KR20080009560A - 전원제어장치 - Google Patents

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KR20080009560A
KR20080009560A KR1020060069312A KR20060069312A KR20080009560A KR 20080009560 A KR20080009560 A KR 20080009560A KR 1020060069312 A KR1020060069312 A KR 1020060069312A KR 20060069312 A KR20060069312 A KR 20060069312A KR 20080009560 A KR20080009560 A KR 20080009560A
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Abstract

본 발명은 소정의 요구전압레벨을 가지는 부하에 대한 전원 공급을 제어하는 전원제어장치에 있어서, 전원제어장치는, 입력되는 제1전원을 부하로 선택적으로 출력하며, 제1전원의 전압강하가 요구전압레벨을 만족시키는 소정치 이하인 제1스위칭부와; 제1전원과 다른 입력되는 제2전원을 부하로 선택적으로 출력하며, 제2전원의 전압강하가 요구전압레벨을 만족시키는 소정치 이하인 제2스위칭부와; 제1전원과 제2전원 중 입력된 전압값이 큰 어느 하나가 부하로 출력되도록 제1스위칭부 및 제2스위칭부를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 의하여, 복수의 전원을 능동적으로 선택함에 있어서 전력 소모가 적고 간이한 회로로 전압강하를 최소화할 수 있다.

Description

전원제어장치{POWER CONTROL APPARATUS}
도 1은 종래기술에 의한 전원선택장치를 도시한 회로도이며,
도 2는 종래기술에 의한 전원제어장치를 도시한 회로도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전원제어장치의 구성을 도시한 회로도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 전원제어장치 110a, 110b: 제1스위칭부, 제2스위칭부
112a, 112b : 제1MOSFET, 제2MOSFET
113a, 113b : 제1트랜지스터, 제2트랜지스터
114a, 114b : 보호저항 120 : 제어부
121a, 121b : 제1비교기, 제2비교기
122a, 123a : 제1분배저항 122b, 123b : 제2분배저항
125a, 126a : 제3분배저항 125b, 126b : 제4분배저항
본 발명은 전원제어장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 전력 소모가 적고 간이한 회로로 전압강하를 최소화하면서 복수의 전원을 능동적으로 선택할 수 있는 전원제어장치에 관한 것이다.
모바일 프린터(mobile printer)와 같은 전자기기는 그 전원 관련 구성으로서, 외부 전원을 변환하여 이용하기 위한 어댑터와, 내부에 마련되는 배터리를 구비할 수 있다. 이 경우, 전자기기는 두 개의 전원, 즉 어댑터에 의한 전원(이하, 간략히, "어댑터전원"이라고도 함)과 배터리에 의한 전원(이하, 간략히, "배터리전원"이라고도 함)을 상황에 따라 능동적으로 적절하게 선택 또는 제어하기 위한 수단(이하, "전원선택장치" 또는 "전원제어장치" 라고도 함)을 더 구비한다.
이러한 종래의 수단으로서, 도 1에 도시된 바와 같은, 전원선택장치(10)가 있다. 전원선택장치(10)는 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Va)을 각각의 애노드로 입력 받고, 상호 연결된 캐소드를 통하여 전자기기의 각 구성에 출력전원(Vout)을 공급하는 두 개의 다이오드(11a, 11b)를 구비한다. 이러한 다이오드 형태의 전원선택장치(10)는 구조가 간단한 장점은 있으나, 다이오드의 특성상 소정의 순방향 전압강하(Vd)를 가진다. 이러한 순방향 전압강하(Vd)는, 예컨대 소비전류가 수 내지 수십 mA 정도인 휴대용 전화기와 같이, 전자기기의 소비전류가 작은 경우에는 무시할 수 있다. 그러나 예컨대 소비전류가 수백 mA 정도가 넘는 모바일 프린터와 같은 전자기기의 경우에는, 순방향 전압강하(Vd)가 커지게 되어, 출력전원(Vout)의 전압이 감소되고, 결국 공급전원으로서의 전압 레벨을 만족시키지 못하는 문제가 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 다른 형태의 종래의 전원제어장치(20)가 있다. 전원제어장치(20)는 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Va)을 입력받아 이들 중 어 느 하나를 선택적으로 출력전원(Vout)으로 출력하는 스위치(21)와, 상황에 따라 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Va) 중 어느 하나가 출력되도록 스위치(21)를 제어하는 마이컴(22)을 구비한다. 스위치(21)는 트랜지스터로 구현될 수 있는데, 이 경우 스위치(21)로 인한 전압강하는 무시될 수 있으므로, 공급전원으로서의 전압 레벨은 만족시킬 수 있다.
