KR20010066688A - 직류전원을 사용하는 단말기에 구비되는 직류전원 충전장치 - Google Patents

직류전원을 사용하는 단말기에 구비되는 직류전원 충전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직류전원 충전장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 가정용/산업용/휴대용/이동용/차량용으로 사용되고 있는 DC 전원에 대하여 입력전압에 상관없이 단말기를 작동시키도록 전원을 공급하여 배터리를 충전할 수 있으며, 또한 단말기의 전원공급원이 될 수 있도록 단말기의 내부에 구비되는 직류전원 충전장치에 관한 것이다.
본 발명의 단말기에 구비되는 직류전원 충전장치는, 직류전원을 이용하여 내장된 배터리를 충전하여 작동되는 단말기에 있어서, 외부에서 직류전원을 공급하기 위한 것으로 DC전압 입력용 잭을 구비하는 전원입력부와, 입력되는 전압을 소정크기의 전압으로 출력하는 정전압IC와, 배터리의 온도상승을 감지하여 배터리의 수명단축과 폭발을 방지하기 위한 온도비교와, 배터리에 충전되는 전압치와 출력전류치를 감지하여 기준전압에 도달하면 충전을 중단시키는 전압, 전류비교와, 입력되는 전압을 판별하여 일정한 출력전압을 얻기 위한 PWM제어신호를 출력하는 제어부와, 전류의 양을 제어하여 충전시간을 결정하는 버크회로단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

직류전원을 사용하는 단말기에 구비되는 직류전원 충전장치{The DC voltage recharger being equipped with terminals using DC voltage}
본 발명은 직류전원 충전장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 가정용/산업용/휴대용/이동용/차량용으로 사용되고 있는 DC 전원에 대하여 입력전압에 상관없이 단말기를 작동시키도록 전원을 공급하여 배터리를 충전할 수 있으며, 또한 단말기의 전원공급원이 될 수 있도록 단말기의 내부에 구비되는 직류전원 충전장치에 관한 것이다.
널리 사용되는 전기, 전자제품중에는 제품의 작동을 위하여 DC 전원이 요구되는 장치들이 다수 존재한다. 이러한 장치들은 대형제품의 경우에는 내부에 구비된 정류장치를 사용하여 AC전원을 직류로 정류하여 사용하고 있으나, 휴대용 제품들은 대부분 AC전원을 직류로 변환하는 외부 설치용 어댑터등을 사용하고 있다.
특히 휴대용 제품들마다 서로 입력되는 DC전압의 범위가 다르기 때문에 각각의 장치에 맞추어진 어댑터나 충전기를 별도로 필요로 한다. 따라서 불필요한 수 개의 어댑터나 충전장치를 구입하여야 하므로 자원낭비 및 경제적인 낭비요인이 된다. 통상적으로 어댑터는 DC전원을 공급하는 것과 동시에 내장배터리를 충전시키는 역할을 한다.
먼저 도 1 및 도 2를 참고하여 종래의 기술을 살펴 보면 다음과 같다.
도 1에 도시된 것은 종래 사용되는 충전장치의 개략적인 다이아그램으로서, AC 110~220V를 입력받아서 정류기, 충전기로 구성된 충전장치(2)를 거쳐서 단말기(4)로 직류를 공급하고 있는 가정용 충전장치와, 역시 AC 110~220V를 입력받아서 정류기와 충전기가 일체로 된 충전장치(6)를 통하여 직류를 단말기(4)로 공급하는 휴대용/여행용 충전장치와, DC 12~24V를 입력받아서 단말기(4)로 공급하는 차량용 충전장치(8)의 예들이 도시되어 있다.
도 2는 종래 사용되는 충전장치의 일례의 상세회로도로서 작동상태는 다음과 같다. 상용 전원 AC 90~250V/50~60Hz는 1차정류부(10)로 입력된다. 1차정류부(10)는 정류 및 평활작용을 하는 회로로서, 브릿지다이오드 및 다이오드(D3), 콘덴서(C3) 등으로 구성되어서 DC전압을 출력시킨다. 출력된 DC전압은 전력변환회로로 공급된다.
