KR20140019498A - 서지에 의한 손상을 방지할 수 있는 휴대 단말 - Google Patents

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KR20140019498A
KR20140019498A KR1020120085528A KR20120085528A KR20140019498A KR 20140019498 A KR20140019498 A KR 20140019498A KR 1020120085528 A KR1020120085528 A KR 1020120085528A KR 20120085528 A KR20120085528 A KR 20120085528A KR 20140019498 A KR20140019498 A KR 20140019498A
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Abstract

본 발명은 서지(surge)에 의한 손상을 방지할 수 있는 휴대 단말에 관한 것이다. 본 발명에 따른 휴대 단말은 외부장치 인터페이스부; 상기 외부장치 인터페이스부로부터 입력되는 전압으로 상기 휴대 단말의 배터리를 충전하는 충전부; 및 상기 외부장치 인터페이스부와 상기 충전부 사이에 연결되어, 상기 외부장치 인터페이스부로부터의 순간적인 과전압이 상기 충전부로 입력되는 것을 방지하는 순간적인 과전압 방지부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

서지에 의한 손상을 방지할 수 있는 휴대 단말{MOBILE TERMINAL BEING CAPABLE TO PREVENT ITS DAMAGE BY SURGE}
본 발명은 과전압의 입력으로부터 손상을 방지할 수 있는 휴대 단말에 관한 것이다.
AC(교류) 어댑터에서 휴대 단말로 들어오는 전원은 휴대 단말의 충전부로 입력되거나 과전압 방지(OVP; Over Voltage Protect) 회로를 거쳐 충전부로 입력될 수 있다. 여기서 충전부는 입력 전압(예, DC(직류) 5V)을 배터리 전압(VBAT; 예, 4.2V)로 강압하여 출력할 수 있다. 이렇게 강압된 전압은 휴대 단말의 배터리로 공급되어, 배터리가 충전된다.
상기 OVP 회로는 지속적인 과전압으로부터 휴대 단말의 손상 예컨대, 오작동이나 번 아웃(burn out)을 방지할 수 있다. 하지만 충전부는 순간적인 과전압 예컨대, 서지(surge)에 대해서는 보호가 이루어지지 않는 구조로 설계되어 있다. 따라서 서지에 의한 휴대 단말의 불량이 지속적으로 발생되고 있다. 특히, 전원 공급이 열악한 국가 및 환경(예, 차량용 어댑터나 자가 발전기를 이용하여 휴대 단말을 충전하는 경우)에서는 불량률이 더 심하다.
본 발명은 서지의 입력으로부터 손상을 방지할 수 있는 휴대 단말을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 휴대 단말은 외부장치 인터페이스부; 상기 외부장치 인터페이스부로부터 입력되는 전압으로 상기 휴대 단말의 배터리를 충전하는 충전부; 및 상기 외부장치 인터페이스부와 상기 충전부 사이에 연결되어, 상기 외부장치 인터페이스부로부터의 순간적인 과전압이 상기 충전부로 입력되는 것을 방지하는 순간적인 과전압 방지부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상으로 본 발명에 따르면 순간적인 과전압(서지)로부터 휴대 단말을 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말의 전압 특성을 보인 도면이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서 아래 설명과 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 첨부 도면에서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
본 발명에 따른 휴대 단말은 다양한 통신 시스템들에 대응되는 통신 프로토콜들(communication protocols)에 의거하여 동작하는 모든 이동통신 단말기들(mobile communication terminals)을 비롯하여, PMP(Portable Multimedia Player), 디지털방송 플레이어, PDA(Personal Digital Assistant), 음악 재생기(예컨대, MP3 플레이어), 휴대 게임 단말, 스마트폰(Smart Phone), 노트북(Notebook), 태블릿 PC 및 핸드헬드 PC 등 모든 멀티미디어기기를 포함할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 휴대 단말은 배터리가 내장된 타입일 수 있다. 물론 배터리의 탈착이 가능한 타입일 수도 있다.
본 발명에서 과전압은 휴대 단말이 손상될 수 있는 전압을 의미한다. 예컨대, CPU(Central Processing Unit)가 손상되지 않고 최대로 견딜 수 있는 전압(이하, 내압(internal pressure))이 '6V'인 경우, CPU 관점에서 6V 이상의 전압은 과전압일 수 있다. 이러한 과전압이 지속적으로 입력될 경우 해당 휴대 단말은 손상될 수 있다. 물론 짧은 순간이긴 하나 예컨대, 90V의 전압이 입력되는 경우에도 휴대 단말은 손상될 수 있다.
