KR20000001400A - 휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템 - Google Patents

휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템 Download PDF

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KR20000001400A KR1019980021659A KR19980021659A KR20000001400A KR 20000001400 A KR20000001400 A KR 20000001400A KR 1019980021659 A KR1019980021659 A KR 1019980021659A KR 19980021659 A KR19980021659 A KR 19980021659A KR 20000001400 A KR20000001400 A KR 20000001400A
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조준구
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윤종용
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Abstract

본 발명은 휴대용 전자 장치에 관한 것으로, AC/DC 어댑터와 충전 회로를 포함하는 AC 어댑터/충전기와, 이와 연결되어 충전 및 방전하는 배터리를 구비한다. 그리고 AC 어댑터/충전기는 배터리가 전자 장치에 연결되어 사용할 때는 배터리를 충전하거나 배터리를 경유하여 전자 장치의 전원을 공급하고, 배터리가 전자 장치에 분리되어 사용할 때는 배터리를 시스템 외부에서 충전한다. 따라서 전자 장치는 충전 회로가 차지하는 공간을 줄이므로서 더욱 소형화 가능하며, 또한 하나의 AC 어댑터/충전기를 이용하여 외부 충전기로도 사용할 수 있다.

Description

휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템(POWER SUPPLY SYSTEM OF PORTABLE ELECTRONIC APPARATUS)
본 발명은 휴대용 전자 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 충전 회로를 내장한 AC 어댑터/충전기와 이에 전기적으로 연결되어 충전 및 방전하는 배터리를 포함하는 전자 장치의 전원 공급 시스템에 관한 것이다.
휴대용 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자 장치에 사용되는 전원 공급 시스템은 잘 알려진 바와 같이 배터리와 배터리를 충전하거나 전자 장치의 전원을 공급하는 AC 어댑터를 구비하고 있다. 따라서 AC 어댑터는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하여 휴대용 전자 장치의 전원을 공급하거나 배터리를 충전한다. 그리고 배터리는 재충전이 요구되기 전까지 전자 장치의 동작을 위한 전원을 제공한다.
휴대용 컴퓨터에 사용되는 배터리는 여러 종류의 배터리들이 있다. 예컨데, 니켈-카드늄(NiCd) 배터리, 니켈-금속 수소(NiMH) 배터리, 스마트(SMART) 배터리 등이 있다. 이들 배터리들은 일반적으로 재충전되기 전까지 몇 시간 동안 휴대용 컴퓨터의 전원을 공급한다. 그리고 이러한 배터리들은 자신들의 충전 특성에 따라 배터리 충전기의 동작에 의하여 재충전된다. 예컨데, 배터리 충전기는 세류 충전(trickle charge) 모드와 고속 충전(fast charge) 모드의 동작 모드를 가지고 있다. 세류 충전 모드에서 배터리 충전기는 오랜 시간(약 8시간 ~ 10시간 정도)에 걸쳐 배터리로 로우 레벨의 정전류를 공급한다. 그리고 고속 충전 모드에서는 짧은 시간 동안(약 2 시간 ~ 4시간 정도)에 배터리로 하이 레벨의 정전류를 공급한다.
그러나 종래의 휴대용 컴퓨터에 있어서 전원 공급 시스템은 충전 회로를 컴퓨터에 내장하여 시스템의 체적이 증가하고, 충전 및 방전에 따른 충전 회로의 발열에 의하여 시스템의 오동작을 야기시킬 수 있다.
또한 배터리를 시스템에 분리하여 충전하는 경우에는 별도의 외장형 충전 장치가 필요하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 휴대용 컴퓨터(10)는 시스템 전원을 공급하기 위한 AC 어댑터(2)와 배터리(4)를 구비하고 있다. 그리고 휴대용 컴퓨터(10)는 시스템 내부에 배터리(4)를 충전하기 위한 충전 회로(16)를 구비하고 있다.
상기 충전 회로(16)는 AC 어댑터(2)로부터 DC 전압을 받아서 배터리(4)를 충전한다. 또한 상기 DC 전압은 DC/DC 컨버터(12)로 공급되어 시스템 유닛(예를 들어, 마더보드, CPU, HDD 및 FDD 등)(14)으로 적정의 전원 전압을 출력한다. 그리고 충전 회로(16)에는 배터리(4) 충전 및 방전에 따른 열을 발생하는 소자들(예컨대, 코일, 캐패시터 및 다이오드 등)을 포함하고 있다.
