KR200183703Y1 - 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 외부로부터 입력된 직류 전원을 제공받아 노이즈를 제거하는 직류전원입력부와, 소정의 PWM 제어신호에 따라 개폐되어 직류전원입력부에서 출력되는 직류 전원의 전류량과 전압을 조절하거나 전원공급을 차단시키는 충전스위치부와, 충전스위치부의 전류통로를 통해 출력되는 펄스 신호를 평활하여 배터리로 공급하는 직류평활부와, 직류평활부의 출력단인 충전구의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 직렬 연결된 제 1 저항의 양단 전압을 검출함과 아울러 상기 충전구의 제 4 단자와 소정의 검출 제어단자 사이에 연결된 복수의 저항으로 배터리에 인가되는 전력과 충전 상태 및 배터리의 용량을 각각 감시하는 배터리전원감시부, 및 상기 제 1 저항의 양단에 걸린 전압을 각각 제공받아 비교한 후 상기 충전스위치부의 개폐를 제어하여 배터리로 인가되는 전류량을 제어함과 아울러 배터리로 공급되는 전압을 검출하여 충전스위치부의 스위칭 주파수를 조절하여 배터리로 인가되는 전압을 일정하게 제어하는 시스템 컨트롤러 구비하여, 충전기의 직류전원의 제어와 디스플레이 제어에 있어 연산증폭기 또는 비교기를 사용하는 대신 PWM 스위칭 방식과 저항 감시회로를 이용하여 제어함으로써, 충전기의 내부 회로를 단순화시켜 사용 부품을 대폭적으로 감소시킴과 아울러 그에 따른 생산성의 향상과 불량 감소 및 생산 원가를 절감시킬 수 있는 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치에 관한 것이다.

Description

이동단말기용 배터리의 직류 충전장치{Apparatus charging battery for Cellular Phone}

본 고안은 배터리를 충전하는 충전기에 관한 것으로, 특히 시스템 컨트롤러의 A/D 변환 기능과 펄스폭변조(PWM; Pulse Width Modulation) 기능 등을 이용하여 입력 전원을 제어하여 충전전원을 출력하는 방식으로 구현함으로써, 기존 충전기에 비해 부품을 감소시킴과 아울러 생산 불량을 줄여 생산성을 향상시킨 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치에 관한 것이다.

종래의 배터리 충전장치는 도 1에 도시된 바와 같이 충전 전류와 전압을 연산증폭기(60)로 검출하여 디스플레이를 제어함과 아울러 PWM 출력소자(30)를 이용하여 출력단(ES)을 통해 출력되는 저전압 직류 출력신호를 감시하여 충전 전압과 전류를 제어하는 방식을 채택하고 있다.

상기와 같은 배터리 충전장치는, 배터리를 충전시키기 위한 전원단자와 감시단자 및 접지단자를 구비하는 충전구(10)와, 외부로부터 입력된 직류 전원을 제공받아 교류성분을 필터링하는 직류입력부(20)와, 직류입력부(20)에서 출력되는 직류전원을 제공받아 전압 다운시키고 출력단(ES)을 통해 출력되는 전원을 감시하여 출력전원을 미리 설정된 PWM 신호로 출력하는 PWM 전력제어부(30)로 구성되어 있다.

