KR20150001045A - 충전시간을 단축하기 위한 제어회로 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반적으로 충전시간을 단축하기 위한 제어회로 및 그 구동방법에 관한 것으로, 충전장치는, 인가 전원이 공정 전원임을 나타내는 제어신호를 수신하는 입력부; 상기 인가 전원이 상기 공정 전원이면, 상기 공정 전원이 인가되는 동안 단말 본체과 배터리 사이의 경로를 차단하는 스위치를 포함하여, 공정 전원과 배터리 전원을 분리하기 위한 전용 스위치를 제거함으로써, DC(Direct Current) 저항을 줄여 전체 CV 저항을 줄일 수 있다.

Description

충전시간을 단축하기 위한 제어회로 및 그 구동방법{CONTROL CIRCUIT FOR DECREASING CHARGING TIME AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 일반적으로 충전시간을 단축하기 위한 제어회로 및 그 구동방법에 관한 것으로, 특히 정전압(Constant Voltage: CV) 저항에 대응하는 손실을 줄여 정전류(Constant Current: CC) 구간을 늘리는 제어회로 및 그 구동방법에 관한 것이다.
휴대용 단말기, 태블릿 컴퓨터, 스마트폰 같은 전자장치는 휴대성이 용이하며 다양한 프로그램 저장 및 실행이 가능하고, 또한, 인터넷 검색, 카메라, 비디오 리코딩, MP3, DMB(Digital Multimedia Broadcasting), GPS(Global Positioning System) 같은 다양한 부가 기능 사용이 가능하다. 이러한 다양한 기능들로 인해 전자장치의 사용빈도는 증가하고 있으며, 더불어 상기 전자장치의 사용빈도 증가에 비례하여 배터리 소모량도 증가하고 있다.
따라서, 사용자가 전자장치를 휴대하며 장시간 사용하기 위해서는 배터리 용량 증가가 필수적이다. 그러나, 배터리 방전 후에는 배터리를 충전해야 하지만, 배터리 용량 증가는 배터리 충전시간이 길어지는 문제가 발생할 수 있다.
그러므로, 배터리 충전시간을 단축하기 위한 제어회로 및 그 구동방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 충전시간을 단축하기 위한 제어회로 및 그 구동방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 별도의 공정용 스위치를 사용하지 않고 공정 전원과 배터리 전원을 분리하는 제어회로 및 그 구동방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정용 스위치로 인한 정전압(Constant Voltage: CV) 저항값을 줄여 정전류(Constant Current: CC) 구간을 늘리는 제어회로 및 그 구동방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 정전류(Constant Current: CC) 구간을 늘려 충전시간을 단축하는 제어회로 및 그 구동방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 충전장치에 있어서, 인가 전원이 공정 전원임을 나타내는 제어신호를 수신하는 입력부; 상기 인가 전원이 상기 공정 전원이면, 상기 공정 전원이 인가되는 동안 단말 본체과 배터리 사이의 경로를 차단하는 스위치를 포함한다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 스위치는, 상기 인가 전원이 상기 충전 전원이면, 충전 초기화 동안 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 차단하되, 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 차단되는 동안, 해당 전원을 상기 단말 본체으로 공급하는 출력부를 더 포함한다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 스위치는, 충전 초기화가 완료될 때, 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 연결하되, 상기 출력부는 상기 배터리로 상기 충전 전류 또는 충전전압을 공급할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 해당 전원은 상기 충전 전원이거나 상기 충전 전원이 변환된 상기 단말 본체의 동작 전원일 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 스위치는, 양방향 백투백(Back to Back) FET(Field-Effect Transistor)로 구성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 양방향 백투백(Back to Back) FET 스위치는 제1 FET의 소스단과 제2 FET의 소스단이 연결되고, 제1 FET의 게이트단과 제2 FET의 게이트단이 연결되고, 제1 FET의 드레인단은 상기 단말 본체로 연결되고, 제2 FET의 드레인단은 상기 배터리와 연결되고, 제1 FET의 드레인단과 소스단에 제1 다이오드가 연결되고 제2 FET의 드레인단과 소스단에 제2 다이오드가 연결될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 공정 전원은 바로 상기 단말 본체로 제공될 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 전자장치에 있어서, 단말 본체; 배터리; 및 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이의 전원 경로를 제어하여, 상기 단말 본체에 공정 전원 또는 충전 전원을 공급하는 충전부를 포함하는 전자장치로서, 상기 충전부는, 인가 전원이 공정 전원임을 나타내는 제어신호를 수신하는 입력부와, 상기 인가 전원이 상기 공정 전원이면, 상기 공정 전원이 인가되는 동안 상기 단말 본체과 상기 배터리 사이의 경로를 차단하는 스위치를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 스위치는, 상기 인가 전원이 상기 