KR20000001274A - 휴대용 전자 장치의 서지/돌입 전류 제한 회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템에 관한 것으로, 휴대용 전자 장치에 AC 어댑터로부터 입력되는 서지(surge) 및 돌입 전류(rush current)를 제한하고 배터리로부터 역류되는 누설 전류를 차단하는 서지/돌입 전류 제한 회로를 구비한다. 서지/돌입 전류 제한 회로는 블록킹 다이오드와 저항과 전력(Power) MOSFET 및 구동 회로를 포함한다. 그리고 구동 회로는 비교기를 통하여 적정의 전원 전압 레벨을 비교하여 AC 어댑터로부터 서지 및 돌입 전류가 유입되면, 이를 제한하므로서 휴대용 전자 장치를 보호하고 EMI 노이즈 등을 억제한다.
Description
본 발명은 휴대용 전자 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 AC 어댑터와 배터리를 사용하는 휴대용 전자 장치의 AC 어댑터로부터 유입되는 서지 및 돌입 전류를 제한하고, 배터리로부터 AC 어댑터로 유입되는 누설 전류를 차단하는 휴대용 전자 장치의 서지/돌입 전류 제한 회로에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 휴대용 컴퓨터(10)는 AC 어댑터(30)와 배터리(20)를 사용하여 시스템 전원을 받는다.
따라서 AC 어댑터(30)로부터 컴퓨터 전원을 인가하면, 서지 전류(surge current)가 시스템으로 유입되어 노이즈 등이 발생된다. 또한 AC 어댑터(30)가 휴대용 전자 장치(10)로 연결되는 순간, 과도적으로 정상 동작보다 높은 전류가 유입되는 경우가 발생된다. 이것을 돌입 전류(inrush current)라 한다. 이 또한 시스템의 오동작을 야기시키는 원인이된다.
도 2는 종래 기술의 일 실시예에 따른 휴대용 컴퓨터의 구성을 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 휴대용 컴퓨터는 교류 입력 전원으로부터 안정된 직류 전원 전압을 출력하는 AC 어댑터(10)와 상기 AC 어댑터(10)로부터 충전 전류를 받아 충전되거나 시스템 전원을 공급하는 배터리(32)를 포함한다. 그리고 AC 어댑터(10)로부터 과전류를 차단하기 위한 휴즈(12)와 배터리(32)를 사용하는 경우에 AC 어댑터(10)로의 누설 전류를 차단하기 위한 제 1 블로킹 다이오드(14)를 포함한다. 또한 배터리(32)가 충전 완료되어 DC/DC 컨버터(18)로 역류되는 배터리(32)의 전원을 차단하기 위한 제 2 블록킹 다이오드(28)를 포함한다.
그리고 상기 컴퓨터를 구성하는 시스템 유닛(예를 들어, CPU, 마더보드, HDD 및 LCD 등)(20)과 상기 시스템 유닛(20)의 각 구성 요소의 동작에 필요한 전원 전압을 출력하는 DC/DC 컨버터(18)를 포함한다.
그리고 배터리(32)의 충전 상태에 대응하여 배터리(32)를 충방전하도록 제어하는 배터리 충전 회로(26) 및 방전 제어 회로(24)와 이들을 제어하는 마이크로컴퓨터(30)를 포함한다.
따라서 상기 마이크로컴퓨터(30)는 충전 회로(26)와 충전 회로(26) 내에 구비된 충전 컨트롤러(미도시됨) 및 방전 제어 회로(24)를 구동하여 AC 어댑터(10) 및 배터리(32)의 충방전 전원 루프를 제어한다.
그러나 종래 기술의 휴대용 컴퓨터는 상기 제 1 블록킹 다이오드(14)를 사용하여 배터리(32)로부터 AC 어댑터(10)로 역류되는 누설 전류를 차단시키지만, AC 어댑터(10)로부터 배터리(32)를 충전하거나 시스템의 전원을 공급하는 경우에는 전력 손실이 증가되며, 이에 따라 휴대용 컴퓨터의 전원 공급 효율이 저하되는 문제점이 발생된다.
