KR20010029535A

KR20010029535A - 전력 유닛, 축전지 전력 공급 전기 장치용 충전기 및 방법

Info

Publication number: KR20010029535A
Application number: KR1019997002378A
Authority: KR
Inventors: 리유지웬
Original assignee: 도날드 디. 먼둘; 에릭슨 인크.
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 2001-04-06
Also published as: CA2266774A1; AU4480397A; EP0927448B1; JP2001501076A; EE9900096A; HK1018856A1; ID18311A; EP0927448A1; NO991345D0; CO4750743A1; KR100395871B1; AU730758B2; EE03786B1; CN1238070A; US5814973A; DE69711651D1; CN1117421C; WO1998012790A1; NO991345L; EP0927448B9

Abstract

통합된 축전지 충전 방법은 정전류 전원 및 시간에 따라 변동하는 전류 전원을 제어하도록 한다. 정전류 전원에 사용되는 충전 방법과 상이하게, 시간 변동 전류 전원의 입력 전류는 충전 과정 동안에 연속적으로 점검되어야 한다. 축전지를 충전하기 위한, 또는 전화기에 전력을 공급하기 위한 출력 전류량은 입력 전류 측정에 따라서 듀티-백분율을 선택함으로써 원하는 값에 설정된다. 상이한 전원 및 다양한 필요 전류에 대한 통합된 공식이 바람직한 출력 전류의 계산 방법을 향상시킨다. 따라서 정전류 전원 또는 시간에 따라 변동하는 전원이 사용되는 것에 관계없이 입력 전류 및 출력 전류를 제어하기 위하여 통합된 공식이 사용된다. 더욱 평활한 전류 평균을 얻기 위하여, 본 방법은 조정 가능한 시간 주기를 포함하며, 이 시간 주기는 입력 전류 및 출력 전류 사이의 차이에 따라서 결정된다.

Description

축전지에 의한 전력 공급 전기 장비를 위한 전력 장치와 충전기, 및 방법{POWER UNIT AND CHARGER FOR A BATTERY POWERED ELECTRICAL APPARATUS AND METHOD}

셀룰러 전화기 등의 전기 장치에서, 축전지가 통상적으로 장치에 대한 전원이다. 예로서, 전화기 축전지는 전화기를 소위 충전기라고 하는 외부 전원에 접속함으로써 충전된다. 통상적으로 충전 과정은 전화기에 내재(內在)된 소프트웨어에 의하여 제어된다.

본 발명에 의한 구조 및 방법은 전류 제어 방법을 정전류 전원으로부터 시간에 따라 변동하는 전류 전원까지 확장하며, 이것은 새로운 제품에서 요구되는 것이다. 즉 종래의 정전류 전원은 제조 비용이 높고, 또 제조 비용을 저감하기 위하여 새로운 제품은 시간에 따라 변동하는 전류를 공급하는 상당히 염가의 충전기를 포함한다. 본 발명은 가변 전류에 의한 전화기 축전지의 충전 및 동작을 제어하는 새로운 방법을 이용한다. 이 방법은 축전지 충전기 및 변동 전원을 갖는 전력 공급 장치 모두에 대하여 향상되고 통합(unified)된 전류 제어 방식을 이용한다. 변동 시간 간격은 또한 평균 출력 전류를 평활(平滑)하게 하도록 부여된다.

종래에는, 셀룰러 전화기용 충전기는 정전류 전원을 제공한다. 전화기 축전지는 어떠한 전류 제어 없이 충전기를 전화기에 직접 접속함으로써 충전되었다. 전화기에 전류를 공급할 때, 정기적인 시간 주기 T에 대하여 온(on)(도통)으로 절환되는 충전 전류(I_charge)의 백분율인 듀티 사이클(duty cycle)을 계산하기 위하여 공식이 사용되었다. 그러므로 이 시간 주기에 대한 평균 전류량(I_phone)은 바람직한 전화기 전류와 동등하다.

듀티 사이클 = (I_phone/I_charge)×T ... (1)

정전류 전원 I_charge는 일정하고 I_phone는 전화기 전력 레벨에 대응해서 일정하다. 따라서 듀티 사이클은 각 전력 레벨에서 마찬가지로 일정하다.

표준 충전기는 전화기 시스템의 커넥터를 통하여 전화기를 벽 콘센트에 직접 접속하는 간단한 AC/DC 어댑터(adapter)이다. 표준 충전기는 110V(또는 220V) 교류(AC)를 6V 직류(DC)로 변환하기 위하여 종래의 변압기 및 전파 정류 장치를 사용해서 여파(濾波)되지 않고 조정되지 않은 출력 전류를 공급한다. 표준 충전기의 출력 전류량은 시간 및 부하(負荷) 양단의 전압에 따라서 변동한다. 통상적으로 출력 전류는 진폭이 0부터 1.5A이고 평균치가 약 700㎃인 120㎐(또는 100㎐)의 전파(全波)이다. 이 경우에 충전기의 부하 전압은 통상적으로 축전지 전압이다. 부하 전압이 낮으면 낮을수록 출력 전류는 더욱 높아지고, 또 그 반대도 성립한다.

