KR200211505Y1 - Ｕｓｂ를 이용한 이동전화 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 데이타 통신 포트를 갖는 PCS, 휴대폰 등의 이동통신장치를 충전하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 노트북 컴퓨터, PC, 프린터 등 USB 포트를 갖는 다양한 형태의 장치로부터 USB 포트의 전원선을 이용하여 이동통신장치를 충전한다. 본 고안은 USB 포트의 출력 전압을 이용하여 이동전화 등의 데이타 통신 포트에 연결된 내장 배터리를 충전하기 위해서, USB 포트 단자와 데이타 통신 포트 단자 간에 직렬 접속된 스위칭 수단, 데이타 통신 포트 단자의 출력전압을 일정 비율로 분압하기 위한 수단, 및 상기 분압된 전압을 기준전압과 비교하기 위한 수단을 포함한다.

Description

ＵＳＢ를 이용한 이동전화 충전장치{MOBILE PHONE CHARGER USING A USB}

본 고안은 PCS, 핸드폰 등의 이동전화를 충전하는 장치에 관한 것으로, 특히 컴퓨터 등의 USB 포트를 이용하여 이동전화 등을 충전하는 장치에 관한 것이다.

현재 전세계적으로 PCS, 핸드폰 등 이동전화 가입자(Mobile Phone subscriber)의 수가 높은 속도로 증가하여 현재 국내에서는 이동전화 가입자의 수가 유선전화 가입자의 수를 추월했으며, 총인구대비 보급률도 50 퍼센트를 상위하고 있다.

USB(Universal Serial Bus)는 인텔, 컴팩, 휴렛팩커드, 마이크로소프트, 루슨트, NEC, 필립스 등 컴퓨터 관련 주요 업체들에 의해 개발된 컴퓨터 주변장치 접속의 표준이다. USB는 컴퓨터 사용자들이 시스템의 샤시를 열지 않고서도 외부 포트를 이용하여 주변장치를 쉽게 연결할 수 있는 방법을 제공한다. USB는 하나의 USB 포트에 연결된 많은 수의 주변장치들을 동시에 지원하기 때문에 하나의 컴퓨터로부터 프린터, 스캐너, 디지탈 카메라, 스피커 등과 같이 복수의 주변장치들을 동시에 사용할 수 있다. 도 1에 USB를 이용하여 여러 디바이스들을 연결한 예를 도시하고 있다. 본 예에서는 컴퓨터(111), USB 허브(USB Hub)(112, 113), 전화기(114), 프린터(115), 카메라(116), 터치패드(117) 등 여러 디바이스들이 USB 망(USB network)을 통해서 연결되어 있다.

USB는 또한 디바이스의 감지(detection)와 설치(installation)를 자동적으로 수행하기 때문에, 사용자들이 플러그앤플레이(Plug and Play) 방법으로 쉽게 디바이스를 추가할 수 있다. 즉, 사용자들은 어떤 디바이스이던지 USB를 지원하는 디바이스이면 쉽게 서로를 연결할 수 있는 것이다. USB는 또한 USB 허브를 사용하여 쉽게 포트 수를 확장할 수 있어 포트 수의 제한으로 인해 디바이스 사용이 제한되는 경우는 없게 된다.

도 2에는 USB 케이블이 도시되어 있다. USB 케이블은 4개의 선으로 이루어져 있는데, 전원선(VBUS)와 그라운드(GND)를 통해서 전원을 디바이스에 공급한다. VBUS는 소스(source)에서 +5V이다. 데이타는 D+와 D-의 디퍼렌셜 신호(differential signal)의 시리얼 전송에 의해 전달된다.

