KR20110068007A - 휴대용 단말기 무선충전장치 - Google Patents

휴대용 단말기 무선충전장치 Download PDF

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KR20110068007A
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Abstract

본 발명의 휴대용 단말기 무선충전장치는 상용 전원으로부터 고주파를 발생시켜 증폭하고, 증폭된 고주파를 송신하는 충전 모체와, 상기 충전 모체로부터 유도된 고주파를 수신받아 수신된 고주파를 DC 전원으로 정류하고 휴대용 단말기의 충전 단자를 통해 정류된 DC 전원을 휴대용 단말기의 배터리에 공급하는 전원 공급부로 구성된 어댑터 모듈을 포함한다.
상기와 같은 발명은 휴대용 단말기를 무선으로 충전시키도록 구성함으로써, 충전 중에 충전기를 분리하고 통화해야 하는 불편함을 줄일 수 있는 효과가 있다.
무선충전장치, 고주파, 충전 모체, 어댑터 모듈, 코일

Description

휴대용 단말기 무선충전장치{CORDLESS CHARGING APPARATUS FOR MOBILE PHONE}
본 발명은 휴대용 단말기 무선충전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장소에 구애받지 않고 어느 장소에서도 용이하게 충전할 수 있는 휴대용 단말기 무선충전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 정보 전달 및 개인의 정보 공유를 위한 장치는 공중 전화망을 이용하는 유선 전화기와, 무선데이터망을 이용하는 이동 단말기(이하 '휴대용 단말기'이라 칭함)로 구분된다.
이러한 휴대용 단말기는 휴대폰, PDA, 넷북 등과 같이 다기능화, 고성능화되고 있으며, 그 사용량도 급속도로 증가하여 생활 필수품으로 인식될 정도로 널리 이용되고 있다.
상기와 같은 휴대용 단말기의 사용 시간은 휴대용 단말기에 내장된 배터리의 용량에 의해 정해지며, 통상 하루 또는 이틀 이내에 배터리를 재충전하여 사용해야 한다.
하지만, 사용자가 휴대용 단말기를 충전하기 위해서는 별도의 충전용 어댑 터(Adapter)를 휴대해야 하며, 장기간 외부에 머무를 경우, 충전용 어댑터를 소지하여야 하는 등의 번거로움이 발생된다.
또한, 다양한 고객을 유치하는 호텔의 경우, 충전용 어댑터를 소지하지 않은 고객들을 대상으로 편의를 제공하기 위해 충전용 어댑터를 대여해 주거나 그 자리에서 소진된 배터리를 충전해 주고 있으나, 수십종의 충전용 어댑터를 준비해야 하는 불편함이 있어 그에 대한 관리가 어려우며, 이로 인해 고객들에게 양질의 서비스를 제공하지 못하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 별도의 충전용 어댑터 없이 충전이 가능한 휴대용 단말기의 무선충전장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 충전을 요하는 고객들에게 양질의 서비스를 제공하기 위한 휴대용 단말기의 무선충전장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 휴대용 단말기 무선충전장치는 상용 전원으로부터 고주파를 발생시켜 증폭하고, 증폭된 고주파를 송신하는 충전 모체와, 상기 충전 모체로부터 유도된 고주파를 수신받아 수신된 고주파를 DC 전원으로 정류하고 휴대용 단말기의 충전 단자를 통해 정류된 DC 전원을 휴대용 단말기의 배터리에 공급하는 전원 공급부로 구성된 어댑터 모듈을 포함한다.
상기 고주파 발생부에는 증폭된 전력의 노이즈를 제거하는 노이즈 차폐부를 더 포함할 수 있다.
상기 고주파 발생부에는 휴대용 단말기의 주파수에 대응되도록 주파수를 가변시키는 가변 주파수 발생부를 더 포함할 수 있다.