또한, 상기 PWM 전력제어부(30)로부터 출력된 PWM 신호를 소정의 L, C 필터를 통해 평활하여 직류 전원을 출력하는 정류회로부(40)와, 정류회로부(40)의 출력단과 충전구(10)의 전원단자(①) 사이에 설치되어 소정의 만충전 제어신호에 따라 개폐하는 충전스위치부(50)와, 충전구(10)의 감시단자와 접지단자 사이에 걸린 전압을 검출하여 증폭한 후 디스플레이 제어용 소스원을 출력하는 연산증폭기(60)와, 충전구(10)와 시스템 컨트롤러(90) 사이에 설치된 저항(R1∼R3) 및 커패시터(C1∼C3)로 배터리의 전압 및 용량을 검출하는 검출부(70)와, 시스템 컨트롤러(90)의 제어신호에 따라 배터리의 장착여부와 장착에러 및 만충전 상태를 표시하는 복수의 발광소자를 포함한 표시부(80)와, 충전구(10)의 전원단자(①)와 감시단자(②)로부터 인출된 저항(R1∼R3) 및 커패시터(C1∼C3)를 이용하여 배터리의 전압 및 용량을 검출하고 그 검출 정보에 따라 충전스위치부(50)를 제어하여 전원공급을 결정함과 아울러 상기 연산증폭기로(60)부터 출력된 신호에 따라 배터리의 장착 및 충전상태를 디스플레이하도록 제어하는 시스템 컨트롤러(90)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 충전기의 작동을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

외부로부터 제공된 직류전원은 직류입력부(20)에 의해 노이즈 성분이 제거되어 PWM 전력제어부(30)로 입력된다.

PWM 전력제어부(30)는 입력된 직류전원을 소정 레벨로 전압다운시킨 후 펄스폭변조하여 출력하는 데, 출력단(ES)의 전력을 감시하여 미리 설정된 일정 주파수의 펄스폭변조 신호로 출력하게 된다.

상기에서 출력된 펄스 신호는 정류회로부(40)를 통해 평활된 후 충전스위치부(50)의 전류통로를 통해 배터리로 공급된다.

한편, 시스템 컨트롤러(90)는 내재된 A/D변환단자와 충전구(10)의 각 단자 사이에 연결된 저항(R1∼R3)으로부터 배터리의 전압을 검출하여 만충전시에는 충전스위치(50; Q2)를 제어하여 전원공급을 차단시키거나 연산증폭기(60)에서 출력되는 충전전류검출신호에 따라 발광소자를 제어하여 충전 상태를 표시하게 된다.

상기와 같이 방식으로 충전기의 입력 전원과 디스플레이를 제어하는 기술은 충전기의 전류와 전압을 검출하는 수단으로 연산증폭기 또는 비교기를 사용함으로써, 부품이 많아 설계가 복잡할 뿐만 아니라 그에 따른 부품의 불량과 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은 기존의 연산증폭기와 복수의 비교 회로를 이용하여 1차측 AC전원을 제어하던 것을 컨트롤러에 내장된 펄스폭변조(PWM) 신호원을 이용하여 1차측 AC전원을 제어하도록 구현함으로써, 충전기의 부품을 감소시킴과 아울러 생산 불량을 줄여 생산성을 향상시킨 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 기술적 수단은, 외부로부터 입력되는 직류전원의 노이즈를 제거하여 충전구의 제 1 내지 제 4 단자를 통해 배터리를 충전시키거나 배터리로 공급되는 전원 상태를 감시하는 DC용 충전기에 있어서, 외부로부터 입력된 직류 전원의 노이즈를 제거하는 직류전원입력부와; 소정의 PWM 제어신호에 따라 개폐되어 상기 직류전원입력부에서 출력되는 직류 전원의 전류량과 전압을 조절하거나 전원공급을 차단시키는 충전스위치부와; 상기 충전스위치부의 전류통로를 통해 출력되는 펄스 신호를 소정의 평활회로를 통해 정류하는 직류평활부와; 상기 직류평활부의 출력단인 충전구의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 직렬 연결된 제 1 저항의 양단 전압을 검출함과 아울러 상기 충전구의 제 4 단자와 소정의 검출 제어단자 사이에 연결된 제 4 및 제 5 저항으로 각각 배터리에 인가되는 전력과 충전 상태 및 배터리의 용량을 감시하는 배터리전원감시부; 및 상기 제 1 저항의 양단에 걸린 전압을 각각 제공받아 비교한 후 상기 충전스위치부의 개폐를 제어하여 배터리로 공급되는 전류량을 제어함과 아울러 상기 배터리로 인가되는 전압을 검출하여 충전스위치부의 스위칭 주파수를 조절하여 배터리에 공급되는 전압을 설정 범위 이내로 제어하는 시스템 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1는 종래 기술에 의한 직류 충전장치를 나타낸 회로도이고,