본 발명에서 서지(surge)는 짧은 시간 내에 급격히 증가하는 "순간적인 과전압"을 의미한다. 예컨대, 수에서 수십 마이크로 초(microsecond) 만에 전압의 수치가 휴대 단말이 견딜 수 없는 수십 이상으로 급격히 증가하는 전압을 서지라 한다. 예컨대, 정전기의 경우 순간적으로 수 킬로볼트(KV)까지 상승한다. 이러한 서지는 수에서 수십 밀리초(millisecond)) 이상 유지되는 "지속적인 과전압(EOS; Electro Over Stress)"과 구별된다.
본 발명에 따른 휴대 단말은 이러한 과전압 특히, 순간적인 과전압으로부터 내부 부품들을 보호할 수 있는 과전압 방지부를 구비함을 특징으로 한다. 도면들을 참조하여 본 발명의 휴대 단말을 아래에서 설명한다. 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 휴대 단말은 외부장치 인터페이스부(110), 배터리(120), 배터리 인터페이스부(130), 충전부(140), 지속적인 과전압 방지부(150), 순간적인 과전압 방지부(160) 및 구동부(170)를 포함하여 이루어질 수 있다.
외부장치 인터페이스부(110)는 AC 어댑터(10)를 충전부(150)와 연결한다. 여기서 AC 어댑터(10)는 예컨대, 220V의 AC 전압을 DC 5V 전압으로 변환하여 외부장치 인터페이스부(110)로 공급한다. 또한 외부장치 인터페이스부(110)는 AC 어댑터(10) 외에 기타 외부 장치와도 연결될 수 있다. 예컨대, 외부장치 인터페이스부(110)는 USB(Universal Serial Bus) 케이블을 휴대 단말과 연결할 수도 있다. 휴대 단말은 이러한 USB 케이블을 통해 예컨대, PC와 데이터 통신을 할 수 있고 PC로부터 전원을 공급받아 배터리(120)를 충전할 수도 있다.
배터리(120)는 리튬 이온 배터리, 리튬 이온 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리 및 니켈 수소 배터리 등 다양한 이차 전지가 될 수 있다. 즉 배터리(120)는 충전부(140)로부터 입력되는 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 축적하고, 축적된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 구동부(170)로 공급한다. 여기서 배터리(120)의 배터리 전압(VBAT)은 4.2V가 될 수 있다. 구동부(170)로 입력되는 전압이 배터리 전압(VBAT) 즉, 정격 전압(rated voltage)보다 낮거나 높을 경우, 구동부(170)는 불안정하고 불확실하게 동작할 수 있다. 특히, 내압 이상일 경우 구동부(170)는 번아웃(burn out)될 수 있다. 한편 배터리 전압은 4.2V에만 한정되는 것은 아니며 제품에 따라 다양할 수 있다.
배터리 인터페이스부(130)는 배터리(120)를 충전부(150) 및 구동부(170)와 연결한다. 즉 배터리 인터페이스부(130)는 충전부(140)로부터 입력되는 전기 에너지를 배터리(120)로 공급하고, 배터리(120)로부터 입력되는 전기 에너지를 구동부(170)로 공급한다.
충전부(140)는 잘 알려진 바와 같이 정전류 충전(constant current charging) 또는 정전압 충전(constant voltage charging) 등의 방식으로 구성될 수 있다. 예컨대, CPU는 AC 어댑터(10)가 외부장치 인터페이스부(110)에 연결됨을 감지하고, 충전부(140)를 구동시켜 충전 동작을 제어한다. 충전부(140)는, CPU의 제어 하에, 배터리(120)를 충전한다. 충전부(140)는 입력 전압(예, DC 5V)을 배터리 전압(VBAT; 예, 4.2V)로 강압하여 배터리 인터페이스부(130)로 출력하는 강압 회로를 구비할 수 있다. 또한 충전부(140)는 CPU의 제어 하에, 충전 동작을 종료할 수 있다. 예컨대, CPU는 배터리(120)의 잔량을 검출하고, 100% 충전인 경우 충전 동작을 종료하도록 충전부(140)를 제어한다.
충전부(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 동일한 전원 공급 라인을 통해 배터리(120)는 물론, 구동부(170)와도 연결될 수 있다. 즉 충전부(140)는 외부장치 인터페이스부(110)를 통해 외부 장치(예, AC 어댑터(10))와 구동부(170)를 연결할 수 있다. 이에 따라 구동부(170)는 배터리(120)가 충전되는 동안에는 배터리(120) 대신, 충전부(140)를 통해 외부 장치로부터 전원을 공급받을 수 있다.
