KR20140012760A - 역 로컬 데이터 전송 접속을 통하여 전력을 제공하는 시스템 및 방법 - Google Patents

역 로컬 데이터 전송 접속을 통하여 전력을 제공하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

전력원 디바이스는 호스트의 유한 전력원을 충전하기 위해 호스트에 전력을 공급한다. 전력은 호스트 디바이스를 접속시키는 인터페이스를 통해 공급된다. 인터페이스는 범용 직렬 버스(USB) 케이블 또는 다른 유형의 로컬 접속 케이블일 수 있다.

Description

역 로컬 데이터 전송 접속을 통하여 전력을 제공하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING POWER THROUGH A REVERSE LOCAL DATA TRANSFER CONNECTION}
본원에서의 하나 이상의 실시예들은 전력을 전자 디바이스에 공급하는 것에 관한 것이다.
범용 직렬 버스(USB) 및 다른 유형들의 로컬 접속들의 개발은 호스트 시스템 및 디바이스 사이에서 데이터가 전송되는 방식을 간소화하였고 표준화하였다. 일부 경우들에서, 이 접속들은 호스트 시스템으로부터 디바이스로 전력을 공급하는 방식을 또한 제공한다. 그러나, 기존의 USB 및 로컬 접속 인터페이스들은 디바이스가 전력을 호스트 시스템에 공급하는 것이 가능한 방식을 제공하지 않는다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하는 것이다.
본 발명의 양태에 따르면, 전력원 디바이스(power source device)는 호스트(host)의 유한 전력원을 충전하기 위해 호스트에 전력을 공급한다. 전력은 호스트 디바이스를 접속시키는 인터페이스를 통해 공급된다. 인터페이스는 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus; USB) 케이블 또는 다른 유형의 로컬 접속 케이블(local connection cable)일 수 있다.
도 1은 전력을 소스 디바이스로부터 호스트 디바이스로 제공하는 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 전력을 소스로부터 호스트 디바이스로 제공하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 3은 소스 및 호스트 디바이스들 및 이들의 접속의 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3에서의 호스트 디바이스에 전력을 제공하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 5는 디바이스들 사이의 전력 전송을 제어하는 다른 방법을 도시하는 도면이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 전력 제공 시스템의 다른 예시 적용예들을 도시하며, 도 8(a) 및 도 8(b)에서의 적용예들은 상이한 모바일 디바이스들의 이용을 수반하고 도 8(c)에서의 적용예는 특별 전용 배터리 모듈의 이용을 수반하는 도면들이다.
후술되는 하나 이상의 실시예들에 따르면, 본원에서 사용되는 "포트(port)" 및 "커넥터(connector)" 용어는 접속되어 있는 디바이스들의 유형들을 규정하는 것을 돕는다. 예를 들어, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 용어 "커넥터"는 디바이스를 규정하는 역할을 하고 용어 "포트"는 호스트를 규정하는 역할을 한다. 그러므로, 예를 들어, USB 인터페이스가 이용될 때, 커넥터는 USB 호스트와 대비되는 것으로서, USB 디바이스를 규정하는 역할을 한다. 역으로, 포트는 USB 디바이스와 대비되는 것으로서, USB 호스트 시스템을 규정하는 역할을 한다. 본원에서 하나 이상의 실시예들은 USB 호스트 시스템의 배터리를 충전하기 위해 전류를 USB 커넥터를 가지는 디바이스로부터 USB 포트를 가지는 호스트로 보내도록 제공하고, 이는 이전에 수행된 적이 없었다.
도 1은 전력을 전력원 디바이스(100)로부터 호스트 디바이스(200)로 제공하는 시스템의 하나의 실시예를 도시한다. 전력원 디바이스는 유한 전력원(finite power source)을 포함할 수 있거나 차량 배출 충전기 또는 AC 전력원과 같은 무한 전력원으로부터의 전력을 공급하도록 결합될 수 있다. 소스 및 호스트 디바이스들은 케이블과 같은 인터페이스(300)에 의해 접속될 수 있다
유한 전력원의 예들은 배터리, 태양 전지 또는 다른 유형의 환경 전력원, 울트라커패시터, 또는 배터리 또는 다른 유형의 전력원을 포함하는 전자 디바이스를 포함한다. 전자 디바이스는 스마트 폰, 개인용 디지털 보조장치(personal digital assistant), 카메라, 랩탑 또는 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 패드 팟(pod) 또는 태블릿, 전자책, 컴퓨팅 및/또는 통신 능력이 있는 모바일 단말기, 비디오 프로세서, 미디어 플레이어, 스피커 시스템 또는 AC 또는 DC 전력원 또는 이 둘 모두를 포함하거나 이들에 결합되는 다른 유형의 정적 또는 모바일 전자 디바이스일 수 있다. 호스트 디바이스는 또한 이 전자 디바이스들 중 임의의 디바이스일 수 있다. 다음의 논의에서, 예시적인 경우가 논의되고, 여기서 전력원 및 호스트 디바이스들 모두는 노트북 컴퓨터들이다.
인터페이스(300)는 단방향(unidirectional) 또는 양방향(bidirectional) 전송들을 수행하는 직렬 또는 병렬 케이블을 포함할 수 있다. 인터페이스의 예들은 범용 직렬 버스(USB) 표준 케이블, USB 온-더-고(On-The-Go) 표준 케이블, 파이어와이어(FireWire) 케이블, 이더넷 케이블, 직렬 진화 기술 접촉(Serial Advanced Technology Attachment; SATA) 케이블, 악기 디지털 인터페이스(Musical Instrument Digital Interface; MIDI) 케이블 또는 표준화된 통신 프로토콜에 기초하여 데이터를 전송하는 다른 유형의 로컬 인터페이스를 포함한다.
