KR19990040504A - 휴대용 장치의 전원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 장치의 외부에 태양전지를 장착하고 태양전지에 의해 발생되는 전력을 동작 전압의 부 전원 전압으로 공급하며, 여분의 전력을 베터리를 충전하기 위한 충전 전압으로 공급하도록 하였으며, 별도의 보조 태양전지를 와이어를 통해 연결하여 전원 전압을 공급하도록 휴대용 장치의 전원장치를 구현하였다.

Description

휴대용 장치의 전원장치

본 발명은 휴대용 장치에 관한 것으로, 특히 휴대용 장치의 동작전원을 공급하거나 충전하는 전원장치에 관한 것이다.

점차적으로 통신 기술 및 전자 제조 기술의 발달로 인하여 휴대용 통신장치, 휴대용 정보 처리장치 및 휴대용 오디오 기기 등 휴대용 제품의 보급이 가속화 되어 감에 따라 휴대용 제품을 제작하는 업체에서는 경쟁적으로 소형화 및 경량화를 실현하고자 노력하고 있다.

하지만, 휴대용 제품은 동작 전압을 얻기 위해 주로 베터리를 사용하는데, 상기 베터리를 사용하는 경우에는 어느 한계점 이하로 제품을 소형화 및 경량화 시키는 것이 어렵다. 그 이유는 사용되는 베터리의 일정 부피와 무게가 제품에 추가되기 때문이다.

또한 통상적으로 베터리는 어느 한계치 까지 전원 전압이 방전되면 사용할 수 없거나 재 충전하여 사용하여야 하므로 사용자는 수시로 베터리를 교체하여 주거나 어뎁터에 장착하여 베터리를 재 충전하여 사용하여야 했다.

통상적으로 충전용 베터리를 사용하여 동작 전압을 공급받는 휴대용 장치에는 베터리를 충전하기 위한 장치를 별도로 구비하게 되는데, 상기 휴대용 장치에 구비된 전원장치에서 수행되는 충전 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 충전용 베터리를 사용하여 동작 전압을 공급받는 휴대용 장치는 어뎁터에 장착되지 않은 경우에는 내부에 구비된 베터리 또는 장착된 베터리 팩으로부터 동작 전압을 공급받아 동작한다.

하지만 상기 휴대용 장치가 어뎁터에 장착되면 상기 어뎁터로부터 동작 전압 또는 충전 전압을 공급받는다. 상기 어뎁터는 교류 성분의 상용전원을 직류 성분으로 변환하여 공급하는 경우와 차량용과 같이 직류 성분의 전원을 다운(down) 또는 업 컨버젼(up conversion)하여 공급하는 경우로 구분할 수 있다.

상기 어뎁터에 휴대용 장치가 장착되면 상기 어뎁터로부터 변환된 직류 성분의 전원 전압이 상기 휴대용 장치에 구비된 직류/직류 변환부로 입력된다. 상기 직류/직류 변환부로 인가된 직류 성분의 전원 전압은 7.2볼트(V), 3.6∼5V, 3.3V 등의 직류 전압 레벨을 가지는 전원 전압으로 변환된다.

상기 특정 직류 레벨로 변환된 전원 전압은 충방전회로로 인가되며, 상기 충방전회로로 인가된 전원 전압은 동작 전압으로 인가되거나 베터리 또는 베터리 팩에 충전 전압으로 인가된다.

상기한 바와 같이 종래 휴대용 장치는 주기적으로 베터를 교체하거나 충전하여 주어야 하는 불편함과, 베터리의 사용 시간에 제약이 따른다는 문제점이 있다.

또한 통화시간을 연장하기 위해 용량이 큰 베터리를 사용하는 경우에는 무게가 무거워지고 휴대하기가 불편하였으며, 베터리를 충전하기 위해서는 충전기가 반드시 필요하였다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 표면에 태양전지 패널을 부착하여 태양전지 패널로부터 공급되는 전압을 동작 전압 및 보조 전압으로 사용하는 휴대용 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부잭을 통해 보조 태양전지 패널을 연결하여 외부잭을 통해 공급되는 전원을 동작 전압 및 보조 전압으로 사용하는 휴대용 장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 바형 휴대폰에 태양전지 패널을 부착한 상태도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바형 휴대폰에 보조 태양전지 패널을 연결한 상태도.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플립형 휴대폰에 태양전지 패널을 부착한 상태도.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 패널을 가지는 휴대폰의 전원장치 구성도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선, 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 동일한 부호가 사용되고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 바형 휴대폰에 태양전지 패널을 부착한 상태도는 도 1에 도시된 바와 같다.