따라서 종래의 휴대용 컴퓨터는 충전 회로를 컴퓨터에 내장하므로서 시스템의 체적이 커지고, 충전 및 방전에 따른 충전 회로에서의 발열에 의하여 시스템의 온도가 상승하므로서 휴대용 컴퓨터의 오동작을 야기시킬 수 있다.
또한 휴대용 컴퓨터와 무관하게 배터리를 충전하는 경우에는 별도의 외부 충전기를 필요로 하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 휴대용 전자 장치의 배터리 충전 회로를 갖는 AC 어댑터/충전기와 함께 사용하는 배터리를 제공하고, 이를 통해서 휴대용 전자 장치와 배터리를 연결하여 사용하거나 분리하여 충전 가능한 휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템을 구현하는데 있다.
도 1은 일반적인 휴대용 컴퓨터를 도시한 사시도;
도 2는 도 1에 도시한 AC 어댑터와 배터리를 갖는 휴대용 컴퓨터의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 AC 어댑터/충전기와 배터리를 갖는 휴대용 컴퓨터를 도시한 사시도;
도 4는 도 3에 도시한 AC 어댑터/충전기와 배터리를 갖는 휴대용 컴퓨터의 구성을 나타내는 블럭도;
도 5는 도 3에 도시한 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 전원 공급 시스템의 상세한 회로도;
도 6은 도 3에 도시한 어댑터/충전기의 사시도;
도 7a 내지 도 7c는 도 3에 도시한 배터리의 일례를 나타내는 도면;
도 8은 도 4에 도시한 충전 회로의 일실시예에 따른 충전 수순을 나타내는 흐름도; 그리고
도 9은 도 4에 도시한 충전 회로의 다른 실시예에 따른 충전 수순을 나타내는 흐름도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
100 : 휴대용 컴퓨터 110 : 시스템 유닛
120 : DC/DC 컨버터 130 : 제 1 마이크로컴퓨터
140 : 제 1 커넥터 200 : 배터리
210 : 소켓 220 : 배터리 제어 유닛
222 : 제 2 마이크로컴퓨터 230 : 배터리 셀 블럭
232 : 더어미스터 240 : 제 2 커넥터
300 : AC 어댑터/충전기 310 : AC/DC 어댑터
320 : 충전 회로 322 : 제 3 마이크로컴퓨터
340 : 플러그
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템에 있어서: 상기 전자 장치로/로부터 장착/분리 가능한 배터리와; 상기 배터리와 전기적으로 연결하여, 상기 배터리를 충전하거나 상기 배터리를 경유하여 상기 전자 장치의 전원을 공급하는 AC 어댑터/충전기를 포함한다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 배터리는 상기 AC 어댑터/충전기와 상호 연결을 위한 소켓을 포함한다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 AC 어댑터/충전기는 상기 배터리가 완전 충전 상태가 아니면, 상기 전자 장치에 연결되거나 분리되어도 상기 배터리를 충전한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 휴대용 전자 장치에 있어서: AC/DC 어댑터와 배터리 충전 회로를 갖는 AC 어댑터/충전기와; 상기 AC 어댑터/충전기와 전기적으로 연결되어, 상기 AC/DC 어댑터로부터 상기 전자 장치의 전원 전압을 전달하거나, 상기 배터리 충전 회로에 의해서 충전되는 배터리와; 상기 AC 어댑터/충전기 또는 상기 배터리의 출력 전압을 적정의 전압으로 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터 및; 상기 배터리의 충전 상태에 대응하여 상기 전자 장치의 전원 관리를 제어하는 마이크로컴퓨터를 포함하되; 상기 배터리 충전 회로는 상기 배터리가 완전 충전 상태가 아니면, 상기 전자 장치에 연결 또는 분리되어도 충전 동작을 수행한다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 배터리는 스마트 배터리인 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 배터리는 상기 배터리 충전 회로 및 상기 마이크로컴퓨터로 충전 및 방전 상태에 따른 정보를 상호 전송하는 것을 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 배터리 충전 회로를 갖는 AC 어댑터/충전기와 함께 사용하는 전자 장치의 배터리 시스템에 있어서: 다수의 배터리 셀들과; 상기 어댑터/충전기와 전기적으로 연결하는 제 1 커넥터 및; 상기 배터리 셀들 또는 상기 제 1 커넥터로부터 상기 전자 장치의 전원 전압을 받아들이는 제 2 커넥터를 포함한다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀들의 충전 상태를 검출하여 상기 AC 어댑터/충전기 및 상기 전자 장치로 상기 검출된 정보를 제공하는 배터리 제어 유닛을 포함한다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 배터리 제어 유닛은 상기 제 1 및 제 2 커넥터를 통하여 상기 어댑터/충전기 및 상기 전자 장치로 상기 배터리의 충전 및 방전 상태에 따른 배터리 관련 정보를 상호 전송한다.