시간에 따라 변동하는 전류 전원이 축전지를 충전하는 데에 사용될 때, 전화기 축전지는 충전 전류를 단순하게 인가함으로써 충전되지는 않는다. 입력 충전 전류는 연속적으로 충전되어야 한다. 그러므로, 정전류 전원을 사용하는 종래의 축전지 충전 방법은 이미 적절하지 않고, 시간 주기에 대하여 바람직한 충전 전류를 발생하기 위하여 새로운 방법이 필요하다.

본 발명은 통상적으로 재충전 축전지로써 전력이 공급되는 전기 장비 및, 특히, 가변 전류 전원으로써 전기 장비를 동작하고 축전지를 충전하는 전력 및 충전 장치와 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 전력 장치를 나타내는 블록 다이어그램.

도 2는 전력 장치의 마이크로프로세서에 의해서 실행되는 과정을 나타내는 계통도.

도 3은 시간에 대하여 I_input및 I_out-des를 나타내는 전류 제어 그래프.

도 4는 I_input＞＞I_out-des일 때 평균 출력 전류를 나타내는 그래프.

도 5A-5C는 시간 주기의 변동에 의한 전류 제어를 나타내는 그래프.

도 6은 본 발명에 의한 상태 머신(state machine) 다이어그램.

본 발명에 따라서, 정전류 전원 및 시간에 따라 변동하는 전류 전원을 제어하도록 하는 통합된 축전지 충전 방법이 제공된다. 정전류 전원에 사용되는 충전 방법과 상이하게, 시간 변동 전류 전원의 입력 전류는 충전 과정 동안에 연속적으로 점검되어야 한다. 축전지를 충전하기 위한, 또는 전화기에 전력을 공급하기 위한 출력 전류량은 입력 전류 측정에 따라서 상이한 듀티-백분율을 선택함으로써 원하는 상이한 값에 설정된다. 바람직한 출력 전류의 계산 방법을 향상하기 위하여, 소정의 관계에 따라서 상이한 전원(I_input) 및 다양한 필요 전류(I_out-des)에 대한 통합된 공식이 주어져 있다. 이 방법의 이점은 전화기로의 전류를 제어하기 위한 계산 방법이 전류 전원이 일정하거나 또는 시간에 따라 변동하든지에 관계없이 정확하다는 것이다. 전화기 축전지를 충전함에 있어서, I_out-des는 축전지의 충전에 요구되는 전류량이다. 전화기 전력을 공급할 때, I_out-des는 상이한 동작 모드에서 전화기를 동작시키기 위하여 요구되는 전류량이다. 정전력 전원을 사용할 때, I_input는 외부 전원으로부터의 일정한 값이다. 시간에 따라 변동하는 전력 전원을 사용할 때, I_input는 변동하고 항상 측정되어야 한다. 조합되는 모든 경우에 대하여, 상이한 필요출력 전류는 시간 주기내에서 듀티 백분율(duty percentage)을 변경함으로써 달성된다.

본 발명의 또 하나의 특징에 따라서, 더욱 평활한 전류 평균을 얻기 위하여 조정 가능한 시간 주기 t가 제안되어 있으며, 이것은 충전 효과를 향상시킨다. 어떤 경우에는, 예로서, 입력 전류가 필요전류보다 훨씬 클 때, 전류가 짧은 펄스로 인가되도록 듀티 백분율이 상당히 감소되어야한다. 듀티 백분율은 정기적인 시간 주기 T에 대하여 온(on)(도통)으로 절환되는 충전 전류(I_input)의 백분율이기 때문에, 짧은 펄스는 충전 전류가 오프(off)(차단)로 절환되어 있는 시간 간격이 긴 펄스를 생성한다. 이러한 간헐적인 충전 과정은 평활하지 않으므로 바람직하지 않다. 시간에 따라 변동하는 전류 전원의 경우에는, 요구되는 출력 전류 및 입력 전류 사이의 차이는 또한 시간에 따른 변동이다. 만일 고정 시간 주기가 사용되면, 차이가 크면 클수록, 평균 결과는 더욱 나빠진다. 따라서 시간 주기 t는 I_input및 I_out-des와의 사이의 차이에 따라서 변경될 수 있다. 이러한 차이가 0(즉, I_input＜I_out-des) 이하일 때, ΔI가 부호를 변경할 때 까지 시간 주기는 계속해서 확대된다.