상기 도 1을 참조하면, 태양광선을 집광하기 위한 태양전지 패널(150)이 휴대폰(100)의 전면 패널에 설치되는데 상기 태양전지 패널(150)은 수화기(110), 송화기(120), 액정 표시판넬(130), 키패드(140)을 제외한 전면에 설치한다. 또한 상기 도 1에는 도시하지 않았으나 상기 휴대폰(100)의 배터리 팩의 뒷면을 포함하는 전체 배면에 상기 태양전지 패널을 설치한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 바형 휴대폰에 보조 태양전지 패널을 연결한 상태도는 도 2에 도시된 바와 같다.

상기 도 2를 참조하면, 휴대폰(100)에 전원 공급을 위한 외부잭(220)을 삽입하기 위한 접속구를 형성하여 상기 외부잭(220)을 통해 전원을 공급받는다. 상기 외부잭(220)으로는 보조 태양전지(200)에 의해 발생된 전원이 연결 와이어(210)을 통해 공급된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 플립형 휴대폰에 태양전지 패널을 부착한 상태도는 도 3에 도시된 바와 같다.

상기 도 3을 참조하면, 플립형 휴대폰(300)의 경우는 상기 도 1에 도시된 바형과 동일하게 태양전지 패널을 부착하고, 플립(310)이 닫힌 경우에 태양을 집광할 수 있도록 플립(310)의 상측에 태양전지 패널(320)을 설치한다. 또한 도면으로는 도시하지 않았으나 도 2에 도시된 바와 같이 보조 태양전지(200)를 연결하는 구조로 구현이 가능하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지 패널을 가지는 휴대폰에 구비되는 전원장치 구성은 도 4에 도시된 바와 같다.

상기 도 4를 참조하여 구성을 보면, 본체에 구비된 전원장치(110), 베터리 팩(120), 보조 태양전지(200)로 구성된다.

상기 본체에 구비된 전원장치(110)는 태양전지(10), 충방전회로(12), 직류/직류 변환부(14), 외부 접속단(140), 베터리 팩 접속단(150), 어뎁터 접속단 등으로 구성된다.

태양전지(10)는 상기 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 휴대용 장치의 표면에 구비된 태양전지 패널과 광전변환부로 구성되어 상기 태양전지 패널에 의해 집광된 빛을 상기 광전변환부를 이용하여 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 충방전회로(12)는 상기 태양전지(10), 외부 접속단(140), 직류/직류 변환부(14)로부터 공급되는 전원 전압을 상기 베터리 팩 접속단(150)을 통해 상기 배터리 팩(120)에 충전하기 위한 전원 전압으로 공급한다. 또한 상기 태양전지(10), 외부 접속단(140), 직류/직류 변환부(14), 베터리 팩 접속단(150)을 통해 공급되는 전원 전압을 휴대용 장치의 동작 전압으로 공급한다. 상기 직류/직류 변환부(14)는 충전용 어뎁터에 휴대용 장치가 장착될 시 어뎁터 접속단을 통해 공급되는 직류 전압을 충전이 가능한 레벨의 직류 전압으로 변환한다.

상기 외부 접속단(140)은 보조 태양전지(130)와 연결하기 위한 외부잭(220)으로 상기 보조 태양전지(130)로부터 전원 전압을 공급받는 단자이다. 상기 외부 접속단(140)과 보조 태양전지(130)는 연결 와이어(210)를 통해 연결된다.

상기 보조 태양전지(130)는 상기 본체에 구비된 전원장치(110)의 태양전지(10)와 동일한 구성을 가지며, 동일한 동작을 수행하여 발생되는 전원 전압을 상기 와이어(210)와 외부 접속단(140)을 통해 상기 본체에 구비된 전원장치(110)로 공급한다.

베터리 팩(120)은 베터리(20), 충전부(22), 태양전지(24)로 구성되는데, 태양전지(24)는 상기 본체에 구비된 전원장치(110)에 구비된 태양전지(10)와 동일한 구성을 가지고 동일한 동작을 수행한다. 충전기(22)는 상기 태양전지(24)로부터 공급되는 전원 전압을 충전이 가능하도록 공급 전원을 안정화하여 상기 베터리(20)에 공급한다. 상기 베터리(20)는 상기 베터리 팩 접속단(150) 또는 상기 충전부(22)로부터 공급되는 전원 전압에 의해 충전되거나 휴대용 장치를 구동하기 위해 동작 전압을 상기 베터리 팩 접속단(150)을 통해 방전한다.

