KR20040072544A - 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블 - Google Patents

전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블 Download PDF

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage

Abstract

본 발명은 휴대폰 등 각종 단말기용 데이터 통신 케이블에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 충전가능 데이터 케이블에 접속되는 전원공급원을 자동으로 인식하여 사용하는 전원에 맞게 충전전류를 제어함으로써 과부하 및 충전 오동작을 최소화하여 안정적인 충전기능을 수행할 수 있도록 하는 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 단말기와 PC간에 데이터를 교환하고, 충전 전류를 입력받아 단말기의 베터리를 충전하기 위한 데이터 포트 및 USB 포트와 상기 개인용 컴퓨터 또는 전원 공급기에서 입력받은 충전 전류를 데이터 포트로 출력하고, 상기 데이터 포트에서 입력받은 단말기 데이터를 USB 포트로 전달하는 케이블 및 상기 USB 포트에 접속되는 전원공급원을 자동으로 인식하여 충전 전류를 조절하는 충전회로부를 포함한다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명에 따른 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블은, 충전형 데이터 케이블에 접속되는 전원공급원을 자동으로 인식하여 사용하는 전원에 맞게 충전전류를 조절함으로써 과부하 및 충전 오동작을 최소화하여 안정적인 충전기능을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블{Power Supply Source Automatic Cognition and Charging Type Data Communication Cable}
본 발명은 이동통신기기 등의 데이터 통신 케이블에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 충전 가능한 데이터 케이블에 접속되는 전원공급원을 자동으로 인식하여 사용하는 전원에 맞게 충전전류를 조절함으로써 과부하 및 충전 오동작을 최소화하여 안정적인 충전기능을 수행할 수 있도록 하는 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블에 관한 것이다.
일반적으로, 데이터 전송을 위해 주로 사용되는 통신 포트의 종류로는 범용 직렬 버스(USB ; Universal Serial Bus)와 범용 비동기화 송수신기(UART ; Universal Asynchronous Receiver Transmitter)등이 있는데, USB는 IBM을 비롯한 7개사가 공동으로 제안한 주변기기 접속 인터페이스 규격으로서, 여러 주변장치들을 개인용 컴퓨터에 접속하기 위한 인터페이스의 공동화를 목적으로 사용된다.
이와 같은 USB 포트는 주변기기 등을 개인용 컴퓨터와 연결할 때 소프트웨어나 하드웨어를 별도로 설정할 필요 없이 대부분의 주변 기기를 접속할 수 있기 때문에 포트수를 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 설치가 간편하고 휴대형 컴퓨터의 소형화가 가능하게 되는 장점이 있다.
또한, 상기와 같은 USB 포트는 주변기기의 구동에 필요한 전원을 공급하여 접속되는 주변기기가 별도의 전원이 없어도 작동할 수 있도록 USB규격으로 5V, 500mA의 전원을 공급하고 있다.
이동통신기기 등의 발전에 따라 이들 기기는 단일기기로서만 이용되는 것이 아니라 PC등 주변기기와 연동하여 이용되는 경우가 늘어나게 되었고 이에 필요한 통신 수단으로서 USB 방식이 사용되고 있으며 USB 통신방식에서 제공하고 있는 전원을 이용하여 통신과 함께 이들 기기의 베터리를 충전하는 USB충전형 케이블이 사용되고 있다.
그러나, 이들 USB충전형 케이블을 이용하여 PC와 단말기 사이에 USB 통신과 동시에 충전을 할 경우 단말기의 베터리 용량이 500mA이하인 저용량 베터리의 충전은 가능하나 그 이상의 용량을 가지는 베터리의 충전은 전류 용량의 부족으로 어렵게 되는 문제점이 있다.
또한, USB 포트에서 500mA이상의 전류를 사용하게 되면 USB 포트에 과부하가 발생하여 통신 중 통신이 끊어지는 문제와 PC가 정지(오류발생) 또는 재부팅 되는 현상이 발생되는 문제점이 있다. 그러므로, 큰 용량의 베터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전기와 별도의 충전을 위한 케이블을 준비하여야 하는 불편이 있는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 USB충전형 케이블이 가지고 있는 충전용량의 제한을 극복할 수 있도록 하기 위하여 충전형 데이터 케이블에 접속되는 전원공급원을 자동으로 인식하여 베터리의 용량이 변화됨에도 불구하고, 과부하 및 충전 오동작을 방지하면서 안정적인 충전기능을 수행할 수 있도록 하는 전원 공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블을 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블을 나타낸 외관도.