따라서 본 발명에 의하면, 휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템은 AC 어댑터/충전기와 배터리를 전기적으로 연결하여, 배터리를 충전하거나 시스템 전원을 공급한다. 그리고 배터리가 전자 장치로부터 분리된 경우에도 AC 어댑터/충전기는 배터리를 충전 가능하다. 또한 AC 어댑터/충전기, 배터리 및 전자 장치들간에는 배터리의 충전 및 방전 상태에 따른 정보를 상호 전송하여 휴대용 전자 장치의 전원을 관리한다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 컴퓨터의 외형을 도시하고 있다.
도면을 참조하면, 상기 휴대용 컴퓨터(100)는 전원 공급 시스템으로 신규한 AC 어댑터/충전기(300)와 배터리(200)를 구비하고 있다. 그리고 상기 AC 어댑터/충전기(300)와 상기 배터리(200)는 상호 전기적으로 연결하기 위한 플러그(340)와 소켓(210)을 구비하고 있다. 그리고 상기 배터리(200)는 컴퓨터(100)에 장착하여 시스템 전원 및 배터리 관련 정보를 제공하기 위한 커넥터(240)를 구비하고 있다. 따라서 상기 AC 어댑터/충전기(300)의 플러그(340)를 상기 소켓(210)에 연결하여 상기 배터리(200)를 충전하거나 상기 배터리(200)를 통하여 상기 휴대용 컴퓨터(100)의 전원을 공급한다.
도 4를 참조하면, 상기 휴대용 컴퓨터(100)는 컴퓨터의 구성을 이루는 시스템 유닛(예컨대, CPU, 마더보드 또는 HDD 등)(110)과 상기 AC 어댑터/충전기(300) 또는 상기 배터리(200)로부터 상기 시스템 유닛(110)으로 전원을 공급하는 DC/DC 컨버터(120) 및 상기 컴퓨터의 전원 관리를 제어하는 마이크로컴퓨터(130)를 포함한다.
따라서 상기 휴대용 컴퓨터(100)는 상기 배터리(200)가 상기 커넥터(240, 140)를 통해 시스템(100)에 연결되어 있는 경우에는 상기 배터리(200) 또는 상기 AC 어댑터/충전기(300)로부터 상기 배터리(200)를 경유하여 시스템 전원을 공급받는다. 그리고 상기 배터리(200)가 시스템(100)에 분리되어 있는 경우에는 상기 AC 어댑터/충전기(300)는 상기 배터리(200)를 충전 할 수 있다.
그리고 상기 AC 어댑터/충전기(300)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 배터리(200)와 전기적으로 연결하기 위한 다수의 단자들(도 5에 도시된 DC IN, VBATT, DATA, CLOCK, TEMP 및 GND)을 갖는 플러그(340)를 구비하고 있다.
또한 상기 배터리(200)는 도 7a 내지 7c에 도시된 바와 같이, 상기 플러그(340)와의 연결을 위한 소켓(210)과 시스템(100)으로/으로부터 장착/분리하기 위한 커넥터(240)를 구비하고 있다. 여기서 도 7a는 배터리의 외형을 도시하고 있으며, 도 7b는 도 7a의 배터리를 a-a' 방향으로 본 정면도이며, 도 7b의 배터리를 a'-a 방향으로 본 정면도를 나타낸 것이다.
구체적으로 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 휴대용 컴퓨터의 전원 공급 시스템을 상세하게 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 휴대용 컴퓨터(100)의 전원 공급 시스템은 크게 AC 어댑터/충전기(300)와 배터리(200) 및 DC/DC 컨버터(120)를 포함하고 있다. 그리고 상기 휴대용 컴퓨터(100)의 전원 관리 시스템(Power Management System : PMS)을 제어하는 마이크로컴퓨터(130)를 포함하고 있다.
상기 AC 어댑터/충전기(300)는 AC/DC 어댑터(310)와 충전 회로(320)를 포함한다. 그리고 상기 배터리(200)와 연결을 위한 다수의 단자들을 갖는 플러그(340)를 구비하고 있다. 예컨대, 상기 AC/DC 어댑터(310)는 AC 입력 전압을 받아들여서 1차 정류부에서 AC 전압을 DC 전압으로 정류한다. 그리고 이 정류된 DC 전압을 트랜스포머를 통하여 스위칭시키고, 다시 2차 정류부와 평할용 필터를 통해 적정의 DC 전압을 상기 충전 회로(320)로 공급한다. 또한 이 전압은 상기 배터리(200)를 경유하여 상기 DC/DC 컨버터(120)로 공급된다.
