KR20060013083A - 휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 컴퓨터에 있어서, 특히 대용량 배터리의 충전시 충전 회로 부품을 충전에 의한 온도로부터 보호할 수 있도록 한 휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법은, 휴대용 컴퓨터의 멀티 배터리의 충전에 있어서, 상기 배터리의 충전이 개시되어 급속 충전 모드로 충전을 수행하는 단계; 상기 급속 충전모드로 충전시, 충전 부품의 온도를 감지하는 단계; 상기 감지된 충전 부품의 온도를 부품 정격의 제한 온도와 비교하는 단계; 상기 충전 부품의 온도가 부품 정격의 제한 온도 이상이면 충전 전류를 감소시켜 충전을 수행하며, 정격 온도의 제한 온도 이하이면 정상 충전 모드로 충전을 계속 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

휴대용 컴퓨터, 배터리, 온도, 부품보호

Description

휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법{Protection method for charging circuit parts of portable computer}

도 1은 종래의 다중 배터리(Multi Battery) 충전장치를 나타낸 블록 구성도.

도 2는 도 1의 장치에서 이루어지는 다중 배터리 충전 예를 도시한 도면.

도 3은 배터리 충전시 최대전력이 필요한 시점을 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 다중 배터리의 충전 회로부품 보호장치를 나타낸 블록 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 휴대용 컴퓨터의 충전 회로부품 보호방법을 나타낸 플로우 챠트.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : AC 어댑터 20 : 스텝-다운 충전기

30 : 배터리 선택기 35 : 다중 배터리

40 : 시스템 로드 50 : 전류 제한기 & LDO

60 : 충전회로 부품 온도감지부

70 : 마이컴

본 발명은 휴대용 컴퓨터에 있어서, 특히 대용량 배터리의 충전시 충전 회로 부품을 충전에 의한 온도로부터 보호할 수 있도록 한 휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법에 관한 것이다.

노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 기기는, 어댑터를 이용하여 상용교류전원을 공급받거나 또는 배터리 팩을 이용하여 제품에서 필요로 하는 전원을 공급받는다. 이러한 휴대용기기는, 이동이 잦고 휴대용으로 이용되기 때문에 본체의 무게, 크기와 배터리 관리가 생명이다.

이와 같이 휴대용기기는, 어댑터 전원 외에도 배터리의 방전전원을 이용한 기기의 사용이 보편적이다. 때문에 상기 노트북 컴퓨터에 구비되는 배터리 팩이나, 휴대전화, PDA에 구비되는 배터리는 모두 충전이 가능한 충전형이라야 한다. 그리고 상기 배터리 팩 또는 배터리를 충전하기 위해서는 충전장치가 필요하다. 따라서 모든 휴대용기기의 경우, 자신의 배터리에 전원을 충전시키기 위한 충전장치를 구비하고 있다.

이하에서는 노트북 컴퓨터에 구비되고 있는 충전장치에 대해서 살펴보기로 한다.

도 1은 다중 배터리(Multi Battery)를 충전하기 위한 종래의 다중 배터리 충전장치를 도시한 것으로서, 입력되는 AC 전원을 시스템에 필요한 전원으로 변환하는 시스템 로드(System Load)(40) 등으로 유도하는 AC 어댑터(Adaptor)(10); 입력 되는 전원전압을 이용하여 장착된 배터리(35)를 충전하는 스텝-다운 충전기(Step-Down Charger)(20); 및 장착된 배터리를 선택하여 충전동작이 이루어지도록 하는 배터리 선택기(Battery Selector)(30)와, 외부 전원 및 배터리의 충전 전원을 턴 온/오프시켜 시스템 로드(40)에 공급하는 스위칭 소자(FET1, FET2)를 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되는 다중 배터리 충전장치에 있어서는, 다중 배터리를 사용할 경우에 방전 및 충전동작이 배터리 각각마다 독립적으로 이루어지게 되는데, 즉 하나의 배터리의 방전 및 충전이 종료되면 상기 배터리 선택기(30)가 다음 배터리로 파워 레일(Power Rail)을 전환시켜, 다음 배터리의 방전 및 충전동작이 이루어지도록 한다.

따라서, 듀얼 배터리(Dual Battery)의 경우에도 도 2에서와 같이 각 배터리(배터리A, 배터리B)의 충전동작이 독립적으로 이루어져, 배터리A의 충전이 종료되어야 배터리B의 충전을 시작하게 되므로, 총 충전시간은 배터리A의 충전시간(tA )+배터리B의 충전시간(tB )으로 장시간이 소요된다.