단방향 케이블이 이용되면, 케이블은 전력을 데이터와 함께 또는 데이터 없이 전력원 디바이스로부터 호스트 디바이스로 전송한다. 즉, 인터페이스(300)가 단방향 케이블이라면, 케이블은 전력(전류)을 호스트 디바이스에 전송하는 전력 케이블로서만 이용될 수 있다. 그와 같은 실시예는 예를 들어, 전력원 디바이스가 무한 전력원을 포함하거나 단지 무한 전력원으로서만 동작하는 경우에, 적절할 것이다. 대안의 실시예에서, 케이블은 전력 및 데이터를 동시에 아니면 상이한 시간들에서 전송할 수 있다.
양방향 케이블이 사용되면, 케이블은 전력원 및 호스트 디바이스들 사이에서 전력 및 데이터를 전송한다. 데이터는 양방향들로 또는 단지 하나의 방향으로(예를 들어 전력원 디바이스에서 호스트로) 전송될 수 있다. 어느 쪽이든, 전력은 전력원 디바이스에서 호스트 디바이스로 공급된다. 별개의 동작 모드에서, 호스트 디바이스는 전력을 전력원 디바이스로 공급할 수 있다.
도 2는 인터페이스를 통해 전력을 전력원 디바이스에서 호스트 디바이스로 제공하는 방법을 도시한다. 이 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 시스템 또는 다른 시스템을 이용하여 수행될 수 있다. 도 2에서 동작들이 미리 결정된 순서로 제시될지라도, 대안의 실시예들에서는 동작들의 시퀀스가 예를 들어 내장 제어 회로들 및/또는 디바이스들 내에서 수행되는 소프트웨어 및/또는 제어 프로토콜에 기초하여 변할 수 있다.
처음에, 전력원 디바이스 및 호스트 디바이스 사이에 인터페이스가 접속된다(블록 310). 이 접속은 예를 들어 인터페이스의 반대의 말단들에 있는 커넥터들을 전력원 및 호스트 디바이스들 내의 각각의 포트들에 플러그 인함으로써 물리적으로 수행될 수 있다. 인터페이스가 이전에 접속되었으나 통신들에 장애가 있었다면, 인터페이스의 접속은 예를 들어 호스트 또는 전력원 디바이스 또는 이 둘 모두에서 실행되는 소프트웨어-구동 애플리케이션을 통해 재설정될 수 있다.
일단 인터페이스가 접속되었다면, 호스트 디바이스는 접속이 행해졌는지를 검출한다(블록 320). 이 동작은 예를 들어 인터페이스의 하나 이상의 데이터 또는 제어 라인들 상에서 전송되는 전압들 또는 신호들의 검출을 포함하여 다양한 방식들로 수행될 수 있다. 이 전압들 또는 신호들이 놓여 있는 범위에 따라, 전력원 및/또는 호스트 디바이스들 내의 제어 회로들에 의해, 인터페이스 접속이 존재하는지에 대한, 그리고 또한 인터페이스에 대응하여 데이터 버스의 속도와 같은 다른 파라미터들에 대한 결정이 행해질 수 있다.
예를 들어, USB 인터페이스의 경우에, 호스트 디바이스 내의 제어기는 풀-업(pull-up) 속도 식별 저항(identification resistor) 양단의 전압을 검출하여, 인터페이스가 호스트 및 전력원 디바이스들 사이에 접속되었음을 나타낼 수 있는데, 예를 들면, 상기 저항이 USB 인터페이스의 Vbus 라인에 접속될 때 전압 신호가 생성되어 디바이스가 접속되었음을 나타낸다. 호스트 제어기는 그 후에 USB 기능을 초기화할 수 있다. 다른 검출 방법들은 예를 들어 접촉 검출 프로토콜(Attach Detection Protocol; ADP) 또는 다른 검출 프로토콜에 따라 인터페이스의 전력 라인을 통하는 전력을 검출하거나 USB 포트의 커패시턴스(또는 커패시턴스의 변화)를 측정하는 것을 포함한다.
일단 호스트 디바이스가 인터페이스의 접속을 검출하였다면, 호스트 디바이스의 제어기는 회로 경로를 세팅하고 인터페이스로부터 수신되는 전력에 기초하여 호스트 디바이스의 배터리(또는 다른 재충전 가능 전력원)를 충전한다(블록 330). 이 동작은 호스트 디바이스의 인터페이스 포트로부터 자신의 전력원으로의 전력의 흐름을 제어하는 하나 이상의 스위치들을 세팅하는 것을 수반할 수 있다.
이 동작은 또한, 인터페이스의 전력 라인으로부터 충전 회로로 전력을 가이드하기 위하여, 호스트 제어기에 의해 실행되는 대응하는 소프트웨어를 로딩하는 것을 수반할 수 있다. 하나의 실시예에 따르면, 충전 회로는 통상적으로 차량 또는 AC 어댑터로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 충전 회로로의 경로는 제어기에 의해 인터페이스로부터 전력을 수신하도록 재구성될 수 있다.
또한, 호스트 디바이스가 전력을 외부 접속 디바이스로 보내는 것이 가능하도록 하는 데 통상적으로 이용되는 회로 경로들은 호스트 디바이스의 전력원을 충전하기 위해 인터페이스를 통하여 전력을 수신할 수 있도록 역전 또는 우회될 수 있다.
다른 동작에서, 전력원 디바이스 내의 제어기는 인터페이스의 접속을 검출한다(블록 340). 이 제어기는 호스트 디바이스 내의 제어기와 유사한 방식으로 접속을 검출할 수 있다.
이 접속을 검출한 후에, 전력원 디바이스 내의 제어기는 회로 경로를 자체의 전력원(또는 이 디바이스에 결합되는 전력원)으로부터 인터페이스에 결합된 포트로 설정한다(블록 350). 그 후에 전력은 제어기의 관리 하에 포트를 통하여 인터페이스로 전송된다(블록 360).