그러나 이러한 형태의 전원제어장치(20)는 스위치(21)를 제어하기 위한 마이컴(22)을 필수적으로 구비하여야 하므로, 회로의 규모가 커지고, 복잡해지는 단점이 있다. 또한, 마이컴(22) 자체도 회로로서 전원을 공급받아야 하는 바, 이를 위하여 전원제어장치(20)는 추가적으로 보조전원(23)을 구비하여야 하므로, 회로가 더욱 커지고 복잡해지며, 전력 손실도 커진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 작고 단순한 회로로 전압강하를 최소화하면서 복수의 전원을 능동적으로 선택할 수 있는 전원제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 적은 전력 소모로 전압강하를 최소화하면서 복수의 전원을 능동적으로 선택할 수 있는 전원제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 소정의 요구전압레벨을 가지는 부하에 대한 전원 공급을 제어하는 전원제어장치에 있어서, 입력되는 제1전원을 상기 부하로 선택적으로 출력하며, 상기 제1전원의 전압강하가 상기 요구전압레벨을 만 족시키는 소정치 이하인 제1스위칭부와; 상기 제1전원과 다른 입력되는 제2전원을 상기 부하로 선택적으로 출력하며, 상기 제2전원의 전압강하가 상기 요구전압레벨을 만족시키는 소정치 이하인 제2스위칭부와; 상기 제1전원과 상기 제2전원 중 입력된 전압값이 큰 어느 하나가 상기 부하로 출력되도록 상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원제어장치를 제공한다.
상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부 각각은, 상기 제어부에 의해 상기 제1전원 또는 상기 제2전원을 출력하도록 제어되기 전, 입력되는 상기 제1전원 또는 상기 제2전원의 전압값을 감소시켜 출력할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1전원과 상기 제2전원을 비교하는 비교기를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1전원 및 상기 제2전원 중 적어도 하나의 전압을 분배하는 분배저항을 더 포함할 수 있다.
상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부 각각은, 상기 제1전원 또는 상기 제2전원이 입력되는 드레인과, 상기 제1전원 또는 상기 제2전원이 출력되는 소오스를 구비하는 MOSFET를 포함할 수 있다.
상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부 각각은, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 MOSFET를 구동하는 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부 중 적어도 하나는, 상기 MOSFET의 소오스와 게이트를 연결하는 보호저항을 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전원제어장치(100)의 구성을 도시한 회로도이다. 전원제어장치(100)는 모바일 프린터(mobile printer)와 같은 전자기기(도시 안됨)의 동작에 필요한 전원(이하, "출력전원"이라고도 함)을 제공한다. 본 실시예의 전자기기는 외부 전원을 변환하여 이용하기 위한 어댑터와, 내부에 마련되는 배터리를 구비한다. 전원제어장치(100)는 전자기기의 내부에 마련되거나 외부에서 전자기기에 탈착될 수 있다. 전자기기에 공급되는 전원의 전압레벨은 전자기기의 동작에 필요한 소정치(이하, "요구전압레벨"이라고 함) 이상인 것이 바람직하다. 전자기기는 본 발명의 "부하"의 일례이다.