또한 AC 어댑터(10)로부터 컴퓨터 전원 인가 시에 예상치 못한 서지 전류 또는 돌입 전류의 유입으로 인하여 컴퓨터 시스템의 오동작 및 고장을 야기시킬 수 있으며, 서지 전류 및 돌입 전류로 인한 노이즈의 증가로 EMI 문제가 발생된다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 휴대용 전자 장치에 서지 전류 및 돌입 전류를 제한하고, 배터리로부터 역류 전류를 차단하는 서지/돌입 전류 제한 회로를 구현한다.
그리고 상기 서지/돌입 전류 제한 회로에 고효율(high efficiency), 저저항(low series resistor)의 전력 MOSFET 회로를 이용하여 서지 전류 및 돌입 전류를 제한하고, 시스템 전원 루프를 구성하여 전원 효율을 향상시킨다.
도 1은 AC 어댑터와 배터리를 사용하는 일반적인 휴대용 컴퓨터를 도시한 사시도;
도 2는 종래 기술에 따른 휴대용 컴퓨터의 구성을 도시한 블럭도;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 컴퓨터의 구성을 도시한 블럭도; 그리고
도 4는 도 3에 도시한 구동 회로의 상세한 구성을 도시한 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100 : AC 어댑터 102 : 휴즈
104 : DC/DC 컨버터 108 : 방전 제어 회로
110 : 서지/돌입 전류 제한 회로 112 : 블록킹 다이오드
116 : 제 1 전력 트랜지스터 118 : 제 2 전력 트랜지스터
120 : 구동 회로 128 : 비교기
138 : 마이크로컴퓨터 142 : 배터리 팩
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, AC 어댑터와 배터리를 통하여 시스템 전원을 공급받는 휴대용 전자 장치에 있어서: 상기 AC 어댑터가 상기 전자 장치에 연결되지 않은 경우에 상기 배터리로부터 역류되는 누설 전류를 차단하는 블록킹 회로와; 상기 AC 어댑터가 연결되면, 상기 AC 어댑터로부터 상기 배터리를 충전하거나 상기 전자 장치의 전원을 공급하도록 오프(OFF)되는 스위칭 회로 및; 상기 AC 어댑터로부터 서지 전류 또는 돌입 전류가 유입되면, 상기 스위칭 회로를 온(ON)시켜 상기 서지 전류 또는 돌입 전류를 차단하도록 하는 구동 회로를 포함한다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 블록킹 회로는 다이오드와 저항을 상호 직렬로 연결하여 구비된다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 스위칭 회로는 제 1 및 제 2 전력 트랜지스터를 상호 직렬로 연결하여 구비된다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 구동 회로는 상기 서지 또는 돌입 전류를 감지하기 위한 기준 전압과 상기 블록킹 회로의 출력 전압을 비교하여, 상기 서지 또는 돌입 전류가 유입되면, 상기 스위칭 회로를 온(ON)시키는 구동 신호를 발생하는 비교기를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, AC 어댑터 및 배터리로부터 전원을 공급받는 휴대용 전자 장치의 서지/돌입전류 제한 회로(SURGE/INRUSH CURRENT LIMITING CIRCUIT)에 있어서: 상기 배터리로부터 역류되는 누설 전류를 차단하는 제 1 다이오드 및 제 1 저항과; 적정의 전원 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 AC 어댑터로부터 서지 또는 돌입 전류가 유입되면, 상기 서지 또는 돌입 전류를 차단하도록 구동 신호를 출력하는 구동 회로 및; 상기 서지 또는 돌입 전류가 유입되지 않으면, 상기 구동 신호에 응답해서 상기 배터리를 충전하거나 상기 전자 장치의 전원을 공급하도록 동작하는 제 1 및 제 2 트랜지스터를 포함하되; 상기 구동 신호가 하이 레벨의 전압을 갖을 때, 상기 서지 또는 돌입 전류를 상기 구동 회로를 통하여 차단한다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 구동 회로는: 컬렉터 단자가 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터 사이에 연결되는 제 3 트랜지스터와; 애노드 단자가 상기 제 3 트랜지스터의 에미터 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 상기 제 3 트랜지스터의 베이스 단자에 연결되는 다이오드와; 일단이 상기 제 3 트랜지스터의 컬렉터 단자에 연결되고, 타단이 상기 제 3 트랜지스터의 베이스 단자에 연결되는 제 2 저항과; 일단이 상기 다이오드의 캐소드 단자에 연결되는 제 3 저항과; 드레인 단자가 상기 제 3 저항의 타단에 연결되고, 소스 단자가 접지되는 제 4 트랜지스터와; 일단이 상기 제 4 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되는 제 4 저항과; 일단이 상기 제 4 저항의 일단에 연결되고, 타단이 상기 제 4 트랜지스터의 소스 단자에 연결되는 제 5 저항과; 출력단이 상기 제 4 저항의 타단에 연결되는 비교기와; 일단이 상기 비교기의 반전 입력단에 연결되고 타단이 상기 기준 전압을 받아들이는 제 6 저항 및; 상호 직렬로 연결되어 접지되고, 상기 적정의 전원 전압을 분압하여 상기 비교기의 비반전 입력단에 연결되는 제 7 및 제 8 저항을 포함한다.