충전 전원이면, 충전 초기화 동안 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 차단하되, 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 차단되는 동안, 해당 전원을 상기 단말 본체으로 공급하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 스위치는, 충전 초기화가 완료될 때, 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 연결하되, 상기 출력부는 상기 배터리로 상기 충전 전류 또는 충전전압을 공급하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 해당 전원은 상기 충전 전원이거나 상기 충전 전원이 변환된 상기 단말 본체의 동작 전원일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 스위치는, 양방향 백투백(Back to Back) FET(Field-Effect Transistor)로 구성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 양방향 백투백(Back to Back) FET 스위치는 제1 FET의 소스단과 제2 FET의 소스단이 연결되고, 제1 FET의 게이트단과 제2 FET의 게이트단이 연결되고, 제1 FET의 드레인단은 상기 단말 본체로 연결되고, 제2 FET의 드레인단은 상기 배터리와 연결되고, 제1 FET의 드레인단과 소스단에 제1 다이오드가 연결되고 제2 FET의 드레인단과 소스단에 제2 다이오드가 연결될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 공정 전원은 바로 상기 단말 본체로 제공될 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 충전장치의 전원제어 방법에 있어서, 인가 전원이 공정 전원인지 충전 전원인지를 판단하는 동작; 상기 인가 전원이 상기 공정 전원이면, 상기 공정 전원이 인가되는 동안 단말 본체과 배터리 사이의 경로를 차단하는 동작; 및 상기 공정 전원을 상기 단말 본체으로 공급하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 방법은 상기 인가 전원이 상기 충전 전원이면, 충전 초기화 동안 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 차단하는 동작; 해당 전원을 상기 단말 본체으로 공급하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 방법은 충전 초기화가 완료될 때, 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 연결하는 동작; 상기 배터리로 상기 충전 전류 또는 충전전압을 공급하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 해당 전원은 상기 충전 전원이거나 상기 충전 전원이 변환된 상기 단말 본체의 동작 전원일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 공정 전원 또는 상기 충전 전원에 따라 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 연결하거나 차단하는 동작을 동일한 하나의 스위치에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 공정 전원은 바로 상기 단말 본체로 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 충전시간을 단축하기 위한 제어회로 및 그 구동방법에 따르면, 공정 전원과 배터리 전원을 분리하기 위한 전용 스위치를 제거함으로써, DC(Direct Current) 저항을 줄여 전체 CV 저항을 줄일 수 있다.
또한, CV 저항 감소에 대응하여 CC 구간이 늘어나서 충전시간이 단축될 수 있다.
또한, 공정 전원과 배터리 전원을 분리하기 위한 스위치를 기존 다른 용도로 사용하는 스위치로 대체함으로써, 회로 면적 및 단가 이득에 유리하다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 내장형 배터리가 장착되는 전자장치에서, 공정 전원과 배터리전원을 분리하기 위한 별도 스위치를 포함하는 배터리 제어회로;
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 테스트를 위한 공정 전원 인가시, 공정 전원과 배터리전원을 분리하기 위한 별도 스위치를 포함하지 않은 배터리 제어회로 및 그 구동방법;
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 충전을 위한 일반 전원 인가시, 공정 전원과 배터리전원을 분리하기 위한 별도 스위치를 포함하지 않은 배터리 제어회로; 및
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 배터리 제어회로 동작 흐름도; 및
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 CC 구간을 비교한 그래프.
이하 본 발명의 다양한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예는 충전시간을 단축하기 위한 제어회로 및 그 구동방법에 관해 설명하기로 한다.
사용자의 전자장치를 휴대하여 장시간 사용하기를 원하는 요구에 따라, 배터리 사용시간 증대 및 배터리 충전시간 단축 및 급속 충전이 필요하다.
일반적으로, 배터리는 충전 시작 시 정전류(Constant Current)가 일정하게 공급되면서 충전되고, 이후 배터리의 단자전압이 일정 전압(예: 4.2V)이 될 때 정전압(Constant Voltage: CV)으로 구동하여 4.2V를 유지시키고 충전전류를 감시시키는 방법으로 충전을 완료하고 있다. 여기서, 정전류가 배터리의 단자전압이 일정 전압(예: 4.2V)이 될 때까지의 구간을 CC 구간이라 칭하고, 정전압으로 구동하여 배터리 충전이 완료될 때까지를 CV 이라 칭한다.