전원제어장치(100)는 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Vb)의 전압강하를 최소화하면서 이들을 상황에 따라 능동적으로 선택하여 출력전원(Vout)으로서 출력한다. 전원제어장치(100)는 제1스위칭부(110a), 제2스위칭부(110b) 및 제어부(120)를 포함한다.
제1스위칭부(110a)는 어댑터전원(Va)이 입력되면, 제어부(120)의 제어에 따라 어댑터전원(Va)을 선택적으로 출력전원(Vout)으로서 출력한다. 제2스위칭부(110b)는 배터리전원(Vb)이 입력되면, 제어부(120)의 제어에 따라 배터리전원(Vb)을 선택적으로 출력전원(Vout)으로서 출력한다. 어댑터전원(Va) 및 배터리전원(Vb)은 각각 본 발명의 "제1전원" 및 "제2전원"의 일례이다.
제1스위칭부(110a) 및 제2스위칭부(110b) 각각은 제1MOSFET(112a) 및 제2MOSFET(112b)를 포함한다. MOSFET는 특성 상 턴온 시 흐르는 전류가 크더라도 전 압강하가 거의 무시될 수 있는 정도이므로, 그 전압강하의 크기는 전자기기의 요구전압레벨을 만족시키는 소정치 이하가 된다. 따라서 입력되는 어댑터전원(Va) 또는 배터리전원(Vb)의 전압강하를 최소화할 수 있다. 제1MOSFET(112a) 및 제2MOSFET(112b) 각각은 p타입인 것이 바람직하다.
제어부(120)는 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Vb) 중 입력된 전압값이 큰 어느 하나가 출력되도록 제1스위칭부(110a) 및 제2스위칭부(110b)를 제어한다. 즉, 제어부(120)는 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Vb) 중 어느 하나가 입력되면, 입력된 것을 출력하도록 제어한다. 제어부(120)는 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Vb)이 둘 다 입력되면, 둘 중 전압값이 큰 어느 하나가 출력되도록 제어한다. 본 실시예에서, 어댑터전원(Va)의 전압값은 약 5V, 배터리전원(Vb)의 전압값은 약 4.2V이다. 이 경우, 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Vb)이 모두 입력되면, 어댑터전원(Va)이 출력되므로, 배터리의 소모가 최소화된다.
제어부(120)는 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Vb)의 전압의 우열에 대응하는 제1제어신호(V1)를 출력하는 제1비교기(121a)와, 제1제어신호와 상반되는 논리상태를 가지는 제2제어신호(V2)를 출력하는 제2비교기(121b)를 포함한다. 제1비교기(121a) 및 제2비교기(121b) 각각은 예컨대 OP-Amp로 구현될 수 있는데, 회로가 간단하며, 소비전력이 적어 전력 소모를 최소화할 수 있다.
제1비교기(121a)는 어댑터전원(Va)의 전압값이 배터리전원(Vb)보다 크면 하이(High), 그 반대의 경우이면 로우(Low)의 논리상태를 가지는 제1제어신호(V1)를 출력한다. 반면, 제2비교기(121b)는 배터리전원(Vb)의 전압값이 어댑터전원(Va)보 다 크면 하이(High), 그 반대의 경우이면 로우(Low)의 논리상태를 가지는 제2제어신호(V2)를 출력한다. 어느 경우든지, 제1제어신호(V1)와 제2제어신호(V2)의 논리상태는 항상 상반된다.
또한, 제어부(120)는 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Vb)의 전압을 분배하여 제1비교기(121a) 및 제2비교기(121b)에 입력하기 위한 제1분배저항(122a, 123a) 및 제2분배저항(122b, 123b)을 더 포함할 수 있다. 제1분배저항(122a, 123a) 및 제2분배저항(122b, 123b)의 저항값은 동일할 수 있다. 다른 예로서, 제1분배저항(122a, 123a) 및 제2분배저항(122b, 123b)의 각 저항값을 적절히 설정함으로써, 오차에 의해 배터리전원(Vb)이 어댑터전원(Va)보다 커져서, 어댑터전원(Va)이 원하지 않게 선택되는 경우를 대비할 수 있다. 구체적으로, 제1분배저항(123a)의 저항값을 크게 하거나 제2분배저항(123b)의 저항값을 작게 하는 것이 바람직하다.