도 2는 일반적인 충전기의 외관 및 배터리의 장착 상태를 나타낸 도면이고,

도 3은 본 고안의 일실시예에 의한 직류 충전장치를 나타낸 회로도이고,

도 4는 본 고안의 다른 실시예에 의한 직류 충전장치를 나타낸 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110: 직류전원입력부 120, 125: PWM 스위치부(충전스위치부)

130: 직류평활부 140: 배터리전원감시부

150: 경보신호발생부 160: 시스템 컨트롤러

①∼④: 충전구

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 2는 일반적인 충전기와 배터리의 장착 상태를 나타낸 도면으로서, 도 2a는 충전기의 외관을 도시하였고, 도 2b는 배터리의 장착 상태를 도시하였다.

충전기는 외관적으로 이동단말기의 배터리를 장착하기 위한 탈착구(100)와, 상기 탈착구(100)의 일면에 설치되어 배터리와 전기적으로 결합되며 배터리로 전원을 공급하거나 전압공급 상태 및 배터리의 용량을 감시하기 위한 복수의 단자들(①∼④)과, 배터리의 충전상태 및 장착에러를 표시하는 표시부(151)와, 배터리의 충전상태 및 장착에러를 경보하기 위한 부저(155)로 이루어져 있다.

상기와 같은 외형을 갖는 충전기의 내부 회로는, 자동차의 시가잭(Cigar Jack)이나 어댑터(Ad아파트er)로부터 직류전원을 제공받아 평활하여 충전전압을 생성하는 전원부분과, 이를 바탕으로 배터리의 장착여부, 배터리의 용량(ID) 및 충전상태 등을 파악하고 제어하는 제어부분으로 크게 나눌 수 있는 데, 대략 상기와 같은 구조로 이루어진 충전기에 대한 본 고안의 상세 구성을 아래 도 3을 참조하여 설명하고자 한다.

도 3은 본 고안의 일실시예에 의한 직류 충전장치를 나타낸 회로도로서, 충전구(①∼④), 직류전원입력부(110), PWM 스위치부(120), 직류평활부(130), 배터리전원감시부(140), 경보신호발생부(150) 및 시스템 컨트롤러(160)를 구비한다.

상기 충전구(①∼④)는 배터리(BT)로 충전 전원을 인가시키기 위한 단자와 배터리의 장착과 종류 및 상태를 검출하기 위한 복수의 단자로 구성되어 있고, 직류전원입력부(110)는 외부로부터 입력된 직류 전원을 제공받아 불필요한 노이즈성분을 제거하도록 구성되어 있고, PWM 스위치부(120)는 소정의 PWM 제어신호에 따라 개폐되어 상기 직류전원입력부(110)로부터 출력되는 직류 전원의 전류량과 전압을 조절하거나 전원공급을 차단시키는 복수의 스위칭소자(Q1, Q2)로 구성되어 있고, 직류평활부(130)는 PWM 스위치부(120)의 전류통로를 통해 출력되는 펄스 신호를 소정의 인덕터(L)와 커패시터(C)와 같은 평활회로를 통해 직류로 정류한 후 충전구의 전원단자(①)로 공급하도록 구성되어 있다.