한편, 배터리 충전 시간 단축 및 급속 충전을 하기 위한 여러 가지 방법 중 하나가 충전전류를 증가시키는 것이다. 하지만, 충전전류가 높아도 CV 저항이 크면 CC 구간이 짧아져(즉, CV 구간이 길어짐) 충전시간이 늘어나게 된다. 따라서, CV 저항을 줄여 배터리 충전 시간을 단축할 수도 있다. CV 구간을 최소로 하기 위해, 배터리 셀 전압이 정확하게 측정되어야 하지만, 실제 정확한 배터리 셀 전압의 측정은 어렵기 때문에, 충전기의 출력단에서 배터리 셀까지의 저항을 줄여 CV 구간을 최소화하는 것이 필요하다.
CV 저항은 충전기의 출력단에서 배터리 셀 사이의 보드 저항, 커넥터 저항, 배터리 패키지(Battery Package) 내부 저항으로 인해 나타날 수 있고, 본 발명의 실시 예에서는 보드 저항을 줄이는 개선 방안을 제안한다.
한편, 대부분 단말기 제조업에서는 단말기 양산 과정에 있어서, RF(Radio Frequency) 특성 및 단말 본체의 특성 등을 검사한다. 단말기 특성 검사는 현재 양산되고 있는 단말기가 실제 적용될 수 있는 다양한 환경을 제공하고, 제공된 환경 내에서의 단말기 동작을 검사함으로써, 단말기 실제 동작 특성을 검사하는 것이다. 이러한 단말기 특성 검사는 단말기의 실질 불량 발생을 예견하고, 소비자의 요구를 충족하기 위한 필수적인 과정이다. 단말기 특성 검사는 상술한 바와 같이 다양한 환경적 특성을 고려해야 하기 때문에, 단말기에 다양한 레벨의 전원 공급이 이루어져야 하며, 각각의 전원 레벨에 따른 단말기 특성검사를 해야 한다.
배터리 내장형 단말기는 단말기 내부에 이미 배터리가 단말 본체에 내장조립되어 있기 때문에, 공정 테스트에 필요한 외부전원(이하 공정 전원이라 칭함) 공급시에 공정 전원이 배터리전원과 단락(Short)되는 것을 방지할 필요가 있다. 따라서, 공정 전원과 배터리전원을 분리시키는 스위치가 충전기와 배터리 사이에 있다. 또한, 상기 공정 전원은 단말 제조시 초기 설정된 전원 값을 의미할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전자장치는 배터리를 내장형으로 장착할 수 있는 휴대용 단말기로서, 이동통신 단말기, 디지털 방송 단말기, 개인 정보 단말기(PDA, Personal Digital Assistant), 스마트 폰(Smart Phone), IMT-2000(International Mobile Telecommunication 2000) 단말기, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 단말기 및 UMTS(Universal Mobile Telecommunication Service) 단말기 등과 같은 모든 정보통신기기 및 멀티미디어 기기와, 그에 대한 응용에도 적용될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 내장형 배터리가 장착되는 전자장치에서, 공정 전원과 배터리전원을 분리하기 위한 별도 스위치를 포함하는 배터리 제어회로를 도시하고 있다.
상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 내장형 배터리가 장착되는 전자장치는 단말 본체(120)와, 충전부(100), 내장형 배터리(110)와 공정 전원과 배터리전원을 분리시키는 스위치(170)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 충전부(100)는 교류를 직류를 변환하는 어댑터로부터 전원이 공급될 시, 일시적으로 단말 본체(120)로 전원을 공급하였다 이후에 내장형 배터리(110)로 충전 전원을 공급해주는 스위치(101)를 더 포함할 수 있다.
상기 어댑터로부터 충전부(100)에 전원이 공급될 시, 일시적으로 단말 본체(120)로 전원을 공급하는 이유는 내장형 배터리(110)에 완전 방전되어 단말 본체(120)로 전원이 남아있지 않을 때 일시적으로 단말 본체(120)로 전원을 공급함으로써 단말 본체(120)를 부팅시키기 위함이다. 여기서, 공정 전원(140) 및 충전 전원(130)은 외부로부터 공급되는 외부 전원으로서, 단말 본체(120)의 커넥터에 접속되어 전원을 공급하게 된다.