전력변환회로는 전원부의 핵심이 되는 회로로서, 스위칭단(SW1)과 트랜스포머(Transformer)단과, PWM단으로 구성된다. 스위칭단(SW1)은 DC전원을 이용하여 고주파의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 회로이다. 트랜스포머는 입력과 출력을 반대로 권선함으로서 플라이백(fly back) 회로로 구성한다.
2차정류 및 평활부(12)는 1차 정류부(10)로부터 공급받은 전원을 DC 전원에 가까운 전원으로 평활하는 회로이다.
정전압 제어부(14)는 회로내부의 전압을 제어하는 내부제어와 뒷 충전구의 근접전압을 제어한다. 또한 정전류 제어부(16)는 출력전류를 최대치 이하로 제한하여 주는 회로이다. 또한 출력을 비교하여 전압 및 전류를 안정시키기 위한 비교회로 및 이 결과를 1차측으로 되돌려주는 피드백 부분과 배터리(20)의 온도를 감지하여 마이컴(18)으로 보내주는 회로등이 포함되어 있다.
제어부로 사용되는 마이컴(18)은 온도, 전류, 전압을 입력받아서 충전동작을 제어하며, 배터리(20)의 종류(용량)를 감지하여 출력을 제어하는 회로를 포함하고 있다. 또한 발광다이오드를 사용하여 충전상태를 표시하기도 한다.
상기와 같이 종래 충전장치들은 각각 적용되는 장치들의 출력전압에 맞추어서 정류작용과 충전작용을 동시에 하도록 구성되어 있었기 때문에 최종적으로 출력되는 직류전압이 각각의 단말기(4)마다 상이하여 충전장치들을 공유하지 못하는 등의 문제점이 있었다.
또한 회로도에서 볼 수 있는 바와 같이, 회로가 복잡하고 부품수량의 과다로 인하여 단말기의 내부에 적용할 수 없었다. 이로 인하여 사용자는 충전기, 어댑터 등을 별도로 구입하여야 하고 이것들을 휴대하고 다녀야 하는 불편함이 있었던 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 DC전원을 사용하는 단말기의 내부에 충전부를 설치함으로써, 입력전압에 상관없이 단말기를 작동시키도록 전원을 공급하여 배터리를 충전할 수 있으며, 또한 단말기의 전원공급원이 될 수 있는 단말기의 내부에 구비되는 직류전원 충전장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단말기에 구비되는 직류전원 충전장치는, 직류전원을 이용하여 내장된 배터리를 충전하여 작동되는 단말기에 있어서, 외부에서 직류전원을 공급하기 위한 것으로 DC전압 입력용 잭을 구비하는 전원입력부와, 입력되는 전압을 소정크기의 전압으로 출력하는 정전압IC와, 배터리의 온도상승을 감지하여 배터리의 수명단축과 폭발을 방지하기 위한 온도비교와, 배터리에 충전되는 전압치와 출력전류치를 감지하여 기준전압에 도달하면 충전을 중단시키는전압, 전류비교와, 입력되는 전압을 판별하여 일정한 출력전압을 얻기 위한 PWM제어신호를 출력하는 제어부와, 전류의 양을 제어하여 충전시간을 결정하는 버크회로단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 사용되는 충전장치의 개략적인 다이아그램,
도 2는 종래 사용되는 충전장치의 일실시예의 상세회로도,
도 3은 본 발명에 의한 충전장치의 개략적인 다이아그램,
도 4는 본 발명에 의한 충전장치의 일실시예의 상세회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2,6,8 : 충전장치 4 : 단말기
10: 1차정류부 12: 2차정류 및 평활부
14: 정전압 제어부 16: 정전류 제어부
18: 마이컴 20: 배터리
22: 어댑터 24: 단말기
26: 제어부 28: 정전압IC
29: 버크회로단
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 단말기에 구비되는 직류전원 충전장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 직류전원 충전장치의 구성을 나타내는 개략적인 다이아그램이다.
