KR200377587Y1 - 외부 밧데리를 이용한 충전기능을 겸비한 유에스비전원을 이용한 간이형 충전 및 데이터 링크 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 최근 개인 통신 생활용품의 기본이 되고 있는 모바일 폰이나 PDA등의 통신기기의 충전을 컴퓨터의 USB(Universal Serial BUS)잭의 전원을 이용한 모바일 기기의 충전기능과 더불어 USB잭을 통한 컴퓨터와 모바일 기기간의 데이터 교환 즉 데이터 링크 기능을 포함하고 있으며 자체적으로 소형 충전 밧데리를 포함하고 있어 비록 긴 시간은 아니지만 비상시 전원으로 사용 가능하도록 별도의 임시 충전용 밧데리를 포함하고 있다. 이러한 통합기능을 가진 액세서리 기기를 모바일 기기와 같이 휴대하여 다닐 수 있도록 함으로서 컴퓨터가 없는 곳에서는 임시로 소형 외부 충전밧데리에 의한 긴급 사용이 가능하고 컴퓨터가 있는 곳에서는 컴퓨터의 USB잭의 전원을 이용하여 간단히 충전을 가능토록 하였고 추가하여 모바일 기기와 컴퓨터와의 데이터 통신도 가능케 한 고안이다.

Description

외부 밧데리를 이용한 충전기능을 겸비한 유에스비 전원을 이용한 간이형 충전 및 데이터 링크 시스템{USB Charging and Data Link system combined with function of Charging by external battery}

본 고안은 휴대용 통신기기에 외부 충전지를 이용한 임시적 충전기능과 더불어 컴퓨터의 표준 인터페이스인 유니버셜시리얼버스(USB)의 전원을 이용한 휴대용 통신기기의 충전기능을 복합화하고 더불어 컴퓨터의 USB잭 통신라인과 모바일 기기의 USB통신라인이 상호 연결되어 데이터링크 역할까지 겸하는 고안으로 이와 관련한 종래 기술로는 USB전원 잭을 이용하는 방식의 간이형 휴대기기용 충전기가 있었으나 이는 반드시 컴퓨터가 있어야 했고 또한 집이나 사무실을 나온 외출 시에는 갑작스런 통화량의 증가나 휴대용 통신기기의 사용량의 증대로 인한 밧데리 방전시 충전을 하려면 편의점이나 기타 휴대기기 충전소를 찾아야 했다. 이렇게 외부에서 충전을 할 경우에는 적어도 20분 이상 소요되어 급한 통화 혹은 전화번호부 확인 등에 대응할 수 없었다. 본 고안은 이러한 점에 착안 실내, 실외 언제 어디서나 휴대용 통신기기의 충전이 가능하도록 외부의 별도 휴대용 충전지를 이용한 긴급 통화가 가능케 하였고 또한 컴퓨터의 USB전원을 이용한 충전기능과 데이터 링크기능을 결합하여 어떠한 상황에서도 밧데리의 방전에 대처 할 수 있고 모바일기기와 컴퓨터와의 데이터통신 즉 데이터 링크도 가능토록 한 고안이다.

본 고안은 상기한 세 가지의 주요기능 즉 USB잭 전원을 이용한 충전과 USB 데이터 통신라인을 통한 모바일 통신기기와의 데이터 링크기능을 결합하고 더불어 임시 외부 충전지에 의한 긴급 통화가 가능케 하였다. 또한 휴대하고 다닐 수 있도록 최소화하는데 중점을 두었다. 휴대용 통신기기의 밧데리는 전기적 특성상 폭발이나 파손 등의 우려가 있는 만큼 본 고안에서는 USB전원을 이용한 충전시 전류제한 및 정전압방식의 충전 회로를 구비하였다. 또한 컴퓨터의 USB는 USB 마스터 작용을 하며 휴대용 기기의 USB는 USB 슬레이브 기능을 수행함으로 이를 이용 USB잭이 연결되면 컴퓨터와 휴대용 통신기기간 USB 데이터 통신이 가능토록 회로적으로 USB 데이터 통신라인인 D-와 D+를 상호 연결하였다. 그리고 외부 충전지에 의한 휴대용 통신기기의 임시 충전의 경우에도 전류제한용 소자를 적용하여 두 밧데리간의 직접적 연결에 의한 과전류 현상을 방지하여 안정적인 사용이 가능토록 하였다. USB잭을 이용한 충전 시에는 휴대용기기의 밧데리에 충전이 완료되었을 경우에 별도의 표시장치를 구비하여 충전완료 여부를 나타낼 수 있도록 하였다.