추가 동작들은 전력이 실제로 전송되기 전에 호스트 및 전력원 디바이스들의 제어기들 사이에서 다양한 제어 신호들을 교환하는 것을 포함할 수 있다. 이 제어 신호들의 생성 및 교환은 인터페이스와 호환 가능한 통신 및/또는 제어 프로토콜들에 기초할 수 있다. 또한, 동작들(340, 350 및 360)이 동작들(310, 320 및 330) 이후에 도시될지라도, 이 동작들은 상이한 시퀀스로 수행될 수 있거나 이 동작들은 관리하는 프로토콜 표준에 기초하여 동시에 수행될 수 있다.
도 3은 USB 인터페이스(300) 및 호스트 및 전력원 디바이스들 내의 대응하는 제어기들과 함께 구성되는 도 1의 시스템의 하나의 예를 도시한다. 인터페이스는 표준 USB 프로토콜과 호환하는 라인들을 동작시키고 포함하거나, 또는 소위 온-더-고(OTG) USB 표준과 호환하는 라인들을 동작시키고 포함할 수 있다.
전력원 디바이스(100)는 USB 커넥터(120) 및 배터리(150) 사이에 결합되는 PSD 제어기(110)를 포함한다. 제어기는 인터페이스 내의 신호 라인들과 정합하고 결합되는 신호 라인들을 가진다. 이 신호 라인들은 전력 라인(Vcc), 한 쌍의 차동 데이터 라인들(D- 및 D+), 및 접지 라인(GND)을 포함할 수 있다. 다양한 다른 제어 및/또는 데이터 전송 동작들을 수행하기 위해 추가 라인들이 포함될 수 있다.
게다가, 전력원 디바이스는 선택 사양의 전압 변환기 회로(130) 및 선택 사양의 충전 회로(140)를 포함할 수 있다. 전압 변환기는 배터리 및 인터페이스의 전력 라인 사이에서 전송되는 전압들의 DC-대-DC 전압 변환을 수행한다.
배터리 전력이 인터페이스로 송신되어야 할 때(호스트 디바이스의 전력원을 충전하기 위해서), 제어기(110)는 배터리에서 전압 변환기 회로(130)까지의 회로 경로를 설정하기 위해 방전 신호(124)를 생성하고 스위치(125)를 닫는다. 전압 변환기 회로는 그 후에 배터리의 출력 전압을 신호 라인(Vcc)과 호환 가능한 전압, 예를 들어 5V로 변환하고, 이 전압은 신호 라인에서의 전송을 위해 보호 다이오드(126)를 통과한다. (신호 라인(Vcc)은 실제로 전압(Vcc)에 대응하는 전류를 전송한다). GND 신호 라인은 배터리 및 전압 변환기에 결합될 수 있다.
배터리가 충전되어야 할 때, 제어기는 충전 신호(127)를 생성하고 스위치(128)를 닫는다. 이 스위치를 닫음으로써 회로 경로가 설정되고, 이 회로 경로는 배터리를 충전하기 위해 외부 전력원으로부터 충전 회로를 통과하여 지나간다. 도시된 예에서, 인터페이스의 신호 라인(Vcc)으로부터 수신되는 전력에 기초하여 배터리를 충전하기 위한 회로 경로가 설정된다. 이 동작 동안, 전력은 USB 케이블을 통해 전력원 디바이스로 흐른다. 역으로, 호스트 디바이스에 대한 충전 동작 동안, 전력은 전력원 디바이스로부터 호스트 디바이스로 인터페이스를 통하여 반대 방향으로 흐른다. 선택적으로, 제어기(110)는 USB 인터페이스와 연관되지 않는 외부 DC 또는 AC 전력원과 같은 외부 전력원에 기초하여 배터리를 충전하도록 스위치(128)를 닫을 수 있다.
USB 인터페이스에서의 데이터 라인들은, 상술한 바와 같이, 호스트 및 전력원 디바이스들 내의 제어기들에 의해 인터페이스의 접속의 검출을 설정하는 데 이용될 수 있다. 추가로, 호스트 디바이스 또는 전력원 디바이스의 충전 동안, 데이터 라인들은 인터페이스의 동작을 제어하는 데 이용되는 프로토콜 표준에 따라 데이터를 디바이스들 사이에서 전송하는 데 이용될 수 있다. 충전 및 방전 신호들은 대안으로 전력원 디바이스를 통하는 전압/전류의 흐름을 제어하기 위해 제어기에 의해 결정되는 바에 따라 적용될 수 있다. 이 신호들을 대안으로 적용함으로써, 스위치들(125 및 128)은 여러 시간들에 상이한 상태들로 세팅될 수 있다.
호스트 인터페이스(200)는 USB 인터페이스 및 배터리 충전 회로 및 배터리(도시되지 않음)에 결합되는 충전 회로 단자(350) 사이에 결합되는 제어기(310)를 포함한다. 제어기(310)는 적어도 인터페이스 내의 신호 라인들과 정합하고 결합되는 신호 라인들을 가진다. 신호 라인들은 다른 두 신호 라인들을 따라 인터페이스로부터 제어기로 USB 포트(320)를 통과한다. 데이터 라인 전압들에 기초하여, 제어기는 USB 인터페이스 접속을 검출할 수 있다.
게다가, 호스트 디바이스는 두 소스들 중 하나로부터의 전력을 보내는 것을 제어하는 전력 관리 제어기(330)를 포함할 수 있다. 제 1 소스는 예를 들어 AC 어댑터에 결합될 수 있는 1차 전력원 단자(331)로부터 기원한다. 제 2 소스는 USB 인터페이스의 전력 라인에 대응한다. 전력 관리 제어기(330)로의 입력들은 멀티플렉서(340) 또는 다른 선택기 스위치에 의해 선택될 수 있다. 이 멀티플렉서 또는 선택기 스위치의 동작은 예를 들어, 제어기(310 또는 330)로부터의 신호에 기초하여 제어될 수 있다.
호스트 디바이스의 배터리가 USB 케이블로부터의 전력에 기초하여 충전될 수 있으면, 제어기(310)는 수신 전류 신호(342)를 생성하고 스위치(343)를 닫는다. 동시에 스위치(344)가 개방될 수 있다. 이 스위치들을 이 방식으로 세팅함으로써 전류는 인터페이스의 전력 라인(Vcc)으로부터 멀티플렉서(340)로 흐르게 되고, 멀티플렉서(340)는 충전 회로 단자(350)에 입력하기 위해 이 전류를 선택하여 배터리를 충전한다.
