KR102643643B1 - 배터리를 충전하기 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용은, 배터리를 충전하는 방법을 포함한다. 일 실시예에서, 방법은, 전자 디바이스 상의 배터리 충전 회로에서, 외부 전력 소스로부터 제1 전압 값을 갖는 입력 전압을 수신하는 단계를 포함한다. 배터리 충전기는, 제1 전류 값을 갖는 충전 전류를 배터리 내에 생성하도록 구성된다. 충전기의 입력 전류 제한 및/또는 듀티 사이클이 모니터링된다. 제어 신호들은, (i) 입력 전류 제한이 활성화되거나, 또는 (ii) 듀티 사이클이 최대 듀티 사이클에 도달하는 경우, 입력 전압의 제1 전압 값을 증가시키도록 생성될 수 있다. 충전기는 또한, 온도가 임계 온도를 초과하여 증가할 때 입력 전압의 값을 감소시키기 위해, 전자 디바이스 내부의 온도를 표시하는 신호들을 수신하고 제어 신호들을 생성한다.

Description

배터리를 충전하기 위한 시스템들 및 방법들
[0001] 본 출원은, 2015년 1월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제14/610,888호를 우선권으로 주장하며, 상기 출원의 내용은 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 개시내용은 전자 회로들, 시스템들, 및 장치들에 관한 것으로, 특히, 배터리를 충전하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
[0003] 많은 현대의 전자 시스템들은 전력을 위해 하나 이상의 배터리들에 의존한다. 배터리들은 통상적으로, 예컨대, AC-DC 전력 어댑터 및 케이블을 통해 시스템을 전력 소스(예컨대, 교류(AC) 전력 아웃렛(outlet))에 연결함으로써 재충전된다. 도 1은, 통상적인 전자 디바이스에서의 배터리 충전을 예시한다. 이러한 예에서, 전력 어댑터(102), 이를테면 AC-DC 변환기가 전력 소스(101)에 연결된다. 전력 어댑터(102)는, 케이블(120)을 통해 직류(DC) 전압 및 전류를 전자 디바이스(103)에 제공할 수 있다. 전력 어댑터(102)로부터의 전압 및 전류는 전력 관리 집적 회로(PMIC; power management integrated circuit)와 같은 전력 인터페이스에 의해 수신되며, 예컨대, 전력 인터페이스는, 어댑터(101)로부터의 전압 및 전류를, 다양한 시스템 컴포넌트들, 이를테면 하나 이상의 프로세서들(111), 통신 전자기기(예컨대, 라디오 주파수(RF) 트랜시버들)(112), 및 하나 이상의 입력/출력 디바이스들(113), 이를테면 터치 스크린 디스플레이 또는 오디오 시스템을 구동하기 위한 상이한 전압들 및 전류들로 변환할 수 있다. 외부 전력 소스로부터 연결해제(disconnect)될 때, 전력 인터페이스(110)는, 예컨대, 내부 컴포넌트들에 대한 전력공급을 위해 배터리(114)로부터 전압 및 전류를 수신할 수 있다.
[0004] 전력 인터페이스(110)는, 배터리가 방전되었을 때 배터리(114)를 충전하기 위한 배터리 충전 회로(115)를 포함할 수 있다. 배터리 충전기(charger)들과 연관된 하나의 문제는 전력 소산(dissipation)이다. 케이블(120)은, 전력 어댑터로부터의 입력 전압의 감소뿐만 아니라 열적 전력 소산으로 이어지는 저항을 포함할 수 있다. 따라서, 배터리 충전기의 입력에서의 전압은, 케이블(120)에서의 전류로 인해 전력 어댑터의 출력에서의 전압보다 작을 수 있다. 이러한 전압 강하를 감소시키기 위해, 일부 시스템들은 더 높은 어댑터 전압들을 사용할 수 있는데, 이는, 동일한 전력 레벨을 달성하는 데 요구되는 전류량을 효과적으로 감소시킬 것이다. 그러나, 더 높은 어댑터 전압들은, 배터리 충전기 회로에서의 더 큰 전력 소산을 야기할 수 있다. 예컨대, 배터리 충전기의 스위칭 트랜지스터들 양단의 더 높은 전압은, 매 턴-온/오프(turn-on/off) 사이클마다 증가하는 스위칭 손실들로 인해, 충전 동안, 전력 소산의 증가를 야기할 수 있다. 부가적으로, 더 높은 입력 전압들은 배터리 충전기의 인덕터(들)에서의 증가된 전류 리플(ripple)을 야기할 수 있으며, 이는, 예컨대, 더 높은 전도 손실들 및 코어 손실들을 초래할 수 있다. 따라서, 배터리 충전 프로세스 동안 전력 소산을 최적화할 수 있다는 것은 배터리 동작형(battery operated) 시스템들에 대한 계속되는 난제이다.
[0005] 본 개시내용은, 배터리를 충전하기 위한 시스템들 및 방법들에 관련된다. 일 실시예에서, 방법은, 전자 디바이스 상의 배터리 충전 회로에서, 외부 전력 소스로부터 제1 전압 값을 갖는 입력 전압을 수신하는 단계를 포함한다. 배터리 충전기는, 제1 전류 값을 갖는 충전 전류를 배터리 내에 생성하도록 구성된다. 충전기의 입력 전류 제한 및/또는 듀티 사이클(duty cycle)이 모니터링된다. 제어 신호들은, (i) 입력 전류 제한이 활성화되거나, 또는 (ii) 듀티 사이클이 최대 듀티 사이클에 도달하는 경우, 입력 전압의 제1 전압 값을 증가시키도록 생성될 수 있다. 충전기는 또한, 전자 디바이스 내부의 온도를 표시하는 신호들을 수신하고 그리고 온도가 임계 온도를 초과하여 증가할 때 입력 전압의 값을 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성한다. 역으로, 온도가 온도 임계치 미만으로 감소할 때 입력 전압을 감분(decrement)시키기 위해 동일한 제어 신호가 사용될 수 있다.
[0006] 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면들은, 본 개시내용의 특성 및 이점들에 대한 더 양호한 이해를 제공한다.
[0007] 도 1은, 통상적인 전자 디바이스에서의 배터리 충전을 예시한다.
[0008] 도 2는 일 실시예에 따른 배터리 충전 시스템을 갖는 전자 디바이스를 예시한다.
[0009] 도 3은 일 실시예에 따른, 배터리를 충전하는 방법을 예시한다.
[0010] 도 4a는 일 실시예에 따른, 배터리를 충전하는 방법을 예시한다.
[0011] 도 4b는, 예시적인 전력 소산 곡선을 예시한다.
[0012] 도 5는 다른 실시예에 따른 배터리 충전 시스템을 갖는 전자 디바이스를 예시한다.
[0013] 도 6은 일 실시예에 따른, 배터리를 충전하는 예시적인 방법을 예시한다.
[0014] 도 7은 다른 실시예에 따른, 배터리를 충전하는 예시적인 방법을 예시한다.
[0015] 도 8은 일 실시예에 따른, 배터리 충전을 제어하기 위한 회로의 블록도를 예시한다.
[0016] 도 9a는 일 실시예에 따른, 제어된 전압 모드 동안 배터리를 충전하는 방법을 예시한다.
[0017] 도 9b는 다른 실시예에 따른, 제어된 전압 모드 동안 배터리를 충전하는 방법을 예시한다.
[0018] 다음의 설명에서, 설명의 목적들을 위해, 본 개시내용의 철저한 이해를 제공하기 위한 다수의 예들 및 특정한 세부사항들이 기재된다. 그러나, 청구항들에서 표현된 바와 같은 본 개시내용은, 이들 예들에서의 특성들 중 일부 또는 그 전부를, 단독으로 또는 아래에서 설명되는 다른 특성들과 결합하여 포함할 수 있고, 본원에 설명된 특성들 및 개념들의 변형들 및 등가물들을 더 포함할 수도 있음이 당업자에게 명백할 것이다.
[0019] 본 개시내용의 특징들 및 이점들은, 예컨대, 온도, 듀티 사이클, 및 전류 제한을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)하는 다양한 충전 동작 파라미터들에 기반하여 입력 전압 및 배터리 충전 전류(또는 입력 전류)를 수정함으로써 외부 전력 소스로부터 배터리로의 전력 전달을 최적화할 수 있는 배터리 충전 시스템들 및 방법들을 포함한다.