도 1은 본 고안의 전체 블록다이어그램(100)으로 전체 구성을 보면 컴퓨터와 접속될 USB잭(10)의 USB 직류전원(5V)으로 부터 정전압/전류제한방식 충전 동작을 하는 충전제어부(20)와 외부 충전지(60)로 부터 임시충전을 위한 전류 제한저항(R1)과 모바일 통신기기의 크래들(40)이 상호 유기적으로 연결 구성되어 있으며 본 고안의 장치가 컴퓨터와 휴대용기기간에 연결되어져 데이터 링크기능을 수행할 시의 데이터 통신의 상태를 표시하기 위한 LED구동부(70)를 주요구성으로 한다. 우선 컴퓨터의 USB잭(10)을 이용한 충전기능에 대해 그 동작을 보면 본 고안의 시스템(100)의 USB잭(10)이 컴퓨터의 USB잭과 연결되면 컴퓨터의 USB잭으로 부터 직류전압(5V)이 나오며 이를 본 고안에서는 (USB_B+)라고 한다. 상기한 (USB_B+)는 충전제어부(20)의 전류/전압제어부(21)로 입력되고 스위칭부(22)를 거쳐 전류량 검출부(23)을 거쳐 모바일 통신기기의 크래들(40)의 밧데리 전원 양극(PB1+)단자로 연결되며 이에 따라 모바일 통신기기의 밧데리(50;HP_BAT)쪽으로 충전이 이루어지며 이때 통상적 충전 직류전압은 4.1V~4.2V 내외이다. 그리고 충전이 완료되면 더이상 충전전류가 흐르지 않게 되고 따라서 전류량 검출부(23)에서 이를 감지하여 바로 전 단계의 스위칭부(22)에 제어신호를 보내어 스위치를 개방하여 더이상 충전작용을 하지 않는다. 이때 전류량 검출부(23)에서는 LED표시장치(LED1)에 제어신호를 보내어 LED표시장치(LED1)를 오프시켜 충전이 완료 됐음을 알려준다. 상기한바와 같이 모바일 통신기기의 크래들(40)을 통한 밧데리(50;HP_BAT)로의 충전이 가능할 뿐만 아니라 본 고안의 외부 충전지(60)에도 충전이 가능토록 하도록 하기 위해 크래들(40)의 밧데리 양극(+) 단자(PB1+)는 외부 충전지(60)로도 저항(R1)을 매개하여 연결되어 있다. 따라서 컴퓨터의 USB 전원을 이용한 충전은 모바일 통신기기쪽은 크래들(40)을 통하며 본 고안의 외부 충전지(60)쪽은 저항(R1)을 통해 양방향으로 이루어진다. 물론 이때의 어느 한쪽의 밧데리가 완충이 되어있다면 그쪽으로는 충전이 더이상 이루어지지 않고 충전이 필요한 밧데리 쪽으로만 충전작업이 이루어질 것이다. 따라서 보편적 충전 전류용량보다는 다소 높게 충전전류의 최대 상한을 정해야 할 것이며 각 밧데리가 허용하는 최대 충전 전류범위를 넘어서는 안되도록 설정되어야 한다. 그리고 전류제한용 저항(R1)은 수옴 정도 값을 사용하며 이는 외부 충전밧데리(60)와 모바일 기기의 밧데리(HP_BAT;50)가 직접 직렬 연결되면 높은 전위에서 낮은 전위 쪽으로 과전류가 흘러 밧데리 손상이 발생함으로 이를 방지하기 위해 구비하였다. 외부 충전지(60)를 이용한 임시충전 및 모바일기기 사용에 관한 동작을 보면 우선 USB잭(10)은 연결되어있지 않는 상태이며 모바일기기의 밧데리(HP_BAT;50)가 방전되어 기기를 사용할 수 없는 정도일 경우에 본 고안의 장치를 휴대폰의 24핀 표준 콘넥터에 연결하면 외부 충전지(60)로 부터 전류제한저항(R1)을 경유하여 모바일 기기의 밧데리(HP_BAT;50)쪽으로 전원이 공급되어지며 이때 충전도 동시에 이루어져 실제 모바일 통신기기를 단 몇 분 정도는 사용이 가능하게 되는 것이다. 이러한 임시 사용의 시간은 외부 충전지(60)의 용량에 따라 다소의 차이가 있을 것이다. 본 고안에서는 휴대성과 이동성을 고려하여 소용량의 것을 적용하였으나 충전 밧데리의 기술에 따라 좀더 작고 고용량의 것을 적용할 수도 있는 것이다. 본 고안의 USB잭(10)이 컴퓨터와 연결 접속되고 크래들(40)에 모바일 기기가 접속되면 USB데이터 통신이 가능한데 이를 가능케 하기 위해 USB잭(10)의 데이터 통신라인(D-, D+)이 크래들(40)의 USB 통신라인(DM, DP)에 상호 연결 구성하였다. 즉 데이터 링크 기능이 수행되는 것이다. 이러한 데이터 링크의 상태를 표시하기 위해 USB 통신라인(DM, DP)의 어느 한쪽 데이터라인을 이용, 고속의 로직데이터를 적분기를 주요 구성으로 하는 LED 드라이버(70)를 구비하여 사람의 시각이 인지할 수 있을 정도의 낮은 주파수로 변환한 후 표시장치(LED2)를 스위칭 트랜지스터(Q3)를 이용해 점멸 시키도록 구성하였다.