호스트 디바이스의 배터리가 1차 전력원으로부터의 전력에 기초하여 충전될 수 있을 때, 멀티플렉서(340)는 예를 들어 제어기(310) 아니면 제어기(330)로부터의 제어 신호에 기초하여 1차 전력원 단자(331)로부터 전력을 수신하는 것을 선택한다. 이때, 양 스위치들(343 및 344)은 개방된다. 스위치(344)는 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 전력원 디바이스의 배터리를 충전하기 위해 인터페이스를 통해 전력을 제공하도록, 제어기(310)로부터의 공급 신호에 기초하여 닫힐 수 있다.
이때 스위치(343)가 개방되기 때문에, USB 인터페이스가 계속 접속되어 있는 경우에, USB 인터페이스의 신호 라인으로부터의 전류는 호스트 디바이스의 배터리로 넘어가지 않는다.
도 4는 전력을 USB 인터페이스를 통해 전력원 디바이스로부터 호스트 디바이스로 제공하는 방법을 도시한다. 이 방법은 도 3에 도시된 시스템 또는 다른 시스템을 이용하여 수행될 수 있다. 도 4에서의 동작들이 미리 결정된 순서로 제시될지라도, 대안의 실시예들에서 동작들의 시퀀스는 예를 들어 내장 제어 회로들 및/또는 디바이스들 내에서 수행되는 소프트웨어 및/또는 제어 프로토콜에 기초하여 변할 수 있다.
처음에, 전력원 디바이스 및 호스트 디바이스 사이에 USB 인터페이스가 접속된다(블록 410). 이 접속은 예를 들어 인터페이스의 반대의 말단들에 있는 커넥터들을 전력원 및 호스트 디바이스들 내의 각각의 포트들에 플러그 인함으로써 물리적으로 수행될 수 있다. 인터페이스가 이전에 접속되었으나 통신들에 장애가 있었다면, 인터페이스의 접속은 예를 들어 호스트 또는 전력원 디바이스 또는 이 둘 모두에서 실행되는 소프트웨어-구동 애플리케이션을 통해 재설정될 수 있다.
일단 인터페이스가 접속되었다면, 호스트 디바이스는 접속이 행해졌는지를 검출한다(블록 420). 이 동작은 예를 들어 인터페이스의 하나 이상의 데이터 또는 제어 라인들에서 전송되는 전압들 또는 신호들의 검출을 포함하는 다양한 방식들로 수행될 수 있다. 이 전압들 또는 신호들이 놓여 있는 범위에 따라, 전력원 및/또는 호스트 디바이스들 내의 제어 회로들에 의해, 인터페이스 접속이 존재하는지에 대한, 그리고 또한 인터페이스의 속도와 같은 다른 파라미터들에 대한 결정이 행해질 수 있다.
예를 들어, 호스트 디바이스 내의 제어기는 풀-업 속도 식별 저항 양단의 전압을 검출하여, 인터페이스가 호스트 및 전력원 디바이스들 사이에 접속되었음을 나타낼 수 있는데, 예를 들면, 상기 저항이 USB 인터페이스의 Vbus 라인에 접속될 때 전압 신호가 생성되어 디바이스가 접속되었음을 나타낸다. 호스트 제어기는 그 후에 USB 기능을 초기화할 수 있다. 다른 검출 방법들은 예를 들어 접촉 검출 프로토콜(Attach Detection Protocol; ADP) 또는 다른 검출 프로토콜에 따라 인터페이스의 전력 라인을 통하는 전력을 검출하거나 USB 포트의 커패시턴스(또는 커패시턴스의 변화)를 측정하는 것을 포함한다.
일단 호스트 디바이스가 인터페이스의 접속을 검출하였다면, 호스트 디바이스 제어기는 회로 경로를 세팅하고 인터페이스로부터 수신되는 전력에 기초하여 호스트 디바이스의 배터리(또는 다른 재충전 가능 전력원)를 충전한다(블록 430). 이 동작은 호스트 디바이스의 인터페이스 포트로부터 자신의 전력원으로의 전력의 흐름을 제어하는 하나 이상의 스위치들을 세팅하기 위해 신호를 생성하는 것을 수반할 수 있다. 도 3의 시스템에서, 제어기에 의해 수신 전류 신호 및/또는 추가 신호가 생성되어 멀티플렉서(340)로 하여금 수신 전류 신호에 기초하여 닫혀진 스위치(343)를 통한 인터페이스로부터의 전력을 선택하도록 할 수 있다.
이 동작은 또한, 인터페이스의 전력 라인으로부터 충전 회로로 전력을 인도하기 위해서, 호스트 제어기에 의해 실행되는 대응하는 소프트웨어를 로딩하는 것을 수반할 수 있다. 하나의 실시예에 따르면, 충전 회로는 통상적으로 차량 또는 AC 어댑터 또는 1차 배터리로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 충전 회로로의 경로는 인터페이스로부터 전력을 수신하도록 제어기에 의해 재구성될 수 있다.
또한, 호스트 디바이스가 전력을 외부 접속 디바이스로 보내도록 하는 데 통상적으로 이용되는 회로 경로들은 호스트 디바이스의 전력원을 충전하기 위해 전력을 인터페이스를 통하여 수신할 수 있도록 역전 또는 우회될 수 있다.
다른 동작에서, 호스트 디바이스의 제어기는 USB 인터페이스를 통해 제어 또는 검출 신호를 전력원 디바이스로 송신한다. 이 신호는 전력을 호스트 디바이스에 제공하기 위해 전력원 디바이스 내의 제어기에게 프로세스를 개시하라고 명령한다(블록 440). 제어 신호는 인터페이스의 데이터 라인들을 통해 또는 인터페이스의 제어 라인과 같은 다른 라인(도시되지 않음)을 통해 전력 제어 디바이스에 송신될 수 있다.