상기 고주파 발생부에는 전력 증폭에서 발생되는 과전류를 측정하는 과전류 측정부와, 상기 과전류 측정부로부터 과전류가 발생될 경우, 주파수를 재검색하여 변경하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 고주파 발생부에는 휴대용 단말기의 온도를 측정하는 고온도 측정부와, 상기 고온도 측정부로부터 휴대용 단말기에 고온이 발생될 경우, 충전을 중단시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 1차코일부는 다수개의 코일이 병렬로 연결될 수 있다.
상기 1차코일부의 내측에는 1차코어가 더 구비될 수 있다.
상기 어댑터 모듈에는 정류된 전원을 휴대용 단말기의 전압 용량에 대응되도록 조절하는 정전압 발생부를 더 포함할 수 있다.
상기 어댑터 모듈에는 휴대 단말기의 슬롯과 연결 가능하도록 연결잭이 형성될 수 있다.
본 발명은 휴대용 단말기를 무선으로 충전시키도록 구성함으로써, 충전 중에 충전기를 분리하고 통화해야 하는 불편함을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고객에게 제조사에 맞는 어댑터 모듈만 공급하면 고객은 충전 모체가 설치된 어느 장소에서도 충전이 가능함으로써, 고객에게 양질의 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 충전 모체를 나타낸 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 충전 모체를 나타낸 회로도이고, 도 4는 본 발명에 따른 충전 모체의 제어부 동작을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 1차코일부를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 어댑터 모듈을 나타낸 블럭도이고, 도 7은 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 어댑터 모듈을 나타낸 회로도이고, 도 8은 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 2차코일부를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치는 상용 전원으로부터 고주파를 발생시키고, 발생된 고주파를 증폭시키는 충전 모체(100)와, 상기 충전 모체(100)로부터 발생된 고주파를 제공받아 휴대용 단말기(200)의 배터리에 전원을 공급하는 어댑터 모듈(300)을 포함한다.
충전 모체(100)는 상부면에 휴대용 단말기 예컨대, 휴대용 단말기를 올려놓을 수 있도록 상부가 수평면으로부터 30도 경사지게 형성되며, 충전 모체(100)의 일측에는 상용 전원이 인가되도록 전원입력단자(400)가 마련된다. 여기서, 충전 모체(100)의 상부면의 크기는 다수의 휴대용 단말기가 얹혀질 수 있도록 충분히 크게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 충전 모체(100)의 형상은 한정되지 않으며, 휴대용 단말기가 안착될 수 있다면 어떠한 형상으로 형성되어도 무방하다.
이러한 충전 모체(100)는 상용 전원으로부터 고주파를 발생시켜 증폭시키며, 발생된 고주파를 휴대용 단말기(200)에 접속되는 어댑터 모듈(300)로 송신함으로써 어댑터 모듈(300)에 접속된 휴대용 단말기(200)의 배터리에 충전할 수 있다.
이를 위해 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 충전 모체(100)에는 전원입력단자(400)로부터 상용 전원을 입력받도록 전원 입력부(110)가 구비되며, 전원 입력부(110)로부터 입력받아 발생된 고주파는 전력 증폭부(140)로부터 증폭된다. 여기서, U3A와 U3B는 교대로 + 전류와 - 전류를 공급하는 역할을 하며, 서로 교차하는 시간의 지연 시간이 정확하게 맞물리지 않을 경우 부품이 파괴되거나 전류 공급의 부족을 방지하기 위해 T2, T3, R9, R10, T4 부품이 구비될 수 있다. 또한, U3A를 원활하게 동작시키기 위해서는 D3, R11, C20가 필수적으로 구비될 수 있다.
전력 증폭부(140)로부터 증폭된 전원은 노이즈 차폐부(120)에 의해 노이즈가 차폐되며, 이로 인해 회로가 안정적으로 동작될 수 있다. 여기서, 노이즈 차폐 역할은 D2, C4, C5에서 동작된다.
노이즈 차폐부(120)로부터 노이즈가 차폐된 전원은 제어부(160)를 거쳐 가변 주파수 발생부(130)로 인가되며, 가변 주파수 발생부(130)는 휴대용 단말기(200)의 종류에 따른 고유 주파수에 따라 최적의 주파수를 찾도록 주파수를 가변시킨다. 즉, 가변 주파수 발생부(130)는 U2로 입력되는 콘덴서(C10~C17) 용량을 변경하여 주파수를 가변시킬 수 있으며, 주파수는 R4, R5, C10~C17에 의해 결정될 수 있다.
