(120)의 함몰 깊이와 이 함몰 깊이의 방향에 수직하는 연장 방향의 길이는 외부 USB 충전기(500)의 커넥터를 구성하는 케이스(510)가 삽입되어 USB 결합을 지원할 수 있도록 하는 깊이와 길이일 수 있다.
접속 돌출부(110)는 제1 접속 함몰부(120)에 이어져 인쇄회로기판(10)의 외측으로 돌출되도록 형성되어 있다. 예를 들어, 접속 돌출부(110)의 돌출 높이는 제1 접속 함몰부(120)의 함몰 깊이와 동일할 수 있으며, 접속 돌출부(110)의 연장 길이는 외부 USB 충전기(500)의 커넥터를 구성하는 도전 패턴(550)의 연장 길이와 동일할 수 있다.
제2 접속 함몰부(130)는 접속 돌출부(110)에 이어져 인쇄회로기판(10)의 내측으로 함몰되도록 형성되어 있다. 예를 들어, 제2 접속 함몰부(130)의 함몰 깊이와 이 함몰 깊이의 방향에 수직하는 연장 방향의 길이는 제1 접속 함몰부(120)의 함몰 깊이와 연장 방향의 길이와 동일할 수 있다.
접점 패턴부(150)는 접속 돌출부(110)의 상면에 형성되어 있으며, 외부 USB 충전기(500)의 커넥터를 구성하는 도전 패턴(550)와 접촉되어 USB 연결을 지원하는 수단으로서, USB 규격에 대응하는 형상으로 구성될 수 있다. 접점 패턴부(150)의 예시적인 구성은 앞서 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하였다.
예를 들어, 보강판(20)에 형성된 보강 패턴부(200)는 인쇄회로기판(10)에 형성된 USB 접속부(100)와 함께 USB 충전기(500)의 커넥터에 삽입되도록 USB 접속부(100)와 동일한 형상을 갖도록 구성될 수 있다.
구체적인 예로, 보강판(20)에 형성된 보강 패턴부(200)는 제1 보강 함몰부(220), 보강 돌출부(210) 및 제2 보강 함몰부(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 제1 보강 함몰부(220)는 제1 접속 함몰부(120)와 동일한 형상을 갖고, 보강 돌출부(210)는 접속 돌출부(110)와 동일한 형상을 갖고, 제2 보강 함몰부(230)는 제2 접속 함몰부(130)와 동일한 형상을 갖도록 구성될 수 있다.
사출부재(30)에는 USB 접속부(100)의 연장 길이에 대응하는 길이를 가지며 USB 충전기(500)의 커넥터가 삽입되는 공간을 제공하는 함몰 영역부(300)가 형성되어 있다.
USB 접속부(100), 보강 패턴부(200), 함몰 영역부(300)의 이러한 구성에 따르면, 사용자가 카드와 외부 장치와의 USB 연결을 위하여 USB 충전기(500)을 카드에 연결하는 경우, 1) USB 접속부(100)와 보강 패턴부(200)가 함께 USB 충전기(500)의 커넥터를 구성하는 케이스(510)에 삽입되기 때문에, 인쇄회로기판(10)에 형성된 USB 접속부(100)의 내구성을 보강 패턴부(200)가 보강해 줄 수 있고, 2) USB 충전기(500)의 커넥터를 구성하는 케이스(510), 사출물(520), 도전 패턴(550)이 카드를 구성하는 사출부재(30)에 형성된 함몰 영역부(300)에 삽입되면서 접점 패턴부(150)와 도전 패턴(550)가 밀착되기 때문에, 카드의 전체적인 두께를 줄이면서 휴대성과 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 사출부재(30)의 측면들 중에서 함몰 영역부(300)가 형성되어 있는 측면에 이어진 상면 가장자리에는 보강판(20)과 동일한 두께를 갖는 단차부(350)가 형성되어 있고, 보강판(20)에 형성된 상측 연장부(250)는 단차부(350)에 안착되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 보강판(20)은 내구성이 우수한 금속 재질을 갖도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도면상 도시하지는 않았으나, 사출부재(30)에는 인쇄회로기판(10)에 실장된 전자소자들의 실장 위치에 대응하는 위치에 개구들(apertures)이 형성되어 있고, 전자소자들은 개구들 내에 안착되어 전자소자들보다 두꺼운 사출부재(30)에 의해 보호되도록 구성될 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 배터리를 충전하기 위한 충전 회로부가 추가된 전자 카드에 있어서, 사용자가 전자 카드를 충전하기 위하여 전자 카드에 충전기를 결합시키는 경우 충전기와 충전 회로부 및 배터리가 공통 그라운드로 연결되어 충전기와 충전 회로부 및 배터리로 구성되는 전류 루프가 생성되도록 하고, 전자 카드에서 충전기를 분리하는 경우에는 사용자의 별도 조작없이 배터리와 충전 회로부의 전류 루프를 단절시켜 배터리로부터 충전 회로부로의 역방향 누설 전류를 방지하여 배터리 수명을 늘릴 수 있는 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드가 제공되는 효과가 있다.