또한, 배터리전원감시부(140)는 직류평활부(130)의 출력단과 배터리(BT) 사이의 설치되어 충전구의 제 1 단자(①)와 제 2 단자(②) 사이에 직렬 연결된 제 1 저항(R1)으로부터 배터리(BT)로 인가되는 전류를 검출함과 아울러 상기 충전구의 제 2 단자(②)와 소정의 제어단자 사이에 연결된 제 3 저항(R3)을 통해 배터리의 전압을 검출하는 전류 및 전압감시소자들로 구성되어 있고, 경보신호발생부(150)는 소정의 제어신호에 따라 도통되어 배터리(BT)의 장착여부와 장착에러 및 만충전 상태를 각각 표시하고 경보하는 복수의 발광소자(151)와 부저(155)로 구성되어 있다.

또한, 시스템 컨트롤러(160)는 배터리로 인가되는 전류를 제 1 저항(R1)의 양단에 의해 검출한 전압을 각각 제공받아 비교한 후 PWM 스위치부(120)의 개폐를 제어하여 배터리로 인가되는 전류량을 일정하게 제어하고, 제 3 저항(R3)을 통해 배터리로 인가되는 전압을 검출하여 PWM 스위치부(120)의 스위칭 주파수를 조절하여 배터리로 인가되는 전압을 일정하게 제어함과 아울러 배터리의 장착 상태와 배터리의 충전 상태 및 배터리의 용량(ID)을 각각 검출하여 제반 시스템을 제어하도록 구성되어 있다.

아울러, 시스템 컨트롤러(160)는 내부에 A/D 변환기와 타이머 및 PWM 제어기능이 내재되어 있고, 상기 배터리전압감시부(140)는 직류평활부(130)의 출력단인 충전구의 제 1 단자(①)와 제 2 단자(②) 사이에 직렬로 연결된 제 1 저항(R1)과, 충전구의 제 1 단자(①)와 시스템 컨트롤러(160)의 제 1 A/D단자(ADC1) 사이에 직렬로 설치된 제 2 저항(R2)과, 배터리(BT)의 +전극과 결합된 충전구의 제 2 단자(②)와 시스템 컨트롤러(160)의 제 2 A/D단자(ADC2) 사이에 설치된 제 3 저항(R3)과, 배터리(BT)의 -전극과 결합된 충전구의 제 4 단자(④)와 시스템 컨트롤러(160)의 제 3 A/D단자(ADC3) 사이에 직렬로 설치된 제 4 및 제 5 저항(R4, R5)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작동 방식을 살펴보면 다음과 같다.

직류전원입력부(110)는 외부 어댑터(Ad아파트er) 또는 자동차 등의 시가잭(Cigar Jack)을 통해 입력된 직류 전원을 다이오드(D)와 커패시터(C) 소자를 통해 노이즈를 필터링하여 제거한다.

상기 직류전원입력부(110)에서 출력된 직류 전원은 PWM 스위치부(120)의 전류통로를 통해 펄스폭변조(PWM 신호)된 후 직류평활부(130)에 의해 PWM 펄스 신호가 직류로 평활되어 충전구의 전원단자를 통해 배터리(BT)로 공급된다.

상기 직류평활부(130)에서 출력된 직류 전원은 충전구의 제 1 단자(①)와 제 2 단자(②) 사이에 직렬로 연결된 제 1 저항(R1)을 통하여 배터리(BT)로 공급된다.

시스템 컨트롤러(160)는 충전 초기에는 제 1 저항(R1)의 양단에 걸린 전압을 제 2 및 제 3 저항(R2, R3)을 통해 검출하여 상호 비교한 후 그 비교 결과에 따라 소정 주파수의 PWM 제어신호를 발생하여 PWM 스위치부(120)의 스위칭을 제어하여 직류평활부(130)로 인가되는 전류를 제어하게 된다.

그리고, 시스템 컨트롤러(160)는 배터리(BT)로 인가되는 전압을 제 3 저항(R3)을 통해 검출하여 배터리(BT)가 만충전에 도달할 시점부터는 미리 설정한 PWM 가변 주파수 신호를 발생하여 PWM 스위치부(120)의 스위칭을 제어하므로 직류평활부(130)로 인가되는 펄스의 전압을 조절하게 된다.