하나의 실시예에서, 본 발명에 의한 방법은 ㈎ 전류 전원으로부터 입력 전류(I_input)를 측정하는 단계, ㈏ 소정의 동작 변수에 따라서 필요출력 전류(I_out-des)를 선택하는 단계, ㈐ I_input및 I_out-des에 따라서 듀티 사이클을 결정하는 단계, 및 ㈑ 듀티 사이클에 따라서 전기 장비에 전력(I_output)을 공급하는 단계를 포함한다. 단계㈏는 축전지 충전 동작에 따라서 I_out-des를 선택함으로써 실행될 수 있고, 단계㈑는 축전지를 충전하기 위하여 전력을 공급함으로써 실행된다. 듀티 사이클은 듀티 백분율 및 시간 주기와의 적(積)이다. 이러한 관점에서, 단계㈐는 시간 주기에 대하여 듀티 백분율을 변동시킴으로써 실행된다. 또 다른 방법에서는, 시간 주기는 (I_input-I_out-des)의 함수이고, 단계㈐는 시간 주기를 변동시킴으로써 실행된다.

단계㈏는 축전지가 충전을 필요로 하는가를 결정하고, 만일 그렇다면, I_out-des를 축전지 충전 전류(I_battery)에 설정함으로써 실행될 수도 있다. 이러한 관점에서, 만일 축전지를 충전할 필요가 없다면, 단계㈏는 I_out-des를 장치 동작 전류(I_device)에 설정함으로써 실행될 수도 있다.

본 발명에 의한 또 하나의 실시예에서, 축전지 전력 공급 전기 장비를 위한 전력 장치가 제공된다. 전력 장치는 정전류 전원 및 시간에 따라 변동하는 전류 전원중의 하나에 연결될 수 있다. 전력 장치는 외부 전원으로부터의 입력 전류(I_input)를 감시하는 A/D 컨버터(analog/digital converter), 소정의 동작 변수에 대응하는 필요출력 전류(I_out-des)를 저장하는 기억 장치, 및 I_input및 I_out-des에 따라서 듀티 백분율을 결정하는 제어기를 포함하고, 여기서 제어기는 듀티 사이클에 따라서 입력 전류(I_input)를 전기 장비에 공급하는 스위치를 제어한다. 전력 장치는 추가로 전류 전원이 차단될 때 전기 장비에 전력을 공급하기 위하여 전기 장비에 결합된 재충전 축전지를 포함할 수도 있다. 전력 장치는 추가로 제어기에 연결되는 충전 회로를 포함할 수도 있고, 여기서 제어기는 충전 회로를 도통시켜서 소정의 변수중 하나에 따라서 축전지를 충전한다. 소정의 변수는 적어도 충전 모드 및 장치 동작 모드를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 장치가 충전 모드에 있을 때, 제어기는 I_out-des를 축전지 충전 전류(I_battery)에 설정하고, 장치가 장치 동작 모드에 있을 때에는, 제어기는 I_out-des를 장치 동작 전류(I_device)에 설정한다.

도 1은 본 발명에 의한 전력 장치 구조를 나타내는 블록 다이어그램이다. 전력 장치(10)는 벽 콘센트 등의 AC 전원에 접속되는 충전기(12)를 포함한다. 입력 전류 I_ch는 마이크로프로세서(16)로부터의 신호 ICTRL에 따라서 개폐되는 스위치(14)를 향하여 흐른다. 마이크로프로세서는 본 발명의 제어 알고리즘(algorithm)에 따라서 충전 회로(18)를 통하여 스위치(14)를 제어한다. 마이크로프로세서(16)는 충전을 위한 필요 출력 전류(I_out-des), 및 전화기의 동작 변수를 저장하는 EEPROM(electrically erasable programmable read only memoly)에 액세스(access)한다. EEPROM은 또한 이하의 표에 따라서 기타의 변수를 저장한다.