도시된 바와 같이, 1차 정류 및 2차 정류, 평활회로로 구성되는 어댑터(22)로부터 직접 직류전원을 공급받도록 구성되어 있다. 즉 본 발명에 의하여 단말기(24)의 내부에 충전부가 내장됨으로서 종래의 어댑터(22)는 1차정류, 2차 정류 및 평활회로만이 필요하므로 어댑터의 회로 및 부피가 대폭 간소화된다.
어댑터(22)는 상용전원 110~220V를 입력받아서 소정전압으로 출력한다. 본 발명의 직류전원 충전장치에서는 허용될 수 있는 입력전압의 범위가 DC 5~32V의 범위에 걸쳐서 설정된다. 물론 이러한 DC 전압입력범위는 회로구성에 따라서 변경될 수 있다.
본 발명에 의하여 직류전원 충전장치가 비록 단말기(24) 내부에 삽입되어서 배터리(20)를 충전시키는 역할을 수행하는 것으로 설명되었으나, 충전장치의 회로를 약간 변경함으로서 종래 정류회로 및 평활회로의 역할을 수행할 수 있음은 명백하다. 즉, 배터리(20)에 공급되는 DC 전원을 약간의 회로변경을 통하여 직접 단말기(24)의 회로에 공급함으로서 달성될 수 있다. 따라서 이러한 변형도 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
도 4는 상기와 같은 본 발명의 직류전원 충전장치의 일례의 상세회로도이다. 이것은 실제로 단말기(24)의 내부에 설치되는 회로가 된다. 도면에서 점선으로 표시된 부분은 외부로부터 입력되는 전원으로서 AC입력부분은 도 3에 도시된 어댑터(22)에 대응되며, DC입력부분은 예를 들면 차량전원입력에 대응된다.
다시말하면, 본 발명에서는 AC를 입력전원으로 사용하는 경우에는 외부어댑터(22)만 있으면 충분하며, DC를 입력전원으로 사용하는 경우에는 DC입력단자와 단말기의 전원입력연결단자를 연결하기 위한 잭(jack)만 구비하면 되기 때문에 사용이 매우 편리하다. 여기에서 사용되는 어댑터(22)는 상술한 것과 같이 회로가 매우 간단해진 구성을 가질 수 있으므로 원가절감 및 제조공정이 간단해진다.
또한 본 발명의 특징에 의하여 어댑터(22) 또는 DC 입력전압이 DC 5~32V의 범위내에 존재하면 되기 때문에 종래 사용되고 있는 다른 어댑터등의 사용도 가능하다. 따라서 본 발명의 직류전원 충전장치를 구비한 단말기는 어떠한 직류전원공급장치도 사용할 수 있다.
잭(30)을 통하여 입력되는 DC전원은 Vin 전압으로 입력되어서 스위치(SW1)와 코일(L1)을 통과하면서 소정의 출력전압(Vout)으로 변조되어서 출력된다. 출력전압(Vout)은 배터리(20)에 공급되어서 배터리를 충전시킨다. 전압을 변조하는데 사용되는 것은 제어부(26)이다. 제어부(26)는 단말기에 내장되어 있는 마이컴이나 또는 전용의 PWM IC를 사용하여 구성할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 이하 전용 PWM IC를 이용한 것을 기준으로 하여 설명한다.
상기 제어부(26)로 사용되는 PWM IC는 기준전압을 감지하고, 전압비교, 온도비교, 및 전류비교 동작을 수행하여 배터리(20)에 충전을 제어한다. 이것을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 온도비교를 설명하면, 온도비교는 배터리(20)의 과충전 또는 과전압, 과전류, 주위온도의 상승요인이 발생하여 배터리(20)의 수명을 단축시키고 폭발의 위험을 미리 방지하기 위한 것이다. 저항(R5)은 기준전압을 설정하기 위한 것이며, 제어부(26)에서는 상기 저항(R5)과 직렬연결되어 있는 T/C와의 전압변화를 감지하여 온도변화를 감지한다.
T/C는 온도변화에 따라서 저항값이 변화하는 소자로서, 주위온도가 변화되면 이에 따라서 저항값이 변화하기 때문에 결과적으로 저항(R5)과의 직렬저항값이 변화하게 된다.