상기 시스템 컨트롤러(160)에서 발생하는 PWM 제어신호의 주파수는 제 3 저항(R3)을 통해 검출한 전압을 기초로 하여 결정하며, 상기 제 4 및 제 5 저항(R4, R5)을 통해 검출한 전압은 배터리의 용량(ID)을 파악하기 위한 소스원으로 사용된다.

상기 제 3 저항(R3)을 통해 검출한 전력 정보가 배터리가 만충전되었음을 알리는 정보이면, 시스템 컨트롤러(160)는 PWM 스위치부(120)의 스위칭소자(Q1)로 '로우' 제어신호를 출력하여 배터리(BT)로 인가되는 전원을 차단시키게 된다.

즉, 시스템 컨트롤러(160)는 제 1 저항(R1)의 양단을 통해 검출한 전압이 미리 설정한 기준전압 보다 높을 경우에는 전압제어용 PWM 신호를 출력하고, 제 3 저항(R3)을 통해 검출한 전압이 미리 설정한 전압보다 낮을 경우에는 전류제어용 PWM 신호를 출력하며, 제 3 저항(R3)을 통해 검출한 전압을 기초로 하여 PWM 신호의 주파수를 결정하게 된다.

한편, 시스템 컨트롤러(160)는 직류전원입력부(110)에서 출력된 직류전원을 소정의 정전압전원회로(미 도시)를 통하여 일정 전압으로 다운시킨 후 그 전원(VDD)을 공급받아 구동된다.

그리고, 시스템 컨트롤러(160)는 배터리전원감시부(140)의 제 3 저항(R3)과 제 4 및 제 5 저항(R4, R5)을 통해 배터리의 용량과 장착 상태 및 충전상태를 각각 검출하여 제반 시스템(120)을 제어함과 아울러 상기 경보신호발생부(150)의 복수의 발광소자(151)와 부저(155)를 제어하며, 배터리가 제대로 장착되지 않았거나 만충전시 경보신호를 발생하므로 청각적으로 즉시 감지하여 확인하는 것이 가능하므로 불필요한 전류 누설을 방지할 수 있는 것이다.

도 4는 본 고안의 다른 실시예에 의한 직류 충전장치를 나타낸 회로도로서, 충전구(①∼④), 직류전원입력부(110), PWM 스위치부(125), 직류평활부(130), 배터리전원감시부(140), 경보신호발생부(150) 및 시스템 컨트롤러(160)를 구비한다.

이와 같이 구성되는 본 고안은 PWM 스위치부(125)의 구성과 그 동작만이 도 3과 다소 다르고, 나머지 회로는 도 3과 동일한 구성 및 동작으로 이루어져 그 구성 및 동작 설명을 생략한다.

상기 PWM 스위치부(125)는 직류전원입력부(110)에서 출력된 직류전원을 직류평활부(130)의 2차측 코일로 유도하는 트랜스포머(T)와, 상기 트랜스포머(T)의 1차측 코일의 일측단과 접지 사이에 전류통로가 연결되고 시스템 컨트롤러(160)로부터 출력되는 PWM 제어신호에 따라 개폐되어 상기 2차측 코일로 소정의 펄스 신호를 출력하는 스위칭소자(Q1)로 구성되어 있다.

따라서, 상기 트랜스포머(T)의 2차측 코일로 유도된 펄스 신호는 직류평활부(130)에 의해 정류되어 충전구(①)로 공급된다.

따라서, 본 고안에서는 충전기의 직류전원의 제어와 디스플레이 제어에 있어 연산증폭기 또는 비교기를 사용하는 대신 PWM 스위칭 방식과 저항 감시회로를 이용하여 제어함으로써, 충전기의 내부 회로를 단순화시켜 사용 부품을 대폭적으로 감소시킴과 아울러 그에 따른 생산성의 향상과 불량 감소 및 생산 원가를 절감시킬 수 있다.