[0020] 도 2는 일 실시예에 따른 배터리 충전 시스템을 갖는 전자 디바이스를 예시한다. 전자 디바이스(210)는 재충전가능 배터리(220)를 포함할 수 있다. 배터리(220)는, 예컨대, 하나 이상의 프로세서들(211), 통신 회로들(212)(예컨대, RF 통신들, 이를테면, Wifi, 셀룰러, 블루투스, 및 GPS(global positioning systems)), 입력/출력 회로들(213), 이를테면, 디스플레이들(예컨대, 터치 스크린들), 오디오 입력들 및 출력들 및 햅틱(haptic)들, 및 다양한 다른 시스템 전자기기(214)와 같은 다양한 내부 회로들에 전력을 제공할 수 있다. 전자 디바이스(210)의 실시예들은, 셀룰러 폰(예컨대, 스마트 폰), 태블릿 컴퓨터, 또는 하나 이상의 재충전가능 배터리들로부터 동작되는 더 큰 디바이스들(시스템들)에 대한 워치(watch) 또는 생체인식 센서(예컨대, 피트니스(fitness) 전자 디바이스) 만큼 작은 다른 배터리 동작형 전자 디바이스들을 포함할 수 있다.
[0021] 일부 상황들에서, 전자 디바이스(210)는 외부 전력 소스(201)로부터 전력을 수신할 수 있다. 예컨대, 외부 전력 소스(201)는, 예컨대, 커넥터들(203 및 204)에 플러그로 연결(plug into)될 수 있는 하나 이상의 전기적으로 전도성인 와이어들(250)(예컨대, 케이블)을 통해 전자 디바이스(210)에 커플링(couple)될 수 있다. 특정 실시예들에 따른 외부 전력 소스들은, 전압 조정 회로(202)(V_adj)를 사용하여, 제어 신호들에 대한 응답으로 복수의 상이한 전압 값들을 생성하도록 구성될 수 있다. 예시적인 외부 전력 소스들은 AC 벽(wall) 어댑터들(벽 충전기들) 또는 USB(Universal Serial Bus) 포트들을 포함하며, 이들은, 하나 이상의 와이어들(250)을 통해 수신되는 제어 신호들에 대한 응답으로 전자 디바이스의 입력에서 상이한 전압들을 생성할 수 있다. 예컨대, AC 벽 어댑터로 하여금 상이한 전압들을 생성하게 하기 위한 하나의 기법은 Qualcomm®으로부터의 Quick Charge 2.0™으로 알려져 있으며, 이는, 전자 디바이스와 벽 어댑터 간의 케이블을 통해 통신되는 제어 신호들에 대한 응답으로, 예컨대, 5 볼트, 9 볼트, 12 볼트, 및 20 볼트의 출력 전압들을 생성하도록 AC 벽 어댑터를 구성할 수 있다. AC 벽 어댑터로 하여금 상이한 전압들을 생성하게 하기 위한 다른 기법은 Qualcomm®으로부터의 Quick Charge 3.0™으로 알려져 있으며, 이는, 전자 디바이스와 벽 어댑터 간의 케이블을 통해 통신되는 제어 신호들에 대한 응답으로, 예컨대, 200 mV 만큼 작은 단계들로 변할 수 있는 다수의 상이한 출력 전압들을 생성하도록 AC 벽 어댑터를 구성할 수 있다. 일부 USB 포트들이 또한, 전자 디바이스로부터 수신되는 제어 신호들에 대한 응답으로 상이한 전압들을 생성하는 것을 지원할 수 있으며, 예컨대, USB 타입-C 케이블들을 통한 USB 전력 전달을 지원하는 USB 포트들이 포함된다. 위의 예시적인 외부 전력 소스들은 단지 본원에 설명된 기법들의 예시적인 애플리케이션들이며, 그러한 시스템들을 넘어서는 애플리케이션들을 가질 수 있다.
[0022] 외부 전력 소스(201)가 전자 디바이스(210)에 커플링될 때, 입력 전압(Vin)이 배터리 충전 회로(230)에 의해 수신된다. 처음에, 입력 전압(Vin)은 제1 전압 값(예컨대, 5 v)을 가질 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은, 배터리(220) 내에 특정 충전 전류(예컨대, 원하는 충전 전류)를 생성(예컨대, 공급 및 조절)하거나 배터리 전압을 조절하도록 배터리 충전 회로(230)를 구성하는 것을 포함한다. 그러나, 일부 외부 전력 소스들은, 배터리를 충전하기 위한 특정한 원하는 최대 출력 전력을 초과하지 못할 수 있다. 따라서, 초기 입력 전압 값 및 충전 전류 값이, 예컨대, 외부 전력 소스의 능력들을 초과하는 경우, 원하는 충전 전류가 획득되지 않을 수 있다. 부가적으로, 외부 전력 소스로부터의 전류는 케이블 양단의 전압 강하를 야기할 수 있는데, 이는 입력 전압 값을 감소시킬 수 있다. 입력 전압 값이 저항성 강하(resistive drop)로 인해 적절한 충전을 지원하기에 너무 낮은 경우, 입력 전류를 감소시키고 그에 따라 입력 전압을 증가시키기 위해 충전 전류가 감소되어야 할 수 있다. 또한, 원하는 충전 전류 및 전압이 획득되는 경우, 전자 디바이스는, 허용가능한 열적 허용한계들을 넘어 가열될 수 있다. 따라서, 일 양상에서, 예컨대, 배터리 충전을 최적화하기 위해, 전자 디바이스 내부의 온도뿐만 아니라 배터리 충전 회로에서의 입력 전류 제한 및/또는 듀티 사이클이 모니터링되어 외부 전력 소스로부터 수신되는 전압 및 전류를 제어하는 데 사용될 수 있다.
[0023] 도 2에 예시된 바와 같이, 배터리 충전 회로(230)는, 예컨대, 전력 관리 집적 회로(215)(PMIC)의 일부일 수 있다. 일부 실시예들에서, 배터리 충전 회로들은 대안적으로, 독립형(stand-alone) 시스템들일 수 있다. 이러한 예에서, 배터리 충전 회로(230)는, 스위칭 조절기(231) 및 루프 제어 회로들(232)을 포함한다. 스위칭 조절기(231)는, 예컨대 벅(Buck) 조절기일 수 있으며, 여기서 Vin은 Vout보다 크다. 루프 제어 회로들(232)은, 예컨대, 배터리에 대한 출력 전압 또는 전류를 생성(예컨대, 조절)하도록 스위칭 조절기를 제어할 수 있다. 배터리 충전 회로(230)는, 예컨대, 검출 회로들(233), 전류 제한 회로들(234), 제어된 전류 모드 충전 및 제어된 전압 모드 충전 회로들(CC/CV)(235), 듀티 사이클 검출 회로들(236), 온도 제어 회로들(237), 및 타이머들(238)을 더 포함한다. 검출 회로들은, 전압들 및/또는 전류들(예컨대, 입력 전압 및/또는 입력 전류)을 검출하는 데 사용될 수 있다. 특정 실시예들에서 사용될 수 있는 예시적인 검출 회로들은 아래에서 더 상세히 설명된다. 전류 제한 회로들(234)은, 전류(예컨대, 입력 전류)를 감지하고 입력 전류 제한을 구현할 수 있다. 예컨대, 입력 전류의 값이 특정 전류 제한(예컨대, 프로그래밍가능할 수 있음)을 초과하는 경우, 전류 제한 회로는, 입력 전류를 특정 입력 전류 제한 값으로 유지하도록 스위칭 조절기를 활성화 및 제어할 수 있다. 전류 제어 충전 및 전압 제어 충전 회로들(CC/CV)(235)은, 제어된 전류 충전(예컨대, 정전류(constant current)) 또는 제어된 전압 충전(예컨대, 정전압(constant voltage))을 수행하도록 스위칭 조절기를 구성하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 루프 제어 회로는, 예컨대, 배터리 충전기가 상이한 제어 파라미터들을 사용하여 배터리를 충전하게 구성될 수 있도록, 입력 전류 제한 제어 루프, 전류 제어 루프, 및 전압 제어 루프(예컨대, 와이어드 OR(wired OR)로 배열됨)를 포함하는 다수의 제어 루프들에 커플링되는 입력을 갖는 펄스 폭 변조기(pulse width modulator)를 포함할 수 있다. 듀티 사이클 검출 회로들(236)은 듀티 사이클을 모니터링할 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 듀티 사이클이 최대 듀티 사이클에 있을 때, 듀티 사이클 검출 회로들은, 충전을 최적화하도록 충전 파라미터들을 재구성하는 데 사용될 수 있다. 온도 제어 회로들(237)은 온도 모니터들 및 제어 회로를 포함할 수 있다. 아래에 설명되는 바와 같이, 온도 검출기들은, 예컨대, 동일한 집적 회로 다이 상에 있을 수 있거나 스킨(skin)(예컨대, 표면) 온도를 측정하기 위해 다이 외부에 있을 수 있다. 온도 제어 회로들(237)은, 온도가 하나 이상의 임계 온도들을 초과한다는 표시를 수신하는 디지털 회로들을 포함할 수 있다. 아래에 설명되는 바와 같이, 시스템은, 충전을 최적화하기 위해 온도에 기반하여 재구성될 수 있다. 타이머들(238)은, 아래에 추가로 설명되는 바와 같은 다양한 충전 동작들의 타이밍을 제어하는 데 사용될 수 있다.