일반적으로, 충전장치의 설계시에는 충전전류를 설정하기 위해 먼저 시스템 로드(40)의 소모전력과 배터리 충전시 필요한 최대전력의 합이 상기 AC 어댑터(10)의 용량을 초과하지 않고 최대로 사용할 수 있는 상태가 되도록 설계하게 된다.

따라서 배터리 충전시에 필요한 전력이 최대인 순간은 도3에 도시한 바와 같이 정전류(CC : Constant Current) 모드에서 정전압(CV : Constant Voltage) 모드로 전환되는 시점인데, 리듐 이온(Li-Ion) 배터리의 충전시에 CC 모드에서 전류는 일정하고 전압이 증가하여 도 3에서와 같이 필요전력이 점차적으로 증가하지만, CV 모드에서는 전압이 일정하고 전류는 감소하므로 도 3에서와 같이 필요전력이 점차적으로 감소하게 된다.

그리고, 휴대용 컴퓨터는 상술한 바와 같이 장시간의 배터리 타임을 위해 멀티 배터리를 제공하는데, 기본 배터리 외에 옵션으로 대용량 배터리를 제공하고 있다.

종래 배터리의 충전 방식은 하나의 배터리를 충전하는 데, 통상 3시간 내 충전 완료를 위해 초기 CC 모드에서 보통 0.6C로 충전하게 된다. 이 경우 배터리의 용량이 커지면 초기 충전 전류도 커지게 된다. 여기서, 0.6C(Capacitor)에서 "C"는 한 시간으로 표현되는 배터리의 용량이다. 예를 들면, 2.4 Ah cell이라면, 1C는 2.4A를 의미합니다.

예를 들어, 기본 배터리의 셀 구조가 3S-2P(3Serial-2Parallel)이고 용량이 4000mAh라 하면 초기 충전 전류는 2.4A이나, 옵션으로 제공되는 3S-3P의 용량은 대용량인 6000mAh이고, 이 경우 초기 충전 전류는 3.6A이 된다.

이러한, 멀티 배터리의 충전시키는 충전 회로의 경우 기본 배터리뿐만 아니라 대용량 배터리를 빠른 시간 안에 충전하고자 보통은 충전 전류를 늘려서 충전하고 있다.

따라서, 충전 회로 부품의 온도는 기본 배터리 충전뿐 아닐, 대용량 배터리의 충전도 감당하여야 하기 때문에 부품의 정격이 높아져야 한다. 즉, 대용량 배터리에 맞추어 정격이 높은 부품들을 사용하여야 하는 문제가 있다. 또 부품 값들이 상승하게 된다.

그러나, 종래의 배터리 충전 로직에는 제한된 시간 안에 배터리를 충전하고자 보통 배터리 용량의 0.6C로 CC 모드 구간 동안 계속 충전하게 되어 있다. 이에 따라 충전 회로 부품의 온도 등 부품의 스트레스는 충전 로직에 포함되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 충전 부품의 스트레스 요인을 해소할 수 있도록 충전 회로 부품의 온도를 감지한 후, 부품 온도에 따라서 충전 전류를 제한함으로써, 급속 충전을 수행함과 동시에, 충전 회로 부품을 보호할 수 있도록 한 휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법은,

휴대용 컴퓨터의 멀티 배터리의 충전에 있어서,

상기 배터리의 충전이 개시되어 급속 충전 모드로 충전을 수행하는 단계;

상기 급속 충전모드로 충전시, 충전 부품의 온도를 감지하는 단계;

상기 감지된 충전 부품의 온도를 부품 정격의 제한 온도와 비교하는 단계;