단말 본체(120)는 단말기를 구성하는 다양한 구성 및 구성을 연결하는 회로패턴을 포함한다. 여기서, 다양한 구성은, 음성을 수집하는 마이크, 음성을 재생하는 스피커 등을 포함하는 오디오 처리부, 외부 시스템과 통신채널을 형성하는 RF(Radio Frequency)부, RF부가 수신한 데이터를 처리하는 데이터 처리부, 키 입력신호를 생성하는 키입력부, 영상을 촬영하는 카메라, 영상을 표시하는 표시부 및 상기 각 구성을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 또한, 단말 본체(120)는 상기 각 구성을 연결하는 회로패턴 및 회로패턴이 형성된 인쇄회로기판, 전원 잭이 연결되는 커넥터, 내장형 배터리(110)를 충전하기 위한 충전회로(예: 충전부(100)) 등을 더 포함할 수 있다.
내장형 배터리(110)는 조립 내장된 상태에서 단말 본체(120)에 전원을 공급하는 배터리로서, 단말 본체(120) 동작에 필요한 일정전원 예를 들면 5V의 전원을 공급한다. 이러한 내장형 배터리(110)는 이차전지 또는 충전용 전지 예를 들면, 리튬전지, 니카드 전지, 수소전지 및 화학전지 등이 이용될 수 있다.
충전 전원(130)은 교류를 직류로 변환해주는 어댑터로부터 출력되는 DC 전원을 의미한다.
공정 전원(140)은 단말 본체에 포함된 각 구성의 특성을 검사하기 위해 테스트 신호(Test_sig)를 공급하는 전원으로서, 테스트 신호(Test_sig)는 다양한 레벨의 전원을 포함한다. 즉, 테스트 전원(VBTM)이 공급하는 전원은 내장형 배터리(100)가 제공하는 일정 레벨의 전원뿐만 아니라, 내장형 배터리(110)가 제공하는 전원보다 높은 레벨의 전류 전압을 가지는 전원 및 낮은 레벨의 전류 전압을 가지는 전원을 공급할 수 있다. 또한, 공정 전원(140)의 테스트 신호는 전원이 공급전원임을 나타내는 제어신호를 포함하고 있다.
충전부(100)는 내장형 배터리(110)의 상태에 따라 충전 전원(130)을 조절하여 충전전류를 충전 경로(140)를 통해 내장형 배터리(110)로 제공한다. 예를 들어, 충전부(100)는 충전 시작 시 내장형 배터리(110)에 정전류를 일정하게 공급하고, 이후 배터리의 단자전압이 일정 전압(예: 4.2V)이 되면 정전압으로 구동하여 4.2V를 유지시키고 충전전류를 감시시킨다.
충전부(100) 내부의 스위치(101)는 전원 경로(power path) 용도로 사용하는 백투백(Back to Back FET) 스위치로 구성될 수 있으며, 어댑터 삽입 시에 배터리 전압이 낮더라도 안정적으로 단말 본체(120)를 부팅시키기 위해, 충전부(100)가 초기화되지 않을 시에는 스위치 off 되었다가(이때, 스위치(170)는 on 또는 off 상태가 됨), 충전부 초기화 이후 스위치 on될 수 있다(이때, 스위치(170)는 on 상태가 되고, 전원 경로(150)를 통해 내장형 배터리(110)의 전원이 단말 본체(120)로 공급됨). 충전부(100) 내부의 스위치(101)의 on/off 동작은 단말 본체(120) 내부의 프로세서에 의해 제어되거나 충전부(100) 내부의 별도의 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 이때, 스위치(170)는 on 상태가 된다.
한편, 충전부(100)와 단말 본체(120) 사이 인덕터(160)가 추가될 수 있다.
스위치(170)는 충전부(100)와 내장형 배터리(110) 사이에 배치되어 공정 전원(140)이 공급될 시 off되어, 공정 전원(140)이 내장형 배터리(110)로 공급되지 않도록 차단하고, 전원 경로(150)를 통해 공정 전원(140)을 단말 본체(120)로 공급한다. 이때, 충전부(100) 내부의 스위치(101)는 on 상태가 된다.
스위치(101)는 양방향 백투백(Back to Back) FET 스위치로 설계될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 FET(Field-Effect Transistor)(102, 104)에서 제1 FET(102)의 소스단과 제2 FET(104)의 소스단이 연결되고, 제1 FET(102)의 게이트단과 제2 FET(104)의 게이트단이 연결되고, 제1 FET(102)의 드레인단은 단말 본체(120)로 연결되고, 제2 FET(104)의 드레인단은 스위치(170)와 연결될 수 있다. 그리고, 제1 FET(102)의 드레인단과 소스단에 제1 다이오드(103)가 연결되고 제2 FET(104)의 드레인단과 소스단에 제2 다이오드(105)가 연결될 수 있다. 제1 다이오드(103) 및 제2 다이오드(105)는 원하는 출력에 인가된 전압이 입력으로 역류하지 않도록 차단하는 역할을 수행한다.