도 2는 본 발명에 따른 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블의 전체적인 구성을 보인 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블의 구체적인 구성을 예시한 전체 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101: 데이터 포트 102: 케이블
103: USB 포트 104: 휴대폰 입출력 포트
105: PC의 USB 포트 106: 전원 공급기의 USB 포트
107: 충전회로부
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 단말기와 데이터를 교환하고, 충전 전류를 단말기로 공급하는 데이터 포트와, 데이터를 단말기와 외부 개인용 컴퓨터로 전달하고 상기 개인용 컴퓨터로부터 충전 전원을 공급받거나, 외부의 전원 공급기로부터 충전전원을 공급받는 USB 포트와, 상기 개인용 컴퓨터 또는 전원 공급기에서 입력받은 충전 전원을 충전 전류로 변환하여 상기 데이터 포트로 출력하고, 상기 데이터 포트에서 주고받은 단말기 데이터를 상기 USB 포트로 전달하는 케이블 및 상기 USB 포트에 접속되는 전원공급원을 자동으로 인식하고, 또한 충전 전류도 자동 변환 조절하는 충전회로부로 구성된 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블을 제안한다.
이에 따라 본 발명은 USB포트와 데이터 포트간에 원활한 데이터 교환은 물론이려니와, USB포트를 통하여 공급되는 전원을 충전회로부에서 자동으로 인식하여 최적의 충전 전류를 데이터 포트로 출력시켜 안정적인 충전이 가능하게 되는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블을 나타낸 외관도로서, 본 발명은 데이터 포트(101)와 USB 포트(103) 사이에 케이블(102) 및 충전회로부(107)가 연결되어 있다.
이에서, 데이터 포트(101)는 입출력 포트(104)를 통해 휴대폰인 단말기로부터 데이터를 주거나 받고 충전 전류를 단말기로 공급하는 역할을 하며, 이때 상기 단말기 입출력 포트(104)와 데이터 포트(101)의 연결 수단으로는 일례로서 통상 한국정보통신기술협회(TTA;Telecommunications Technology Association)가 인증한 표준형 24핀 콘넥터가 사용될 수 있다.
또한, USB 포트(103)는 상기 데이터 포트(101)를 통해 입력된 단말기의 데이터를 개인용 컴퓨터(도시되지 않음)에 내장된 외부 USB 포트(105)로 전달하고 상기 개인용 컴퓨터로부터 충전 전원을 공급받거나, 통상 어댑터(Adapter)로 통칭되는 외부의 전원 공급기(106)로부터 충전 전원을 공급받는 기능을 한다.
본 발명은 또한, 상기와 같은 데이터 포트(101)와 USB 포트(103)를 서로 접속하여 데이터와 전원을 전송하는 케이블(102)을 포함하여 구성되어, 휴대폰 입출력 포트(104)와 연결된 데이터 포트(101)를 통해 단말기로부터 데이터를 상기 케이블(102)을 거쳐 USB 포트(103)와 연결된 개인용 컴퓨터의 외부 USB 포트(105)로 전달하거나 개인용 컴퓨터의 외부 USB 포트(105)에서 충전 전원을 공급받아 데이터 포트(101)를 통해 충전 전류를 단말기로 공급하는 역할을 한다.
또한, 충전회로부(107)는 상기 데이터 포트(101)와 접속되어 정상적인 충전을 위해 USB 포트(103)를 통하여 외부의 전원공급기(106)와 접속되어 충전 전류를 단말기로 공급할 경우 이를 자동으로 인식하여 사용하는 전원 및 베터리의 용량에 맞게 충전전류를 변환, 조절함으로써 과부하 및 충전 오동작을 최소화하여 안정적인 충전기능을 수행할 수 있도록 하는 기능을 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블의 블록도이다.
이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전원라인(USB Power)는 개인용 컴퓨터의 외부 USB 포트(105)와 본 발명의 USB 포트(103)가 연결되면 DC+5V를 입력받아 파이(π)형 필터 회로를 통과하여 리플(ripple) 및 잡음(noise)을 감소시켜 안정된 정전압 전원을 데이터 포트(101)에 연결된 단말기에 공급한다.
