KR19990028297A - 배터리 충전 시스템 - Google Patents

Abstract

배터리 충전 시스템(10)은 충전기(12), 전원(14), 전기 장치(16), 외부 배터리(18), 및 주변 장치(20)를 구비한다. 상기 충전기(12)는 휴대용 전자 장치인 전기 장치(16)가 주변 장치(20)와 통신할 수 있도록 다양한 구성요소들 간의 접속을 제공한다. 상기 구성요소들은 전원(14)에 피드백 입력(26)을 공급함으로써 작게 유지된다. 상기 전원은 상기 피드백 수준 이상의 선정된 차이인 전압 출력(24)을 발생하고, 그로 인해 과부하 전압 수준을 최소화시키고 배터리 재충전용 전기 장치(16)에서의 효율적인 선형 조정을 가능하게 한다.

Description

배터리 충전 시스템

전자장치가 갈수록 첨단화, 휴대가능, 및 이용가능하게 됨에 따라, 소비 시장은 제품 및 관련된 시스템으로부터 보다 많은 서비스를 요구하고 있다. 특히, 베터리 충전 시스템은 그 동안 낮은 기술 수준에 머물러 있었고, 최근에서야 이와 같은 시스템에 관심에 모아지고 있다. 또한, 제품의 상호 연관성이 갈수록 커지고, 즉, 제품이 다른 장치에 접속되도록 설계되어 소정의 시스템에 보다 많은 기능을 제공하도록 설계되고 있다. 예를 들면, 휴대용 컴퓨터 및 퍼스널 디지털 지원장치(PDA)와 함께 사용하기 위한 무선 모뎀이 상업화되고 있다.

전형적인 데스크 톱 배터리 충전기는 배터리 콘택트와 상호 맞물리도록 한 개 또는 두 개의 배터리 수신 포켓과 충전기 콘택트를 제공한다. 상기 충전기는 충전기에 삽입된 충전 배터리와 결합하여 동작하는 전원, 조정기, 및 제어 회로를 구비한다. 일부의 경우, 특히 휴대용 컴퓨터의 경우, 충전기는 또한 제품을 위한 전원 공급장치로서의 역할을 한다. 이와 같은 많은 제품들은 외부의 전원 또는 충전기로부터 전력을 끌어들이고 내부적으로 장착된 배터리를 충전시키는 내부 충전 제어기를 구비한다. 충전기는 장치를 다른 장치에 연결하는 수단을 제공하지 않는다. 그 크기로 인해 휴대용 컴퓨터는 주변 장치와 연결하기 위한 포트를 구비하지만, 셀룰러 전화 및 PDA와 같은 보다 작은 크기의 제품은 이와 같은 접속 포트를 위해 한정된 공간을 갖는다.

첨단 전자장치가 제공하는 큰 장점중 하나는 휴대용 전자 장치에서 정보를 수신, 저장 및 생성하는 능력이다. 예를 들어, 식료품 가게의 재고를 조사하는데 휴대용 스캐너가 흔히 사용되고 있다. 이와 같은 장치들은 특정 제품에 대응하는 코드 번호를 판독한 다음, 사용자가 키패드 또는 유사한 입력 패드를 이용하여 선반에 있는 제품 수의 계수를 입력한다. 이 정보는 나중에 재고 보고가 생설될 수 있도록 전자 장치에서 중앙 컴퓨터로 전송된다.

따라서, 장치 및, 장치와 함께 사용하기 위한 충전 배터리에 전원을 공급하면서 전기 장치 간에 접속성을 제공할 필요성이 존재한다.

본 발명은 총체적으로 재충전가능한 배터리 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 휴대용 전자 장치를 위한 재충전가능한 배터리 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 충전 시스템의 블럭도.

비록 본 발명의 명세서가 신규한 것으로 간주되는 본 발명의 특징을 정의하는 특허청구의 범위로 결론지어 지지만, 본 발명은 유사한 참조번호가 부여되어 있는 도면을 참조한 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 명확히 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 배터리 충전 시스템(10)의 블록도를 도시하는 도 1을 참조하면, 충전기(12), 및 전원(14), 전기 장치(16), 외부 배터리(18), 및 주변 장치(20)를 구비한 다양한 시스템 구성요소들이 총체적으로 도시되어 있다. 도시된 모든 구성요소들에는 공통의 전압 전위가 인가되고, 이와 같이 접지 접속은 명확히 하기 위해 도시되어 있지 않다는 것을 알아야 한다. 따라서, 각각의 구성요소는 충전기를 통해 전원 기준 전위에 접속된 접지 전위를 갖는다는 것을 알아야 한다.