[0024] 도 3은 일 실시예에 따른, 배터리를 충전하는 방법을 예시한다. 일 실시예에서, 301에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스 상의 배터리 충전 회로에서 외부 전력 소스로부터 입력 전압이 수신된다. 입력 전압은 특정 초기 전압 값(예컨대, 5 v)을 가질 수 있다. 302에서, 배터리 충전 회로는, 특정 전류 값(예컨대, 3 암페어)을 갖는 충전 전류(Ichg)를 배터리 내에 생성하도록 구성된다. 일부 예시들에서, 구성된 충전 전류는 원하는 충전 전류일 수 있고, 그러한 전류는 외부 전력 소스의 능력들을 초과할 수 있다. 예컨대, 외부 전력 소스는 5 W로 제한될 수 있지만, 3 암페어에서 배터리를 충전하기 위해서는 공급부로부터 15 W를 요구할 수 있다. 대안적으로, 높은 전류들에서의 케이블의 저항은, (예컨대, 커넥터(204)에서의) 외부 전력 소스의 출력과 (예컨대, 커넥터(203)에서의) 배터리 충전기의 입력 사이에 전압 강하를 야기할 수 있다. 따라서, 이러한 구성에서는 최적의 배터리 충전이 이루어지지 못할 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은, 차선적인(suboptimal) 배터리 충전이 이루어지는 조건들을 검출하기 위해, 입력 전류 제한 및/또는 듀티 사이클과 같은 내부 시스템 파라미터들을 모니터링할 수 있다.
[0025] 예컨대, 일 실시예에서는, 303에서, 배터리 충전 회로는 입력 전류 제한, 듀티 사이클, 또는 둘 모두를 모니터링한다. 예컨대, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 특정 실시예들은, 입력 전류 제한을 셋팅하기 위해 외부 전력 소스의 최대 전류 능력을 결정할 수 있다. 최대 입력 전류에 도달하면, 입력 전류 제한 회로가 활성화된다(예컨대, 스위칭 조절기는, 입력 전류를 사전셋팅된 최대 입력 전류 제한 값 미만으로 유지하도록 제어될 수 있음). 이러한 경우, 예컨대, 원하는 충전 전류를 달성하기 위해, 배터리 충전기에 대한 입력 전력을 증가시키기 위해서는, 외부 전력 소스들로부터의 입력 전압을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 외부 전력 소스가 더 높은 출력 전압에서 더 높은 출력 전력에 도달하지 못할 수 있지만, 동일한 출력 전력을 달성하기 위한 요구되는 출력 전류는 더 적을 것이다. 이는 케이블 및 PCB 트레이스(trace) IR 강하들을 효과적으로 극복할 것이며, 이는, 배터리 충전기 회로의 입력에서 더 높은 전력을 전달할 것이다. 대안적으로, 입력 전압이 (예컨대, 케이블에서의 저항성 강하들로 인해) 출력 전압에 가까운 레벨로 강하되는 경우, 듀티 사이클은 증가할 수 있다. 예컨대, 벅 스위칭 조절기에서의 듀티 사이클은, 듀티 사이클 = Vout/Vin이다. 따라서, 입력 전압이 너무 낮은 경우, 듀티 사이클은 최대 듀티 사이클에 도달할 수 있고, 시스템은 원하는 충전 전류를 생성하지 못할 수 있다. 따라서, 예컨대, Vin을 증가시키고 충전 전류를 원하는 레벨들로 증가시키기 위해서는 외부 전력 소스들로부터의 입력 전압을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 304에서, 예컨대, (i) 입력 전류 제한이 활성화되거나 또는 (ii) 듀티 사이클이 최대 듀티 사이클에 도달하는 경우, 배터리 충전기는, 입력 전압의 제1 전압 값을 적어도 하나의 제2 전압 값으로 증가시키기 위한 (예컨대, 외부 전력 소스에 대한) 제어 신호들을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 충전기는, 원하는 충전 전류가 획득될 때까지 복수의 전압 값들에 걸쳐 입력 전압을 연속적으로 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성할 수 있다. 예컨대, Quick Charge 2.0™의 경우에, 배터리 충전기는, 원하는 충전 전류를 생성하기 위해, Vin을 5 v로부터 9 v로, 그리고 그런 다음 12 v로 연속적으로 증가시킬 수 있다. Quick Charge 3.0™의 경우에, 예컨대, 배터리 충전기는, 원하는 충전 전류가 생성되고 있다는 것을 전류 제한 및/또는 듀티 사이클 중 어느 하나가 표시할 때까지, Vin을, 200 mV 단계들로 5 v를 초과하여 연속적으로 증가시킬 수 있다.
[0026] 305에서, 배터리 충전기는, 전자 디바이스의 다양한 위치들에서 온도를 모니터링할 수 있다. 아래의 예에서 예시된 바와 같이, 온도는, 하나의 위치 또는 다수의 상이한 물리적 위치들에서 감지될 수 있다. 예컨대, 온도 센서는, 전자 디바이스의 스킨 온도를 감지하기 위해 PMIC 외부에 배치될 수 있다. 스킨(예컨대, 외부 케이스) 온도를 감지하도록 포지셔닝(position)된 외부 온도 센서는, 예컨대, 스킨 온도가 하나 이상의 미리정의된 임계 온도들(이들 각각이 프로그래밍가능할 수 있음)을 초과했다는 것을 표시하는 신호를 생성할 수 있다. 유사하게, 온도 센서는, PMIC의 다이 온도를 감지하기 위해 PMIC와 동일한 기판 상에 (또는 다른 디바이스의 다이 상에) 구현될 수 있다. 다이 온도를 감지하도록 포지셔닝된 온도 센서는 유사하게, 예컨대, 다이 온도가 미리정의된 임계 온도(이 또한 프로그래밍가능할 수 있음)를 초과했다는 것을 표시하는 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 디바이스 내부의 온도를 감지하는 것은, 외부 온도 요건들 및 집적 회로들의 제한들 둘 모두에 대한 안전한 동작 범위들 내로 시스템이 조절되도록, 스킨 온도 신호 및 다이 온도 신호의 로직 OR을 포함한다. 본 개시내용의 실시예들은, 306에서, 온도를 임계 온도 미만으로 또는 특정 온도 범위 내로 유지하도록 입력 전압 및 전류 제한을 조정할 수 있다. 아래에 예시된 바와 같이, 예시적인 구현들은, 온도에 기반하여 충전을 최적화하기 위한 상이한 충전 절차들을 활성화하기 위해, 다수의 온도 판독들을 사용할 수 있다.
[0027] 도 4a는 다른 실시예에 따른, 배터리를 충전하는 방법을 예시한다. 401에서, 구성가능한 출력 전압을 갖는 외부 전력 소스가 전자 디바이스에 연결된다. 402에서, 전자 디바이스 내의 배터리 충전 회로는, 전력 소스의 타입 및 입력 전압 값을 결정한다. 자동 전력 소스 검출(APSD; automatic power source detection)의 예가 아래에서 예시된다. 403에서, 배터리 충전 회로는, 외부 전력 소스의 최대 전류 능력을 결정하고 입력 전류 제한을 셋팅한다. 자동 입력 전류 제한(AICL; automatic input current limit) 회로의 예가 아래에서 예시된다. 404에서, 배터리 충전이 시작되며, 배터리는 입력 전압 값을 사용하여 충전된다. 배터리 충전기는, 특정한 원하는 배터리 충전 전류를 생성하도록 구성될 수 있다. 405에서, 입력 전류 제한 및/또는 듀티 사이클이 모니터링될 수 있다. 406에서, 배터리 충전기 입력 전류 제한이 활성화되거나 또는 최대 듀티 사이클에 도달한다면, 배터리 충전기는, 원하는 충전 전류가 획득될 때까지 복수의 전압 값들에 걸쳐 입력 전압을 연속적으로 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성할 수 있다. 407에서, 온도(예컨대, 스킨 및/또는 다이 온도)가 감지된다. 408에서, 온도가 임계 온도를 초과하여 증가한다면, 배터리 충전기는, 외부 전력 소스로 하여금 입력 전압 값을 감소시키게 할 수 있다. 이는, 배터리 충전기 IC에서의 전력 손실들을 감소시킬 것이고 그에 후속하여 온도를 감소시킬 것이다. 일부 실시예들에서, 배터리 충전기는, 임계 온도 미만으로 온도가 감소할 때까지 복수의 전압 값들에 걸쳐 입력 전압을 연속적으로 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성할 수 있다.