조건 수준	값	정의
전화기 전력 오프 레벨(최대)	6.8V	휴대용 장치의 전력 오프 레벨
전화기 전력 오프 레벨(최소)	4.2V	휴대용 장치의 전력 오프 레벨
축전지 최대 레벨	6.5V	충전중의 최대 축전지 전압
축전지 제 1풀(full) 레벨	6.0V	충전전의 축전지 풀 레벨
축전지 풀 레벨	5.6V	전지 4개로 된 축전지에 대한 풀 레벨
송신기 온(on) 하이(high) 레벨	5.3V	충전중 대화 모드의 축전지 하이
송신기 온 로우(low) 레벨	4.5V	충전중 대화 모드의 축전지 로우
송신기 오프(off) 축전지 재충전 레벨	5.2V	대기 모드에서의 축전지 재충전
송신기 온 축전지 재충전 레벨	4.8V	대화 모드에서의 축전지 재충전
대기중 축전지 전력 모자름 경고 레벨	4.5V	대기 모드에서의 축전지 로우 레벨
송신기 온시의 축전지 전력 모자름 경고 레벨	4.4V	대화 모드에서의 축전지 로우 레벨
충전 전류 상한치	1.5A	최대 충전 입력 전류
축전지 충전 전류 레벨	0.7A	축전지 충전에 필요한 전류
쾌속 충전기 기준 레벨	0.5A	충전기 방식을 구분하기 위한 전류레벨
충전 전류 임계 레벨	0.1A	최대 충전 입력 전류
충전 온도 상한치	48℃	충전 중단 상한치
충전 온도 하한치	5℃	충전 중단 하한치
충전 온도 고기준치	40℃	충전 온도 범위의 고점
충전 온도 저기준치	10℃	충전 온도 범위의 저점
마이너스 델타 V	2	-dV 검출을 위한 A/D 판독의 수
마이너스 델타 V 카운터	2	-dV 검출을 위한 연속 사이클의 수
첨두 전압 카운터	10분	첨두치 검출 시간
쾌속 충전기의 안전 타이머	4시간	쾌속 충전기에 대한 최대 충전 시간
기본 충전기의 안전 타이머	8시간	기본 충전기에 대한 최대 충전 시간

전력 장치가 충전 모드에 있고 스위치(14)가 닫혀 있을 때 장치 축전지(20)에는 축전지를 충전하기 위한 입력 전류 I_battery가 입력된다.

본 발명에 의한 구조로써 실행되는 알고리즘을 도 2를 참조로 하여 설명한다. 본 발명은 기타의 전자 장치에 적용될 수 있고, 셀룰러 전화기에 한정되는 것은 아니지만, 설명의 목적으로, 셀룰러 전화기가 전자 장치로서 기재되어 있다.

충전기가 전화기(축전지가 있는)에 접속될 때, 충전 주기가 개시된다. 충전 기능은 전화기가 전체의 동작을 하면서 도통하고 있을 때이건 또는 차단되어 있을 때이건 실행될 수 있다. 충전 전류는 충전 주기 동안에 충전 스위치 ICTRL을 제어함으로써 항상 변경된다. 전화기 또는 축전지에 공급되는 전류량은 상이한 동작 모드 및 축전지 전압에 달려 있다.

충전기 접속은 단계(S101)에서 충전 전류를 감지함으로써 검출된다. 이 전류는 ICTRL을 도통 상태로 절환하고 충전 회로를 통하는 충전기로부터의 전류 출력을 판독함으로써 매 초마다 감지된다. 충전기는 평균 전류값이 충전 전류 임계 레벨보다 높은 가에 대해서 검출된다(단계 S102).

만일 충전기가 검출되면, 충전 알고리즘은 단계(S103)에서 활성화된다. 상기와 같이, 정전류 전원에 사용되는 종래의 충전 방법과 달라서, 시간에 따라 변동하는 전류 전원의 입력 전류는 충전 과정 동안에 연속적으로 점검되어야 한다(단계 S104). 이어서 입력 전류(I_charge)는 단계(S105)에서 I_input으로 평균화된다. 즉, 충전 전류는 ICTRL이 도토인 동안에 판독되어야 하고, 표준 AC/DC 충전기로부터의 전류 출력은 120㎐ 전파(全波)이다. 하나의 표준 쾌속 충전기에서 전류 출력을 고려하면, 4700㎌의 축전기가 있어서, ICTRL이 변경될 때는 언제든지 변환 시간이 길게 되고, 전류는 ICTRL을 50 밀리초 동안 도통 상태로 설정한 후에 8밀리초에 10개의 표본을 추출하여 매 5초마다 측정된다. 새로운 전류 판독치는 10개 표본의 평균치이다. 이어서 새로운 전류 판독치 및 종전의 I_input을 각각 가중치 1/32 및 31/32로써 함께 가산함으로써 여파 평균치를 사용하여 I_input이 계산된다.

이어서 단계(S106)에서 축전지가 충전을 필요로 하는 가를 결정한다. 만일 그렇다면(단계 S106에서 "예"), 마이크로프로세서는 단계(S107)로 진행하고, 만일 그렇지 않으면(단계 S106에서 "아니오"), 마이크로프로세서는 단계(S108)로 진행한다. 단계(S107 및 S108)에서, 축전지의 충전 또는 전화기의 동작에 필요한 전류는 각각, 동작 모드에 따라서, 필요 출력 전류(I_out-des)로서 설정된다. 축전지를 충전하기 위한, 또는 전화기 전력을 공급하기 위한 전류 출력량은 마이크로프로세서로써 입력 전류 측정에 따라서 상이한 듀티 백분율을 선택함으로써 원하는 값에 설정된다(도 3 참조). 상이한 전원(I_input) 및 다양한 필요전류(I_out-des)에 대한 통합된 공식은 이하에 주어져 있다.