제어부(120)는 제1스위칭부(110a) 및 제2스위칭부(110b)에 의해 출력된 전원, 즉, 출력전원(Vout)에 의해 구동된다(121a 및 121b 참조). 따라서, 제어부(120)를 구동하기 위한 별도의 보조전원을 필요로 하지 않으므로, 회로가 작아지며, 단순해진다.
한편, 최초 구동 시, 예컨대 어댑터(또는 외부전원) 및 배터리가 모두 연결되지 않은 상태에서 어느 하나를 연결한 경우에도, 제어부(120)에 구동 전원이 공급되어야 한다. 이를 위하여, 제1스위칭부(110a) 및 제2스위칭부(110b) 각각은, 제어부(120)에 의해 어댑터전원(Va) 또는 배터리전원(Vb)을 출력하도록 제어되기 전, 입력되는 어댑터전원(Va) 또는 배터리전원(Vb)의 전압값을 소정 감소시켜 출력전 원(Vout)으로서 출력한다.
구체적으로, 제1스위칭부(110a) 및 제2스위칭부(110b)의 제1MOSFET(112a) 및 제2MOSFET(112b) 각각은 어댑터전원(Va) 또는 배터리전원(Vb)이 입력되는 드레인(D)과, 출력전원(Vout) 측에 배치되는 소오스(S)를 구비한다. 이에 의해, 제1MOSFET(112a) 및 제2MOSFET(112b)가 턴오프 시에도, 드레인(D) 및 소오스(S)는 순방향 다이오드의 동작을 하기 때문에, 어댑터전원(Va) 또는 배터리전원(Vb)이 다소의 전압강하로 출력전원(Vout)으로 출력된다. 이 때, 출력전원(Vout)의 전압값은 어댑터전원(Va) 또는 배터리전원(Vb)에 못 미치지만, 제1비교기(121a) 및 제2비교기(121b)를 충분히 구동할 수 있는 전압레벨이 된다. 제1비교기(121a) 및 제2비교기(121b)의 동작 범위는 2V 내지 18V 정도인 것이 바람직하다.
제1스위칭부(110a) 및 제2스위칭부(110b) 각각은 제어부(120)의 제어에 따라 제1MOSFET(112a) 및 제2MOSFET(112b)를 구동하기 위한 제1트랜지스터(113a) 및 제2트랜지스터(113b)를 더 포함할 수 있다. 제1트랜지스터(113a) 및 제2트랜지스터(113b) 각각은 npn타입의 바이폴라 트랜지스터로 구현되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제어부(120)는 제1트랜지스터(113a) 및 제2트랜지스터(113b)의 베이스전류에 맞도록 제1제어신호(V1) 및 제2제어신호(V2)의 전압을 적절히 분배하는 제3분배저항(125a, 126a) 및 제4분배저항(125b, 126b)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제1스위칭부(110a) 및 제2스위칭부(110b) 각각은 노이즈에 의한 제1MOSFET(112a) 및 제2MOSFET(112b)의 오동작을 방지하기 위하여, 제1MOSFET(112a) 및 제2MOSFET(112b) 각각의 소오스(S) 및 게이트(G)를 연결하는 보호저항(114a, 114b)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 전원제어장치(100)의 동작을 구체적으로 설명한다. 먼저, 어댑터전원(Va)이 입력되고, 배터리전원(Vb)은 입력되지 않는 경우, 어댑터전원(Va)의 전압값이 배터리전원(Vb)보다 크므로, 제1비교기(121a)는 하이인 논리상태의 제1제어신호(V1)를 출력하고, 제2비교기(121b)는 로우인 논리상태의 제2제어신호(V2)를 출력한다.