따라서 본 발명에 의하면, 상기 비교기로부터 적정의 전원 전압과 기준 전압을 비교하여 AC 어댑터로부터 서지 전류 및 돌입 전류가 유입되면, 이를 차단하도록 구동 신호를 출력한다. 그리고 상기 구동 신호에 의해서 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터는 도통되어 상기 서지 및 돌입 전류가 시스템으로 유입되는 것을 제한한다.
또한 AC 어댑터로부터 배터리 충전 및 시스템 전원을 상기 블로킹 다이오드 및 제 1 저항을 통하여 공급하고, 이들을 통해 배터리로부터 AC 어댑터로의 누설 전류를 차단한다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 컴퓨터의 구성을 도시하고 있다.
도면을 참조하면, 상기 휴대용 컴퓨터는 신규한 서지/돌입 전류 제한 회로(surge/inrush current limiting circuit)(110)를 포함한다. 그리고 도 2에 도시된 동일한 기능의 구성 요소들은 상세한 설명을 생략한다.
상기 휴대용 컴퓨터는 AC 어댑터(100)와 배터리(142)를 포함한다. 그리고 상기 AC 어댑터(142)로부터 과전류를 차단하기 위한 휴즈(102)를 포함한다.
그리고 상기 휴대용 컴퓨터를 구성하는 시스템 유닛(예를 들어, CPU, 마더보드, HDD 및 LCD 등)(140)과 상기 시스템 유닛(140)의 각 구성 요소의 동작에 필요한 전원 전압을 출력하는 DC/DC 컨버터(104)를 포함한다.
또한 배터리(142)가 충전 완료되어 DC/DC 컨버터(104)로 역류되는 배터리(142)의 전원을 차단하기 위한 제 2 블록킹 다이오드(132)를 포함한다.
그리고 상기 배터리(142)의 충전 상태에 대응하여 배터리(142)를 충방전하도록 제어하는 배터리 충전 회로(130) 및 방전 제어 회로(108)와 이들을 제어하는 마이크로컴퓨터(138)를 포함한다.
따라서 상기 마이크로컴퓨터(138)는 충전 회로(130)와 충전 회로(130) 내에 구비된 충전 컨트롤러(미도시됨) 및 방전 제어 회로(108)를 구동하여 AC 어댑터(100) 및 배터리(142)의 충방전 전원 루프를 제어한다.
상기 서지/돌입 전류 제한 회로(110)는 상기 AC 어댑터(100)로부터 공급되는 과전류를 차단하는 휴즈(102)와 DC/DC 컨버터(104) 사이에 구비된다. 그리고 상기 서지/돌입 전류 제한 회로(110)는 제 1 블록킹 다이오드(112)와 제 1 저항(114)과 제 1 및 제 2 전력 MOSFET 트랜지스터(116, 118) 및 구동 회로(120)를 포함한다.
상기 제 1 블록킹 다이오드(112)는 상기 AC 어댑터(100)가 연결되지 않은 상태에서 배터리(142)를 통하여 시스템 전원을 공급하는 경우에는 상기 배터리(142)로부터 상기 AC 어댑터(100)로의 누설 전류를 차단한다.