I_out-des= I_input×듀티 백분율 ... (2)

및,

듀티 사이클 = 듀티 백분율×T ... (3)

여기에서 T는 평균 전류(I_out-des)를 구하기 위한 시간 주기이다. 상기에 기재된 바와 같이, 통합된 공식의 이점은, 일정하건 또는 시간에 따라 변동하건, 어떠한 전류 전원이 사용되든지 간에 공식(2)은 공통의 계산 방법으로서 항상 사용될 수 있다는 것이다. 전화기 축전지를 충전할 때, I_out-des는 축전지를 충전하기 위하여 필요한 전류량이고, 전화기 전력을 공급할 때에는, I_out-des는 상이한 동작 모드에서 소비되는 전화기 전류를 보상하기 위한 전류량이다. 정전력 전원을 사용할 때, I_input는 외부 전원으로부터의 일정치이다. 시간 변동 전력 전원을 사용할 때에는, I_input는 변동하고, 항상 측정되어야 한다. 모든 경우의 조합에 있어서, 시간 주기 내에서 듀티 백분율을 변경함으로써 상이한 출력 전류를 관찰할 수 있다. 도 3은 축전지 충전 및 전화기 전력 공급 모두에 대하여 공식 (2) 및 (3)을 사용하는 전류 제어를 나타낸다. 특정 출력 전류(I_out-des)에 대하여, 듀티 백분율은 입력 전류(I_input)가 감소함에 따라서 증가하는 것을 주목하여야 한다.

단계(S109)에서, 듀티 사이클은 공식 (2) 및 (3)에 의해서 I_input및 I_out-des에 따라서 이하와 같이 계산된다.

듀티 사이클 = (I_out-des/I_input)×T ... (4)

이어서, 듀티 사이클은 ICTRL 스위치의 도통 또는 차단 제어를 위한 출력이고, 전력(I_output)이 소정의 듀티 사이클에 따라서 전기 장비에 공급된다. 마이크로프로세서의 계산 부담을 저감하기 위하여, 듀티 사이클은 사전에 계산되어 EEPROM의 테이블에 저장될 수도 있다. 마이크로프로세서는 입력 전류(I_input) 및 필요 출력 전류(I_out-des)에 따라 대응하는 테이블에 액세스하여 듀티 사이클을 선택한다.

만일 I_input이 I_out-des보다 작으면 듀티 사이클은 100에 설정된다. 그렇지 않으면 듀티 사이클은 상기의 공식을 사용하여 계산된다. 특정의 경우에, 송신기가 도통 상태(on)이고, 축전지 전압이 5.3V 이상일 때, ICTRL은 전화기를 내부 과열(過熱)로부터 보호하기 위하여 시간 주기의 나머지 동안 로우(low)에 설정된다.

듀티 사이클 도통 동안에는, 축전지 전압 측정을 위하여 짧은 ICTRL-로우 펄스가 있을 수 있다. 듀티 사이클 차단(off)(t_p-(듀티 사이클)) 동안에는, 충전기 접속 검출을 위하여 짧은 ICTRL-하이(high) 펄스가 있을 수 있다.

조정 가능한 시간 주기 T를 이용하여 더욱 평활한 전류 평균치를 획득할 수 있다. 입력 전류는 시간적으로 변동하기 때문에, 출력 전류 및 입력 전류 사이의 차이는 역시 시간에 따라 변동한다. 만일 고정 시간 주기가 사용되면, 차이가 크면 클수록, 평균치 결과는 더욱 나빠질 것이다(도 4 참조).

전류 평균을 위하여 가변 시간 주기를 사용하기로 하면, 공식(3)에서의 듀티 사이클은 듀티 사이클=듀티 백분율×t 가 된다. 이공식에서 시간 주기 t는 I_input및 I_out-des사이의 차이에 따라서 변경된다. 통상적으로, t는 ΔI의 함수로서 표현할 수 있다.

t = f(ΔI) = f(I_input-I_out-des) ... (5)

ΔI가 증가할 때, 시간 주기 T는 감소하고, 그 역도 성립한다. ΔI가 0 이하이면(I_input＜I_out-des), 시간 주기는 ΔI의 부호가 변경될 때까지 계속해서 확대된다. 도 5A-5C는 공식(5)에서 계산된 시간 주기의 변경을 사용하는 평활한 평균 출력 전류를 나타낸다.

도 6은 본 발명에 의한 알고리즘에 대한 상태 머신(state machine) 다이어그램이다. 전화기가 축전지 또는 외부 전원에 의하여 전력이 공급될 때, 충전 알고리즘은 시작 상태에 진입하여, 알고리즘에 관련된 모든 변수가 초기화된다. 전화기가 축전지 온도에 도달하게 하기 위하여 10분짜리 시작 타이머가 활성화된다. 전화기는 충전기 접속을 계속적으로 점검하기 시작하고, 전화기에 공급되는 전원의 방식을 식별한다. 만일 아무런 충전기가 검출되지 않으면, 전화기는 축전지에 의하여 전력이 공급되고, 알고리즘은 휴대 상태(hand-held)로 진입하여, 충전이 되지 않고 전화기는 휴대 상태로서 동작한다.