또한, 표시부에 복수의 발광소자 뿐만 아니라 부저를 장착하여 배터리의 장착 상태와 만충전 상태를 시/청각적으로 경보함으로써, 불필요한 전류의 누설을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 보다 정확하고 신속하게 충전 정보를 경보하여 사용자의 편리성을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 외부로부터 입력되는 직류전원의 노이즈를 제거하여 충전구의 제 1 내지 제 4 단자를 통해 배터리를 충전시키거나 배터리로 공급되는 전원 상태를 감시하는 DC용 충전기에 있어서,

   외부로부터 제공된 직류 전원의 노이즈를 제거하는 직류전원입력부;

   소정의 PWM 제어신호에 따라 개폐되어 상기 직류전원입력부에서 출력되는 직류 전원의 전류량과 전압을 조절하거나 전원공급을 차단시키는 충전스위치부;

   상기 충전스위치부의 전류통로를 통해 출력되는 펄스 신호를 소정의 평활회로를 통해 정류하는 직류평활부;

   상기 직류평활부의 출력단인 충전구의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 직렬 연결된 제 1 저항의 양단 전압을 검출함과 아울러 상기 충전구의 제 4 단자와 소정의 검출 제어단자 사이에 연결된 제 4 및 제 5 저항으로 각각 배터리에 인가되는 전력과 충전 상태 및 배터리의 용량을 감시하는 배터리전원감시부; 및

   상기 제 1 저항의 양단에 걸린 전압을 각각 제공받아 비교한 후 상기 충전스위치부의 개폐를 제어하여 배터리로 공급되는 전류량을 제어함과 아울러 상기 배터리로 인가되는 전압을 검출하여 충전스위치부의 스위칭 주파수를 조절하여 배터리에 공급되는 전압을 설정 범위 이내로 제어하는 시스템 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 충전스위치부는,

   상기 직류전원입력부에서 출력된 직류전원을 직류평활부의 2차측 코일로 유도하는 트랜스포머; 및

   상기 트랜스포머의 1차측 코일의 일측단과 접지 사이에 전류통로가 연결되고 시스템 컨트롤러로부터 출력되는 PWM 제어신호에 따라 개폐되어 상기 2차측 코일로 소정의 펄스 신호를 출력하는 스위칭소자로 구성된 것을 특징으로 하는 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 시스템 컨트롤러는,

   상기 배터리전원감시부를 통해 검출한 배터리의 장착 에러와 만충전 상태에 관한 정보에 따라 시각적 및 청각적으로 경보하는 경보발생수단을 제어하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 배터리전압감시부는,

   상기 직류평활부의 출력단인 충전구의 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 직렬로 연결된 제 1 저항;

   상기 충전구의 제 1 단자와 시스템 컨트롤러의 제 1 A/D 변환단자 사이에 직렬로 설치된 제 2 저항;

   상기 충전구의 제 2 단자와 시스템 컨트롤러의 제 2 A/D 변환단자 사이에 설치된 제 3 저항; 및

   상기 충전구의 제 4 단자와 시스템 컨트롤러의 제 3 A/D 변환단자 사이에 직렬로 설치된 제 4 및 제 5 저항으로 구성되어 배터리로 인가되는 전력과 장착상태 및 용량을 각각 검출하는 것을 특징으로 하는 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 시스템 컨트롤러는,

   상기 제 1 저항의 양단을 통해 검출한 전압이 미리 설정한 기준전압 보다 높을 경우에는 전압제어용 PWM 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치.
6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 시스템 컨트롤러는,

   상기 제 3 저항을 통해 검출한 전압이 미리 설정한 전압보다 낮을 경우에는 전류제어용 PWM 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치.
7. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 시스템 컨트롤러는,

   상기 제 3 저항을 통해 검출한 전압을 기초로 하여 PWM 신호의 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 이동단말기용 배터리의 직류 충전장치.