이에 따라, 평활되고 안정된 정전압이 데이터 포트(101)을 통하여 단말기로 공급되는데, 예를 들면, 표준형 24핀 콘넥터의 16번 핀을 통해 단말기에 DC+5V가 인가되면 단말기는 USB 데이터 케이블이 접속된 것으로 인식하여 USB 통신 모드로 전환되며, USB 데이터 라인(USB Data+,USB Data-)의 노이즈 필터(noise filter)를 통하여 개인용 컴퓨터와 휴대폰을 연결시켜 데이터 교환이 가능하게 하는 것이다. 이와 같이, 표준형 24핀 커넥터가 휴대폰인 단말기와 연결되면 도3으로 보인 상세 회로도로 보인 바와 같이, 베터리의 ID저항단자(BAT_ID)를 통하여 베터리의 ID 전압값이 비교기(U1A)의 비반전 입력단에 입력되며, 이는 반전 입력단의 기준 전압값과 비교된다. 이에 따라, 베터리가 연결된 순간 비반전 입력단의 전압값이 로우레벨로 낮아 지므로, 반전 입력단의 전압값보다 작아져 비교기(U1A)의 출력은 하이레벨상태에서 로우레벨상태로 상태반전되고, 그 결과 그 출력에 연결된 트랜지스터어레이(Q1)의 B단자에 로우레벨신호가 인가되어 트랜지스터어레이(Q1)의 일측트랜지스터가 턴오프되고, 그 결과 VCC전압이 충전기 집적회로(Charger IC(U2))의 EN-NTC단자에 인가되어 작동을 개시 시킨다.
이와 아울러, 베터리 ID저항이 비교기(U1B, U1D)의 반전단자에 인가된다. 이에 따라, 베터리의 ID저항 값에 따라, 상이한 전압이 반전단자에 인가되는 것이며, 이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 예를 들면, 베터리의 용량에 상응하여 베터리 ID저항을 < 표1 >로 예시한 바와 같이 용량에 따라, 3가지로 설정한다.
BAT_ID 저항 설정 전류
27KΩ 450 mA ±50 mA
4.5KΩ 750 mA ±50 mA
1.5KΩ 900 mA ±50 mA
< 표 1> BAT_ID에 따른 전류 허용값
이러한 상기 ID저항단자(BAT_ID)의 저항값 검출은 기준전압을 비교기(U1B, U1D)의 입력단자에 함께 연결하여 ID 저항값에 따라 인가되는 전압값에 의하여 검출되는 것이다. 그러므로, 예를 들어 현재 ID저항단자(BAT_ID) 저항값이 27kΩ인 경우에는 저항값이 높으므로, 반전 입력단자의 값이 하이레벨이 되고, 그 결과 비교기(U1B)와 비교기(U1D)의 출력이 모두 로우레벨상태가 되어 트랜지스터어레이(Q2)가 모두 턴오프되므로, 충전기 집적회로(U2)의 IPRBM단자와 접지 사이에 저항 (R12, R15)가 병렬접속되고, 이와 저항 (R13, R14)가 직렬 연결되어, 상기 충전기 집적회로(U2)의 IPRBM단자와 접지사이에는 가장 높은 저항값이 걸리는 상태가 된다. 그러므로, 충전기 집적회로(U2)는 이러한 상태에 대응하여 미리 설정된 출력인 4.2V/450mA의 정전압을 출력시킨다.
그러므로, 소용량인 베터리를 아무런 무리없이 정상적으로 충전할 수 있게 된다. 또한, ID저항단자(BAT_ID) 저항값이 4.5kΩ이면 종전의 경우 보다 비교기(U1B, U1D)의 입력 전압값이 낮아지므로, 비교기(U1B)출력이 하이레벨이 되어 트랜지스터어레이(Q2)의 B측 트랜지스터를 턴온시켜 병렬접속된 저항(R12, R15)과 저항(R13)이 충전기 집적회로(U2)의 IPRBM단자와 접지사이에 연결된다. 이에 따라, 상기 충전기 집적회로(2)는 미리 설정된 출력 값인 4.2V/750mA의 정전압을 출력시킨다. 또한, ID저항단자(BAT_ID) 저항값이 1.5kΩ이면 비교기 (U1B)의 출력과 비교기(U1D)의 반전입력단자 전압이 모두 로우레벨이 되므로, 그 출력이 공히 하이레벨이 되어 트랜지스터 어레이(Q2)의 A,B측 트랜지스터 모두가 턴온되므로, 충전기 집적회로(U2)의 IPRBM단자와 접지 사이에 등가적으로 볼때 병렬저항(R12, R15)만이 연결되고, 그러므로, 상기 충전기 집적회로(U2)는 4.2V/900mA의 정전압을 출력시킨다.