충전기가 검출되면 언제든지, 충전이 활성화되고, 상태는 휴대 상태에서 대기 상태로 변경된다. 대기 상태는 충전 알고리즘을 분석하는 상태이다. 대기 상태에서는, 마이크로프로세서가 모든 충전 필요조건을 점검하여 축전지가 안전한 상태에서 충전되도록 보장한다. 필요 조건은 ⑴ 시작 타이머가 만료되고, ⑵ 송신기가 차단 상태이고, ⑶ 전화기가 시스템에 액세스하거나 또는 채널을 주사(走査)하지 않고, ⑷ 축전지 온도는 충전을 위한 범위내에 있고, ⑸ 축전지 전압은 "제1풀(full)" 레벨 이하일 것을 포함한다. 만일 모든 필요 조건이 만족되면, 알고리즘은 충전 상태로 절환된다. 그렇지 않으면, 알고리즘은 대기 상태에 머물러서 축전지를 유지한다. 만일 축전지 전압이 충전 전에 "제1풀" 레벨 이상으로 검출되면, 알고리즘은 온전한 축전지의 과충전(過充電)을 피하기 위하여 충전 완료 상태에 직접 진입한다.

충전 상태에서, 축전지는 전력 장치로부터의 충전 전류로써 충전된다. 충전 동안에는, 송신기의 상태, 축전지 온도, 및 전화기 동작 모드 등의 어느 정도의 필요 조건들이 계속적으로 감시된다. 이러한 필요 조건중의 어느 하나가 허용 가능하지 않은 레벨에 도달하면, 알고리즘은 대기 상태로 회귀한다. 그렇지 않으면, 축전지 풀 레벨에 도달할 때까지 축전지는 계속해서 충전된다. 축전지가 완전히 충전된 시기를 결정하는 데에 ⑴ 마이너스 델타 V 검출, ⑵ 첨두 전압 검출, ⑶ 최대 축전지 온도, 및 ⑷ 안전 타이머 한계의 4가지 조건이 사용된다. 만일 조건중의 어느 하나에 만족되면, 충전 상태는 종료된다. 이어서 알고리즘은 충전 완료 상태로 절환되고 축전지 충전 완료가 선언된다.

충전 완료 상태에서, 알고리즘은 변경된 충전 전류로써 충전 완료 축전지를 유지한다. 단시간내의 재충전으로부터 축전지를 보호하기 위하여 클릭-아웃(click-out) 기능은 불능으로 된다. 대기 상태에서 점검되는 필요 조건은 충전 완료 상태에서 또한 검사된다. 만일 전압이 대기 모드에서 대기 재충전 레벨 이하로 강하하면 알고리즘은 충전 상태로 회귀하여 축전지를 재충전한다. 만일 축전지 전압이 대화 모드에서 대화 재충전 레벨로 강하하면, 알고리즘은 대기 상태로 회귀하고 이어서 송신기가 차단될 때 충전 상태로 된다.

만일 충전 과정 동안 3초간 아무런 충전기가 검출되지 않으면, 알고리즘은 휴대 상태로 회귀하고 충전 과정을 중지한다.

충전기를 전화기에 접속함으로써 전화기에 전력이 공급될 때 또는 충전기가 접속되어 있는 동안 전화기에 전력이 차단될 때 충전만의 모드에 진입된다. 충전만의 모드에서, 트랜시버 유닛은 차단되고 키이패드(keypad)는 무력하게 된다. 축전지 충전 과정만이 활성화되는 유일한 기능이다. 충전 제어 소프트웨어는 정상 모드 및 충전만의 모드 모두에 대하여 설계된 통합된 기능이다.

충전기에 접속할 때, "종료" 키이를 누름으로써 전화기는 정상 모드 및 충전만의 모드 사이에서 절환된다. 모드 전환중에는, 충전 과정은 현재의 동작 모드로부터 다른 모드로 원활하게 이동된다. 어떤 충전 상태는 충전 과정을 계속하도록 유지된다. 동작 모드 변경으로 인하여 전화기가 재설정될 때 충전 주기는 재시작하지 않는다. 이 설계는 전화기가 소프트웨어에 의하여 재시작(웜 시작(worm start) 또는 재가동)되는 경우에 또한 적용할 수 있다.