USB 1.1 스펙에 의하면 USB 풀 스피드(full-speed) 전송속도는 12Mbps이며, 로 스피드(low-speed) 전송속도는 1.5Mbps이다. 또한 현재 발표되어 있는 USB 2.0 스펙에 따르면 데이타 전송속도는 USB 1.1 스펙보다 40배 향상된 480Mbps이다. USB 2.0은 백워드 호환성(backward compatibility)를 가지기 때문에, USB 1.1 스펙에서와 동일한 케이블, 커넥터, 소프트웨어를 사용할 수 있다.

최근에 출시된 대부분의 PC와 노트북 컴퓨터 등은 USB 포트를 장착하고 있으며, 그 외에 USB 포트를 지원하는 장치들의 수는 점점 증가하고 있다.

현재, 이동전화 배터리(battery) 기술의 발전에도 불구하고, 이동전화 배터리의 충전 시간에는 어느 정도 한계가 있으며, 이러한 이동전화의 충전에는 많은 불편함이 있는 것이 사실이다. 즉, 오늘날과 같이 이동전화 가입자들 사이에서 지역 간 이동이 많은 경우 이동전화는 언제든지 원하는 상대방과 통화를 할 수 있기 때문에 매우 매력적이다. 그러나, 이러한 이동전화도 배터리가 없으면 무용지물이 된다.현재 이동전화 등 이동통신 가입자들의 수는 계속적으로 증가하고 있으며, 이동통신장비의 사용자들은 앞으로도 더욱 늘어날 것이다. 이러한 이동전화 등의 가장 큰 단점은 배터리 사용시간에 한계가 있다는 점이다. 따라서 이동전화를 계속적으로 사용하고자 한다면 이동전화를 주기적으로 충전해 주어야 한다.

종래의 이동전화 충전 방식을 살펴보면 이동전화 전용의 충전장치를 사용하는 방법과 자동차에서 시가잭(Cigar Jack)을 이용하여 충전하는 방법을 생각해 볼 수 있다.

이동전화 구입시 이동전화 제조업체들은 해당 이동전화 전용의 충전기를 별도로 제공하고 있으나 이는 다음과 같은 단점이 있다. 첫째, 이러한 이동전화 충전기는 너무 크고 또 무겁기 때문에 간편히 휴대하기 어렵다. 따라서 보통의 경우 이러한 충전기는 집이나 직장 등에 고정하여 두고 사용하는 것이 일반적이다. 그렇기 때문에 이러한 충전기가 없는 장소에서 이동전화 등의 배터리가 다 소모되어 버리면 결국 이동전화를 사용할 수 없는 단점이 있다. 둘째, 현재의 이동전화 충전기는 가격이 비싸다. 세째, 이동전화의 종류가 다른 경우 다른 형태의 충전기를 사용하여야 한다. 이는 현재 이동전화 제조업체에 따라 이동전화 충전기의 규격이 다르기 때문이다. 네째, 상용전원을 사용하므로 100V/110V 또는 200V/220V 등 전압에 따라 충전기가 지원하지 않는 경우 사용전압과 전원 플러그 형태의 차이 때문에 사용할 수 없는 단점이 있다.

자동차에서 시가잭을 이용하는 충전 방법의 경우에도 자동차 안에서 충전을 하여야 하므로 자동차가 없을 경우 충전이 어려운 단점이 있다.

따라서 현재의 이동전화 충전장치가 가지고 있는 상기와 같은 단점을 극복하여 이동전화를 언제 어디서나 쉽게 충전할 수 있는 이동전화 충전장치가 절실히 요구되고 있다.

따라서, 본 고안은 컴퓨터 등 많은 장비들에서 채택되고 있는 USB 포트를 이용하여 이동전화 등을 충전하는 장치를 제공함으로써 휴대하기도 쉬우면서 간편하게 이동전화 등을 충전할 수 있는 충전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따르면, USB 포트 단자와 이동전화의 데이타 통신 포트 단자를 구비한 이동전화 충전장치에 있어서, 상기 USB 포트 단자와 상기 데이타 통신 포트 단자 간에 직렬 접속된 스위칭 수단, 상기 데이타 통신 포트 단자의 출력전압을 일정 비율로 분압하기 위한 수단, 및 상기 분압된 전압을 기준전압과 비교하기 위한 수단을 포함하며, 상기 스위칭 수단은 상기 비교 수단과 접속되어 온/오프 동작을 반복하는 것을 특징으로 하는 이동전화 충전장치이다.