상기 충전 회로(320)는 내부에 충전 제어용 마이크로컴퓨터(322)를 구비하고 있으며, 이를 통해 상기 플러그(340)에 배터리(200)가 연결되어 있는지를 감지한다. 그리고 연결되어 있으면, 상기 배터리(200)의 종류(예컨대, 니켈-카드늄, 니켈-금속 수소 또는 스마트 배터리 등)를 판별한다. 판별 결과에 대응하여 배터리에 적합한 충전 방법으로 충전한다. 예컨데, 충전 전류를 조정하기 위하여 스위칭 동작을 통해 펄스 폭을 변조하여 출력 전압을 피드백하고, 피드백 전압을 통해 자동으로 충전 전류를 조정하는 펄스폭 변조 방식 등이 있다.
상기 배터리(200)는 배터리 제어 유닛(220)과 배터리 셀 블록(230) 및 더어미스터(232)를 포함한다. 그리고 상기 AC 어댑터/충전기(300)와 상기 시스템(100)으로 전기적인 접속을 위한 소켓(210) 및 커넥터(240)를 구비하고 있다.
상기 배터리 제어 유닛(220)은 미도시되어 있지만 과충전 또는 과방전으로부터 배터리를 보호하는 회로와 배터리의 잔량 등을 계산하기 위한 가스게이지 회로 등을 구비하고 있다. 또한 이들을 제어하는 마이크로컴퓨터(미도시됨)를 구비하고 있다. 따라서 배터리 충전시 과충전 및 과방전 등으로 배터리 셀(230)들을 보호하는 기능과 스마트 배터리인 경우에는 배터리 잔량을 계산하여 시스템의 마이크로컴퓨터(130)로 송신하는 기능을 갖는다.
상기 배터리 셀 블럭은 다수의 배터리 셀(230)들을 구비하여 이들을 상호 직렬 또는 병렬로 조합하여 사용한다. 그리고 이들 각각의 배터리 셀들은 양극과 음극 사이에 화학적으로 반응하여 충방전이 이루어진다.
상기 더어미스터(232)는 배터리(200)의 충방전에 따른 배터리 내부 온도를 감지하고 감지 정보를 상기 충전 회로(320)의 마이크로컴퓨터(322)로 출력한다.
상기 DC/DC 컨버터(120)는 상기 AC 어댑터/충전기(300) 또는 상기 배터리(200)로부터 임의의 입력 전압을 받아서 상기 시스템(100)의 동작에 필요한 전원 전압으로 스텝 업/다운하여 출력한다.
상기 시스템(100)의 마이크로컴퓨터(130)는 상기 배터리 제어 유닛(220)으로부터 상기 커넥터(240)를 통해 배터리 관련 정보를 받아들여서 컴퓨터의 전원 관리 시스템을 제어한다.
따라서 상기 휴대용 전자 장치(100)의 전원 공급 시스템은 배터리(200)를 시스템에 장착하여 사용시에는 AC 어댑터/충전기(300)의 플러그(340)를 배터리(200)의 소켓(210)에 연결하여 시스템 전원 공급 또는 배터리(200)를 충전한다. 이 충전 방법으로는 시스템(100) 사용시에는 런 앤드 차징(run and charging) 방식으로 충전하고, 시스템(100)을 사용하지 않는 경우에는 런 오어 차징(run or charging) 방식으로 충전한다.
또한 상기 배터리(200)가 시스템(100)과 분리되어 사용하는 경우에는 시스템 외부에서 AC 어댑터/충전기(300)의 플러그(340)를 배터리 소켓(210)에 연결하여 패스트 차징(fast charging) 방식으로 충전한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 충전 수순을 도시한 것으로, 도 8은 배터리의 종류에 따른 충전 수순을 나타내고 있으며, 도 9는 배터리가 시스템에 분리/장착된 경우에 대응하여 충전하는 수순을 나타내고 있다. 그리고 이들의 수순은 상기 충전 회로(320)의 마이크로컴퓨터(322)에 의해 동작된다.