다른 구성요소가 충전기(12)에 전기적으로 상호접속되어 있는 한편, 충전기(12)는 시스템의 중앙 부분이고 충전기(12)를 통해 상호 전기적으로 상호접속될 수 있다. 이는 다양한 구성요소, 및 상기 다양한 구성요소에 대한 대응하는 전기적 콘택트와 정합하기 위해 포트에 배치된 다수의 전기적 콘택트를 기계적으로 수신하기 위해 충전기에 대한 특징을 제공함으로써 달성된다. 이들 콘택트를 통해, 전원과 신호 모두가 구성요소들 간에 전송될 수 있다. 전기 장치를 이와 같이 상호접속시킬 수 있는 다양한 수단이 존재한다.

전원(14)은 AC 전원(22)에 접속되고, 출력(24)에서 정규 DC 전압 수준을 공급한다. 입력(26)은 이하 서술되는 바와 같이 다른 구성요소로부터 피드백 전압 수준을 수신하고 상기 피드백 전압 수준 이상의 선정된 차이가 되도록 출력(24)에서의 출력 전압 수준을 조정한다. 시스템 구성요소 모두에는 출력 전압 수준을 조정함으로써 전원의 출력 전압에 의해 전원이 공급된다. 예를 들어, 충전기는 전형적으로 그 내부 회로 구성요소에 전원을 공급하기 위해 5 볼트 또는 3.3 볼트 조정기를 구비한다. 본 발명에서, 피드백 전압 수준은 시스템에 의해 충전되고 있는 배터리의 전압이다. 이로써 배터리 충전 제어를 제공하기 위해 선형 조정기의 사용이 가능하게 되어, 충전기의 출력 전압 수준이 선형 조정에 사용되는 통과 트랜지스터의 포화 전압 이상으로 최소 수준으로 유지될 수 있고 이로 인해 선형 조정기와 연관된 열 발생을 크게 감소시킬 수 있다. 특히, 과 전압을 최소로 함으로써, 선형 조정기에 의해 소비된 전력이 그 최하 수준으로 감소되어, 선형 조정기가 스위치된 모드로 거의 효율적이게 한다. 이와 같이, 바람직한 전압 차이는 피드백 전압 수준 이상인 약 1.4볼트이다. 열 발생을 크게 감소시킴으로써, 선형 조정기가 셀룰러 전화와 같이 극히 작은 전기 장치에 놓일 수 있어, 장치로 하여금 충전기로써 이용할 수 없는 배터리를 충전시키는 것이 가능하게 되고, 배터리에 대한 충전기 콘택트의 필요성이 없어지게 된다.

따라서, 전기 장치(16)는 재충전 가능한 내부 배터리(30), 충전 회로(32), 및 제어기(34)를 구비하고, 충전기(12)와 전기 회로(16)를 전기적으로 상호접속하기 위한 수단이 충전기(12)에 의해 제공된다. 내부 배터리(30)는 전기 장치(16)로부터 개별적으로 충전하기 위해 착탈가능하다. 전원의 출력(24)은 충전기(12)를 통해 장치의 충전 회로(32)에 결합된다. 또한 충전 회로는 배터리를 충전시키기 위해 내부 배터리에 정규 전류 수준을 공급한다. 충전 회로(32)는 배터리를 충전시키는 것을 정지할 때를 결정하는 장치의 제어기(34)를 담당하고, 충전 회로가 재충전되고 있는 특정 배터리에 대해 정확한 전류 출력 수준을 공급하도록 충전 회로(32)를 제어할 수 있다. 배터리의 전압은 필요한 최소의 전압만이 전원에 의해 공급될 수 있도록 피드백 전압 수준으로써 충전기(12)에서 전원의 입력까지 전원(14)에 피드백될 수 있다.

내부 충전 회로(32)를 제어하는 것 이외에, 제어기(34)는 다른 시스템 구성요소와의 통신을 위해, RS-232와 같은 통신 버스(36), 3-선, 또는 작은 컴퓨터 시스템 인터페이스(SCSI)에 접속된다. 기술분야에 공지된 바와 같이, 버스 통신 동안 데이터를 래치하기 위해 충전기(12)에 버퍼(37)가 제공된다. 특히, 충전기(12)의 주변 포트(38)에 접속된 주변 장치(20)가 상호 통신될 수 있다. 주변 포트(38)는 충전기와 주변 장치를 전기적으로 상호접속하기 위한 수단이다. 이와 같은 주변 장치의 예는 퍼스널 컴퓨터와 무선 팩스 모뎀을 포함한다. 제어 및 데이터 정보 모두는 버스(36)를 통해 전송될 수 있다. 몇몇 주변 장치는 독특한 어드레스로서 버스에 병렬로 접속될 수 있다.