또한, 상기 충전장치는 상기 USB 포트 단자와 상기 스위칭 수단 사이에 직렬 접속된 저항 및 상기 저항의 양단에 병렬 접속된 전류 검출 회로를 더 포함할 수 있다.

도 1은 USB(Universal Serial Bus)를 이용하여 컴퓨터와 전화기, 프린터 등 여러가지 디바이스들을 연결한 예를 도시한 도면.

도 2는 USB 케이블을 도시한 도면.

도 3은 본 고안을 이용하여 이동전화와 노트북 컴퓨터의 USB 포트를 연결한 구성을 도시한 도면.

도 4는 USB의 전원 공급선을 이용하여 이동전화 등을 충전하기 위한 모듈을 도시한 도면.

도 5는 충전 중 출력전압을 도시한 도면.

도 6은 이동전화 등에 대한 접속 커넥터와 노트북 컴퓨터 등의 USB 접속 커넥터를 도시한 도면.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

411 : USB를 이용한 이동전화 등의 충전회로

412 : 전류 제한 회로

413 : 온도 셧다운 모듈

414 : 에러 앰프

418 : FET

424 : 코일

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세하게 설명한다.

도 3은 이동전화와 노트북 컴퓨터의 USB포트를 연결하여 이동전화 등을 충전하는 전체적인 구성을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이 이동전화 등(311)의 데이타 통신 포트와 컴퓨터 등(312)의 USB포트를 연결하고, USB 포트의 전원선으로부터 이동전화 등(311)의 데이타 통신 포트를 통해 충전기에 연결되어 이동전화 등(311)을 충전하게 된다. 이러한 기능은 USB 커넥터, 이동전화 등(311)의 데이타 통신 커넥터, USB로부터의 연결 케이블(313)과 전압 변환 회로 등에 의해 수행된다.

도 4에서는 USB의 전원 공급선(VIN)을 이용하여 이동전화 등을 충전하기 위한 모듈(411)을 도시하고 있다. 컴퓨터 등의 USB 전원 공급선은 상기 회로의 전원입력(VIN)에 연결되고, 이동전화 등의 데이타 통신 포트 중 충전용 전원선은 전원출력(VOUT)에 연결된다. 상기 전원입력(VIN)은 제1 단자(415)에서 제1 저항(416)에 연결되고, 제1 저항(416)은 제2 단자(417)에서 FET(418)의 소스(Source)에 연결된다. FET(418)의 드레인(drain)은 코일(Coil)(424)에 연결되고, 코일(424)은 제3 단자(419)에서 상기 전원출력(VOUT)에 연결된다. 전원출력(VOUT)은 제3 단자(419)에서 제2 저항(420)과 연결되고, 제2 저항(420)은 제4 단자(421)에서 제3 저항(422)과 연결된다. 제3 저항(422)은 제5 단자(423)에서 그라운드(GND)와 연결된다. 전류 검출 회로(412)는 제1 단자(415)와 제2 단자(417)에서 제1 저항(416)의 양단에 연결되고, 또한 에러 앰프(Error Amp)(414)에도 연결된다. 에러 앰프(Error Amp)(414)는 온도 셧다운(Thermal Shutdown) 회로(413)와 연결되고, 에러 앰프(414)의 출력은 FET(418)의 게이트(Gate)에 연결된다. 에러 앰프(414)의 반전 입력은 예를 들어 1.235V와 같은 기준전압(Reference Voltage)에 연결되고, 에러 앰프(414)의 비반전 입력은 제2저항(420)과 제3 저항(422)의 접점인 제4 단자(421)에서 연결된다.