마찬가지로, 스위치(170)는 양방향 백투백 FET 스위치로 설계될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 FET(171, 173)에서 제1 FET(171)의 소스단과 제2 FET(173)의 소스단이 연결되고, 제1 FET(171)의 게이트단과 제2 FET(173)의 게이트단이 연결되고, 제1 FET(171)의 드레인단은 배터리(110)로 연결되고, 제2 FET(173)의 드레인단은 스위치(101)와 연결될 수 있다. 그리고, 제1 FET(171)의 드레인단과 소스단에 제1 다이오드(172)가 연결되고 제2 FET(173)의 드레인단과 소스단에 제2 다이오드(174)가 연결될 수 있다. 제1 다이오드(103) 및 제2 다이오드(105)는 원하는 출력에 인가된 전압이 입력으로 역류하지 않도록 차단하는 역할을 수행한다.
상기 도 1에 보면 공정용 스위치(170)는 두 개의 FET가 존재하며, 공정 전원 인가시에 두 개의 스위치를 모두 OFF되어 배터리 전원과 공정 전원이 분리될 수 있다.
해당 FET의 내부 Rds-on 저항 때문에 CV 저항 증가요소가 발생하고 이에 충전시간이 늘어날 수 있다. 여기서, Rds-on 저항이란 트랜지스터가 turn on 되었을 때의 저항값을 의미한다. 각 FET Rds-on 저항은 일반적으로 8m옴으로 총 16m옴 정도가 되지만, 열에 의해 저항값이 증가 되기 때문에 실제 충전전류가 흐를 시에는 최대 50m옴 까지 증가할 수 있어서 CV 저항이 커지고 손실이 커질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, 이를 해결하고자 공정 전원 인가 시 별도의 공정용 스위치 사용하지 않고도 배터리전원과 공정 전원을 분리시키는 제어회로를 제안한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 테스트를 위한 공정 전원 인가시, 공정 전원과 배터리전원을 분리하기 위한 별도 스위치를 포함하지 않은 배터리 제어회로 및 그 구동방법을 도시하고 있다.
상기 도 2를 참조하면, 내장형 배터리가 장착되는 전자장치는 단말 본체(220)와, 충전부(200), 내장형 배터리(210)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 충전부(200)는 교류를 직류를 변환하는 어댑터로부터 전원이 공급될 시, 즉, 어댑터(도시하지 않음)가 충전부(200)와 전기적으로 연결될 때, 충전부(200)가 초기화될 때까지 off되어 일시적으로 단말 본체(220)로 전원을 공급하였다 충전부(200)가 초기화되면 on되어 내장형 배터리(210)로 충전 전원을 공급해주고 공정 전원입력시 테스트가 종료될 때까지 off되어 계속 단말 본체(220)로 공정 전원을 공급해주는 스위치(201)를 더 포함할 수 있다.
단말 본체(220)는 단말기를 구성하는 다양한 구성 및 구성을 연결하는 회로패턴을 포함한다. 여기서, 다양한 구성은, 음성을 수집하는 마이크, 음성을 재생하는 스피커 등을 포함하는 오디오 처리부, 외부 시스템과 통신채널을 형성하는 RF(Radio Frequency)부, RF부가 수신한 데이터를 처리하는 데이터 처리부, 키 입력신호를 생성하는 키입력부, 영상을 촬영하는 카메라, 영상을 표시하는 표시부 및 상기 각 구성을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 또한, 단말 본체(120)는 상기 각 구성을 연결하는 회로패턴 및 회로패턴이 형성된 인쇄회로기판, 전원 잭이 연결되는 커넥터, 내장형 배터리(210)를 충전하기 위한 충전회로(예: 충전부(200)) 등을 더 포함할 수 있다.
내장형 배터리(210)는 조립 내장된 상태에서 단말 본체(220)에 전원을 공급하는 배터리로서, 단말 본체(220) 동작에 필요한 일정전원 예를 들면 5V의 전원을 전원 경로(260)를 통해 공급한다. 이러한 내장형 배터리(210)는 이차전지 또는 충전용 전지 예를 들면, 리튬전지, 니카드 전지, 수소전지 및 화학전지 등이 이용될 수 있다.