[0028] 상이한 외부 전력 소스들은 상이한 전압 조정 능력들을 가질 수 있다. 예컨대, 일부 외부 전력 소스들에 대한 상이한 전압 값들은 1 볼트 초과(예컨대, 5 v, 9 v, 및 12 v)로 상이할 수 있다. 대안적으로, 다른 전력 소스들은, 상이한 전압 값들이 1 볼트 미만(예컨대, 200 mV 단계들)으로 상이하도록 매우 정밀한 전압 분해능(resolution)들을 가질 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 상이한 실시예들은, 외부 전력 소스 타입을 검출할 수 있고 그리고 상이한 시퀀스들로 입력 전압 및 입력 전류 제한 조정들을 구현할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 충전기는, 외부 전력 소스로부터의 입력 전압을 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성한 후, 온도를 임계 온도 미만으로 감소시키기 위해 복수의 입력 전류 제한 값들에 걸쳐 입력 전류 제한을 감소시킬 수 있다. 작은 단계들(예컨대, 1 볼트 미만)로 입력 전압을 조정하는 능력을 갖는 전력 소스들의 경우, 전류 제한 셋팅들을 조정하기 전에 입력 전압을 조정하는 것이 유리할 수 있다. 대안적으로, 제한된 전압 조정 능력(예컨대, 1 볼트 초과)을 갖는 전력 소스들의 경우, 입력 전압을 조정하기 전에 입력 전류 제한 셋팅들을 조정하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 방식으로, 이용가능한 입력 전력이 보다 연속적인 방식으로 변경될 수 있다. 따라서, 다른 실시예에서, 배터리 충전기는, 외부 전력 소스로부터의 입력 전압을 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성하기 전에, 온도를 임계 온도 미만으로 감소시키기 위해 복수의 입력 전류 제한 값들에 걸쳐 입력 전류 제한을 감소시킬 수 있다.
[0029] 본 개시내용의 특징들 및 이점들은, 전력 소산을 감소시키도록 충전 파라미터들을 최적화하는 것을 더 포함한다. 도 4b는, 예시적인 전력 소산 곡선을 예시한다. 가변 전압들을 갖는 전력 소스들에 의해 발생되는 하나의 문제는, 전압이 너무 높은 경우 충전 프로세스 동안 과도한 전력이 소산될 수 있다는 것이다. 도 4b는, 통상적인 DC-DC 벅 변환기 충전기에 대한, 충전 전류(암페어 단위)에 걸친 (490에서의) 12 v 충전 및 (491에서의) 9 v 충전에 대한 전력 소산 곡선을 예시한다. 9 v에 비해 12 v에서 충전할 때 모든 충전 전류들에 걸쳐 더 많은 전력이 소산된다는 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 특징들 및 이점들은, 전력 소산이 감소되도록 입력 전압 값들을 감소시킨다. 또한, 큰 출력 전압 단계들(예컨대, 5 v, 9 v , 및 12 v)을 갖는 외부 전력 소스들의 경우, 본 개시내용의 실시예들은 충전이 더 낮은 전압에서 발생할 수 있는 때를 검출하고, 시스템은, 시스템이 더 높은 입력 전압에서의 제1 전력 레벨로부터 더 낮은 입력 전압에서의 등가의 제2 전력 레벨로 전환(transition)하도록, 전압 및 전류들을 재구성하며, 여기서, 등가의 제2 전력 레벨은, 더 높은 전압의 사용에 의해 야기되는 소산된 전력만큼 적은 더 높은 전압에서의 제1 전력 레벨과 동일하다. 예컨대, 배터리 충전기는, 12 v의 더 높은 제1 전압에서 동작할 수 있고 그리고 지점 A에서 3 A의 충전 전류를 생성할 수 있다. 그러나, 배터리 충전기는, 예컨대, 9 v의 더 낮은 입력 전압에서 동작하는 것이 가능할 수 있고 그리고 약 250 mW의 절약들로 3 A의 동일한 충전 전류를 생성하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 250 mW의 절약들은 직접적으로 모바일 디바이스의 스킨 온도의 감소를 초래한다.
[0030] 본 개시내용의 일부 실시예들의 특징들 및 이점들은, 충전기의 제1 전력 동작점(operating point)을 결정하고 그리고 전력 소산을 감소시키기 위해 입력 전압을 제1 전력 동작점 미만의 제2 전력 동작점으로 감소시킬 수 있다. 예컨대, 초기 입력 전압 값 및 충전 전류 값은, 배터리 충전 회로의 입력에서의 제1 전력 레벨에 대응할 수 있다. 처음에, 위에 설명된 바와 같이, 입력 전류 제한이 활성인 경우 또는 듀티 사이클이 최대인 경우, 입력 전압 값은 적어도 하나의 제2 전압 값으로(예컨대, 5 v로부터 9 v로) 증가될 수 있다. 제1 전압 값(예컨대, 5 v)을 제2 전압 값(예컨대, 9 v)으로 증가시키는 것은, 제2 전류 값(예컨대, 원하는 충전 전류 값)으로의 충전 전류의 증가를 발생시킨다. 제2 전압 값 및 제2 전류 값은, 제1 전력 레벨보다 큰, 배터리 충전 회로의 입력에서의 제2 전력 레벨에 대응한다. 배터리가 충전됨에 따라, 시스템은, 예컨대, 온도를 감소시키기 위해 입력 전력을 감소시킬 수 있고, 전력 소산을 또한 감소시키는 것이 가능할 수 있다. (예컨대, 특정 입력 전압 레벨에서의 입력 전류를 감지함으로써) 더 낮은 전력 레벨이 사용될 수 있다는 것을 배터리 충전기가 검출할 때, 배터리 충전기는, 입력 전압 값을 감소된 전압 값으로 감소시키기 위한 제어 신호들을 외부 전력 소스에 전송할 수 있고 그리고 배터리 충전 회로의 입력에서 제2 전력 레벨보다 작은 제3 전력 레벨을 생성할 수 있다. 입력 전압 값은, 제3 전력 레벨이, 제2 전압 값(예컨대, 도 4b의 지점 A)과 제3 전압 값(예컨대, 도 4b의 지점 B) 사이의 소산된 전력의 차이만큼 적은 제2 전력 레벨과 대략적으로 동일하도록, 감소될 수 있다. 이러한 입력 전압 변경이 발생하는 지점은, 예컨대, 외부 전력 소스에서 이용가능한 전압들, 및 이용가능한 전류 제한 셋팅들에 의존하여 상이할 수 있다.
[0031] 도 5는 다른 실시예에 따른 배터리 충전 시스템을 갖는 전자 디바이스의 예시적인 구현을 예시한다. 이러한 예에서, 전자 디바이스(510)는, USB 케이블(505)을 사용하여 다양한 외부 전력 소스들(501a 및 501b)에 커플링될 수 있다. USB 케이블(505)은, 전력 공급 전압 라인(Vin), 접지(또는 리턴(return)) 라인(Gnd), 및 데이터를 반송하기 위한 데이터 라인들(D+ 및 D-)을 포함할 수 있다. 실시예들은, 예컨대, 전용 구성 정보를 통신하기 위한 것과 같은 다른 라인들을 더 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 전자 디바이스(510)는, 케이블(505a)을 사용하는 Quick Charge 3.0™ 전력 어댑터(502)(또는 등가물) 또는 케이블(505)을 사용하는 Quick Charge 2.0™ 전력 어댑터(503)(또는 등가물)를 사용하여 AC 전력 소스(501a)에 커플링될 수 있다. AC 전력 어댑터들은, AC 전력 소스로부터의 AC 전력을 DC 전압 및 전류로 변환한다. 부가적으로, 전자 디바이스(510)는, 케이블(505b)을 사용하여, 구성가능한 DC 전압을 갖는 USB 인터페이스 전력 소스(501b)(예컨대, 호스트, 허브 등)에 커플링될 수 있다. 추가로, 본 개시내용의 실시예들은, USB 전력 전달을 이용하는 다른 USB 가능 전력 소스들에 적용가능할 수 있다.
[0032] 전자 디바이스(510)는, 하나 이상의 프로세서들(511), 통신 회로들(512), I/O 회로들(513), 및 위에 언급된 다른 회로들에 조절된 전력 공급 전압들을 제공하기 위한 PMIC(515)를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 배터리 충전 회로들은 PMIC(515) 상에 포함되지만, 예컨대, 다른 실시예들에서, 배터리 충전 회로들은 다른 집적 회로 다이 상에 있을 수 있다. 이러한 예에서, 배터리 충전 회로들은, 벅 스위칭 조절기(520)(즉, Vsys는 Vin보다 작음), 자동 입력 전류 제한(AICL) 회로(521), 고전압 전용 충전 포트(HVDCP; high voltage dedicated charge port) 검출 회로(522), 자동 전력 소스 검출(APSD) 회로(523), 온도 검출 회로들(524), 및 제어된 전류/제어된 전압(CC/CV) 조절 회로(525)를 포함한다.