지속적인 과전압 방지부(150)는 충전부(140)와 구동부(170) 사이에 연결되어, 충전부(140)로부터의 지속적인 과전압이 구동부(170)로 입력되는 것을 방지한다. 또한 지속적인 과전압 방지부(150)는 충전부(140)와 배터리(120) 사이에 연결되어, 충전부(140)로부터의 과전압이 배터리(120)로 유입되는 것을 방지한다. 예컨대, 사용자가 외부장치를 휴대단말 즉, 외부장치 인터페이스부(110)에 연결할 경우 처음 수십 밀리초(millisecond)) 동안은 6V 이상의 지속적인 과전압이 충전부(140)에서 출력될 수 있다.
지속적인 과전압 방지부(150)는 하나 이상의 제너 다이오드(Zener Diode)를 포함하여 이루어질 수 있다. 제너 다이오드는 구동부(170)의 내압 이상의 과전압이 구동부(170)로 입력되는 것을 방지한다. 이를 위해 제너 다이오드의 항복 전압(breakdown voltage)은 배터리 전압(예, 4.2V)보다는 크고 구동부(170)의 내압과 같거나 그 미만이다. 예컨대, 제너 다이오드는, 충전부(140)로부터 구동부(170)의 내압 예컨대, 6V 이상의 과전압이 입력될 경우, 이러한 과전압을 그라운드(GND)로 방전시키는 기능을 수행한다. 여기서 지속적인 과전압 방지부(150) 특히, 제너 다이오드는 자신의 내압(예, 40V) 이상의 순간적인 과전압이 입력될 경우, 자기 자신도 손상될 수 있으므로 상기한 방전 기능을 상실할 수 있다. 이에 따라 배터리(120) 및 구동부(170)도 순간적인 과전압에 의해 손상될 수 있다.
순간적인 과전압 방지부(160)는 외부장치 인터페이스부(110)와 충전부(140) 사이에 연결되어, 외부장치 인터페이스부(110)로부터의 순간적인 과전압이 충전부(140)로 입력되는 것을 방지한다. 예컨대 충전부(140)의 내압이 28V인 경우, 순간적인 과전압 방지부(150)는 28V 이상의 순간적인 과전압이 충전부(140)로 입력되는 것을 방지한다. 또한 순간적인 과전압 방지부(150)는 충전부(140)를 통해 순간적인 과전압이 배터리(120)와 구동부(170)로 유입되는 것을 방지한다. 순간적인 과전압 방지부(150)는 충전부(140)와 구동부(170) 사이 및 충전부(140)와 배터리(120) 사이에 연결될 수도 있다. 단 이럴 경우, 충전부(140)의 내압 이상의 순간적인 과전압으로부터 충전부(140)의 보호는 보장될 수 없다.
순간적인 과전압 방지부(160)는 하나 이상의 과도 전압 억제(TVS; Transient Voltage Suppressor) 다이오드를 포함하여 이루어질 수 있다. TVS 다이오드는 충전부(140)의 내압 이상의 과전압이 충전부(140)로 입력되는 것을 방지한다. 이를 위해 TVS 다이오드의 항복 전압(breakdown voltage)은 외부장치 인터페이스부(110)의 입력전압으로 설정된 VBUS(예, 5V)보다는 크고 충전부(140)의 내압과 같거나 그 미만이어야 한다. 예컨대, TVS 다이오드에서 모델명 "PTVS26VS1UR"은 외부장치 인터페이스부(110)로부터 28V("PTVS26VS1UR"의 항복 전압) 이상의 전압이 입력될 경우, 이러한 전압을 그라운드(GND)로 방전시키는 기능을 수행한다. 이때 충전부(140)의 내압은 28V 이상이다.
구동부(170)는 CPU, PAM(Power Amplifier Module) 및 PMIC(Power Management IC)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 도시하지는 않지만 구동부(170)는 GPS 모듈, 무선 통신 모듈, 터치스크린 및 카메라 등 휴대 단말의 운영을 위한 다양한 모듈들을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말의 전압 특성을 보인 도면이다. 도 2에서 도면부호 210은 외부장치 예컨대, AC 어댑터(10)에서 외부장치 인터페이스부(110)로 입력되는 전압(이하, 입력전압)을 나타내고, 도면부호 220은, 외부장치 인터페이스부(110)와 충전부(140) 사이에 순간적인 과전압 방지부(160)가 적용되지 않을 경우, 외부장치 인터페이스부(110)에서 충전부(140)로 입력되는 전압(이하, 제1출력전압)을 나타내고, 도면부호 230은, 외부장치 인터페이스부(110)와 충전부(140) 사이에 순간적인 과전압 방지부(160)가 적용될 경우, 외부장치 인터페이스부(110)에서 충전부(140)로 입력되는 전압(이하, 제2출력전압)을 나타낸다. 도 2를 참고하면, 외부장치 인터페이스부(110)와 충전부(140) 사이에 순간적인 과전압 방지부(160)가 적용될 경우, 40V 이상의 입력전압은 순간적인 과전압 방지부(160)에 의해 30V로 포화(saturation)되어 충전부(140)로 출력된다.