공정 전원(250)은 단말 본체에 포함된 각 구성의 특성을 검사하기 위해 테스트 신호(Test_sig)를 공급하는 전원으로서, 테스트 신호(Test_sig)는 다양한 레벨의 전원을 포함한다. 즉, 테스트 전원(VBTM)이 공급하는 전원은 내장형 배터리(210)가 제공하는 일정 레벨의 전원뿐만 아니라, 내장형 배터리(210)가 제공하는 전원보다 높은 레벨의 전류 전압을 가지는 전원 및 낮은 레벨의 전류 전압을 가지는 전원을 공급할 수 있다. 또한, 공정 전원(250)의 테스트 신호는 전원이 공급전원임을 나타내는 제어신호(jig.on)를 포함하고 있다.
충전부(200)는 내장형 배터리(210)의 상태에 따라 충전 전원을 조절하여 충전전류를 충전 경로(270)를 통해 내장형 배터리(210)로 제공한다. 예를 들어, 충전부(200)는 충전 시작 시 내장형 배터리(210)에 정전류를 일정하게 공급하고, 이후 배터리의 단자전압이 일정 전압(예: 4.2V)이 되면 정전압으로 구동하여 4.2V를 유지시키고 충전전류를 감시시킨다.
충전부(200) 내부의 스위치(201)는 전원 경로(power path) 용도로 사용하는 백투백(Back to Back FET) 스위치로 구성될 수 있으며, 외부의 공정 전원(250)이 입력될 때, 공정 전원(250) 및 제어신호(jig_on)(230)가 동시에 입력되고, 이때, 제어신호(jig_on)는 외부전원이 공정 전원임을 나타내는 신호로써, 제어신호(jig_on) 입력시 스위치(201)는 off되어 공정 전원(250)이 배터리(210)로 공급되는 것을 차단하고 배터리(210)로부터 단말 본체(220)로 전원이 공급되는 것을 차단한다. 이후, 공정테스트가 종료될 때까지 스위치(201)는 off 상태를 유지한다. 실시 예에서, 공정 전원(250)은 바로 단말 본체(220)로 공급된다.
스위치(201)는 양방향 백투백(Back to Back) FET 스위치로 설계될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 FET(Field-Effect Transistor)(202, 204)에서 제1 FET(202)의 소스단과 제2 FET(204)의 소스단이 연결되고, 제1 FET(202)의 게이트단과 제2 FET(204)의 게이트단이 연결되고, 제1 FET(202)의 드레인단은 단말 본체(220)로 연결되고, 제2 FET(204)의 드레인단은 배터리와 연결될 수 있다. 그리고, 제1 FET(202)의 드레인단과 소스단에 제1 다이오드(203)가 연결되고 제2 FET(204)의 드레인단과 소스단에 제2 다이오드(205)가 연결될 수 있다. 제1 다이오드(203) 및 제2 다이오드(205)는 원하는 출력에 인가된 전압이 입력으로 역류하지 않도록 차단하는 역할을 수행한다.
한편, 충전부(200)와 단말 본체(220) 사이 인덕터(280)가 추가될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 충전을 위한 일반 전원 인가시, 공정 전원과 배터리전원을 분리하기 위한 별도 스위치를 포함하지 않은 배터리 제어회로 및 그 구동방법을 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 내장형 배터리가 장착되는 전자장치는 단말 본체(320)와, 충전부(300), 내장형 배터리(210)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 충전부(300)는 교류를 직류를 변환하는 어댑터로부터 전원이 공급될 시, 즉, 어댑터(도시하지 않음)가 충전부(200)와 전기적으로 연결될 때, 충전부(300)가 초기화될 때까지 off되어 일시적으로 단말 본체(320)로 전원을 공급하였다 충전부(300)가 초기화되면 on되어 내장형 배터리(310)로 충전 전원을 공급해주는 스위치(301)를 더 포함할 수 있다.
단말 본체(320)는 단말기를 구성하는 다양한 구성 및 구성을 연결하는 회로패턴을 포함한다. 여기서, 다양한 구성은, 음성을 수집하는 마이크, 음성을 재생하는 스피커 등을 포함하는 오디오 처리부, 외부 시스템과 통신채널을 형성하는 RF(Radio Frequency)부, RF부가 수신한 데이터를 처리하는 데이터 처리부, 키 입력신호를 생성하는 키입력부, 영상을 촬영하는 카메라, 영상을 표시하는 표시부 및 상기 각 구성을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 또한, 단말 본체(320)는 상기 각 구성을 연결하는 회로패턴 및 회로패턴이 형성된 인쇄회로기판, 전원 잭이 연결되는 커넥터, 내장형 배터리(310)를 충전하기 위한 충전회로(예: 충전부(300)) 등을 더 포함할 수 있다.