제어부(26)에서는 이 전압변화를 감지하여 기준전압이상이 감지되면 스위치(SW1)를 오프시켜서 배터리(20)가 더 이상 충전되는 것을 방지한다. 스위치(SW1)는 후에 상세하게 설명된다. 전류 및 전압비교는 제어부(26)에 내장되어 있는 비교회로를 이용하여 배터리(20)의 충전전압을 감지하여 수행된다. 즉 배터리(20)의 입력측에 연결된 저항(R2)을 통하여 전압값을 입력받아서 소정전압이 되면 PWM 제어를 중단하여 스위치(SW1)를 오프시켜 충전을 중단한다.
또한 전류비교는 배터리(20)의 후단에 연결된 저항(R3)로부터 입력되는 전류 값을 감지하고 출력전류가 최대치가 되면 역시 PWM 제어를 중단하도록 스위치(SW1)를 오프시켜 배터리(20)에의 충전을 중지시키는 것이다.
전용 IC인 PWM IC가 아니라, 단말기 제어용의 마이컴을 이용하는 경우에는 기준전압이 감지되는 순간으로부터 일정시간동안 PWM 충전주파수를 느리게 하여(주파수를 낮추어서) 충전이 완만하게 일어날 수 있도록 제어할 수 있다.
어댑터(22) 또는 DC전원으로부터 입력되는 전압값은 초기에는 잭(30)을 통하여 입력되는 입력전압(Vin)이다. 이 DC 전압값을 소정의 출력전압(Vout)으로 변조하기 위하여 PWM 제어가 사용된다. PWM 제어는 주지하는 바와 같이, 전압값을 변화시키는데 많이 사용되고 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 제어부(26)는 입력전압(Vin)으로부터 출력전압(Vout)을 산출한다.
출력전압(Vout)은 다음의 식 ( D x 입력전압(Vin))에 의하여 산출된다. 여기에서 D는 PWM의 한 주기인 Ts에 대한 스위치의 도통시간 DTs의 비(Duty Ratio)이다. 즉, 제어부(26)에서는 입력되는 전압(Vin)을 판별하여 PWM의 Duty 비를 조정함으로서 소정의 출력전압(Vout)을 얻을 수 있다.
본 발명에서는 또한 스위치(SW1)와 코일(L1)을 이용하여 충전시간을 결정할 수 있다. 즉, 충전시간을 1C~/10C까지 조정가능하며, 급속충전을 요하는 경우에는 많은 전류를 흘리고, 급속충전이 필요치 않는 경우에는 적은 전류를 흐르게 함으로써 충전시간의 조정이 가능한 것이다. 스위치(SW1)와 코일(L1)은 버크(BUCK)회로를 구성하는 요소이다.
통상 충전시간을 0.5C를 적용하는 경우에 코일(L1)의 값은 2.2μH/SW1의 전류제어능력은 2A정도이면 된다. 또한 여기서 사용하는 PWM주파수는 200KHz의 경우에, 전압 4.2V, 용량 500mA/h, 충전시간 2시간을 요하는 배터리에 적용할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 DC전원을 사용하는 단말기의 내부에 충전부를 설치함으로써, 입력전압에 상관없이 단말기를 작동시키도록 전원을 공급하여 배터리를 충전할 수 있으며, 또는 직접 단말기의 동작전원으로 사용할 수 있는 이점이 있는 것이다.
본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (1)

  1. 직류전원을 이용하여 내장된 배터리를 충전하여 작동되는 단말기에 있어서,
    외부에서 직류전원을 공급하기 위한 것으로 DC전압 입력용 잭을 구비하는 전원입력부와, 입력되는 전압을 소정크기의 전압으로 출력하는 정전압IC와, 배터리의 온도상승을 감지하여 배터리의 수명단축과 폭발을 방지하기 위한 온도비교와, 배터리에 충전되는 전압치와 출력전류치를 감지하여 기준전압에 도달하면 충전을 중단시키는 전압, 전류비교와, 입력되는 전압을 판별하여 일정한 출력전압을 얻기 위한 PWM제어신호를 출력하는 제어부와, 전류의 양을 제어하여 충전시간을 결정하는 버크회로단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 직류전원을 사용하는 단말기에 구비되는 직류전원 충전장치.
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