충전 전류는 시간에 따라 변동하기 때문에, 축전지를 충전하기 위하여, 또는 전화기에 공급하기 위하여 필요한 전류는 항상 마찬가지로 변경되어야 한다. 변경은 정기적인 시간 주기의 백분율이면서, 이러한 시간 주기에 대한 평균 전류가 바람직한 충전 전류와 동일한 듀티 사이클을 생성한다. 듀티 사이클은 값이 충전 전류 및 필요 전류의 양 뿐만 아니라, 또한 충전 상태, 축전지 전압, 송신기 도통/차단과 그 전력 레벨, 배면광(背面光) 도통/차단 선택 등의 많은 기타의 변수에도 달려 있어서, 가변적이다. 이러한 관계에서,

듀티 사이클 = (I_out-des/I_input)×T_p... (6)

여기서 T_p는 정기적 시간 주기(5초)이고, I_charge는 충전기로부터의 평균 충전 전류이며, I_out-des는 축전지를 충전하거나, 또는 전화기 전류를 공급하기 위하여 필요한 전류이다.

축전지를 충전하는데 있어서, 듀티 사이클은 I_input및 축전지 충전 전류(I_battery)의 함수이다.

듀티 사이클 = (I_battery/I_input)×T_p... (7)

전화기 전류를 공급하기 위해서는, 듀티 사이클은 I_input및 전화기 전류(I_phone)의 함수이다. 충전 효율을 위해서 듀티 사이클의 추가적인 10가 부여되어,

듀티 사이클 = (I_phone/I_input)×T_p×100 ... (8)

이 된다. 만일 배면광이 도통되면, 듀티 사이클은 배면광 전류(I_backlight)에 의하여 보상되고, 또

듀티 사이클 = (I_battery＋I_backlight)/I_input)×T_p... (9)

또는

듀티 사이클 = (I_phone＋I_backlight)/I_input)×T_p×110 ... (10)

만일 송신기가 도통되고, 축전지 전압이 5.3V 이상이거나, 또는 전화기가 시스템에 액세스중 또는 채널 주사중이고 축전지 전압이 4.5V 이상이면, 듀티 사이클은 0에 설정된다. 만일 송신기가 도통되고, 축전지 전압이 4.5V 이하이면, 듀티 사이클은 식(7)을 사용하여 계산된다.

충전 상태에서, 만일 대기 상태에서 점검된 모든 충전 필요 조건이 만족되면, 축전지 충전 완료 상태가 결정될 때까지 충전 전류가 축전지에 인가된다. 축전지에 아무런 서미스터도 내장(內藏)되어 있지 않기 때문에, 축전지 충전 완료 검출은 다만 전압 판독에 의한다. 평균 전압(V_MEAN)이 계산되고 새로운 전압 판독치를 종전의 전압과 비교함으로써 매 분마다 점검된다. 만일 충전 커브가 증가하면, 최대 판독치(V_{MEA MAX})는 새로운 판독치(V_MEAN)로써 갱신된다. 그렇지 않으면, 만일 (V_MEANMAX)가 축전지 충전 완료 레벨 이상이면 축전지 충전 완료 결정이 활성화된다. 이하에 기재된 방법은 축전기가 충전 완료인가를 결정하는 데에 사용된다.

(1) 마이너스 델타 V 검출

만일 두 개의 연속적인 주기에 대하여 축전지 전압인, V_MEAN이 최대 판독치인, V_{MEAN MAX}보다 작은 두 개의 A/D 판독치(약 28㎷에 해당하는)이면, 축전지는 최대로 충전된 것이다.

(2) 첨두 전압 검출

만일 축전지 전압인, V_MEAN이 10분 동안 최대 판독치인, V_{MEAN MAX}보다 작거나 또는 동일하면 충전은 완료된 것이다.

(3) 최대 전압 한계

만일 최대 전압 판독치인, V_{MEAN MAX}가 축전지 전압 최대 레벨에 도달하거나 초과하면 충전은 중지된다.

(4) 안전 타이머 한계

만일 타이머가 최대 충전 시간에 도달하면 충전은 종료된다. 이 타이머는 축전지가 실제로 충전되고 있을 때 활성적이다.

표준 충전기에 있어서, 변동하는 충전 전류는 또한 축전지 전압 변동을 일으킨다. 전압은 A/D 컨버터를 판독함으로써 직접적으로 측정되지 않는다. 전압 측정은 ICTRL이 차단되는 동안 매 5초마다 활성화된다. 전압은 ICTRL을 100밀리 초동안 차단 상태에 설정한 후 표본이 추출되고, 새로운 평균 전압은 새로운 전압 및 종전의 평균 전압의 평균치이다.