제어 신호는 또한 전력원 디바이스 제어기로 하여금 인터페이스의 접속을 검출하도록 하기 위한 기초로서 이용될 수 있다. 대안으로, 이 접속은 예를 들어, 인터페이스의 데이터 라인들을 따라 전압들 또는 신호들을 검출함으로써 호스트 디바이스에 의해 수행되는 검출 동작과 유사한 방식으로 전력원 디바이스에 의해 검출될 수 있다.
인터페이스 접속 및 호스트 디바이스로부터의 제어 신호를 검출한 후에, 전력원 디바이스 내의 제어기는 회로 경로를 자체의 전력원(또는 이 디바이스에 결합되는 전력원)으로부터 인터페이스에 결합된 포트로 설정한다(블록 350). (블록 450). 도 3의 시스템에서, 회로 경로는 방전 신호(124)를 생성하는 제어기(110)에 의해 세팅될 수 있다. 방전 신호는 전력이 전력원 디바이스의 배터리(150)로부터 인터페이스의 전력 라인(Vcc)으로 공급되는 것이 가능하도록 스위치(125)를 닫는다.
전송된 전력은 그 후에 호스트 디바이스에 의해 포트(320)를 통해 수신되고 호스트 디바이스 배터리의 충전 회로 단자(350)로의 입력을 위해 스위치(343), 멀티플렉서(340) 및 전력 관리 제어기(33)를 통과한다(블록 460). 충전 회로는 그 후에 호스트 디바이스 배터리를 충전한다. 보호 회로는 과충전을 방지하기 위해 호스트 디바이스 내에 포함될 수 있다.
추가 동작들은 전력이 실제로 전송되기 전에 호스트 및 전력원 디바이스들의 제어기들 사이에서 다양한 제어 신호들을 교환하는 것을 포함할 수 있다. 이 제어 신호들의 생성 및 교환은 인터페이스와 호환 가능한 통신 및/또는 제어 프로토콜들에 기초할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 동작들의 시퀀스는 변할 수 있고 이들 동작들 중 둘 이상은 예를 들어 관리하는 프로토콜 표준에 기초하여 동시에 수행될 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 인터페이스는 또한 전력원 디바이스의 배터리(또는 다른 유한 전력원)를 충전하기 위해, 전력을 호스트 디바이스의 1차 전력원 또는 1차 전력원(예를 들어, 배터리)으로부터 전력원 디바이스로 전송하는 데 이용될 수 있다.
이 경우에, 전력 관리 제어기(340)는 스위치(343)를 턴오프하기 위해 USB 호스트 제어기(310)로의 신호를 생성한다. 이는 결과적으로, 호스트 제어기 배터리가 전력원 디바이스로부터의 전력에 기초하여 충전되고 있었을 경우에 호스트 제어기 배터리로의 전력을 차단한다. 멀티플렉서는 또한 오프 지점에 세팅되어, 입력을 선택하지 않는다. 제어기(310)는 그 후에 전력을 호스트 디바이스의 1차 또는 2차 전력원으로부터 인터페이스의 전력 라인(Vcc)으로 공급하도록 경로를 개방하기 위해 공급 전류 신호(347)를 생성하여 스위치(344)를 닫는다. 제어기는 공급 전류 신호를, 예를 들어 독자적으로 또는 전력 관리 제어기로부터의 명령에 기초하여 생성할 수 있다.
이 프로세스 동안, 전력 관리 제어기는 인터페이스를 통해 전력원 디바이스로 송신되는 제어 신호를 생성할 수 있다. 이 신호는 데이터 라인들 또는 인터페이스 내의 다른 제어 라인(도시되지 않음) 중 하나 이상에서 송신될 수 있다. 일단 수신되면, 전력원 디바이스의 제어기는 스위치(125)를 열고 스위치(128)를 닫기 위해 제어 신호들을 생성하는 데, 후자는 제어기로부터의 충전 신호에 기초하여 닫힌다. 이 충전 신호는 충전 회로(140)로의 회로 경로를 개방하고 인터페이스의 전력 라인을 통해 호스트 디바이스로부터 공급되는 전력은 전력원 디바이스의 배터리를 충전시키는데 이용된다.
다른 실시예에 따르면, 전력원 디바이스는 도 5에 도시된 바와 같이 내장 검출 회로(135)를 포함할 수 있다. 검출 회로는 PSD 제어기(110)로의 입력을 위해 신호(136)를 생성한다. 이 신호에 기초하여, 제어기는 남아 있는 배터리 충전이 미리 결정된 레벨 아래로 떨어졌는지를 결정할 것이다. 이것이 발생하면, 제어기는 스위치(344)를 닫기 위해 호스트 디바이스의 제어기에 신호를 송신하여, 1차 전력원(AC 전력 또는 차량 전력)이 배터리(150)를 이전에 기술된 바와 같이 회로 경로들을 세팅한 것에 기초하여 충전하는 것이 가능해질 수 있다.
이 프로세스는 자동으로, 그리고 호스트 디바이스 배터리가 배터리(150)로부터의 전력에 의해 충전되고 있을 때에 발생할 수 있다. 이 경우에, 호스트 디바이스 배터리를 충전한 결과로서 배터리(150) 내의 충전이 미리 결정된 레벨 아래로 떨어지면, 호스트 디바이스의 1차 전력원은 인터페이스를 통해 전력원 디바이스 배터리를 충전하도록 자동으로 접속될 수 있다. 그와 같은 시나리오는 예를 들어, 호스트 디바이스의 배터리가 전력원 디바이스에 의해 충전되고 있을 때 상기 호스트 디바이스가 1차 소스로부터의 전력에 액세스할 수 없으나 그 후에 호스트 디바이스의 사용자가 이후에 1차 전력원이 액세스 가능한 장소로 이동하면 발생할 수 있다.