상기 충전 부품의 온도가 부품 정격의 제한 온도 이상이면 충전 전류를 감소시켜 충전을 수행하며, 정격 온도의 제한 온도 이하이면 정상 충전 모드로 충전을 계속 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 충전 부품의 온도가 정격 온도의 80%이상이면 전류를 감소시켜 주는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 충전 부품의 보호 동작은 멀티 배터리 중 대용량 배터리의 충전시 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 다중 배터리(Multi Battery)의 충전 회로부품 보호 장치를 도시한 것으로서, 입력되는 AC 전원을 시스템에 필요한 전원으로 변환하여 시스템 로드(System Load)(40) 등으로 유도하는 AC 어댑터(Adaptor)(10); 입력되는 전원전압을 이용하여 장착된 배터리를 충전하는 스텝-다운 충전기(Step-Down Charger)(20); 및 장착된 배터리(35)를 선택하여 충전동작이 이루어지도록 하는 배터리 선택기(Battery Selector)(30)와; 상기 AC 어댑터(10)의 출력 전원 및 배터리의 방전 전원을 턴 온/오프시켜 시스템 로드(40)에 전달하는 스위칭 소자(FET1, FET2)와; 충전 전류 제한 및 출력 전압을 유지시켜 주는 전류 제한기 및 LDO(Current Limiter & Low Drop Out)(50)와, 상기 스텝-다운 충전기(20) 및 배터리 선택기(30) 등의 충전 회로 부품의 온도를 감지하는 충전회로 부품 온도 감지부(60)와, 상기 온도 감지부(60)의 감지된 온도값을 이용하여 상기 전류 제한기의 충전 전류를 제한하는 마이컴(70)을 포함하는 구성이다. 상기 LDO는 선형 조정기(Linear Regulator)이다.

상기와 같이 구성되는 다중 배터리의 충전 회로 부품 보호 장치에 대하여 첨 부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 다중 배터리 충전장치에 있어서는, 다중 배터리(35)를 사용할 경우에 방전 및 충전동작이 배터리 각각마다 독립적으로 이루어지게 되는데, 즉 하나의 배터리의 방전 및 충전이 종료되면 상기 배터리 선택기(30)가 다음 배터리로 파워 레일(Power Rail)을 전환시켜, 다음 배터리의 방전 및 충전동작이 이루어지도록 한다.

그리고, AC 어댑터(10)와 시스템 로드(40), 배터리 선택기(30)와 시스템 로드(40) 사이에는 스위칭 소자(FET1, FET2)를 각각 구비하여, 시스템이 외부 전원을 사용할 경우 제 1스위칭 소자(FET 1)를 턴-온시켜 주고, 배터리 전원을 사용할 경우 제 2스위칭 소자(FET 2)를 턴-온시켜 준다.

이러한 충전장치의 설계시에는 충전전류를 설정하기 위해 먼저 시스템 로드(40)의 소모전력과 배터리 충전시 필요한 최대전력의 합이 상기 AC 어댑터(10)의 용량을 초과하지 않고 최대로 사용할 수 있는 상태가 되도록 설계하게 된다.

본 발명은 충전장치가 적어도 듀얼 배터리(35)(배터리A, 배터리B)를 사용하는 데, 예들 들어 리듐 이온 배터리 A가 기본 배터리이며 셀 구조가 3S-2P이고 용량이 4000mAh일 때, 초기 충전 전류는 2.4A이다. 그리고 옵션으로 제공되는 배터리B가 대용량이며 셀 구조가 3S-3P의 용량은 6000mAh이고, 이 경우 초기 충전 전류는 3.6A가 된다.

이와 같이, 컴퓨터에서는 옵션으로 제공되는 배터리 용량이 대용량이고, 또 초기 충전 전류가 크게 되므로 상대적으로 충전 회로 부품의 온도가 증가하게 된 다. 이를 위해서, 충전 회로 부품의 온도는 기본 배터리의 충전뿐만 아니라, 대용량 배터리의 충전도 감당하여야 하기 때문에 부품의 정격이 높아지게 된다.

이와 같은 배터리의 충전이 개시되면 상기 스텝-다운 충전기(20)는 장착된 배터리 중 상기 배터리 선택기(30)에 의해 선택된 배터리A에 대해 CC(Constant Current) 모드 및 CV(Constant Voltage) 모드의 충전동작을 차례로 수행하게 된다.

즉, 배터리 충전시, 초기에는 정전류(CC : Constant Current) 모드로 충전한 후 정전압(CV : Constant Voltage) 모드로 전환하여 충전을 수행하게 된다. 상기 CC 모드에서 전류는 일정하고 전압이 증가하여 필요전력이 점차적으로 증가하며, CV 모드에서는 전압이 일정하고 전류는 감소하므로 필요전력이 점차적으로 감소하게 된다.

여기서, 배터리 용량의 70%정도까지는 CC 모드로 충전하고, 그 이후 완전충전까지는 CV 모드로 충전을 수행한다. 상기 CC모드는 0.6C로 정전류로 충전을 수행하고, CV 모드는 정전압에 맞추어 전류가 줄어들게 된다.

그러나, 대용량 배터리는 급속 충전시 상대적으로 충전 전류가 증가함에 따라 충전 회로 부품의 온도가 정격 온도 이상으로 상승하게 된다. 이때, 급속 충전 모드로 충전하는 정전류 모드로 동작 중 충전회로 부품 온도 감지부(60)는 충전 회로 부품들의 온도를 감지한 후, 마이컴(70)에 전달하게 된다.