일반적으로 모바일 기기의 밧데리가 방전되면 통상 약 3V 내외의 직류전압을 형성하며 외부 충전지는 완충되면 약 4V 내외의 전압이 걸린다. 따라서 양 밧데리간의 최대 직류전위차가 1V 내외임으로 전류제한 저항(R1)은 휴대용 통신기기의 밧데리에서 일반적으로 권장하고 있는 최대 충전전류 500mA~750mA에 맞추기 위해 1옴~2옴 내외의 전류제한저항(R1)을 적용하였다.

도 2는 본 고안의 USB통신 상태표시용 데이터변환 구성도를 나타내는 것으로 데이터 링크의 상태를 표시하기 위해 USB 통신라인(DM, DP)의 어느 한쪽 데이터라인으로부터의 신호는 고속의 로직데이터 형태(71)를 취하고 있으며 이를 적분기를 주요 구성으로 하는 LED 드라이버(70)를 통해 출력하면 사람의 시각이 인지할 수 있을 정도의 낮은 주파수로 변환이 된다. 이렇게 변환된 신호(72)를 스위칭 트랜지스터(Q3)의 베이스에 입력하면 표시장치(LED2)가 점멸되게된다. 본 고안에서는 USB 데이터 통신 두 라인중 양극 데이터 라인(DP)을 이용하고 있다. 즉 본 고안의 장치가 컴퓨터와 모바일 기기간 상호 연결되어져 데이터 통신을 수행할 경우 사용자가 쉽게 데이터 통신이 정상적으로 되고 있음을 인지 할 수 있도록 하였다.

도 3은 본 고안의 실시예를 나타내는 것으로 외부 충전지(60)의 밧데리 전압(PB+)쪽과 제 2크래들(45)의 밧데리단자쪽으로 저항(R2)을 매개로 연결하여 2개의 크래들(40,45) 양쪽중 어느 한쪽에 모바일기기를 연결하면 임시 충전 및 긴급 통화가 가능케 함과 더불어 만약 상기한 임시 충전 및 긴급 통화기능의 사용시간이 많아져 외부 충전지(60)이 완전히 방전되었을 경우는 더이상 휴대 통신기기의 사용이 불가함으로 밧데리 양이 충분한 다른 휴대폰과의 제 1 크래들(40)과 제 2 크래들(45)를 매개로 한 연결에 의해 임시 충전 및 통화가 가능토록 한 본 고안의 실시 예이다. 이러한 제 2크래들(45)쪽에도 USB 데이터 통신 및 통신 상태 표시를 위해 본 고안의 USB잭(10)의 USB 데이터용 단자(D+, D-)와 제 2크래들(45)의 USB 통신 포트(DP, DM)와 연결구성 하고 또한 LED드라이버(70)에 (DP)라인도 연결 구성하였다. 상기한바와 같이 제 1 크래들(40)과 제 2 크래들(45)을 매개로 한 연결에 의해 임시 충전 및 통화기능의 경우 충분한 전류 전달을 위해 전류 제한 저항 (R2)을 저항(R1)값과 거의 유사한 값 즉 1옴~2옴 내외로 하고 있다.