상기와 같이 가변 주파수 발생부(130)로부터 충전될 휴대용 단말기(200)의 고유 주파수에 대응되도록 주파수가 가변되면, 가변된 주파수는 전력 증폭부를 거 치게 되고, 상기와 같이 발생된 전류는 L1을 통해 C21, C22에 충방전을 반복하여 자기장이 형성되며, 송신부(150)를 통해 1차코일부(180)로 인가된다.
한편, 전력 증폭부(140)에는 과전류 측정부(164)가 연결될 수 있으며, 이는 전력 증폭부(140)에서 생성된 전류량을 측정하는 역할을 한다. 여기서, 과전류 측정부(164)의 R7, R8은 측정 가능한 전압으로 변환시키는 부품이며, D4는 고압 보호회로, D5 역전압 보호회로, R6, C19는 정확한 전류값을 측정하기 위한 부품이다.
이와 함께, 전력 증폭부(140)에는 회로의 온도 상승을 방지하기 위해 온도를 측정하는 고온도 측정부(166)가 연결될 수 있으며, 이는 회로의 온도 상승을 막아 회로를 보호할 수 있는 효과가 있다. 여기서, 온도의 정확한 측정을 위해 SR1, R3가 노이즈의 영향을 받지 않도록 필터의 역할을 하는 C8을 설계할 수 있다.
상기와 같이 과전류 측정부(164)와 고온도 측정부(166)로부터 과전류 측정 및 온도가 측정되면 제어부(160)는 휴대용 단말기에 맞는 최적 전류를 공급하도록 제어하여 회로의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 제어부(160)에는 외부 입/출력부(162)가 연결될 수 있으며, 이로 인해 전원 인가에 따른 엘이디(LED)의 점등 여부를 제어할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 제어부(160)의 제어 로직에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 충전 모체에 상용 전원이 공급되면, 전원 스위치가 온이 되는 단계(S100)를 수행한다. 이어서, 전원 스위치가 온되면, 외부로 전원의 공급이 원활하게 이루어지는 것을 알려주기 위해 엘이디를 온시키는 단계(S110)를 수행한다.
이어서, 휴대용 단말기가 충전 모체에 올려졌는지 확인하는 단계(S120)를 수행하고, 과전류 측정부에 의해 코일의 온도가 컷오프 온도보다 작은지 판단하는 단계(S130)를 수행한다. 여기서, 컷오프 온도는 회로가 손상되는 고온도를 지칭하는 기준값이며, 이러한 기준값은 미리 실험된 실험값에 의해 결정될 수 있다.
코일 온도가 컷오프 온도보다 낮다고 판단되면, 최적의 주파수를 검색하도록 제어하는 단계(S140)를 수행하고, 이후, 회로에 흐르는 전류가 컷오프 전류보다 낮은지 판단하는 단계(S150)를 수행한다. 여기서, 컷오프 전류는 회로가 손상될 수 있는 과전류를 지칭하는 기준값이며, 이러한 기준값은 미리 실험된 실험값에 의해 결정될 수 있다.
한편, 코일 온도가 컷오프 온도보다 크다고 판단되면 충전을 중단하는 단계(S170)를 수행하고, 코일 온도가 턴온 온도보다 작은지 여부를 판단하여(S180) 최적의 주파수를 검색하도록 제어하는 단계(S140)를 수행한다. 여기서, 턴온 온도는 온도가 컷오프 온도에서 시간의 흐름에 따라 다시 하강한 온도이다.
회로에 흐르는 전류가 컷오프 전류보다 작다고 판단되면 충전을 진행하고(S190), 회로에 흐르는 전류가 컷오프 전류보다 크면 주파수 변경하는 단계(S160)를 거쳐 최적의 주파수를 검색하도록 제어하는 단계(S140)로 되돌아가게 된다.