내장형 배터리(310)는 조립 내장된 상태에서 단말 본체(320)에 전원을 공급하는 배터리로서, 단말 본체(320) 동작에 필요한 일정전원 예를 들면 5V의 전원을 전원 경로(360)를 통해 공급한다. 이러한 내장형 배터리(310)는 이차전지 또는 충전용 전지 예를 들면, 리튬전지, 니카드 전지, 수소전지 및 화학전지 등이 이용될 수 있다.
충전부(300)는 내장형 배터리(310)의 상태에 따라 충전 전원(330)을 조절하여 충전전류를 충전 경로(340)를 통해 내장형 배터리(310)로 제공한다. 예를 들어, 충전부(300)는 충전 시작 시 내장형 배터리(310)에 정전류를 일정하게 공급하고, 이후 배터리의 단자전압이 일정 전압(예: 4.2V)이 되면 정전압으로 구동하여 4.2V를 유지시키고 충전전류를 감시시킨다.
충전 전원(330)은 교류를 직류로 변환해주는 어댑터로부터 출력되는 DC 전원을 의미한다.
충전부(300) 내부의 스위치(301)는 전원 경로(power path) 용도로 사용하는 백투백(Back to Back FET) 스위치로 구성될 수 있으며, 어댑터 삽입 시에 배터리 전압이 낮더라도 안정적으로 단말 본체(220)를 부팅시키기 위해, 충전부(200)가 초기화되지 않을 시에는 스위치 off 되었다가, 충전부 초기화 이후 스위치 on될 수 있다. 스위치(301)가 off될 시 충전부(300)는 충전 전원(330)을 그대고 단말 본체(320)로 공급하거나 충전 전원(330)을 단말 본체(320)의 동작 전원으로 변환하여 공급하고, on 될 시, 배터리(310)의 전원(예: 5V)을 단말 본체(320)로 공급한다.
충전부(300) 내부의 스위치(301)의 on/off 동작은 단말 본체(320) 내부의 프로세서에 의해 제어되거나 충전부(300) 내부의 별도의 프로세서에 의해 제어될 수 있다.
스위치(301)는 양방향 백투백(Back to Back) FET 스위치로 설계될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 FET(Field-Effect Transistor)(302, 304)에서 제1 FET(302)의 소스단과 제2 FET(304)의 소스단이 연결되고, 제1 FET(302)의 게이트단과 제2 FET(304)의 게이트단이 연결되고, 제1 FET(302)의 드레인단은 단말 본체(320)로 연결되고, 제2 FET(304)의 드레인단은 배터리와 연결될 수 있다. 그리고, 제1 FET(302)의 드레인단과 소스단에 제1 다이오드(303)가 연결되고 제2 FET(204)의 드레인단과 소스단에 제2 다이오드(305)가 연결될 수 있다. 제1 다이오드(303) 및 제2 다이오드(305)는 원하는 출력에 인가된 전압이 입력으로 역류하지 않도록 차단하는 역할을 수행한다.
한편, 충전부(300)와 단말 본체(320) 사이 인덕터(380)가 추가될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 배터리 제어회로 동작 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 400 동작에서 충전부(200, 300)는 외부전원이 인가될 시, 402 동작에서 외부인가 전원이 공정 전원이 충전 전원인지를 판단한다.충전 전원은 교류를 직류로 변환해주는 어댑터로부터 출력되는 DC 전원을 의미하고, 공정 전원은 단말 본체에 포함된 각 구성의 특성을 검사하기 위해 테스트 신호(Test_sig)를 공급하는 전원으로서, 공급전원임을 나타내는 제어신호(jin_on)를 포함하고 있다. 즉, 충전부(200, 300)는 제어신호(jin_on)의 유무를 통해 외부인가 전원이 공정 전원이 충전 전원인지를 판단할 수 있다.
이후, 404 동작에서 충전부(200, 300)는 외부인가 전원이 공정 전원일 경우, 406 동작에서 내부 스위치(201, 301)를 이용하여 단말 본체와 배터리 사이의 전원 경로를 off시키고, 408 동작에서 단말 본체로 공정 전원을 공급한다.즉, 공정 전원을 바로 단말 본체(220, 320)로 공급되며, 공정 전원의 제어신호(jin_on) 입력으로 내부 스위치(201, 301)가 off 되어 단말 본체와 배터리 사이의 전원 경로가 차단될 수 있다. 이때, 공정 전원이 계속 단말 본체(220, 320)로 공급되는 동안 내부 스위치(201, 301)는 off 상태를 유지한다.