아울러, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 베터리의 ID저항에 의하여 비교기(U1A)의 비반전단자 전압이 낮아지면서 트랜지스터 어레이(Q1)의 B측 트랜지스터가 턴오프되어 충전기 집적회로(U2)의 EN-NTC단자에 하이레벨의 전압이 인가되면, 충전기 집적회로(U2)는 사용자의 편의를 위하여 CHRGB단자로 하이레벨 신호를 출력시키게 되며, 이에 따라, 녹색 LED(L1)은 소등되고, 트랜지스터어레이(Q1)의 트랜지스터가 턴온되어 적색 LED(L2)가 턴온되는 상태로 된다. 이러한 일련의 동작은 충전대기시 녹색LED(L1)가 점등되어 있다가 표준형 24핀 커넥터에 단말기가 연결되면 베터리의 ID저항이 연결됨에 따라, 전술한 바와 같이 적색 LED(L2)가 점등되어 충전상태임을 나타낸다. 이러한 상태로 충전이 진행되고, 종료되면 충전을 제어하는 충전기 집적회로(U2)가 CHRGB단자의 출력을 다시 로우레벨로 저하시킴으로써 다시 녹색LED(L1)를 점등시켜 충전 종료를 알려주는 것이다.
또한, 본 발명에서는 개인용 컴퓨터의 외부 USB 포트(105) 5번 핀이 데이터 통신과정에서 주변의 노이즈를 차단하기 위하여 본체에 실드(shield)되어 있으므로이를 이용하여 비교기(U1C) 및 저항으로 검출 회로를 구성하였다. 즉, 도시된 바와 같이 비교기(U1C)의 비반전 입력단자에 기준전압을 인가시키고 반전 입력단자에 USB 포트(103)의 연결상태에 따라 전압을 변동시켜 상기 비교기(U1C)의 출력레벨을 제어함으로써 트랜지스터어레이(Q3)를 통제하여 전류를 제어한다.
즉, 개인용 컴퓨터의 외부 USB 포트(105)가 USB 포트(103)에 접속되면 USB포트(103)의 4번과 5번이 실드로 연결되어, 상기 저항(R18)이 실드를 거쳐 접지되므로, Vcc 전압이 저항(R5,R18)에 의하여 전압분배가 이루어지고 저항(R18)에 분배된 전압값은 비교기(U1C)의 반전 입력단에 입력된다. 그리고 비교기(U1C)의 비반전 입력단은 Vcc 전압이 저항(R19,R20)에 분배되어 저항(R20)에 분배된 전압값이 인가된다.
이때, 저항(R20)에 분배되는 전압값은 저항(R19)을 거친 후 직접 인가되며, 이는 저항(R18)의 전압보다 높게 접속되어 있는 반면, 저항(R5)의 일단은 저항(R18)에 의하여 접지되어 있으므로, 비교기(U1C)의 비반전입력단자의 전압이 반전입력단자의 전압보다 높게 되어 그 출력이 하이레벨 상태로 되고, 이에 따라, 트랜지스터 어레이(Q3)의 양측 트랜지스터가 모두 턴온되어 비교기(U1B, U1D)의 출력을 강제로 접지 레벨인 로우레벨로 만든다.
이에 따라, 베터리 ID에 관계없이 트랜지스터어레이(Q2)의 트랜지스터가 모두 턴오프상태이기 때문에 위에서 설명한 바와 같이 충전 집적회로(U2)의 IPRBM단자와 접지 사이에 직병렬 접속된 저항(R12, R13, R14, R15)이 모두 연결되며, 상기 충전 집적회로(U2)는 이러한 상태에서 미리 설정된 바와 같이 4.2V/450mA의 정전압을 출력시키게 되므로, 소용량 베터리 충전 상태로 안정적인 충전이 가능하게 된다. 그러므로, PC의 전원을 이용하여 소용량 베터리를 충전시킬 수 있게 됨은 물론이려니와, 대용량인 베터리의 경우에도 다소 완만한 속도로 정상 충전 시키면서, 안정된 상태로 원활한 데이터 통신을 할 수 있게 되는 것이다.
이와는 달리, 전원 공급을 위하여 어댑터등 외부의 전원 공급기가 연결된 경우에는 전원 공급기의 USB포트(106)는 실드 되어있지 않아 USB포트(103)의 4번과 5번이 단절되어 있다.