부수적으로, 버퍼는 통신 프로토콜에서 전압의 적당한 쉬프트를 제공하는데 사용될 수 있다. 5볼트 내지 3.3볼트와 같이 디지털 시스템에서 보다 낮은 전압 수준으로의 경향으로 인해, 충전기는 디지털 전압 수준에 무관하게 다른 장치와 통신할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일단의 전화 번호를 갖는 셀룰러 전화는 3 볼트 시스템일 수 있다. 컴퓨터에 전화 번호를 저장하기를 원하는 사용자는 충전기에 전화를 삽입하고, 적당한 케이블을 거쳐 컴퓨터를 충전기의 주변 포트에 접속할 것이다. 컴퓨터가 보다 높은 전압 수둔에서 동작할 가능성이 크기 때문에, 버퍼는 통신 장치 간에 양방향으로 적당한 수준 쉬프트를 보장한다.

시스템(10)의 유용성을 최소로 하기 위해, 충전기(12)는 적어도 하나의 보조 또는 외부 배터리(18)를 재충전할 수 있는 것이 바람직하다. 이는 충전기(12)와 외부 배터리(18)를 기계적으로 수용하고 전기적으로 상호접속하기 위한 외부 배터리 포트를 제공함으로써 달성된다. 외부 배터리(18)의 충전을 달성하기 위해, 충전기(12)는 전류 조정기(40), 제어 회로(42), 및 적어도 두 개의 스위치(44 및 46)를 필요로 한다. 제어 회로(42)는 바람직하게 명령어 세트를 저장하고 소비자가 한번에 제품을 충전할 수 있게 하기 위한, 모토롤라 인크.에 의해 제조된 MC68HC05B6과 같은 마이크로프로세서, 및 EPROM, 또는 다른 비휘발성 기억장치를 포함한다. 전류 조정기(40)는 선형 또는 스위치된 모드형중 어느 하나일 수 있다. 두가지 종류 모두는 기술분야에 공지되어 있고, 각각의 장점 및 단점은 어떠한 유형이 특정 응용에 보다 적합한 지를 결정하는데 있어 시스템(10)의 설계자에 따라다를 수 있다. 전류 조정기는 적어도 하나의 선(48)에 의해 전류 조정 수준과 관련하여 제어 회로(42)에 의해 제어된다. 이 선(48)은 온/오프형 제어, 또는 제어 회로(42)에 의해 제공된 기준 수준중 어느 하나일 수 있다. 바람직하게 온/오프 제어용으로 선(48)을 그리고 기준 수준을 공급하기 위한 선(50)과 같은 두 개의 선들이 사용된다. 조정기 출력(52)은 외부 배터리(18)로 공급되고, 후속하여 발생된 전압은 스위치(44)를 통해 피드백 전압 수준으로써 전원 입력(26)에 피드백된다.

시스템이 한 개 이상의 배터리를 충전할 수 있을 때 스위치(44 및 46)가 필요하고, 이는 바람직하게 MOSFET와 같은 트랜지스터 스위치이다. 전원의 출력 전압 수준은 내부 배터리(30) 또는 외부 배터리(18)인가에 따라, 충전되고 있는 특정 배터리에 의해 공급된 피드백 전압에 의해 결정된다. 이와 같이, 충전되고 있는 특정 배터리의 배터리 전압은 임의의 다른 배터리 전압을 제외하고 전원의 입력(26)에 피드백되어야 한다. 따라서, 제어 회로(42)는 어떤 배터리가 충전되고 있는 지를 결정하기 위해 시스템을 모니터하고, 적당한 스위치를 폐쇄한다. 스위치(44) 또는 스위치(46)중 어느 것이 폐쇄되고 다른 것은 개방된다. 전기 장치(16)가 시스템에 최초에 접속될 때에 충전기(12)가 외부 배터리를 충전시키기 위해 접속되어 있고 장치(16)의 내부 배터리(30)가 충전을 필요로 하면, 장치(16)는 이것을 버스(36) 또는 정보 선(28)과 같은 개별적인 선으로써 제어 회로(42)에 통신한다. 이때 제어 회로는 스위치(44)를 스위치 오프하고 스위치(46)를 스위치 온하여, 장치(16)가 그 내부 배터리(30)를 충전하는 것을 허용한다. 장치(16)가 종료되면, 장치는 버스(36)로써 제어 회로에 통지하고, 충전기는 외부 배터리를 충전하는 것을 다시 시작한다. 외부 배터리(18)는 바람직하게 충전기(12)가 배터리(18)의 온도를 모니터할 수 있도록 온도 표시 신호(54)를 제공한다. 부수적으로, 배터리(18)는 배터리의 용량과 배터리의 화학성분과 같은 파라메타를 가리키는 데이터 신호(56)를 제공할 수 있다.