삼성전자
(모델명)		 페일(Fail) 전압 비고
적용 전 적용 후
GT-C3322 40V 200V PTV26VS1UR 적용
표 1을 참고하면, 삼성전자가 제조한 휴대단말, 모델명 "GT-C3322"는. 상기 순간적인 과전압 방지부(160) 즉, PTV26VS1UR가 적용되기 전에는, 입력전압이 40V 이상일 때 손상된다. 그러나 적용된 후에는 입력전압이 200V 이상일 때 손상된다. 이상으로 본 발명은 순간적인 과전압 방지부(160)를 휴대 단말에 적용함으로써, 외부로부터 비정상적으로 유입되는 과전압 특히, 서지에 의한 전원 불량률을 크게 낮출 수 있는 효과를 제공한다.
구분 삼성전자
(모델명)		 전원불량률 페일(Fail) 전압
적용 전
워스트(Worst) 모델 GT-S5233 2.50% 48V
GT-C3222 3.88% 42V
GT-B7722 4.20% 34V
베스트(Best) 모델 GT-E1252 0.50% 90V
GT-E1175 0.46% 90V
GT-E1225 0.39% 90V
표 2를 참고하면, 삼성전자가 제조한 휴대단말들 중 상기 워스트 모델들의 경우 베스트 모델에 비해 시장에서 전원불량률이 높고 전원불량이 발생하게 하는 페일 전압은 낮음을 알 수 있다. 이러한 워스트 모델들에 순간적인 과전압 방지부(160)가 적용될 경우, 전원 불량률이 크게 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
10: AC 어댑터
110: 외부장치 인터페이스부
120: 배터리
130: 배터리 인터페이스부
140: 충전부
150: 지속적인 과전압 방지부
160: 순간적인 과전압 방지부
170: 구동부

Claims (8)

  1. 휴대단말에 있어서,
    외부장치 인터페이스부;
    상기 외부장치 인터페이스부로부터 입력되는 전압으로 상기 휴대 단말의 배터리를 충전하는 충전부; 및
    상기 외부장치 인터페이스부와 상기 충전부 사이에 연결되어, 상기 외부장치 인터페이스부로부터의 순간적인 과전압이 상기 충전부로 입력되는 것을 방지하는 순간적인 과전압 방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 순간적인 과전압 방지부는 다이오드를 포함하여, 상기 다이오드의 항복 전압 이상의 순간적인 과전압이 상기 외부장치 인터페이스부로부터 입력될 경우, 상기 순간적인 과전압을 상기 휴대단말의 그라운드(GND)로 방전시키는 것을 특징으로 하는 휴대 단말.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 항복 전압은 상기 외부장치 인터페이스부의 입력 전압으로 설정된 전압(VBUS)보다 크고 상기 충전부의 내압과 같거나 미만인 것을 특징으로 하는 휴대 단말.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다이오드는 과도 전압 억제(TVS; Transient Voltage Suppressor) 다이오드인 것을 특징으로 하는 휴대 단말.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전부와 연결되고 상기 배터리로부터 전원공급을 받아 동작하는 구동부와,
    상기 충전부와 상기 구동부 사이에 연결되어, 상기 충전부로부터의 지속적인 과전압이 상기 구동부로 입력되는 것을 방지하는 지속적인 과전압 방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 지속적인 과전압 방지부는 다이오드를 포함하여, 상기 다이오드의 항복 전압 이상의 지속적인 과전압이 상기 충전부로부터 입력될 경우, 상기 지속적인 과전압을 상기 휴대단말의 그라운드(GND)로 방전시키는 것을 특징으로 하는 휴대 단말.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 항복 전압은 상기 배터리의 정격 전압보다 크고 상기 구동부의 내압과 같거나 미만인 것을 특징으로 하는 휴대 단말.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다이오드는 제너(Zener) 다이오드인 것을 특징으로 하는 휴대 단말.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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