내장 서미스터없이는, 축전지 온도는 발진기 서미스터에 의하여 부여되는 전화기 내부 온도를 인용한다. 실제의 축전지 온도는 서미스터로써 정확하게 측정될 수 없기 때문에, 충전 과정 동안에 전화기 주변 온도를 참조로 하여 사용된다. 온도가 특정 범위를 벗어나면 축전지는 충전되지 않는다. 온도는 1초에 한번 점검되고, 새로운 온도 판독치 및 종전의 평균 온도치를 각각 가중치 1/8 및 7/8로써 함께 가산함으로써 여파 평균치를 사용하여 평균화된다. 온도 한계는 전체의 충전 과정에 대하여 필요하다.

본 발명에 따라서, 전류 전원이 일정한가 또는 시간에 변동하는가에 관계없이 전기 장비를 동작시키고 장비의 축전지를 충전하기 위한 전력 장치 및 방법이 제공된다. 따라서, 상기와 같이, 시간에 따라 변동하는 전류를 공급하는, 표준 충전기 등의 덜 비싼 충전기를, 총 제조 비용을 저감하면서 구성할 수 있다. 더욱이, 전류 평균화를 위해서 조정 가능한 시간 주기를 이용함으로써 더욱 평활한 전류 평균 및 이에 따른 더욱 효과적인 충전이 실행된다.

본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예라고 간주되는 것에 관하여 기재되어 있지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고, 반대로, 첨부된 청구 사항의 개념 및 범위내에 포함된 다양한 변형 및 동등한 장치를 포함시키고자 한다는 것을 이해하여야 한다.

Claims

축전지에 의하여 전력이 공급되는 전기 장비를 전류 전원으로써 동작시키는 방법에 있어서, 전류 전원은 정전류 전원 및 시간 변동 전류 전원중의 하나인 방법으로서, 이 방법은,

㈎ 전류 전원으로부터 입력 전류(I_input)를 측정하고,

㈏ 소정의 동작 변수에 따라서 필요 출력 전류(I_out-des)를 선택하고,

㈐ I_input및 I_out-des에 따라서 듀티 사이클을 결정하며, 및

㈑ 듀티 사이클에 따라서 전기 장비에 전력(I_output)을 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지 전력 공급 전기 장비의 동작 방법.
제1항에 있어서, 단계㈏는 축전지 충전 동작에 따라서 I_out-des를 선택함으로써 실행되고, 단계㈑는 축전지를 충전하기 위하여 전력을 공급함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 듀티 사이클은 듀티 백분율 및 시간 주기와의 적(積)이고, 단계㈐는 시간 주기에 대하여 듀티 백분율을 변동시킴으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 듀티 사이클은 듀티 백분율 및 시간 주기와의 적(積)이고, 시간 주기는 (I_input-I_out-des)의 함수이며, 단계㈐는 시간 주기를 변동시킴으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 단계㈏는 축전지가 충전을 필요로 하는가를 결정하고, 만일 축전지가 충전을 필요로 한다면, I_out-des를 축전지 충전 전류(I_battery)에 설정함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 만일 축전지를 충전할 필요가 없다면, 단계㈏는 I_out-des를 장치 동작 전류(I_device)에 설정함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
축전지에 의하여 전력이 공급되는 전기 장비를 위한 전력 장치에 있어서, 전력 장치는 정전류 전원 및 시간에 따라 변동하는 전류 전원중의 하나에 연결될 수 있는 장치로서, 전력 장치는,

전류 전원으로부터의 입력 전류(I_input)를 감시하는 A/D 컨버터(converter)와,

소정의 동작 변수에 대응하는 필요 출력 전류(I_out-des)를 저장하는 기억 장치, 및

상기 A/D 컨버터 및 상기 기억 장치와 연락하는 제어기로서, 상기 제어기는 상기 소정의 동작 변수에 따라서 (I_out-des)를 선택하고, I_input및 I_out-des에 따라서 듀티 백분율을 결정하는 제어기에 있어서, 상기 제어기는 듀티 사이클에 따라서 입력 전류(I_input)를 전기 장비에 공급하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 장치.
제7항에 있어서, 전류 전원이 차단될 때 전기 장비에 전력을 공급하기 위하여 전기 장비에 결합된 재충전 축전지를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 장치.
제8항에 있어서, 상기 제어기와 연락하는 충전 스위치를 추가로 포함하는 전력 장치로서, 상기 제어기는 상기 충전 스위치를 도통시켜서 상기 소정의 변수중 하나에 따라서 상기 축전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 전력 장치.
제7항에 있어서, 상기 소정의 변수는 적어도 충전 모드 및 장치 동작 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 장치.
제10항에 있어서, 상기 장치가 상기 충전 모드에 있을 때, 상기 제어기는 I_out-des를 축전지 충전 전류(I_battery)에 설정하는 것을 특징으로 하는 전력 장치.
제10항에 있어서, 상기 장치가 상기 장치 동작 모드에 있을 때, 상기 제어기는 I_out-des를 장치 동작 전류(I_device)에 설정하는 것을 특징으로 하는 전력 장치.