도 8을 참조하면, 단계 S800에서 상기 마이크로컴퓨터(322)는 플러그(340)를 통하여 상기 배터리(200)에 연결되어 있는지를 감지한다. 즉, 상기 플러그(340)가 배터리 소켓(210)에 연결되어 있으면, 단계 S802로 진행하여 배터리(200)의 충전 상태를 판별한다. 배터리(200)가 완전 충전 상태가 아니면, 이 수순은 단계 S804로 진행하여 배터리(200)의 종류를 판별한다. 이어서 단계 S806에서 상기 판별된 배터리(200)의 종류에 적합한 방법으로 배터리(200)를 충전한다. 그리고 단계 S808에서는 배터리(200)가 충전 완료되었는지를 감지하여 충전 완료가 이루어졌으면 충전 동작을 종료한다.
계속해서 도 9를 참조하면, 단계 S900에서 배터리(200)가 시스템(100)에 연결되었는지를 판별한다. 시스템(100)에 연결되어 있으면, 단계 S902로 진행하여 현재 시스템(100)이 동작되고 있는지를 판별한다. 판별 결과 시스템(100)이 동작되고 있으면, 단계 S904로 진행하여 런 앤드 차징(run and charging) 방식으로 배터리(200)를 충전한다. 그리고 시스템(100)이 동작되지 않으면, 단계S906으로 진행하여 런 오어 차징(run or charging) 방식으로 배터리(200)를 충전한다. 또한 상기 단계(S900)에서 배터리(200)가 시스템(100)에 연결되어 있지 않으면, 단계 S908으로 진행하여 패스트 차징(fast charging) 방식으로 배터리(200)를 충전한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 휴대용 전자 장치의 충전 회로를 AC 어댑터/충전기에 구비하므로서 충전 회로의 발열 소자에 의한 오동작을 예방하고, 휴대용 전자 장치의 소형화를 구현할 수 있다.
그리고 AC 어댑터/충전기로서 시스템 내부 및 외부에서 배터리를 충전할 수 있다.

Claims (8)

  1. 휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템에 있어서:
    상기 전자 장치로/로부터 장착/분리 가능한 배터리와;
    상기 배터리와 전기적으로 연결하여, 상기 배터리를 충전하거나 상기 배터리를 경유하여 상기 전자 장치의 전원을 공급하는 AC 어댑터/충전기를 포함하는 휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 AC 어댑터/충전기는 상호 전기적인 연결을 위한 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 AC 어댑터/충전기는 상기 배터리가 완전 충전 상태가 아니면, 상기 전자 장치에 연결되거나 분리되어도 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 장치의 전원 공급 시스템.
  4. 휴대용 전자 장치에 있어서:
    AC/DC 어댑터와 배터리 충전 회로를 갖는 AC 어댑터/충전기와;
    상기 AC 어댑터/충전기와 전기적으로 연결되어, 상기 AC/DC 어댑터로부터 상기 전자 장치의 전원 전압을 전달하거나, 상기 배터리 충전 회로로부터 공급되는 충전 전류를 통해 충전되는 배터리와;
    상기 AC 어댑터/충전기 또는 상기 배터리의 출력 전압을 받아서 상기 전자 장치의 적정의 전압으로 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터 및;
    상기 배터리의 충전 상태에 대응하여 상기 전자 장치의 전원 관리를 제어하는 마이크로컴퓨터를 포함하되;
    상기 배터리 충전 회로는 상기 배터리가 완전 충전 상태가 아니면, 상기 전자 장치에 연결 또는 분리되어도 충전 동작을 수행하는 휴대용 전자 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리는 상기 배터리 충전 회로 및 상기 마이크로컴퓨터로 충전 및 방전 상태에 따른 정보를 상호 전송하는 것을 포함하는 휴대용 전자 장치.
  6. AC/DC 어댑터와 배터리 충전 회로를 갖는 AC 어댑터/충전기와 함께 사용하는 전자 장치의 배터리 시스템에 있어서:
    다수의 배터리 셀들과;
    상기 AC 어댑터/충전기와 전기적으로 연결하는 제 1 커넥터 및;
    상기 배터리 셀들 또는 상기 제 1 커넥터로부터 상기 전자 장치의 전원 전압을 제공하는 제 2 커넥터를 포함하는 배터리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배터리 셀들의 충전 상태를 검출하여 상기 어댑터/충전기 및 상기 전자 장치로 상기 검출된 정보를 제공하는 배터리 제어 유닛을 포함하는 배터리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배터리 제어 유닛은 상기 제 1 및 제 2 커넥터를 통하여 상기 어댑터/충전기 및 상기 전자 장치로 상기 배터리의 충전 및 방전 상태에 따른 정보를 상호 전송하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
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