전원(14)에 의해 공급된 입력과 출력 이외에, 이는 부수적으로 정보 선(28)을 공급할 수 있다. 이 선으로 인해 시스템 구성요소는 다른 파라베타들 중에서 출력 용량, 즉 전원의 최대 전류 출력 수준을 결정하기 위해 전원(14)을 질의한다. 이 정보는 시스템 구성요소가 전력을 전력을 분산하는 방법을 결정하는 것을 돕는다. 예를 들어, 만일 장치가 현재 수준 x에서 배터리를 재충전하고 있고 장치가 현재 수준 y(여기서, x+y는 전원의 최대 전류 출력 수준을 초과한다)를 필요로 하는 몇가지 다른 동작을 수행할 것을 필요로 하면, 장치는 일시적으로 다른 동작을 수행하면서 충전 회로를 차단할 것이다. 이와 같이, 임의의 소정 순간에 동시에 최대 전력을 모든 시스템 구성요소에 공급할 필요가 없기 때문에, 전원이 작게 유지될 수 있다. 따라서, 전원의 정격형태가 되는 결과가 된다.

이와 같이 본 발명은, 하나 이상의 배터리를 충전하면서 휴대용 전기 장치가 주변 장치에 접속될 수 있게 하는 시스템을 제공한다. 이로써 그 자체의 전기 장치가 그 자신의 충전 제어 회로를 실장하기 때문에 배터리에 의해 제공된 콘택트의 수가 감소될 수 있어, 개별적인 충전 정합 콘택트의 필요성이 제거된다. 구성요소 간의 통신이 가능하게 함으로써, 전력 정격의 형태가 구현될 수 있어, 전원이 전형적으로 필요로 하는 것보다 작아 질 수 있게 된다.

비록 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 서술되었지만, 본 발명은 이것에 한정되어 있지 않다는 것이 명확할 것이다. 기술분야의 숙련자는 특허청구의 범위에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 정신과 영역을 일탈하지 않고 다양한 변형, 수정, 대체, 및 등가물이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. 배터리 충전 시스템에 있어서,

   출력과 입력을 갖는 전원 - 상기 입력은 피드백 전압 수준을 수신하기 위한 것이고, 상기 출력은 상기 피드백 전압 수준 이상의 선정된 차이로 출력 전압 수준을 공급함-; 및

   상기 전원에 접속되어 주변 장치와 전기 장치를 전기적으로 상호접속하고, 상기 주변 장치 및 상기 전기 장치 간에 배치된 통신 버스를 갖는 충전기

   를 구비하되,

   상기 전기 장치는 배터리 전압 수준을 갖는 재충전가능한 내부 배터리와 충전 회로를 가지며,

   상기 전기 장치는 상기 통신 버스를 통해 상기 주변 장치와 통신하고, 상기 배터리 전압 수준은 상기 피드백 전압 수준을 공급하며, 상기 전원의 상기 출력 전압 수준은 상기 충전 회로에 공급되고, 상기 충전 회로는 상기 내부 배터리를 충전시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 충전기는 제어기; 상기 충전기를 수용하여 외부 배터리에 전기적으로 상호접속하기 위한 외부 배터리 포트; 및 상기 전원의 상기 출력 전압 수준에 의해 공급되고 상기 제어기에 응답하며, 상기 외부 배터리에 충전 전류를 공급하기 위한 전류 조정기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 선정된 차이는 약 1.4볼트인 것을 특징으로 하는 배터리 충전 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전기 장치는 셀룰러 전화인 것을 특징으로 하는 배터리 충전 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 충전기는 상기 전기 장치와 상기 주변 장치 간의 상기 통신 버스 상에 버퍼를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 시스템.
6. 전원을 구비하는 배터리 충전 시스템용 충전기에 있어서,

   전기 장치와 전기적으로 상호접속하기 위한 수단;

   주변 장치와 전기적으로 상호접속하기 위한 수단; 및

   상기 전기 장치 및 상기 주변 장치와 전기적으로 상호접속하기 위한 상기 수단 간에 배치된 통신 버스

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전기.
7. 제6항에 있어서,

   외부 배터리를 전기적으로 상호접속시키고 충전하기 위한 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 충전기.
8. 제6항에 있어서,

   상기 전기 장치 및 상기 주변 장치와 전기적으로 상호접속하기 위한 상기 수단 간의 상기 통신 버스 상에 버퍼를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 충전기.
9. 제6항에 있어서,

   상기 전기 장치는 재충전가능한 내부 배터리; 및 충전 회로를 구비하되, 상기 전기 장치는 상기 재충전가능한 내부 배터리를 재충전하기 위해 상기 충전기를 통해 상기 전원으로부터 전력을 수신하는 것을 특징으로 하는 충전기.