[0033] 스위칭 조절기 회로(520)는, 예컨대, 하이 사이드(high side) 스위치(551) 및 로우 사이드(low side) 스위치(552)(이들 둘 모두는 MOS 트랜지스터들일 수 있음), 인덕터(553), 출력 커패시터(554), 및 제어 회로(550)(이는, 펄스 폭 변조 회로들, 및 스위치들(551 및 552)을 턴 온(turn ON) 및 턴 오프(turn OFF)시키기 위한 게이트 드라이버 회로들을 포함할 수 있음)를 포함한다. 스위칭 조절기의 출력은 시스템 전압(Vsys)을 생성하며, 이는, 배터리 충전 동안 스위치 트랜지스터(555)를 통해 배터리(560)에 커플링될 수 있고 그리고 다른 시스템 회로 블록들에 대한 조절된 전압들을 생성하기 위해 전력 분배 회로에 커플링될 수 있다. 배터리(560)는, 예컨대, 외부 소스가 연결되지 않았을 때 시스템 전압을 제공하도록 트랜지스터(555)를 통해 커플링될 수 있는 전압(Vbatt)을 생성한다.
[0034] AICL 회로(521)는, 외부 전력 소스의 최대 전류 능력을 결정하는 데 사용될 수 있다. 자동 입력 전류 제한(AICL)을 수행하기 위한 일 예시적인 회로는 미국 특허 제7,990,106호에 개시되며, 상기 특허의 내용은 이로써 인용에 의해 본원에 포함된다. APSD 회로(523)는, 예컨대, 외부 전력 소스의 타입을 결정하는 데 사용될 수 있다. 자동 전력 소스 검출(APSD)을 수행하기 위한 일 예시적인 회로는 미국 특허 공보 제20120217935호에 개시되며, 상기 특허 공보의 내용은 이로써 인용에 의해 본원에 포함된다. HVDCP 회로(522)는, 상이한 전압들을 생성하도록 외부 전력 소스를 제어하는 데 사용될 수 있다. 고전압 전용 충전 포트(HVDCP)를 제어하기 위한 일 예시적인 회로는 미국 특허 공보 제20140122909호에 개시되며, 상기 특허 공보의 내용은 이로써 인용에 의해 본원에 포함된다. 제어된 전류/제어된 전압(CC/CV) 회로(525)는, 하나 이상의 전류 제어 모드들(예컨대, 일정한 사전-충전(pre-charge) 전류 또는 고속 충전 전류) 및 전압 제어 모드(예컨대, 일정한 "부동(float)" 전압 충전)에서 동작하도록 스위칭 조절기를 구성할 수 있다. 제어된 전압 및 제어된 전류 충전을 수행하기 위한 일 예시적인 회로는 미국 특허 제7,880,445호에 개시되며, 상기 특허의 내용은 이로써 인용에 의해 본원에 포함된다. 온도 검출 회로들(524)은, 예컨대, 아날로그-디지털(analog to digital) 변환기(ADC)들 또는 비교기들을 포함할 수 있으며, 이들은 각각, 디지털 또는 아날로그 온도 센서 신호들을 수신하고 그리고 디지털 온도 센서 신호들을 온도 데이터로 변환하거나 아날로그 온도 센서 신호들을 기준 값들에 대해 비교함으로써, 온도가 하나 이상의 임계치들을 초과하는지 또는 그 미만인지를 결정한다. 일 예시적인 실시예에서, 온도 센서는, 다이오드-연결된(diode-connected) BJT(bipolar junction transistor) 또는 서미스터(thermistor)를 포함할 수 있다.
[0035] 이러한 예에서, 위에 언급된 컴포넌트들과 통신하는 디지털 로직(530)을 사용하여, 최적화된 충전이 구현될 수 있다. 여기서, 배터리를 충전하기 위한 제어 알고리즘(531)은 디지털 로직(530)의 일부로서 구현된다. 그러나, 다른 실시예들은, 본원에 설명된 회로 컴포넌트들과 통신하고 그리고 본원에 설명된 기법들을 수행하기 위한 소프트웨어로 구성되는 프로세서 상에서 동작하는 알고리즘을 사용하여, 본원에 설명된 방법들 및 기법들을 구현할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 도 2를 참조하면, 일부 실시예들은 컴퓨터 실행가능 코드로 구성된 프로세서를 포함할 수 있으며, 여기서, 하드웨어 센서들, 검출기들, 및/또는 모니터 회로들은, 어댑터 출력 전압에 대한 제어 신호들을 생성하기 위한 실행가능 소프트웨어 코드에 의해 사용될 수 있는 인터럽트(interrupt)들을 트리거링(trigger)한다. 예컨대, 활성화된 입력 전류 제한 또는 최대 듀티 사이클은, 프로세서로 하여금, 배터리를 충전하기 위한 전자 디바이스에 의해 수신되는 어댑터 전압을 변경하기 위한 제어 신호들을 생성하게 하는 하나 이상의 인터럽트들을 트리거링할 수 있다. 도 5에 도시된 예에서, 디지털 로직(530)은 타이머들(533) 및 온도 제어(532)를 더 포함할 수 있다. 디지털 로직(530)은, 온도 검출 회로들(524)로부터 온도 정보를 수신할 수 있다. 디지털 로직(530)은, 예컨대, APSD 회로들, AICL 회로들, 및 HVDCP 회로들을 지원하기 위한 로직을 포함할 수 있다. 디지털 로직(530)의 예시적인 구현이 아래에 제시된다. 이러한 예에서, 디지털 로직은 배터리 충전 하드웨어와 동일한 집적 회로 상에(즉, PMIC 상에) 상주하는 것으로 도시되지만, 다른 실시예들에서, 디지털 로직은 배터리 충전 하드웨어와 상이한 집적 회로 상에 상주할 수 있다.
[0036] 도 6은 일 실시예에 따른, 배터리를 충전하는 예시적인 방법을 예시한다. 601에서, 외부 전력 소스로부터의 케이블이 전자 디바이스의 케이블 입력에 삽입될 수 있다. 602에서, 자동 전력 소스 검출 절차가 실행된다. 603에서, 전용 충전기 포트(DCP; dedicated charge port), 이를테면 벽 어댑터가 검출된다. 604에서, 어댑터 타입이 검출된다. 이러한 예에서, 검출된 어댑터 타입은 Quick Charge 3.0™ 어댑터이다. 605에서, 충전기로부터 이용가능한 최대 충전 전류를 결정하고 충전기에서의 전류 제한을 셋팅하기 위해 자동 입력 전류 제한 프로세스가 수행된다. 예컨대, 어댑터 최대 출력 전류가 배터리를 충전하기 위한 가능한 최대 입력 전류보다 작은 경우, 시스템은, 입력 전류가 어댑터로부터의 그 최대 출력 전류를 초과하지 않도록 전류 제한을 셋팅할 수 있다. 606에서, 충전기가 인에이블링(enable)되고 배터리 충전이 시작된다.
[0037] 위에 언급된 바와 같이, 일부 예시적인 실시예들은, 듀티 사이클 및 전류 제한을 모니터링하고 그리고 원하는 배터리 충전 전류가 획득될 때까지 배터리 충전기에 대한 전력 공급 전압을 연속적으로 증가시킬 수 있다. 607에서, 최대 듀티 사이클이 검출되거나 또는 입력 전류 제한이 활성화된다면, 608에서, 시스템은 초기 열 체크를 수행할 수 있다. (예컨대, 다이 또는 케이스의) 온도가 임계 온도(OTST1) 미만이라면, 609에서, 시스템은, 전압이 증가될 수 있는지를 결정할 수 있다. 어댑터가 자신의 가장 높은 전압(예컨대, 12 v)에 있다면, 프로세스는 607로 리턴된다. 그러나, 어댑터가 12 v 미만에 있다면, 610에서, 어댑터 전압(Vadp)은 증가된다. 일부 실시예들에서, 어댑터의 전력 출력이 그의 출력 전압이 증가함에 따라 감소하지 않음을 확실히 하기 위해, 각각의 전압 조정 후에 AICL 프로세스를 실행하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 이러한 예에서, 611에서 AICL이 실행되고, 607에서, 최대 듀티 사이클 및 입력 전류 제한이 다시 체크된다.