이하 본 발명에 따른 일 실시 예를 상술한 구성을 참조하여 상세히 설명한다.

휴대용 장치가 어뎁터로부터 분리되어 사용자가 소지하고 다니는 경우에 전원장치(110)에 구비된 태양전지(10)과 보조 태양전지(130)로부터 공급되는 부 전원 전압 및 베터리 팩(120)의 베터리(20)로부터 방전되는 주 전원 전압을 동작전원으로 이용한다.

한편 상기 전원장치(110)에 구비된 태양전지(10)과 보조 태양전지(130)로부터 공급되는 부 전원 전압의 여유 전원 전압은 베터리 팩 접속단(150)을 통해 상기 베터리(20)로 인가되어 충전 전압으로 사용한다.

상기 베터리 팩(120)은 내부에 구비된 태양전지(24)에 의해 발생된 전원 전압을 충전부(22)를 통해 충전이 용이한 전압 레벨로 변환하여 상기 변환된 전원 전압을 상기 베터리(20)에 공급하아 충전한다.

상기 태양전지(10,24)는 휴대용 장치의 외부에 장착되는데 상기 태양전지(10,24)가 장착되는 일 예를 서로 다른 구조인 바형(bar type)과 플립형(flip type)을 가지는 휴대폰을 참조하여 설명한다.

먼저 바형 휴대폰에 베터리 팩(120)을 장착한 본체를 보면, 전면부는 마이크, 스피커, 버튼 및 표시창 등 꼭 필요한 부분을 제외한 부분에 태양전지 패널을 장착하며, 후면과 측면에는 특별하게 설치된 구성이 없으므로 모든 부분을 태양전지 패널을 장착한다. 또한 착탈식 베터리 팩(120)을 휴대폰에 장착하였을 시 외부로 드러나는 부분, 후면에도 태양전지 패널을 장착한다.

다음으로 플립형 휴대폰에 베터리 팩(120)을 장착한 본체를 보면, 후면은 상기 바형 휴대폰과 동일하게 태양전지 패널을 장착하며, 전면에는 플립을 닫았을 경우에 외부로 노출되는 부분에 태양전지 패널을 장착한다.

따라서 바형 보다는 플립형에 장착되는 태양전지 패널의 면적이 넓게되고 그로 인해 발생되는 전원 전압의 량도 크게된다.

한편, 상술한 바와 같이 외부에 장착된 태양전지 패널을 보호하기 위해 외부에 고투명의 비닐이나 유연성이 있는 투명 프라스틱 재질로 코딩하여 빛의 투과를 최대로 유지하면서 외부의 충격에 의해 태양전지 패널이 파괴되는 것을 방지한다.

또한 대부분의 사용자들이 휴대폰을 주머니, 가방 등에 넣고 다니는 경우가 많음에 따라 별도의 보조 태양전지(130)를 옵션으로 구비하여 휴대폰이 빛을 수광할 수 없는 상태에 있는 경우에는 보조 태양전지(130)를 통해 전원이 공급되도록 한다. 상기 보조 태양전지(130)는 전면에 태양전지 패널을 설치하고, 후면에는 상기 보조 태양전지(130)를 옷깃, 가방 등에 쉽게 고정할 수 있도록 핀, 클립 등의 고정장치를 장착한다. 상기 보조 태양전지(130)는 와이어(160)를 통해 휴대폰의 본체(140)에 구비된 외부 접속단(140)에 연결하며, 상기 와이어(160)와 외부 접속단(140)을 통해 수광된 빛에 의해 발생된 전기적 신호를 전원 전압으로 인가한다.

상기한 태양전지(10,24)와 보조 태양전지(130)는 주간에는 햇빛, 햇빛에 의한 반사파 및 산란파 등에 의해 지속적으로 충전이 되며, 실내 또는 야간에는 전등 불빛에 의해 지속적으로 충전이 된다.

이로 인해 상기 전원장치(110)의 태양전지(10)와 외부 접속단(140)을 통해 인가되는 전원 전압은 상기 전원장치(110)의 부 전원 전압으로 상기 전원장치(110)에 구비된 충반전회로(12)로 인가된다. 또한 상기 베터리 팩(120)의 태양전지(24)에 의해 발생되는 전원 전압은 상기 충전부(22)를 통해 상기 베터리(20)를 충전 시키기 위한 충전 전압으로 공급되므로 인해 상기 베터리 팩(120)은 본체와 분리되어 있더라도 지속적으로 충전이 이루어진다.