컴퓨터 등의 USB 포트에 연결된 전원입력(VIN)으로 입력된 전압은 제1 저항(416)을 지나 코일(Coil)(424)에 충전된다. 이때 FET(418)는 ON 상태이다. 코일(424)에 충전된 전압은 출력전압(VOUT)으로 전달되어 이동전화 등의 데이타 통신 커넥터에 연결되어 있는 내장 충전기를 충전하게 된다. 이때, 에러 앰프(414), 코일(424), FET(418), 저항 들의 동작에 의해 컴퓨터 등의 USB 포트에서 사용하는 전압(예를 들어 5V)은 이동전화 등의 충전기에서 사용하는 전압(예를 들어 4.2V)으로 변압된다.

이 과정을 도 4와 도 5를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 5는 충전 중 출력전압을 도시한다. FET(418)가 ON 상태일때 전원입력(VIN)을 통해 입력된 전압은 코일(424)에 충전되어 출력전압(VOUT)으로 출력된다. 그리고 이 전압은 에러 앰프(414)의 비반전 입력으로 피드백(feedback)되어 기준전압과 비교된다. 기준 전압은 출력전압을 안정적으로 출력하기 위한 기준전압이 된다. 이렇게 비교하여 출력전압(VOUT)이 도 5의 V1에 도달하였을때 에러 앰프(414)는 FET(418)를 OFF 시켜 출력을 정지시킨다. 출력이 정지됨에 따라 코일(424)에 충전된 전압이 방전되면서 출력전압(VOUT)은 도 5의 V2까지 내려간다. 그러면 이 전압이 다시 에러 앰프(414)에 피드백되어 에러 앰프(414)는 FET(418)를 ON 시키고, 다시 전원입력(VIN)은 코일(424)을 충전하여 출력전압(VOUT)으로 출력된다. 이와 같이 반복하면서 출력전압(VOUT)을 통하여 이동전화 등의 충전기를 충전하게 된다. 도 5에서 보는 바와 같이 출력전압(VOUT)은 V1과 V2 사이를 반복하면서 안정적인 전압을 공급하게 된다. V1과 V2는 출력전압(VOUT)에서 요구되어지는 전압에 따라 정해지며, 제2 저항과 제3 저항의 저항값은 상기 V1, V2의 값에 따라 결정된다.

전술한 바와 같이 제1 저항(416)의 양단에는 전류 검출 회로(412)가 연결되는데, 이는 제1 저항(416)에 흐르는 전류를 측정하기 위해서이다. 전류 검출 회로(412)는, USB 전력선의 출력 전류가 500mA로 제한되기 때문에, 이를 500mA 이하로 유지하기 위한 회로이다. 즉, 전류 검출 회로(412)는 에러 앰프(Error Amp)(414)와 연결되어 있어서 상기 제1 저항(416)의 양단에서 측정한 전류를 에러 앰프(414)에 전달한다. 에러 앰프(414)의 출력은 FET(418)의 게이트(Gate)에 연결되어 있는데, 만약 USB 전력선의 출력 전류가 500mA 이상인 경우에는 FET(418)의 게이트(Gate)에 연결되어 있는 에러 앰프(414)에 의해 상기 FET(418)를 OFF 시키게 된다.

또한, 상기 회로가 고온에서 동작할 경우 온도상승으로 인한 문제를 해결하기 위해 도 4와 같이 온도 셧다운 모듈(thermal shutdown module)(413)이 에러 앰프(414)에 연결되어 있다. 에러 앰프(414)는 온도 셧다운 모듈(413)로부터의 출력이 과전류일때에는 FET(418)를 OFF시킨다.