[0038] 본 개시내용의 특징들 및 이점들은, 온도를 모니터링하는 것, 및 온도를 임계치 미만으로 또는 윈도우(window) 내로 유지하기 위해 입력 전압 및/또는 입력 전류 제한을 조정하는 것을 포함한다. 이러한 예에서, 예컨대, 607에서, 듀티 사이클이 최대가 아니고 입력 전류 제한이 활성이 아닌 경우(또는 608에서, 온도가 임계치(OTST1)를 초과하는 경우), 시스템은, 전자 디바이스 내부의 온도가 감지되고 그리고 그 온도가 임계 온도(OTST2)를 초과하여 증가할 때 입력 전압의 값을 감소시키기 위한 제어 신호들이 생성되는 프로세스에 진입할 수 있다. 이러한 예시적인 구현에서, 612에서, 시스템은, 온도가 임계 온도(OTST2)를 초과하는지를 결정한다. 612에서, 온도가 OTST2 미만이면, 시스템은, 온도가 다른 임계치(이러한 예에서는 OTST1) 미만인지를 결정한다. 시스템이 OTST2 미만이고 OTST1을 초과하면(예컨대, "온도 범위" 또는 "온도 윈도우" 내에 있는 경우), 기존 충전 전류 및 어댑터 전압(Vadp)으로 충전이 계속된다. 그러나, 온도가 OTST2를 초과하면, 시스템은 어댑터 전압(Vadp)을 연속적으로 감소시킬 수 있다. 이러한 예에서, 614에서, 온도는 먼저 최대 "온도-과부하(over-temperature)" 제한에 대해 비교된다. 온도가 이러한 제한을 초과하면, 622에서, 입력 전류 제한이 미리결정된 안전한 입력 전류 제한으로(여기서는, 500 mA로) 감소되고, 623에서, 입력 전압(Vadp)이 미리결정된 안전한 입력 전압으로(여기서는, 5 v로) 감소된다. 그러나, 614에서, 온도가 온도-과부하 제한 미만이면, 616에서, 어댑터 전압은, 어댑터 전압이 최소 전력 소스 전압(이러한 예에서는 5 v임)에 있지 않으면 연속적으로 감소된다. 이러한 예에서, 예컨대, Vadp는 200 mV 단계들로 감소될 수 있으며, 시스템은, 온도가 OTST2 미만일 때가지 단계들(613, 612, 614, 615, 및 616)을 통해 진행될 수 있다.
[0039] 본 예는, 입력 전류 제한을 감소시키기 전에 Vadp의 입력 전압 값을 감소시킬 수 있다. 예컨대, Vadp가 200 mV 단계들로 조정가능하기 때문에, 원하는 충전 전류를 계속 제공하면서 소산되는 전력을 감소시키기 위해 전류 제한 전에 Vadp를 감소시키는 것이 유리할 수 있다. 이는, 배터리 충전기의 DC-DC 변환기가 더 높은 입력 전압 레벨들에서 더 높은 스위칭 손실들을 초래할 것이기 때문이다. 여기서, 예컨대, 615에서 결정된 Vadp가 5 v일 때, 시스템은, 617에서, 618에서 결정된 온도가 OTST2 미만일 때까지, 입력 전류 제한을 감소시키기 시작할 수 있다. 일단 Vadp가 5 v에 있고 입력 전류 제한이 감소되었으면, 시스템은, 온도가 OTST2 미만 OTST1 초과의 온도 범위(또는 윈도우) 내에 있는 한 계속 충전할 수 있다. 시스템이 5 v의 최소 전력 공급 입력 전압에 있는 동안 온도가 OTST1 미만으로 떨어지면, 시스템은, 620에서, 입력 전류가 입력 전류 제한에 있는지를 결정할 수 있고, 그렇다면, 621에서, 입력 전류 제한을 (예컨대, 온도가 OTST1을 초과하여 증가할 때까지 연속적으로) 증가시킨다. 620에서, 입력 전류가 입력 전류 제한보다 작으면, 시스템은, 609에서, 예컨대, 최대 듀티 사이클 또는 입력 전류 제한에 도달할 때까지, Vadp를 증가시킬 수 있다. 최대 듀티 사이클 및 입력 전류 제한이 트리거링되지 않도록 Vadp 및 입력 전류 제한이 이루어지고 그리고 613에서, 온도가 OTST1(하부 열 임계치) 미만인 경우, 시스템은, 690에서, 정전압이 검출되고 전력이 감소되는 모드에 진입할 수 있다. 690에서 수행되는 프로세스는, 예컨대, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
[0040] 도 7은 다른 실시예에 따른, 배터리를 충전하는 다른 예시적인 방법을 예시한다. 도 6과 유사하게, 단계들(701-706)은, 이러한 예에서는 Quick Charge 2.0™ 어댑터가 검출된다는 것을 제외하면 단계들(601-606)과 유사하다. 그러한 어댑터는, 예컨대, 5 v, 9 v, 및 12 v의 이산적(discrete) 전압들을 생성하도록 구성될 수 있다. 충전기에 대한 입력 전압들 간의 차이들에 대한 하나의 문제는, 더 높은 전압들(이는, 원하는 충전 전류들을 생성하는데 필요할 수 있음)에서 시스템이 더 많은 전력을 소산시킬 수 있다는 것이다. 셋팅들 간에 큰 전압 차이들을 갖는 외부 소스들에 대한 하나의 난제는, 최소의 전력 소산 손실들로 배터리 내에 원하는 충전 전류를 생성하도록 시스템을 최적으로 구성하는 것이다. 이러한 예에서, 시스템은, 707에서, 입력 전류 제한이 활성인지를 그리고 708에서, 최대 듀티 사이클에 도달했는지 여부를, 개별적으로 결정할 수 있다. 707에서, 입력 전류 제한에 도달했으면, 시스템은, 어댑터로부터의 전압 값(Vadp)을 감소시키기 위한 제어 신호들을 전송할 수 있다. 이러한 예에서, 708에서, 최대 듀티 사이클에 도달했으면, 시스템은, 유리하게, 709에서, 입력 전압이 증분(increment)된 이유를 표시하는 플래그(flag)를 셋팅할 수 있다(예컨대, INC_REAS = DC; 즉, 듀티 사이클이 최대이기 때문에 입력 전압(Vadp)이 증가됨). 도 6의 예와 유사하게, 시스템은, 710에서, 온도가 임계치(OTST1) 미만인지를 결정할 수 있고, 그렇다면, 단계들(711-715)에서 Vadp를 연속적으로 증가시킬 수 있고 그리고 780에서 AICL을 실행할 수 있다. 시스템이 최대 듀티 사이클에 있지 않도록 그리고 입력 전류 제한이 아니도록 입력 전압(Vadp)이 일단 셋팅되면, 온도가 OTST1 및 OTST2에 의해 셋팅된 범위 내에 유지되는 한 충전이 계속된다. 온도가 임계치(OTST2)를 초과하면, 718에서, 최대 온도(Tmax)가 체크된다(Tmax 초과인 경우, 도 6에서와 같이, 입력 전류 제한에 있고 그리고 732에서 Vadp가 감소됨).
[0041] 본 예시적인 구현은, 일부 실시예들의 다른 이점을 예시한다. 이러한 예에서, Vadp의 값을 감소시키기 전에 온도를 감소시키기 위해, 복수의 입력 전류 제한 값들에 걸쳐 입력 전류 제한이 감소된다. 예컨대, 719 및 732에서, 시스템은, Vadp가 감소될 수 있는지(예컨대, 12 v 또는 9 v 중 어느 하나에 있는지)를 결정한다. 예컨대, 719에서, Vadp가 최대 전압(예컨대, 12 v)에 있으면, 720에서, 입력 전류(Iin)는 제1 입력 전류 임계치(예컨대, Iin_9v_switch)와 비교된다. 입력 전류가 제1 입력 전류 임계치보다 크면, 727에서, 시스템은 입력 전류 제한을 감소시킬 수 있다. 728에서, 온도가 OTST2 초과로 유지되면, 시스템은, 입력 전류가 제1 입력 전류 임계치 미만일 때까지 단계들(718, 719, 및 720)을 반복한다. 입력 전류가 제1 입력 전류 임계치(Iin_9v_switch)와 동일한 경우, 어댑터 전압은 다음 단계로 감소될 수 있다. 유리하게, 제1 입력 전류 임계치(Iin_9v_switch)는 Vadp의 제1 값(예컨대, 12 v)에서의 입력 전력 레벨에 대응하며, 여기서, 원하는 배터리 충전 전류를 생성하는 Vadp의 제2 값(예컨대, 9 v)에서 등가의 입력 전력 레벨이 존재한다. 그러나, 등가의 입력 전력 레벨은 이전 입력 전력 레벨보다 낮을 수 있는데, 그 이유는, 충전기에서 더 적은 전력 소산이 존재하기 때문이다. 따라서, Vadp는, 더 낮은 값의 Vadp에서의 새로운 입력 전력 레벨(또는 최종 입력 전력, Pi_final)이, 소산된 전력의 차이만큼 적은(즉, 소산된 전력을 뺀) 더 높은 값의 Vadp에서의 이전 입력 전력 레벨(또는 초기 입력 전력, Pi_init)과 대략적으로 동일하도록(예컨대, Pi_init = Pi_final - Pdiss) 감소될 수 있다. 더 낮은 값의 Vadp로 전환함으로써 제거되는 전력 소산은 도 4b에서 볼 수 있다. 위에 설명된 예는, 예컨대, 입력 전류를 감지하고 그 입력 전류를 하나 이상의 임계치들에 비교하여 Vadp를 감소시키기 위한 전환을 트리거링할 수 있다. 도 7을 다시 참조하면, Iin이 전류 임계치(Iin_9v_switch)보다 작거나 그와 동일하면, 시스템은, (위에 설명된) 플래그 INC_REAS를 체크할 수 있다. 714-715에서 Vadp의 증가의 원인이 듀티 사이클이었으면, 722에서, Vadp가 감소된다. 714-715에서 Vadp의 증가의 원인이 듀티 사이클이 아니었으면, 입력 전류 제한이 추가로 감소된다. 유리하게, 배터리 충전기가 최대 듀티 사이클에 있다는 것 및 전류 제한이 활성화되지 않았다는 것을 독립적으로 결정하는 것(그리고 예컨대, 플래그 INC_REAS를 셋팅하는 것)은, 케이블을 통한 전류가 전압 강하를 야기하는 상황들(즉, 충전에 있어서 Vadp는 충분히 높지만 전류가 너무 높음) 대 주어진 어댑터 출력 전류의 경우 원하는 충전 전류를 달성하기에는 Vadp가 충분히 높지 않은 상황들 간을 시스템이 구별하는 것을 허용한다. 본 예에서, 듀티 사이클이 Vadp의 증가의 원인이었으면(INC_REAS = DC), 727에서, 입력 전류 제한을 감소시킴으로써 어댑터로부터의 전류가 감소된다. 예컨대, (716 또는 728에서) 온도가 OTST2 초과로 유지되면, 시스템은, 719로 리턴되어, 온도가 OTST1 초과 OTST2 미만의 온도 윈도우 내에 있을 때까지 입력 전류 제한 및/또는 Vadp를 감소시킨다.