상기 제 1 저항(114)은 상기 누설 전류를 감소시켜서 상기 제 1 블록킹 다이오드(112)의 정격 전압을 형성하는데 필요한 저항이다.
상기 제 1 및 제 2 전력 MOSFET 트랜지스터(116, 118)는 상기 구동 회로(120)로부터 구동 신호에 응답해서 스위칭 동작을 한다.
즉, 제 1 및 제 2 전력 MOSFET 트랜지스터(116, 118)는 상기 AC 어댑터(100)로부터 서지 전류 또는 돌입 전류가 유입되면, 상기 구동 회로(120)에 의해서 온(ON)이 된다. 그러므로 서지 전류 또는 돌입 전류는 상기 구동 회로(120)로 전류 경로를 형성하여 접지된다.
그리고 상기 구동 회로(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제 3 트랜지스터(121)와 다이오드(123)와 제 4 전력 MOSFET 트랜지스터(125) 및 비교기(128)를 포함한다. 그리고 다수의 저항들(122, 124, 126, 127, 129, 131 및 133)을 포함한다.
상기 비교기(128)는 상기 서지 전류 또는 돌입 전류를 감지하기 위한 기준 전압(Vref)과 상기 블록킹 회로(112, 114)의 출력 전압(V150)을 비교하여, 상기 서지 전류 또는 돌입 전류가 유입되면, 상기 제 1 및 제 2 전력 MOSFET 트랜지스터(116, 118)를 온(ON)시키는 구동 신호를 발생한다.
그리고 이들의 연결 구성은 다음과 같다. 즉, 상기 제 3 트랜지스터(121)는 컬렉터 단자가 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터(116, 118) 사이에 연결된다. 그리고 상기 다이오드(123)는 애노드 단자가 상기 제 3 트랜지스터(121)의 에미터 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 상기 제 3 트랜지스터(121)의 베이스 단자에 연결된다.
상기 제 2 저항(122)은 일단이 상기 제 3 트랜지스터(121)의 컬렉터 단자에 연결되고, 타단이 상기 제 3 트랜지스터(121)의 베이스 단자에 연결되며, 상기 제 3 저항(124)은 일단이 상기 다이오드(123)의 캐소드 단자에 연결된다.
상기 제 4 트랜지스터(125)는 전력 MOSFET 트랜지스터로, 드레인 단자가 상기 제 3 저항(124)의 타단에 연결되고, 소스 단자가 접지(GROUND)된다.
상기 제 4 저항(126)은 일단이 상기 제 4 트랜지스터(125)의 게이트 단자에 연결되고, 상기 제 5 저항(127)은 일단이 상기 제 4 저항(126)의 일단에 연결되고, 타단이 상기 제 4 트랜지스터(125)의 소스 단자에 연결된다.
상기 비교기(128)는 출력단이 상기 제 4 저항(126)의 타단에 연결된다.
상기 제 6 저항(129)은 일단이 상기 비교기의 반전 입력단에 연결되고 타단이 상기 기준 전압(Vref)을 받아들인다.
상기 제 7 및 제 8 저항(131, 133)은 상호 직렬로 연결되어 접지되고, 상기 적정의 전원 전압(V150)을 분압하여 상기 비교기(128)의 비반전 입력단에 출력하도록 연결된다.
따라서 상기 구동 회로(120)는 상기 비교기(128)에 의해서 AC 어댑터(100)로부터의 서지 전류 및 돌입 전류의 유입을 감지하기 위하여 상기 블록킹 회로(112, 114)의 출력 전압(V150)과 적정의 기준 전압(Vref)을 비교하여 서지/돌입 전류가 발생되면, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터(116, 118)를 도통시키는 구동 신호를 출력한다. 이 때의 상기 구동 신호의 출력은 적정의 타이밍이 요구된다. 즉, 적정의 시간이 경과되고 난 후에 상기 서지/돌입 전류 제한 회로의 출력 전압을 통하여 서지 또는 돌입 전류를 제한한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 AC 어댑터로부터 서지 전류 또는 돌입 전류의 유입을 차단하여 시스템을 보호하고, 이를 통해 휴대용 전자 장치의 신뢰성 및 안정성을 구현한다.