도 6은 이동전화 등에 대한 접속 커넥터(611)와 컴퓨터 등의 USB 접속 커넥터(612)를 도시한다. 이동전화 등에 대한 접속 커넥터(611)는 이동전화 등의 데이타 통신 포트에 연결되며, 컴퓨터 등의 USB 접속 커넥터(612)는 컴퓨터 등의 USB 포트에 연결된다. 그리고 도 4에 도시한 모듈들은 이동전화 등에 대한 접속 커넥터(611)와 노트북 컴퓨터 등의 USB 접속 커넥터(612)의 어디에도 위치할 수 있으며, 또한 이 둘 사이의 어떠한 위치에든지 쉽게 포함될 수 있다.

본 고안은 데이타 통신 포트를 갖는 PCS, 휴대폰 등의 이동통신장치와 노트북 컴퓨터, PC, 프린터 등 USB 포트를 갖는 다양한 형태의 장치를 연결하여 이동통신장치를 충전하기 위한 것이다. 이상에서는 주로 이동전화와 컴퓨터를 사용하여 설명되지만, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 고안의 설명만으로도 쉽게 상기 다른 형태의 이동통신장치를 충전하기 위해서 USB 포트를 갖는 여러 형태의 장치를 연결하는 것에 본 고안을 실시할 수 있다.

본 고안은 종래의 이동전화 충전 방법이 가지고 있던 문제점들을 해결하고 아래와 같은 효과를 가진다. 첫째, 종래의 이동전화 충전기는 너무 크고 또 무겁기 때문에 간편히 휴대하기 어려운 문제점이 있었다. 그러나 본 고안에 의한 이동전화 충전장치는 한쪽에는 USB 커넥터, 다른쪽에는 이동전화 등의 데이타 통신 접속 커넥터와 이 둘을 잇는 짧은 전선만 있으면 구성되기 때문에 크기도 매우 작을 뿐 아니라 무게도 가벼워 양복 상의 주머니 내에 휴대하고 다닐 수도 있다. 상기에서 설명한 충전회로는 데이타 통신 접속 커넥터나 USB 커넥터 내에 포함될 수 있다. 현재 USB 포트를 지원하는 장치의 수가 매우 많고 또 계속적으로 증가하는 추세이기 때문에 USB 포트를 가진 장비를 찾는 것은 그리 어려운 일이 아니다. 사무실 등에서 작업 중 이동전화의 배터리가 모두 소모된 경우 본 고안에 의한 장치를 통해 사무실의 PC로부터 쉽게 이동전화 등을 충전할 수 있다. 둘째, 현재의 이동전화 충전기에 비해 가격이 매우 저렴하다. 세째, 종래에는 이동전화의 종류가 다른 경우 다른 형태의 충전기를 사용하여야 하는 문제점이 있으나, 본 고안의 경우 동일한 형태의 데이타 통신 포트를 갖는 이동전화끼리는 상호 호환되어 사용될 수 있다. 네째, 상용전원을 사용하지 않으므로 100V/110V 또는 200V/220V 등 전압에 따라 충전기가 한쪽만을 지원하는 경우 사용전압과 전원 플러그 형태의 차이 때문에 다른 쪽 전압에서는 사용할 수 없는 단점을 극복한다.

Claims (2)

1. USB 포트 단자와 이동전화의 데이타 통신 포트 단자를 구비한 이동전화 충전장치에 있어서,

   상기 USB 포트 단자와 상기 데이타 통신 포트 단자 간에 직렬 접속된 스위칭 수단,

   상기 데이타 통신 포트 단자의 출력전압을 일정 비율로 분압하기 위한 수단, 및

   상기 분압된 전압을 기준전압과 비교하기 위한 수단을 포함하며,

   상기 스위칭 수단은 상기 비교 수단과 접속되어 온/오프 동작을 반복하는 이동전화 충전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 USB 포트 단자와 상기 스위칭 수단 사이에 직렬 접속된 저항, 및

   상기 저항의 양단에 병렬 접속된 전류 검출 회로를 더 포함하는 이동전화 충전장치.