따라서, 저항(R18)의 일단이 접지와 분리되어 비교기(U1C)의 반전 입력단자에 연결된 저항(R5) 일단의 전압이 저항(R18)에 의하여 접지되어 강하됨이 없으며, 그대로 Vcc 전압이 비교기(U1C)의 반전 입력단자에 인가되어 비교기(U1C)의 출력은 로우레벨 상태로 되는 것이다.
이에 따라, 이에 연결된 트랜지스터어레이(Q3)의 양측 트랜지스터가 모두 구동되지 않고 턴오프상태로 있게 된다.
이때에는, 전술한 바와 같이 베터리 ID 저항값에 따른 비교기(U1B,D)의 출력 상태에 의하여 트랜지스터어레이(Q2)의 트랜지스터를 전술한 바와 같이 선별적으로 또는 동시에 동작시켜 충전기 회로(U2)의 IPRBM단자와 접지 사이에 연결되는 저항값(R12, R13, R14, R15)이 전술한 바와 같이 접속 변경되면서 설정된 정전류가 공급됨으로써, 외부의 전원공급기에 의하여 베터리의 용량이 큰 경우에도 안정적이고, 신속하게 충전될 수 있도록 충분한 최적의 충전전류가 출력된다.
이에 따라 본 발명은 대용량의 베터리 충전시는 별도의 충분한 충전전류를 공급할수 있는 별도의 외부 전원공급기(출력이 USB어댑터 형식을 가진 것)를 이용하고 데이터통신과 충전이 필요한 경우는 PC와 연결하여 사용할 수 있도록 하였으며, 이 경우 상기 두가지 경우에 모두 전원공급원을 자동으로 인식하여 외부 전원공급기를 연결한 경우에는 베터리에서 요구하는 충전전류용량에 상응하여 충분한 전류를 공급하여 신속하고 안정된 충전이 가능하도록 하고, PC와 연결된 경우에는 데이터 통신에 장애를 주지 않도록 정전류를 공급하여 데이터 통신과 충전 기능이 모두 안정적으로 실시될 수 있게 되는 것이다.
이에 따라, 본 발명은 전원공급원이 PC일 때는 베터리용량에 따른 ID 저항값(27KΩ, 4.5KΩ, 1.5KΩ : TTA 규격에 준함)에 관계없이 낮은 전류(450mA ± 50mA)로 충전이 이루어지고, 전원공급기 일 때는 베터리 ID 저항값을 인식하여 베터리 용량에 맞는 충전전류(450mA, 750mA, 900mA ±50mA)로 충전을 하게 되는 것이다.
따라서 PC와 단말기의 USB 통신 중에는 최적 전류로 단말기의 베터리가 충전이 되어 DATA 송수신중 통신이 끊어지는 현상과 PC가 다운(오류발생) 또는 재부팅 되는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이고, 외부의 전원공급기 사용시는 베터리 ID저항값에 의한 충전전류 값으로 충전을 하여 급속충전이 가능하게 되는 것이다.
이와같이 하여 본 발명은 충전형 데이터 케이블에 접속되는 전원공급원을 자동으로 인식하여 사용하는 전원에 맞게 충전전류를 조절함으로써 PC연결의 경우에는 안정적 데이터 통신과 안정된 충전이 가능하도록 하고, 외부의 전원 공급기인 경우에는 신속한 충전이 가능하게 되어, 편리하게 사용할 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 단말기와 개인용 컴퓨터 사이에 상호 데이터를 교환하고, 충전 전류를 단말기로 공급하기 위한 USB포트(103)와 데이터 포트(101)를 구비하여서 된 공지의 것에 있어서,
    상기 USB포트(103)의 USB 접지단자와 실드 단자에 저항값이 상이한 복수개의 저항(R5,R18,R19,R20)을 연결하고, 이와 비교기(U1C)의 입력을 연결하며, 그 출력으로 스위칭 되는 트랜지스터어레이(Q3)와,
    베터리의 ID저항과 연결되는 반전단자와, 복수개의 직렬저항(R1,R2,R3,R4,R6)에 연결된 비반전단자를 구비하여서 된 비교기(U1B, U1D)의 출력이 연결되는 트랜지스터 어레이(Q2)와, 트랜지스터어레이(Q2)와 베터리에 충전전류를 공급하는 충전기 집적회로(U2)의 IPRGM단자 사이에 직병렬로 접속된 저항(R12,R15,R13,R14)을 연결함과 아울러, 전기 트랜지스터어레이(Q3)의 출력을 비교기(U1B, U1D)의 출력에 각각 연결하여서 됨을 특징으로 하는 전원공급원 자동 인식 충전형 데이터 통신 케이블.
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