하이인 논리상태의 제1제어신호(V1)에 의해, 제1트랜지스터(113a)는 턴온되어, 제1MOSFET(112a)의 게이트(G)는 접지된다. 한편, 상기한 바와 같이, 제1MOSFET(112a)의 소오스(S)에는 소정 전압강하된 어댑터전원(Va)이 인가되어 있는 상태이다. 이 경우, 제1MOSFET(112a)의 게이트(G) 및 소오스(S) 간의 전압차는 MOSFET의 턴온 조건(예컨대, 게이트(G) 및 소오스(S) 간의 전압차가 1V 내지 3V 이상일 것)을 만족하므로, 제1MOSFET(112a)는 턴온된다. 이 경우, 출력전원(Vou)에는 어댑터전원(Va)과 거의 동등한 레벨의 전압이 제공된다.
한편, 로우인 논리상태의 제2제어신호(V2)에 의해, 제2트랜지스터(113b)는 턴오프된다. 이 경우, 제2MOSFET(112b)의 게이트(G) 및 소오스(S) 간의 전압차는 MOSFET의 턴온 조건을 만족하지 않으므로, 제2MOSFET(112b)는 턴오프된다.
다음으로, 어댑터전원(Va)은 입력되지 않고, 배터리전원(Vb)이 입력되는 경우에는, 위 경우와 반대로, 출력전원(Vou)에는 배터리전원(Vb)과 거의 동등한 레벨의 전압이 제공된다.
한편, 어댑터전원(Va)과 배터리전원(Vb)이 모두 입력되는 경우에는, 어댑터 전원(Va)이 배터리전원(Vb)보다 크므로, 어댑터전원(Va)이 입력되고, 배터리전원(Vb)은 입력되지 않는 경우와 마찬가지로, 출력전원(Vou)에는 어댑터전원(Va)과 거의 동등한 레벨의 전압이 제공된다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 복수의 전원을 능동적으로 선택함에 있어서, 전압강하를 최소하면서 회로를 작고 간단하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수의 전원을 능동적으로 선택함에 있어서, 전압강하를 최소하면서 전력 소모를 최소화할 수 있다.

Claims (7)

  1. 소정의 요구전압레벨을 가지는 부하에 대한 전원 공급을 제어하는 전원제어장치에 있어서,
    입력되는 제1전원을 상기 부하로 선택적으로 출력하며, 상기 제1전원의 전압강하가 상기 요구전압레벨을 만족시키는 소정치 이하인 제1스위칭부와;
    상기 제1전원과 다른 입력되는 제2전원을 상기 부하로 선택적으로 출력하며, 상기 제2전원의 전압강하가 상기 요구전압레벨을 만족시키는 소정치 이하인 제2스위칭부와;
    상기 제1전원과 상기 제2전원 중 입력된 전압값이 큰 어느 하나가 상기 부하로 출력되도록 상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부 각각은, 상기 제어부에 의해 상기 제1전원 또는 상기 제2전원을 출력하도록 제어되기 전, 입력되는 상기 제1전원 또는 상기 제2전원의 전압값을 감소시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 전원제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1전원과 상기 제2전원을 비교하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원제어장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1전원 및 상기 제2전원 중 적어도 하나의 전압을 분배하는 분배저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원제어장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부 각각은, 상기 제1전원 또는 상기 제2전원이 입력되는 드레인과, 상기 제1전원 또는 상기 제2전원이 출력되는 소오스를 구비하는 MOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원제어장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부 각각은, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 MOSFET를 구동하는 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원제어장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부 중 적어도 하나는, 상기 MOSFET의 소오스와 게이트를 연결하는 보호저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원제어장치.
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