또한 서지 전류 또는 돌입 전류로부터 발생되는 노이즈를 제거하므로서 EMI 등의 문제를 해결한다.
그리고 서지/돌입 전류 제한 회로를 전력 MOSFET 트랜지스터를 이용하여 구비하므로서 전원 효율을 향상시킨다.
Claims (6)
- AC 어댑터와 배터리로부터 시스템 전원을 공급받는 휴대용 전자 장치에 있어서:상기 AC 어댑터가 상기 전자 장치에 연결되지 않은 경우에 상기 배터리로부터 역류되는 누설 전류를 차단하는 블록킹 회로와;상기 AC 어댑터가 연결되면, 상기 AC 어댑터로부터 상기 배터리를 충전하거나 상기 AC 어댑터로부터 상기 전자 장치의 전원을 공급하도록 오프(OFF)되는 스위칭 회로 및;상기 AC 어댑터로부터 서지 전류 또는 돌입 전류가 유입되면, 상기 스위칭 회로를 온(ON)시켜 상기 서지 전류 또는 돌입 전류를 차단하도록 하는 구동 회로를 포함하는 휴대용 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 블록킹 회로는 다이오드와 저항을 상호 직렬로 연결하여 구비되는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 스위칭 회로는 제 1 및 제 2 전력 트랜지스터를 상호 직렬로 연결하여구비되는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 구동 회로는 상기 서지 또는 돌입 전류를 감지하기 위한 기준 전압과 상기 블록킹 회로의 출력 전압을 비교하여, 상기 서지 또는 돌입 전류가 유입되면, 상기 스위칭 회로를 온(ON)시키는 구동 신호를 발생하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 장치.
- AC 어댑터 및 배터리로부터 전원을 공급받는 휴대용 전자 장치의 서지/돌입전류 제한 회로(SURGE/INRUSH CURRENT LIMITING CIRCUIT)에 있어서:상기 배터리로부터 역류되는 누설 전류를 차단하는 제 1 다이오드 및 제 1 저항과;적정의 전원 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 AC 어댑터로부터 서지 또는 돌입 전류가 유입되면, 상기 서지 또는 돌입 전류를 차단하도록 구동 신호를 출력하는 구동 회로 및;상기 서지 또는 돌입 전류가 유입되지 않으면, 상기 구동 신호에 응답해서 상기 배터리를 충전하거나 상기 전자 장치의 전원을 공급하도록 동작하는 제 1 및 제 2 트랜지스터를 포함하되;상기 구동 신호가 하이 레벨의 전압을 가질 때, 상기 서지 또는 돌입 전류를 상기 구동 회로를 통하여 차단하는 것을 특징으로 하는 서지/돌입 전류 제한 회로.
- 제 5 항에 있어서,상기 구동 회로는:컬렉터 단자가 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터 사이에 연결되는 제 3 트랜지스터와;애노드 단자가 상기 제 3 트랜지스터의 에미터 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 상기 제 3 트랜지스터의 베이스 단자에 연결되는 다이오드와;일단이 상기 제 3 트랜지스터의 컬렉터 단자에 연결되고, 타단이 상기 제 3 트랜지스터의 베이스 단자에 연결되는 제 2 저항과;일단이 상기 다이오드의 캐소드 단자에 연결되는 제 3 저항과;드레인 단자가 상기 제 3 저항의 타단에 연결되고, 소스 단자가 접지되는 제 4 트랜지스터와;일단이 상기 제 4 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되는 제 4 저항과;일단이 상기 제 4 저항의 일단에 연결되고, 타단이 상기 제 4 트랜지스터의 소스 단자에 연결되는 제 5 저항과;출력단이 상기 제 4 저항의 타단에 연결되는 비교기와;일단이 상기 비교기의 반전 입력단에 연결되고 타단이 상기 기준 전압을 받아들이는 제 6 저항 및;상호 직렬로 연결되어 접지되고, 상기 적정의 전원 전압을 분압하여 상기 비교기의 비반전 입력단으로 출력하도록 연결되는 제 7 및 제 8 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 서지/돌입 전류 제한 회로.
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