도 6은 전력원 디바이스가 노트북 컴퓨터(500)이고 호스트 디바이스(600)가 다른 노트북 컴퓨터인 경우에 적용되는 상술한 실시예들의 실제 적용예를 도시한다. 이 경우에, 컴퓨터들 중 한 컴퓨터의 배터리는 전력을 공급하여 인터페이스(300)를 통해 다른 컴퓨터의 배터리를 충전하는 데 이용된다. 이 적용예는 예를 들어 AC 또는 차량 전력이 어느 한 컴퓨터의 사용자에 의해 액세스될 수 없고 컴퓨터들 중 하나가 낮은 충전 상태에 있는 상황들에서 유용하다.
도 7은 전력원 디바이스가 셀룰러 폰 또는 스마트폰(700)이고 호스트 디바이스가 노트북 컴퓨터인 경우에 적용되는 상술한 실시예들의 다른 실제 적용예를 도시한다. 이 경우에, 셀룰러 폰 배터리는 인터페이스(300)를 통하여 전력을 공급하는 것을 통해 노트북 컴퓨터를 충전하는 데 이용될 수 있다.
도 8은 전력원 디바이스가 셀 또는 스마트 폰(도 8(a)), 전력원 디바이스가 노트북 컴퓨터(도 8(b))의 경우에 적용되는 다른 적용예들을 도시하고, 여기서 전력원 디바이스는 특수 목적 배터리 팩(1100)이고 호스트 디바이스는 스마트 폰, 아이팟, 전자 태블릿 또는 전자 북 디바이스이다.
특수 목적용 배터리 팩(1100)은 여행객들이 자신의 모바일 디바이스들을 충전할 필요가 있는데 AC 콘센트(outlet)를 이용할 수 없는 공항들, 전자제품 매장들 또는 다른 장소들에서 판매될 수 있으므로 그와 같은 모듈이 특히 관심의 대상이 된다. 하나의 실시예에 따르면, 배터리 팩은 네트워크 통신들 및 멀티미디어 기능들을 수행하는 회로소자를 제외할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상이한 컴퓨터 판독 가능 매체는 전자 디바이스에서의 전력의 할당을 위해 전력원 및 호스트 디바이스들 내의 제어기들 중의 각각의 제어기에 의해 수행되는 동작들을 제어하기 위한 프로그램을 저장한다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 내부 메모리 칩들 또는 저장 유닛들일 수 있거나 커넥터를 통해 또는 다른 유형의 통신 경로를 통해 전력원 및 호스트 디바이스들에 착탈식으로 결합되는 매체일 수 있다.
프로그램은 방법 실시예들에 포함되는 동작들 중 임의의 동작을 구현하기 위해서 코드 섹션(code section)들을 포함할 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에 따르면, 프로그램은 호스트 및 디바이스 사이의 인터페이스의 접속을 검출하는 제 1 코드 및 상기 접속의 검출에 기초하여 디바이스 내에 제 1 회로 경로를 세팅하는 제 2 코드를 포함한다. 전력은 디바이스의 커넥터를 통해 제 1 회로 경로를 따라 유한 전력원으로부터 인터페이스로 출력된다. 전력은 호스트의 배터리를 충전시키는데 이용되도록 인터페이스를 통과한다. 디바이스는 USB 디바이스일 수 있고 호스트는 USB 호스트일 수 있다.
제 2 코드 섹션은 제 1 회로 경로를 세팅하기 위해 제 1 제어 신호를 생성함으로써 제 1 회로 경로를 세팅할 수 있다. 제 1 제어 신호는 전력이 제 1 회로 경로를 따라 유한 전력원에서 인터페이스로 통과되도록 하기 위해 스위치의 상태를 변경할 수 있다. 제 2 회로 경로를 세팅하고 인터페이스로부터 수신되는 전력에 기초하여 유한 전력원을 충전하기 위해 추가 코드가 포함될 수 있다. 코드 섹션들은 디바이스 내의 제어기에 의해 실행될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 프로그램은 호스트 및 디바이스 사이의 인터페이스의 접속을 검출하는 제 1 코드 및 상기 접속의 검출에 기초하여 호스트 내에 제 1 회로 경로를 세팅하는 제 2 코드를 포함한다. 전력은 제 1 회로 경로를 따라 인터페이스로부터 배터리로 전송되고, 이 전력은 디바이스의 유한 전력원으로부터 공급될 수 있다. 포트는 범용 직렬 버스(USB)일 수 있고 커넥터는 USB 커넥터일 수 있다.
이 프로그램들 외에 또는 대신에, 각각의 디바이스는 호스트 및 디바이스 사이의 신호들의 교환 및 인터페이스를 통해 이들 사이에 전송되는 전력을 관리 및 프로세스하는 제어 및 프로토콜 소프트웨어를 저장할 수 있다.
또한, 상술한 실시예들은 다양한 애플리케이션들을 가질 수 있다. 예를 들어, 이 애플리케이션들은 특히 디바이스가 올웨이즈-온/올웨이즈-커넥티드(Always-On/Always-Connected; AOAC) 동작 모드의 일부로서 포함될 때 호스트 디바이스에 더 긴 배터리 수명을 제공하는 데 이용될 수 있다. 이 더 긴 배터리 수명은 전력원 디바이스를 호스트 디바이스 또는 시스템에 대한 2차 전력원으로 이용함으로써 가능하다.
인터페이스를 통하는 전력의 흐름은 호스트 및 전력원 디바이스 사이에 접속이 검출될 때 호스트 디바이스의 포트(예를 들어, USB 포트) 상의 전력 핀을 공급 전류 대신 수신 전류로 용도 변경함으로써 달성될 수 있다. 데이터 라인들은 배터리 용량, 남은 용량, 충전/방전 전류, 지원되는 출력 전압(들), 재충전 주기들, 배터리 헬스(battery health) 및/또는 온도와 같은 정보를 호스트로부터 전력원 디바이스로 전송하는 데 이용될 수 있고, 상기 정보 모두는 전력을 호스트에 공급할 때 호스트 및/또는 디바이스의 제어기들이 고려할 수 있다.