상기와 같은 과정을 통해 최적의 전류가 발생되면, 전류는 1차코일부(180)로 흐르게 되고, 1차코일부(180)의 주변에는 자기장이 형성될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 1차코일부(180)는 사각의 링형상으로 소정 턴을 이루어 형성될 수 있으며, 바람직하게는 2개 이상의 코일을 병렬로 연결시켜 형성될 수 있다.
여기서, 1차코일부(180)는 최적 효율을 위해 가로(a1), 세로(b1) 및 높이(c1)의 비가 1.00:0.35:0.04 예컨대, 102mm, 36mm, 4.2mm로 형성될 수 있으며, 22턴으로 이루어지고 70 내지 75uH의 인덕턴스를 가지며, 두께는 0.7파이로 형성될 수 있다.
전류가 1차코일부(180)로 흐르는 동안 1차코일부(180)의 중심으로 갈수록 자속 밀도가 줄어들어 고주파가 약해질 수 있으며, 약해진 고주파에 의해 충전 효율 및 충전 편차가 발생될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 1차코일부(180)의 내측에는 1차코어(190)가 더 구비될 수 있으며, 1차코어(190)는 1차코일부(180)로부터 발생되는 고주파의 편차를 줄일 수 있다.
여기서, 1차코어(190)는 최적 효율을 위해 가로(a2), 세로(b2) 및 높이(c2)의 비가 1.00:0.25:0.09 예컨대, 80mm, 20mm, 7mm로 형성될 수 있으며, 산화철(F2O3), 산화니켈(NiO2), 산화아연(ZnO)을 주성분으로하는 자성체로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 1차코일부(180)로부터 고주파가 발생되면 발생된 고주파는 어댑터 모듈(300)로 수신되고, 어댑터 모듈(300)로 수신된 고주파는 직류(DC) 전원으로 정류되어 어댑터 모듈의 충전 단자부(370)를 통해 휴대용 단말기(200)에 공급되어진다.
이를 위해 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 어댑터 모듈(300)에는 1차코일 부(180)로부터 발생된 고주파를 수신받도록 2차코일부(310)가 구비되며, 수신부(310)를 통해 공급된 고주파는 AC->DC 정류부(340)를 통해 변환된다. 여기서, AC->DC 정류부(340)에는 회로의 리플(Ripple)을 제거하기 위한 필터로서 C2가 구비될 수 있다.
AD->DC 정류부(340)를 통해 변환된 고주파는 정전압 발생부(350)로 인가되며, 정전압 발생부(350)는 휴대용 단말기(200)에 전류를 공급하기 위한 게이트 역할을 수행한다. 즉, 휴대용 단말기(200)에 공급되는 전압과 전류는 제조사에 따라 다르기 때문에 다양한 전압 조절을 위해 정전압 발생부(350)가 구비될 수 있다.
여기서, R3, R5는 전압을 측정하는 역할을 하며, Q1은 그 결과에 따라 Q2를 제어하여 휴대용 단말기에 공급되는 전류를 조절하는 기능을 수행한다. 이때, R2는 Q1이 동작해야 하는 최소의 전류를 공급하며 R2가 없을 경우 Q1은 초기 동작을 수행할 수 없기 때문에 R2는 필수적으로 구비되어야 한다. 이후, 회로가 정상적으로 동작을 시작하면 R2의 동작은 중지되어 전류의 손실을 막는다.
정전압 발생부(350)로부터 발생된 전원은 휴대용 단말기(200)의 배터리 단자에 연결된 충전 단자부(370)를 통해 배터리에 전원을 공급하게 된다. 이때, 정전압 발생부(350)와 충전 단자부(370) 사이에는 휴대용 단말기(200)에 설치된 배터리에 충전이 중지될 경우, 전류의 역류를 막기 위해 역전류 보호부(360)가 연결되며, 역전류 보호부(360)는 D5의 특성에 의해 동작된다.