상기 충방전 회로(12)로 인가된 부 전원 전압은 동작 전압으로 인가되거나 상기 동작 전압의 여유분은 상기 베터리 팩 접속단(150)을 통해 충전 전압으로 인가된다.

본 발명에 따른 일 예로 상기 태양전지를 휴대폰에 장착하였을 경우 상기 장착된 태양전지에서 발생되는 전력의 크기와 상기 휴대폰에서 사용되는 전력의 크기를 비교하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 상기 태양전지(10,24)와 보조 태양전지(130)에 의해 플립형 휴대폰의 경우 발생되는 전원 전압에 따른 전력을 대한민국을 기준으로 하여 계산한다.

통상적으로 가로 11.4 센티미터(Cm), 세로 11.4 센티미터(Cm)의 크기를 가지는 태양전지의 면적(11.4×11.4 = 129.96 ≒ 130Cm²)에서 대한민국의 위도와 태양과의 각도에 따른 1.645 와트(W; Watts)의 발전량을 얻을 수 있다.

상기 발전량의 기준치를 설정하기 위해 단위 평방 센티미터(Cm²)에 대한 발전량을 계산하면 0.01265w(약 0.012w에서 0.00065w의 마진)가 된다.

상기 기준치를 플립형 휴대폰에 장착할 수 있는 태양전지의 총 넓이에 적용하였을 경우 발생되는 발전량을 장착된 위치별로 계산하면,

베터리 팩(120)을 장착한 휴대폰의 후면의 면적 ≒ 40 Cm²

플립의 면적 ≒ 20 Cm²

스피커 부분의 면적 ≒ 8 Cm²

이므로 총 68 Cm²의 면적을 가지며, 발생되는 총 발전량은 0.86w가 된다.

다음으로 휴대폰에서 대기상태(slip, idle mode)와 통화상태(talk mode)에서 사용되는 전력을 구분하여 도시하면, 슬립모드(slip mode)에서는 0.087w가 소모되고 아이들 모드(idle mode)에서는 0.876w사 소모된다. 하지만 휴대폰의 전체 대기상태를 보면 슬립모드 상태가 대부분이며, 아이들 모드 상태는 상기 슬립모드 상태 보다 훨씬 적다.

이로 인해 상기 총 발전량 0.86w로 대기상태에 사용되는 전력을 공급하는데 문제가 되지 않는다. 즉, 슬립모드 상태에서는 소비 전력이 총 발전량의 1/10이므로 대부분의 발전량이 베터리(20)에 충전되며, 통화상태에서는 최소 2.1w에서 최대 3.65w의 소비 전력이 요구되므로 태양전지의 총 발전량이 베터리(20)로부터 공급되는 동작전력의 보조 전력으로 공급하게 된다.

한편 베터리 팩(120)에는 40Cm²면적의 태양전지 패널이 붙어 있으므로 상기 베터리 팩(120)은 미장착시 자체적으로 0.48w의 전력으로 베터리(20)가 충전된다.

또한 별도의 보조 태양전지(130)는 휴대성을 고려하여야 하므로 적절한 크기로 선택을 하면되고 사이즈가 크면 발전량이 많아지므로 충전시간이 짧아지고 사이즈가 적으면 발전량이 적으므로 충전시간이 길어진다.

이하 본 발명에 따른 다른 실시 예를 도면에는 도시하지 않았지만 노트북 PC에 적용하여 장착된 태양전지에서 발생되는 전력의 크기와 상기 노트북 PC에서 사용되는 전력의 크기를 비교하여 설명하면 다음과 같다.

상기 노트북 PC에 태양전지를 장착할 수 있는 면적은 약 "26Cm×18Cm = 468Cm²"이므로 상기한 기준치 0.012w를 적용하여 총 발전량을 계산하면,

0.012w/Cm²× 468Cm²= 5.616w

가 된다.

한편 노트북 PC의 최대 동작에는 소모 전력으로 17∼18w가 필요하며, PMS(Power Management Control)를 동작시에는 12∼13w 정도가 필요하다. 이로 인해 대략 반정도의 소모 전력을 상기 태양전지를 통해 공급하므로 실제 베터리의 방전량은 태양전지를 장착하지 않는 경우에 비해 반(1/2)으로 줄일 수 있다. 따라서 동일한 용량을 가지는 베터리를 사용하는 경우 노트북 PC를 사용할 수 있는 시간은 2배로 늘어나게 된다.