1: 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드
3: 배터리
4: 전력소모장치
5: 충전 회로부
6: 전원 스위치
10: 인쇄회로기판
20: 보강판
30: 사출부재
40: 상부 커버
100: USB 접속부
110: 접속 돌출부
120: 제1 접속 함몰부
130: 제2 접속 함몰부
150: 접점 패턴부
200: 보강 패턴부
210: 보강 돌출부
220: 제1 보강 함몰부
230: 제2 보강 함몰부
250: 상측 연장부
300: 함몰 영역부
350: 단차부
500: USB 충전기
510: USB 충전기의 커넥터를 구성하는 케이스
520: USB 충전기의 커넥터를 구성하는 사출물
550: USB 충전기의 커넥터를 구성하는 도전 패턴

Claims (5)

  1. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 실장된 배터리;
    상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 동작하는 전력소모장치;
    상기 인쇄회로기판의 측면에 형성되어 있으며 USB 충전기와 결합되는 복수의 핀들 중에서 그라운드 핀이 물리적으로 분리된 두 부분으로 구성된 USB 접속부; 및
    상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 USB 접속부와 상기 배터리에 전기적으로 연결되어 상기 USB 충전기가 상기 USB 접속부를 통해 공급하는 외부 전원을 변환하여 상기 배터리를 충전하는 충전 회로부를 포함하고,
    상기 USB 접속부를 구성하는 그라운드 핀의 물리적으로 분리된 두 부분 중에서, 일 부분은 상기 배터리와 상기 전력소모장치의 공통 그라운드(common ground) 단자에 연결되어 있고, 타 부분은 상기 배터리와 상기 전력소모장치와는 분리되어 플로팅 그라운드(floating ground) 단자에만 연결되어 있고,
    상기 USB 접속부가 상기 USB 충전기에 결합되는 경우, 상기 USB 충전기에 구비된 커넥터의 도전 패턴에 의해 상기 그라운드 핀의 물리적으로 분리된 두 부분이 전기적으로 연결됨으로써, 상기 플로팅 그라운드 단자가 상기 공통 그라운드 단자에 전기적으로 연결되는, 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드.
  2. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 실장된 배터리;
    상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 배터리로부터 전원을 공급받아 동작하는 전력소모장치;
    상기 인쇄회로기판의 측면에 형성되어 있으며 USB 충전기와 결합되는 복수의 핀들 중에서 그라운드 핀이 2개 이상으로 구성된 USB 접속부; 및
    상기 인쇄회로기판에 실장되어 있으며 상기 USB 접속부와 상기 배터리에 전기적으로 연결되어 상기 USB 충전기가 상기 USB 접속부를 통해 공급하는 외부 전원을 변환하여 상기 배터리를 충전하는 충전 회로부를 포함하고,
    상기 USB 접속부를 구성하는 그라운드 핀들 중에서, 하나는 상기 배터리와 상기 전력소모장치의 공통 그라운드(common ground) 단자에 연결되어 있고, 다른 하나는 상기 배터리와 상기 전력소모장치와는 분리되어 상기 충전 회로부의 플로팅 그라운드(floating ground) 단자에만 연결되어 있고,
    상기 USB 접속부가 상기 USB 충전기에 결합되는 경우, 상기 USB 충전기에 구비된 커넥터의 도전 패턴에 의해 상기 USB 접속부를 구성하는 그라운드 핀들이 전기적으로 연결됨으로써, 상기 플로팅 그라운드 단자가 상기 공통 그라운드 단자에 전기적으로 연결되는, 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 일면에 결합되어 있으며, 상기 인쇄회로기판에 형성된 USB 접속부가 상기 USB 충전기에 구비된 커넥터에 접속될 때 상기 USB 접속부와 함께 상기 USB 충전기의 커넥터에 삽입되어 상기 USB 접속부의 내구성을 보강하는 보강 패턴부가 형성된 보강판; 및
    상기 인쇄회로기판의 타면에 결합되어 있으며, 상기 USB 접속부의 연장 길이에 대응하는 길이를 갖도록 구비되어 상기 USB 충전기의 커넥터가 삽입되는 공간을 제공하는 함몰 영역부가 형성되어 있는 사출부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 역방향 누설 전류 방지 기능이 구비된 충전형 전자 카드.
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