한편, 충전 모체(100)로부터 발생된 고주파를 수신할 시 효율을 높이기 위해 도 8에 도시된 바와 같이, 2차코일부(310)의 가로(a3), 세로(b3) 및 높이(c3)의 비 는 1.00:0.57:0.21 예컨대, 33.5mm, 19mm, 7mm로 형성될 수 있으며, 22턴으로 이루어지고, 14.5uH 내지 16.5uH의 인덕턴스를 가지며 0.7파이의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 2차코일부(310)의 내측에는 고주파의 수신 효율을 높이기 위해 2차코어(320)가 더 구비될 수 있으며, 2차코어(320)의 가로(a4), 세로(b4) 및 높이(c4)의 비는 1.00:0.24:0.48 예컨대,21mm, 5mm, 10mm로 형성될 수 있다. 여기서, 2차코어(320)의 재질은 1차코어(190)와 마찬가지로 산화철(F2O3), 산화니켈(NiO2), 산화아연(ZnO)을 주성분으로하는 자성체로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 발명은 휴대용 단말기를 무선으로 충전시키도록 구성함으로써, 충전중에 충전기를 분리하고 통화해야 하는 등의 불편함을 줄일 수 있는 효과가 있으며, 특히, 호텔에서 사용될 경우, 고객에게 제조사에 맞는 어댑터 모듈만 공급하면, 고객은 충전 모체가 설치된 어느 장소에서도 충전이 가능하여 호텔측은 고객에게 양질의 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 충전 모체를 나타낸 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 충전 모체를 나타낸 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 충전 모체의 제어부 동작을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 1차코일부를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 어댑터 모듈을 나타낸 블럭도.
도 7은 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 어댑터 모듈을 나타낸 회로도.
도 8은 본 발명에 따른 휴대용 단말기 무선충전장치의 2차코일부를 나타낸 사시도.
< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 충전 모체 120: 노이즈 차폐부
130: 가변 주파수 발생부 140: 전력 증폭부
160: 제어부 164: 과전류 측정부
166: 고온도측정부 300: 어댑터 모듈

Claims (10)

  1. 상용 전원으로부터 고주파를 발생시켜 증폭하고, 증폭된 고주파를 송신하는 충전 모체; 및
    상기 충전 모체로부터 유도된 고주파를 수신받아 수신된 고주파를 DC 전원으로 정류하고 휴대용 단말기의 충전 단자를 통해 정류된 DC 전원을 휴대용 단말기의 배터리에 공급하는 전원 공급부로 구성된 어댑터 모듈;
    을 포함하는 휴대용 단말기 무선충전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고주파 발생부에는 증폭된 전력의 노이즈를 제거하는 노이즈 차폐부를 더 포함하는 휴대용 단말기 무선충전장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고주파 발생부에는 휴대용 단말기의 주파수에 대응되도록 주파수를 가변시키는 가변 주파수 발생부를 더 포함하는 휴대용 단말기 무선충전장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 고주파 발생부에는 전력 증폭에서 발생되는 과전류를 측정하는 과전류 측정부와, 상기 과전류 측정부로부터 과전류가 발생될 경우, 주파수를 재검색하여 변경하는 제어부를 더 포함하는 휴대용 단말기 무선충전장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 고주파 발생부에는 휴대용 단말기의 온도를 측정하는 고온도 측정부와, 상기 고온도 측정부로부터 휴대용 단말기에 고온이 발생될 경우, 충전을 중단시키는 제어부를 더 포함하는 휴대용 단말기 무선충전장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차코일부는 다수개의 코일이 병렬로 연결되는 휴대용 단말기 무선충전장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차코일부의 내측에는 1차코어가 더 구비되는 휴대용 단말기 무선충전장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 어댑터 모듈에는 정류된 전원을 휴대용 단말기의 전압 용량에 대응되도록 조절하는 정전압 발생부를 더 포함하는 휴대용 단말기 무선충전장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 어댑터 모듈에는 휴대 단말기의 슬롯과 연결 가능하도록 연결잭이 형성된 휴대용 단말기 무선충전장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차코일부의 내측에는 2차코어가 더 구비되는 휴대용 단말기 무선충전장치.
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