전력원 디바이스에서, 커넥터(예를 들어, USB 커넥터)의 전력 핀은 하나의 애플리케이션에 따라 디폴트에 의해 일정한 5V의 전력에서 최대 2A 전류를 공급할 수 있다. 호스트 디바이스는 데이터 라인들을 통해 모든 필요한 디바이스 속성들을 획득하고 심지어 내부 구성 레지스터들을 프로그램하여, 심지어 전압 레벨들을 변경하거나, 전력을 커팅하거나(안전한 제거를 위해) 또는 심지어 디바이스 배터리를 방출에서 충전으로 스위칭하는(예를 들어, 호스트가 AC 또는 차량 전력에 접속될 때) 것과 같은 특정한 행위들이 수행될 수 있다.
역방향 호환의 경우, 전력원 디바이스가 초기 프로토콜(예를 들어, USB) 표준을 지원하는 호스트 디바이스(예를 들어, 디바이스로부터 전력을 수신하는 것을 지원하지 않는 호스트 디바이스)에 접속되어 있을 때, 디바이스의 드라이버 회로들/소프트웨어는 어떤 미리 결정된 시간 제한에 기초하거나, 호스트 디바이스로부터 인터페이스의 데이터 라인들에 따라 수신되는 정보에 기초하거나 또는 전력원 디바이스 내에 프로그램된 다른 소정의 기준에 따라, 디폴트에 의해 호스트로의 전력 공급을 종료할 수 있다. USB 애플리케이션의 경우에, 전력원 디바이스 또는 호스트 디바이스 중 어느 하나 또는 이 둘 모두는 USB-OTG 컴플라이언트일 수 있다.
다른 예에 따르면, 제 1 랩탑은 AC 충전기로 플러그 인될 수 있고 제 2 랩탑은 인터페이스를 통해 제 1 랩탑과 접속될 수 있다. 이 시나리오에서, 양 랩탑들은 제 1 랩탑의 AC 충전기를 이용하여 충전될 수 있고, 여기서 제 1 랩탑은 충전기로부터 전력을 직접 수신하고 제 2 랩탑은 인터페이스를 통해 전력을 동시에 수신한다. 이를 가능하게 하기 위해, 도 3 및 도 5에서의 제어기(310)는 스위치(344)를 닫을 수 있고 선택기는 단자(331)로부터의 입력을 선택하여 1차 전력원으로부터의 전력이 양 랩탑들의 배터리들로 전력을 송신하도록 할 수 있다. 스위치(343)는 이때 닫힐 수 있다.
양 랩탑들을 한번에(또는 하나의 랩탑 및 랩탑에 결합된 하나의 모바일 또는 다른 디바이스) 충전함으로써, 전위 에너지의 절약은 양 디바이스에 대해 단 한 번의 고효율 전압 변환을 행함으로써 실현될 수 있다.
게다가, 본원에 기술되는 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 전력원 디바이스는, 디바이스들이 본원에서 기술된 바와 같이 동작하는 USB 또는 다른 인터페이스 포트들 및 커넥터들을 가지고 있는 한, 브랜드, 제조사 또는 모델 고려사항들과는 관계 없이 임의의 모바일 디바이스를 충전할 수 있는 범용 충전기 역할을 할 수 있다. 하나의 디바이스 또는 호스트의 충전기는 따라서, 상기 충전기가 호스트 또는 디바이스 중 단 하나와 호환 가능할 때조차도, 상기 디바이스 또는 호스트 중 다른 하나의 디바이스 또는 호스트의 배터리를 충전하는 데 이용될 수 있다. 이는 초기 모델의 충전기들이 이후 모델의 호스트들 및 디바이스들에서 이용되도록 유지될 수 있으므로 돈을 절약하고, 따라서 사용자에 대한 편의를 진척시킨다.
본원에서 기술되는 실시예들은 또한, 비 제거 가능 배터리(예를 들어, 태블릿들)가 외부 여분의 배터리 팩들을 가지는 것을 가능하게 하고, 표준 USB 또는 다른 커넥터를 이용하여 일부 저-전력 디바이스용 전용 충전 포트에 대한 필요성을 제거하고, 더 높은 결합 전력 인출을 위하여 동시에 다수의 전력원들에 플러그 인할 수 있다는 관점에서 확장 가능하고, 전력원들을 스와핑(swapping)하는 동안 호스트 및/또는 디바이스가 전력 차단되어야 할 필요성을 제거함으로써 핫 플러그 가능(hot-pluggable) 동작이 가능하게 하고, 디바이스들 또는 호스트들이 변경되어야 할 때 재사용을 촉진하도록 공통 표준을 광범위한 디바이스들 및 호스트들에 걸쳐 제공하고, USB 충전 사양들을 지원하는 구형의 디바이스들 및/또는 호스트들과의 역 호환성을 제공하고, 전압을 변경하는 능력을 제공하고 그로 인해 최적의 배터리 사용 및 더 높은 효율을 위한 더 유연한 전력 관리를 제공할 수 있다.
본 명세서에서 하나의 "실시예"라는 언급은 실시예와 관련되어 기술되는 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 본 명세서 내의 다양한 곳들에서 보이는 그와 같은 어구들은 모두 동일한 실시예를 반드시 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 임의의 실시예와 관련하여 기술될 때, 당업자의 지식 내에서 그와 같은 특징, 구조, 또는 특성을 실시예들 중의 다른 실시예들과 관련하여 달성할 수 있음이 있다고 진술한다. 임의의 하나의 실시예들의 특징들은 임의의 다른 실시예의 특징들과 결합될 수 있다.
더욱이, 이해를 용이하게 하기 위해, 특정 기능 블록들은 별개의 블록들로서 서술되었을 수 있다; 그러나, 이 별개로 서술된 블록들은 이들이 논의되거나 아니면 본원에서 제시된 순서인 것으로 반드시 해석될 필요는 없다. 예를 들어, 일부 블록들은 대안의 순서로, 동시에, 기타 등등으로 수행되는 것이 가능할 수 있다.