[0042] 도 8은 일 실시예에 따른, 배터리 충전을 제어하기 위한 회로의 블록도를 예시한다. 도 8은, 예컨대, 도 6 및 도 7의 알고리즘들을 구현할 수 있는 디지털 로직의 일 예이다. 예컨대, 본 예가 디지털 로직으로 구현되지만, 개시된 기법들은 아날로그 회로들로 또는 디지털 프로세서 상에 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 예에서, 디지털 제어 회로들은, APSD 제어 회로(802), HVDCP 제어 회로(803), 열 조절 제어 회로(804), AICL 제어 회로(805), 트리거 제어 회로(806), 입력 전류 제한 계산기(807), 및 타이머(808)를 포함할 수 있다.
[0043] APSD 제어 회로(802)는, 외부 전력 소스를 검출하기 위해 외부 전력 소스(801)와 인터페이싱(interface)할 수 있다. HVDCP 제어 회로(803)는, 외부 전력 소스(801)로부터의 입력 전압의 전압 값을 증가 및/또는 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성할 수 있다. 이러한 예에서, HVDCP는, APSD 제어 회로(802)로 하여금 외부 전력 소스 전압의 변경을 협상(negotiate)하기 위한 제어 신호들을 생성하게 하는 제어 신호(Vadp_change)를 생성하기 위한 APSD 인터페이스(811)를 포함한다. HVDCP 제어 회로(803)는, 예컨대, 입력 전류 제한 활성 신호(Current Limiting Qual) 및 최대 듀티 사이클 신호(Max Duty Cycle Qual)를 모니터링하여 Vadp의 변경들을 트리거링하기 위한 VADP 증가 프로세서(812)를 포함할 수 있다.
[0044] AICL 제어 회로(805)는 AICL 기능들을 수행할 수 있는데, 이러한 기능은, 열 조절 제어 회로(804)로부터의 온도 제어 신호들, 트리거 회로(806)로부터의 트리거 신호들, 및 ICL 제한 계산 회로(807)로부터의 최대/최소 ICL 신호에 대한 응답으로 입력 전류 제한을 셋팅하는 것을 포함할 수 있다. AICL 제어 회로(805)는, AICL ICL 회로(821)에 의해 결정된 입력 전류 제한을 오프셋(offset)하기 위한 온도 오프셋 회로(822)를 포함할 수 있다.
[0045] 트리거 제어 회로(806)는, 배터리 충전 회로의 입력 전류 제한 및 듀티 사이클을 모니터링하기 위한 일 예시적인 회로이다. 트리거 회로(806)는, 최대 듀티 사이클에 도달했다는 것, 및 입력 전류 제한이 활성이라는 것(예컨대, 입력 전류가 설정된 입력 전류 제한을 충족시킴)을 표시하는 디지털 신호들, 및 입력에서의 전압이 드롭 아웃(drop out)했는지를 표시하는 입력 콜랩스(collapse) 신호를 수신한다.
[0046] 열 조절 제어 회로(804)는, 전자 디바이스 내부의 온도를 표시하는 신호들을 수신하는 일 예시적인 회로이다. 이러한 예에서, 열 조절 제어 회로는, (예컨대, 외부 온도 센서 및 외부 또는 내부 아날로그-디지털 변환기로부터) 스킨 온도에 대한 3 비트 및 온도 모니터 회로(834)에서의 다이 온도에 대한 3 비트를 수신한다. 온도 모니터 회로(834)는, 온도를 모니터링하고 온도 제어기(831)에 대한 증가/감소 신호들을 생성할 수 있다. 온도 제어기(831)는, 결정 회로(833)를 사용하여 (위에 설명된 바와 같이) 입력 전류 제한(ICL) 또는 입력 전압(Vadp)을 변경할지 여부를 결정할 수 있고 그리고 (예컨대, ICL 온도 오프셋 회로(832)에 대한) ICL 증분 신호 및 ICL 감분 신호, 및 (예컨대, APSD 인터페이스(811)에 대한) 어댑터 감분 신호를 생성할 수 있다. 결정 회로(833)는, 위에 설명된 바와 같이, 입력 전압이, 전류 제한이 감소되기 전에 감소되는지 또는 전류 제한이 감소된 후에 감소되는지를 제어할 수 있다. 따라서, 결정 회로(833)는, 예컨대, 언제 입력 전류 제한 대 입력 전압을 변경할지를 결정하기 위해, 케이블 저항, 입력 전압 신호, 및 ICL 신호를 수신하는 전력 계산기 회로(835)로부터 하나 이상의 입력들을 수신할 수 있다. 타이머 회로들(808)은, 정전압 전력 감소 알고리즘을 구현하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 타이머들을 포함할 수 있으며, 이는 이제 설명될 것이다.
[0047] 도 9a는 일 실시예에 따른, 정전압(CV) 모드 동안 배터리를 충전하는 방법을 예시한다. CV 충전 동안, 충전 전류는 일반적으로, 배터리 셀 전압이 배터리 팩(pack) 전압으로 증가함에 따라 점진적으로 감소된다. 따라서, 충전 전류가 감소함에 따라, 충전기 입력 전압을 감소시킴으로써 효율성이 개선될 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 본 개시내용의 실시예들은, 정전압 충전 동안 어댑터 전력을 감소시킬 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 시스템은, 온도가 임계 온도(예컨대, 온도 윈도우의 하부 임계치) 미만인 때를 검출할 수 있다. 온도의 감소들은, 예컨대, 제어된 전류 충전으로부터 제어된 전압(또는 정전압) 충전으로 시스템이 전환될 때 관측될 수 있다. 일 실시예에서, 방법은, 901에서, (예컨대, 도 6 및 도 7에서 온도가 OTST1 미만으로 떨어질 때) 정전압 모드를 검출하는 것을 포함한다. 902에서, 타이머가 셋팅되고 시스템은 미리결정된 시간 기간을 대기할 수 있다. 903에서, 입력 전압의 현재 값을 감소시키기 위한 제어 신호들이 생성된다.
[0048] 도 9b는, 정전압 충전 동안 전력을 감소시키기 위한 다른 예시적인 방법을 예시한다. 910에서, 시스템은, 정전압 모드가 활성인지를 결정한다. 911에서, 5분 타이머가 체크된다(예컨대, CV 충전이 활성이 시스템은 5분을 대기함). 912에서, 시스템은, 입력 전압이 최소 값(예컨대, 5 v)을 초과하는지를 검출하고, 그렇다면, 913에서, 시스템은, 입력 전압을 감소시킨다(예컨대, Vadp가 200 mV 만큼 감소됨). 후속하여, 타이머가 리셋될 것이고, 각각의 추가 만료 시에, 어댑터 전압이 감분될 것이다. 위의 단계들 중 임의의 단계가 적용가능하지 않으면, 시스템은, 전류 제한 및 듀티 사이클 모니터링을 리턴될 수 있고 그리고 위에 설명된 바와 같이 Vadp를 증가시킬 수 있다(예컨대, Vadp는, 온도가 임계치(OTST1) 미만으로 떨어진 후 다시 증가될 수 있음).
[0049] 위의 설명은, 본 개시내용의 다양한 실시예들과 함께 특정 실시예들의 양상들이 어떻게 구현될 수 있는지의 예들을 예시한다. 위의 예들은, 유일한 실시예들인 것으로 간주되어서는 안되며, 다음의 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 특정 실시예들의 유연성 및 이점들을 예시하도록 제시된다. 위의 개시내용 및 다음의 청구항들에 기초하여, 다른 어레인지먼트들, 실시예들, 구현들, 및 등가물들이, 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 개시내용의 범위를 벗어남이 없이 이용될 수 있다.