하지만 상기 노트북 PC를 사용하지 않는 경우에는 써스팬드 모드(suspend mode)로 전환되며, 처리중이던 모든 정보는 하드디스크(HDD)에 저장한 후 자동적으로 파워 오프(power off)된다. 이때 소모 전력은 "0"이므로 태양전지의 발전량 5.616w가 베터리에 충전된다.

상기한 본 발명에 따른 구성을 카셋트, 휴대용 CDP 등의 휴대가 가능한 휴대용 장치에 공통적으로 적용이 가능함은 통상의 지식을 가진 사람이라면 용이하게 실시할 수 있다고 판단하여 상세한 설명은 생략한다.

또한 상기한 본 발명에 따른 실시 예에서는 태양전지의 효율을 17%라 가정하고 서술하였으나 급속한 기술의 발달로 효율이 향상된 태양전지가 개발될 시 본 발명에 따른 효과는 더욱 증대하게 될 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 베터리를 사용하는 휴대용 장치에서 태양전지를 본체와 베터리 팩에 장착하여 보조 전원으로 사용함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째로 베터리의 사이즈(size) 및 용량을 줄일 수 있어 휴대용 장치의 크기, 폭, 두께를 줄이고 무게를 가볍게 할 수 있다.

둘째로 항상 충전이 이루어지므로 사용시간 및 대기시간을 연장할 수 있으며, 대기시간이 야간 시간인 12시간 이상이 되면 주간에는 충전이 이루어지므로 별도의 충전기가 필요없게 된다.

셋째로 야간에 전등에 의한 충전이 가능하고 전기가 없는 바다, 섬, 등산, 낙시 등 야외 활동에서도 베터리의 소모를 최소화 할 수 있다.

Claims (5)

1. 휴대용 장치 본체에 구비된 전원장치에 있어서,

   상기 본체의 외부에 태양전지 패널을 장착하고 상기 태양전지 패널로부터 수광된 빛을 직류 전원 전압으로 변환하여 출력하는 태양전지와,

   어뎁터 접속단을 통해 인가되는 직류 전원 전압을 상기 휴대용 장치에서 사용되는 레벨의 직류 전압으로 변환하는 직류/직류 변환부와,

   상기 태양전지와 상기 직류/직류 변환부로부터 인가되는 직류 전원 전압을 동작 전압과 충전 전압으로 공급하는 충방전회로로 구성됨을 특징으로 하는 휴대용 장치의 전원장치.
2. 휴대용 장치에 있어서,

   상기 베터리 팩과 접속되는 베터리 팩 접속단과, 상기 휴대용 장치 본체의 외부에 태양전지 패널을 장착하고 상기 태양전지 패널로부터 수광된 빛을 직류 전원 전압으로 변환하여 출력하는 태양전지와, 상기 태양전지로부터 인가되는 직류 전원 전압을 충전 전압과 동작 전압으로 출력하는 충방전회로를 가지는 상기 휴대용 장치 본체에 구비된 전원장치와,

   상기 베터리 팩 접속단을 통해 결합하여 상기 베터리 팩 접속단을 통해 인가되는 상기 충전 전압에 의해 충전하고 상기 충전한 전압을 상기 베터리 팩 접속단을 통해 동작 전압으로 출력하는 베터리 팩으로 구성됨을 특징으로 하는 휴대용 장치의 전원장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 베터리 팩이,

   상기 베터리 팩 접속단에 결합될 시 외부로 노출되는 부분에 태양전지 패널을 설치하고 상기 태양전지 패널로부터 수광된 빛을 직류 전원 전압으로 변환하는 태양전지와,

   상기 직류 전원 전압을 충전 전압 레벨로 변환하는 충전부와,

   상기 충전부와 상기 전원장치로부터 인가되는 충전 전압에 의해 충전되고 상기 충전된 전원 전압을 상기 동작 전압으로 공급하는 베터리로 구성됨을 특징으로 하는 휴대형 장치의 전원장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 전원장치에 외부 전원공급부와 결합하여 보조 전원 전압을 인가 받기 위한 외부잭을 더 구비함을 특징으로 하는 휴대용 장치의 전원장치.
5. 제4항에 있어서,

   와이어를 통해 상기 외부잭에 결합하며, 후면에 고정 클립을 장착하고 전면에 태양전지 패널을 장착하여 상기 태양전지 패널로부터 수광된 빛을 직류 전원 전압으로 변환하여 상기 와이어를 통해 출력하는 보조 태양전지를 더 구비함을 특징으로 하는 휴대용 장치의 전원장치.