상기 마이컴(70)은 충전 회로 부품의 정격 온도와 상기 감지된 온도를 비교한 후, 정격 온도의 80%를 넘을 경우 충전 회로 부품의 스트레스를 고려하여 전류 제한기 및 LDO부(50)를 제어하여, 전류를 제한시켜 준다. 즉, 정전류 모드에서의 충전 전류를 제한 예를 들면, 0.6C에서 0.4C로 충전 전류를 낮추어 준다.

여기서, 보통 부품의 온도 정격은 150℃ 정도이지만, 충전시 부품온도가 100℃ 정도를 넘지 않도록, 충전 전류를 낮추어 준다.

이후, 배터리(35)가 CV 모드로 충전 동작이 절환되는 지를 판단하여, CV 모드의 충전 동작이 아니면 상기 CC 모드로 충전 동작을 수행하고, CV 모드로 절환되면 CV 모드로 만 충전될 때까지 충전 동작을 수행하게 된다.

도 5는 본 발명의 휴대용 컴퓨터의 충전 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 대용량 배터리의 충전이 시작되면(S61), 어댑터 및 배터리가 정상인지를 확인한 후(S63), 정상이면 정전류 모드로 충전을 개시하게 된다(S65). 이때, 정전류 충전 모드인 급속 충전 모드의 충전 전류를 설정하여 충전을 수행하게 된다.

상기 급속 충전시, 충전회로 부품 온도감지부는 충전 회로 부품의 온도를 감지하여 마이컴에 전달하고(S67), 마이컴은 충전 회로 부품의 온도가 정격의 기준 범위 이하인지를 확인하게 된다(S69). 여기서, 충전회로 부품의 정격 온도 기준 범위는 예컨대 정격의 80%이다.

상기 확인결과, 충전 회로 부품 온도가 정격의 80%를 넘으면 충전 전류를 감소하게 된다(S71). 예컨대 급속 충전이 0.6C로 충전을 수행하고 있다가, 부품 온도가 정격 온도를 초과하면 0.4C로 충전을 수행하게 된다.

그리고, 충전 전류를 낮추어 충전하거나 급속 충전 모드로 계속 충전하던 중 정전압 모드로의 절환 구간인지를 확인한 후, 정전압 모드로 절환이 아니면 상기의 단계로 진입하고, 정전압 모드로 절환단계이면 정전압 모드로 절환한 후 정전압에 맞추어 전류를 줄인 다음 만 충전까지 충전 동작을 수행하게 된다.

이때, 배터리의 만 충전 여부를 확인한 후(S73), 만 충전이 아니면 상기의 동작을 반복하게 되며, 정전류 모드 또는 정전압 모드로의 절환은 충전회로에 의해 이루어지고, 또 만 충전이면 충전 동작을 종료하게 된다(S75).

여기서, 기본 배터리를 충전시간을 만족하는 부품 정격으로 최적화될 경우, 대용량 배터리의 충전 전류가 제한되면 부품 사이즈 및 단가를 줄 일수 있다. 또 노트북 컴퓨터의 충전시 전체 온도를 줄이는 효과가 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법에 의하면, 충전 회로의 주요 부품의 온도의 감지를 통해 대용량 배터리의 충전에 따른 부품 온도를 감지하여, 충전 전류를 줄여주도록 함으로써, 부품 스트레스를 줄이고 정격의 기본 배터리 충전 시간으로 최적화하며 부품 단가에도 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 휴대용 컴퓨터의 멀티 배터리의 충전에 있어서,

   상기 배터리의 충전이 개시되어 급속 충전 모드로 충전을 수행하는 단계;

   상기 급속 충전모드로 충전시, 충전 부품의 온도를 감지하는 단계;

   상기 감지된 충전 부품의 온도를 부품 정격의 제한 온도와 비교하는 단계;

   상기 충전 부품의 온도가 부품 정격의 제한 온도 이상이면 충전 전류를 감소시켜 충전을 수행하며, 정격 온도의 제한 온도 이하이면 정상 충전 모드로 충전을 계속 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 충전 부품의 온도가 정격 온도의 80%이상이면 전류를 감소시켜 주는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 충전 부품의 보호 동작은 멀티 배터리 중 대용량 배터리의 충전시 수행하는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터의 충전 회로 부품 보호 방법.

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