Claims (30)

  1. 배터리를 충전하는 방법으로서,
    전자 디바이스 상의 배터리 충전 회로에서, 외부 전력 소스로부터 제1 전압 값을 갖는 입력 전압을 수신하는 단계;
    제1 전류 값을 갖는 충전 전류를 상기 배터리 내에 생성하도록 상기 배터리 충전 회로를 구성하는 단계;
    상기 배터리 충전 회로의 입력 전류 제한 및 듀티 사이클(duty cycle) 중 하나 이상을 모니터링하는 단계;
    (i) 상기 입력 전류 제한이 활성화되거나 또는 (ii) 상기 듀티 사이클이 최대 듀티 사이클에 도달하는 경우에 상기 입력 전압의 상기 제1 전압 값을 적어도 하나의 제2 전압 값으로 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계;
    상기 전자 디바이스 내부의 온도를 표시하는 신호들을 수신하는 단계;
    상기 온도가 제1 임계 온도를 초과하여 증가할 때 상기 입력 전압의 상기 제2 전압 값을 적어도 하나의 제3 전압 값으로 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계; 및
    상기 온도가 제2 임계 온도 미만으로 감소할 때 상기 입력 전압의 상기 제2 전압 값을 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계를 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전압의 상기 제1 전압 값을 적어도 하나의 제2 전압 값으로 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계는, 원하는 충전 전류가 획득될 때까지 복수의 전압 값들에 걸쳐 상기 입력 전압을 연속적으로 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계를 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전압의 상기 제2 전압 값을 상기 제3 전압 값으로 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계는, 상기 온도가 상기 제1 임계 온도 미만으로 감소할 때까지 복수의 전압 값들에 걸쳐 상기 입력 전압을 연속적으로 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계를 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압 값 및 상기 제1 전류 값은 상기 배터리 충전 회로의 입력에서의 제1 전력 레벨에 대응하고,
    상기 제1 전압 값을 상기 제2 전압 값으로 증가시키는 것은 제2 전류 값으로의 상기 충전 전류의 증가를 발생시키고, 그리고
    상기 제2 전압 값 및 상기 제2 전류 값은, 상기 제1 전력 레벨보다 큰, 상기 배터리 충전 회로의 입력에서의 제2 전력 레벨에 대응하는, 배터리를 충전하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 전압 값을 상기 제3 전압 값으로 감소시키는 것은, 상기 제2 전력 레벨보다 작은, 상기 배터리 충전 회로의 입력에서의 제3 전력 레벨을 발생시키는, 배터리를 충전하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 전력 레벨은, 소산된 전력의 차이만큼 적은 상기 제2 전력 레벨과 대략적으로 동일한, 배터리를 충전하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압 값을 적어도 하나의 제3 전압 값으로 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계 후에, 상기 온도를 상기 제1 임계 온도 미만으로 감소시키기 위해 복수의 입력 전류 제한 값들에 걸쳐 상기 입력 전류 제한을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압 값을 적어도 하나의 제3 전압 값으로 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계 전에, 상기 온도를 상기 제1 임계 온도 미만으로 감소시키기 위해 복수의 입력 전류 제한 값들에 걸쳐 상기 입력 전류 제한을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    (i) 상기 입력 전류 제한이 활성화되거나 또는 (ii) 상기 듀티 사이클이 최대 듀티 사이클에 도달하는 경우에 상기 입력 전압의 상기 제1 전압 값을 적어도 하나의 제2 전압 값으로 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 상기 단계는, 상기 온도가 상기 제1 임계 온도보다 작은 제2 임계 온도를 초과하여 증가하는 경우 우회(bypass)되는, 배터리를 충전하는 방법.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 온도가 상기 제1 임계 온도보다 작은 제2 임계 온도 미만일 때,
    정전압(constant voltage) 모드를 검출하는 단계;
    미리정의된 시간 기간을 대기하는 단계; 및
    상기 입력 전압의 현재 값을 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성하는 단계
    를 더 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전자 디바이스 내부의 온도를 표시하는 신호들을 수신하는 단계는, 스킨(skin) 온도 신호 및 다이 온도 신호의 로직 OR를 더 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 충전 회로의 입력 전류 제한 및 듀티 사이클 중 하나 이상을 모니터링하는 단계는, 입력 전류 제한 및 듀티 사이클을 모니터링하는 단계를 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전류 제한을 셋팅하기 위해 상기 외부 전력 소스의 최대 전류 능력을 결정하는 단계를 더 포함하는, 배터리를 충전하는 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전력 소스는, 상기 전자 디바이스로부터의 제어 신호들에 대한 응답으로 복수의 상이한 전압 값들을 생성하도록 구성되는, 배터리를 충전하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 외부 전력 소스는 AC 벽 어댑터(wall adapter)인, 배터리를 충전하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 전압 값들은 1볼트 초과 만큼 상이한, 배터리를 충전하는 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 상이한 전압 값들은 1볼트 미만 만큼 상이한, 배터리를 충전하는 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 외부 전력 소스는 USB(Universal Serial Bus) 인터페이스인, 배터리를 충전하는 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 외부 전력 소스는 USB(Universal Serial Bus) 케이블을 사용하여 상기 전자 디바이스에 커플링되고, 그리고
    상기 전자 디바이스는 상기 USB(Universal Serial Bus) 케이블을 통해 상기 입력 전압을 변경하기 위한 제어 신호들을 상기 외부 전력 소스에 전송하는, 배터리를 충전하는 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 전자 디바이스로서,
    외부 전력 소스로부터 제1 전압 값을 갖는 입력 전압을 수신하도록 구성되는 스위칭 조절기;
    제1 전류 값을 갖는 충전 전류를 배터리 내에 생성하도록 상기 스위칭 조절기를 구성하기 위한 전류 제어 회로;
    상기 전자 디바이스의 입력 전류 제한 및 듀티 사이클 중 하나 이상을 모니터링하기 위한 검출 회로; 및
    제어 회로를 포함하며,
    상기 제어 회로는,
    (i) 상기 입력 전류 제한이 활성화되는 경우, 또는
    (ii) 상기 듀티 사이클이 최대 듀티 사이클에 도달하는 경우
    에 상기 입력 전압의 상기 제1 전압 값을 적어도 하나의 제2 전압 값으로 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성하기 위한 것이고,
    상기 제어 회로는, 상기 전자 디바이스 내부의 온도를 표시하는 신호들을 수신하고, 상기 온도가 제1 임계 온도를 초과하여 증가할 때 상기 입력 전압의 상기 제2 전압 값을 적어도 하나의 제3 전압 값으로 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성하고, 그리고 상기 온도가 제2 임계 온도 미만으로 감소할 때 상기 입력 전압의 상기 제2 전압 값을 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성하는, 전자 디바이스.
  28. 제27항에 있어서
    제어 회로는 디지털 로직을 포함하는, 전자 디바이스.
  29. 제27항에 있어서,
    제어 회로는, 컴퓨터 실행가능 코드로 구성되는 프로세서이고, 그리고
    활성화된 입력 전류 제한 또는 최대 듀티 사이클은, 상기 프로세서로 하여금 상기 제어 신호들을 생성하게 하는 하나 이상의 인터럽트(interrupt)들을 트리거링하는, 전자 디바이스.
  30. 전자 디바이스로서,
    외부 전력 소스로부터 제1 전압 값을 갖는 입력 전압을 수신하도록 구성되는, 상기 전자 디바이스 상의 배터리 충전 회로를 포함하고,
    상기 배터리 충전 회로는, 제1 전류 값을 갖는 충전 전류를 배터리 내에 생성하도록 상기 배터리 충전 회로를 구성하기 위한 전류 제어 회로를 포함하고,
    상기 제1 전압 값 및 상기 제1 전류 값은 상기 배터리 충전 회로의 입력에서의 제1 전력 레벨에 대응하고,
    상기 배터리 충전 회로는,
    (i) 입력 전류 제한이 활성화되는 경우, 또는 (ii) 듀티 사이클이 최대 듀티 사이클에 도달하는 경우에 상기 입력 전압의 상기 제1 전압 값을 적어도 하나의 제2 전압 값으로 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성하기 위한 수단;
    상기 전자 디바이스 내부의 온도를 표시하는 신호들을 수신하기 위한 수단;
    상기 온도가 제1 임계 온도를 초과하여 증가할 때 상기 입력 전압의 상기 제2 전압 값을 적어도 하나의 제3 전압 값으로 감소시키기 위한 제어 신호들을 생성하기 위한 수단; 및
    상기 온도가 제2 임계 온도 미만으로 감소할 때 상기 입력 전압의 상기 제2 전압 값을 증가시키기 위한 제어 신호들을 생성하기 위한 수단을 더 포함하는, 전자 디바이스.
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