상기한 바와 같이 본 고안은 모바일 폰이나 PDA같은 휴대용 기기에 임시 외부 충전지를 이용한 긴급 충전이나 통화가 가능하며 컴퓨터의 USB(Universal Serial BUS)잭의 전원을 이용한 모바일 기기의 충전기능을 결합함과 아울러 USB잭을 통한 컴퓨터와 모바일 기기간의 데이터 교환 즉 데이터 링크 기능이 가능하다. 따라서 본 고안은 이러한 통합기능을 가진 기기를 초소형화 하여 모바일 기기와 같이 휴대하여 다닐 수 있도록 함으로서 컴퓨터가 없는 곳에서는 본 고안의 외부 충전지를 이용하여 휴대 통신기기의 임시 충전과 통화가 가능하며 실내나 사무실같이 컴퓨터가 있는 곳에서는 컴퓨터의 USB잭의 전원을 이용하여 편리하게 충전이 가능토록 하여 언제 어디서나 휴대 통신기기의 급작스런 밧데리 방전에 대비할 수 있으며 더불어 모바일 기기와 컴퓨터와의 테이터 통신도 가능케 하여 인터넷을 무선으로 사용한다거나 컴퓨터의 데이터(주소록, 편지, 스켸쥴..)와 휴대기기 데이터의 상호 교환도 가능토록 함으로서 통합형 휴대 통신기기용 기능성 액세서리의 역할을 다 할 수 있다.

도 1 본 고안의 전체 블록다이어그램

도 2 본 고안의 USB통신 상태표시용 데이터변환 구성도

도 3 본 고안의 실시예

Claims (2)

1. 컴퓨터의 표준인터페이스인 유니버셜시리얼버스(USB)잭을 이용한 휴대용 통신기기 충전 및 유니버셜시리얼버스(USB)방식 데이터 통신장치에 있어 컴퓨터의 USB잭의 직류전원으로 부터 휴대용 통신기기에 충전작용을 하기 위한 정전압과 전류제한 특성을 갖고 전류 검출방식에 의한 충전 경로 차단기능을 가진 충전제어부와 상기한 충전 제어부는 충전 완료 표시를 하기 위한 표시장치 출력부를 구비하며 상기한 충전 제어부로 부터의 최종 출력은 휴대용 통신기기의 크래들의 밧데리 전원단자핀에 접속되며 상기한 컴퓨터와의 USB 데이터 통신을 위해 휴대용 통신기기와 컴퓨터 측의 USB 데이터 통신라인(D+, D-)이 각각 연결 구성되며 데이터 통신상태를 표시하기 위해 상기한 USB 데이터 통신라인중 하나의 데이터선을 이용, 표시장치를 점멸하게하는 표시장치 구동부, 그리고 임시 충전 및 통화를 위해 외부 충전지와 상기한 충전 제어부의 출력 그리고 통신기기 크래들의 밧데리단자와 상호 연결 구성된 것을 특징으로 하는 외부 밧데리를 이용한 충전기능을 겸비한 유에스비 전원을 이용한 간이형 충전 및 데이터 링크 시스템.
2. 청구항 1항에 있어 모바일 기기간 임시 충전을 가능케 하기 위해 충전제어부의 출력과 제 1 크래들과 제 2 크래들의 각각의 밧데리 단자와 외부 충전지의 출력단과 전류제한 소자를 매개로 연결 접속된 것을 특징으로 하는 외부 밧데리를 이용한 충전기능을 겸비한 유에스비 전원을 이용한 간이형 충전 및 데이터 링크 시스템