본 발명이 본원에서 다수의 예시의 실시예들을 참조하여 기술되었을지라도, 본 발명의 원리들의 정신 및 범위 내에 해당할 많은 다른 수정들 및 실시예들이 당업자에 의해 고안될 수 있음이 이해되어야만 한다. 더 특정하게, 상술한 명세서, 도면들 및 첨부 청구항들의 범위 내의 대상 결합 배열의 구성요소 부분들 및/또는 배열들 내에서는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 합당한 변형들 및 수정들이 가능하다. 구성요소 부분들 및/또는 배열들에서의 변형들 및 수정들 외에도, 대안의 사용들이 당업자에게 또한 명백할 것이다.

Claims (30)

  1. 조건에 기초하여 유한 전력원과 커넥터 사이에 제 1 회로 경로를 세팅하는 제어기를 포함하되,
    상기 조건은 상기 커넥터와 호스트의 포트 사이의 인터페이스의 접속의 검출을 포함하고, 상기 유한 전력원은 전력을 상기 제 1 회로 경로를 따라 상기 인터페이스로 출력하는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커넥터는 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus: USB) 커넥터이고 상기 포트는 USB 포트인
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 회로 경로를 세팅하기 위해 제 1 제어 신호를 생성하고, 상기 제 1 제어 신호는 상기 인터페이스에 결합될 때 전력이 상기 유한 전력원으로부터 상기 커넥터를 통해 전달되는 것이 가능하도록 스위치의 상태를 변경하는
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유한 전력원으로부터 출력되는 전력을 제 1 레벨에서 상기 인터페이스와 호환 가능한 제 2 레벨로 변환하는 변환기를 더 포함하는
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 인터페이스로부터 수신되는 전력에 기초하여 상기 유한 전력원을 충전하도록 제 2 회로 경로를 세팅하는
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유한 전력원은 배터리인
    장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 모바일 통신 디바이스 또는 전자 책 디바이스인
    장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 네트워크 통신 및 멀티미디어 기능을 수행하는 회로 소자를 배제하는 배터리 팩인
    장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유한 전력원 및 상기 커넥터를 더 포함하는
    장치.
  10. 조건에 기초하여 호스트 포트와 유한 전력원 사이에 제 1 회로 경로를 세팅하는 호스트 제어기를 포함하되,
    상기 조건은 상기 포트와 디바이스의 커넥터 사이의 인터페이스의 접속의 검출을 포함하고, 상기 인터페이스로부터의 전력은 배터리를 충전하기 위해 상기 제 1 회로 경로를 따라 전달될 수 있는
    장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 포트는 범용 직렬 버스(USB) 포트이고 상기 커넥터는 USB 커넥터인
    장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 호스트 제어기는 전력이 상기 제 1 회로 경로를 따라 상기 배터리로 전달되는 것이 가능하도록 제 1 스위치의 상태를 변경하는
    장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 호스트 제어기는 상기 포트와 커넥터 사이의 접속이 종료될 때 1차 전력원으로부터의 전력이 상기 배터리를 충전하는 것이 가능하도록 선택기를 제어하는
    장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 호스트 제어기는 1차 전력원으로부터의 전력이 제 2 회로 경로를 따라 흐르는 것이 가능하도록 상기 제 1 스위치의 상태를 변경하고 제 2 스위치의 상태를 변경하고,
    상기 제 2 회로 경로는 전력을 상기 디바이스에 제공하는
    장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 호스트 제어기는 상기 디바이스의 배터리가 충전되어야 함을 나타내는 신호가 수신될 때 상기 제 1 스위치의 상태를 변경하고 상기 제 2 스위치의 상태를 변경하는
    장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 장치는 컴퓨터인
    장치.
  17. 디바이스와 호스트 사이의 인터페이스의 접속을 검출하는 단계와,
    상기 접속의 검출에 기초하여 상기 디바이스 내에 제 1 회로 경로를 세팅하는 단계를 포함하되,
    유한 전력원으로부터의 전력은 상기 제 1 회로 경로를 따라 상기 디바이스의 커넥터를 통해 상기 인터페이스로 출력되고, 상기 전력은 상기 호스트의 배터리를 충전하는 데 이용되기 위해 상기 인터페이스를 통해 전달되는
    방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 디바이스는 범용 직렬 버스(USB) 디바이스이고 상기 호스트는 USB 호스트인
    방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 회로 경로를 세팅하는 단계는 상기 제 1 회로 경로를 세팅하기 위해 제 1 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 제어 신호는 전력이 상기 제 1 회로 경로를 따라 상기 유한 전력원으로부터 상기 인터페이스로 전달되는 것이 가능하도록 스위치의 상태를 변경하는
    방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 인터페이스로부터 수신되는 전력에 기초하여 상기 유한 전력원을 충전하도록 제 2 회로 경로를 세팅하는
    방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 유한 전력원은 배터리인
    방법.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 디바이스는 모바일 통신 디바이스인
    방법.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 디바이스는 전자 책 디바이스인
    방법.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 디바이스는 네트워크 통신 및 멀티미디어 기능을 수행하는 회로소자를 배제하는 배터리 팩인
    방법.
  25. 호스트와 디바이스 사이의 인터페이스의 접속을 검출하는 단계와,
    상기 접속의 검출에 기초하여 상기 호스트 내에 제 1 회로 경로를 세팅하는 단계를 포함하되,
    상기 인터페이스로부터의 전력은 상기 제 1 회로 경로를 따라 배터리로 전송되고, 상기 전력은 상기 디바이스의 유한 전력원으로부터 공급되는
    방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 포트는 범용 직렬 버스(USB) 포트이고 상기 커넥터는 USB 커넥터인
    방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 유한 전력원은 배터리인
    방법.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 호스트는 컴퓨터이고 상기 디바이스는 모바일 통신 디바이스인
    방법.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 호스트는 컴퓨터이고 상기 디바이스는 전자 책 디바이스인
    방법.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 호스트는 컴퓨터이고 상기 디바이스는 컴퓨터인
    방법.
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