반면, 404 동작에서 외부인가 전원이 충전 전원일 경우, 410 동작에서 내부 스위치(201, 301)를 이용하여 초기화될 때까지 단말 본체와 배터리 사이의 전원 경로를 off시키고, 412 동작에서 초기화될 때까지 일시적으로 단말 본체로 충전 전원을 그대로 공급하거나 충전 전원을 단말 본체의 동작 전원으로 변환하여 단말 본체로 공급할 수 있다.
그리고, 414 동작에서 충전부(200, 300)는 초기화가 완료되면, 416 동작에서 단말 본체와 배터리 사이의 전원 경로를 on시키고, 418 동작에서 전원 경로를 통해 배터리 전원(예: 5V)을 단말 본체로 공급한다. 이때, 충전 전원은 충전전류 또는 충전전압으로 변환되어 배터리(210, 310)로 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 CV 저항과 CC 구간 사이의 관계를 나타내는 그래프를 도시하고 있다.
상기 도 5를 참조하면, 충전시간이 일정시간에 도달하면 충전전류는 감소 된다. 제1 결과는 제2 결과보다 큰 CV 저항을 적용할 때의 충전시간과 충전전류 사이의 그래프이고, 제2 결과는 제1 결과보다 작은 CV 저항을 적용할 때의 충전시간과 충전전류 사이의 그래프이다.
결과에서처럼, CV 저항이 클수록 충전시간은 길어지고 CV 저항이 작을수록 충전시간이 단축되는 것을 알 수 있다. 다시 말해, CV 저항이 클수록 CC 구간은 짧아지고 CV 저항이 작을수록 CC 구간이 길어지는 것을 알 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
200, 300: 충전부
210, 310: 배터리
220, 320: 단말 본체
201, 301: 충전부 내부 스위치

Claims (20)

  1. 충전장치에 있어서,
    인가 전원이 공정 전원임을 나타내는 제어신호를 수신하는 입력부;
    상기 인가 전원이 상기 공정 전원이면, 상기 공정 전원이 인가되는 동안 단말 본체과 배터리 사이의 경로를 차단하는 스위치를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는, 상기 인가 전원이 상기 충전 전원이면, 충전 초기화 동안 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 차단하되,
    상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 차단되는 동안, 해당 전원을 상기 단말 본체으로 공급하는 출력부를 더 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치는, 충전 초기화가 완료될 때, 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 연결하되,
    상기 출력부는 상기 배터리로 상기 충전 전류 또는 충전전압을 공급하는 것을 포함하는 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 해당 전원은 상기 충전 전원이거나 상기 충전 전원이 변환된 상기 단말 본체의 동작 전원이고,
    상기 공정 전원은 단말 제조시 초기 설정된 전원인 것을 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는, 양방향 백투백(Back to Back) FET(Field-Effect Transistor)로 구성되는 것을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양방향 백투백(Back to Back) FET 스위치는 제1 FET의 소스단과 제2 FET의 소스단이 연결되고, 제1 FET의 게이트단과 제2 FET의 게이트단이 연결되고, 제1 FET의 드레인단은 상기 단말 본체로 연결되고, 제2 FET의 드레인단은 상기 배터리와 연결되고, 제1 FET의 드레인단과 소스단에 제1 다이오드가 연결되고 제2 FET의 드레인단과 소스단에 제2 다이오드가 연결되는 것을 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공정 전원은 바로 상기 단말 본체로 제공되는 것을 포함하는 방법.
  8. 전자장치에 있어서,
    단말 본체;
    배터리; 및
    상기 단말 본체와 상기 배터리 사이의 전원 경로를 제어하여, 상기 단말 본체에 공정 전원 또는 충전 전원을 공급하는 충전부를 포함하는 전자장치로서,
    상기 충전부는, 인가 전원이 공정 전원임을 나타내는 제어신호를 수신하는 입력부와, 상기 인가 전원이 상기 공정 전원이면, 상기 공정 전원이 인가되는 동안 상기 단말 본체과 상기 배터리 사이의 경로를 차단하는 스위치를 포함하는 전자장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스위치는, 상기 인가 전원이 상기 충전 전원이면, 충전 초기화 동안 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 차단하되,
    상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 차단되는 동안, 해당 전원을 상기 단말 본체으로 공급하는 출력부를 더 포함하는 전자장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스위치는, 충전 초기화가 완료될 때, 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 연결하되,
    상기 출력부는 상기 배터리로 상기 충전 전류 또는 충전전압을 공급하는 것을 포함하는 전자장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 해당 전원은 상기 충전 전원이거나 상기 충전 전원이 변환된 상기 단말 본체의 동작 전원이고,
    상기 공정 전원은 단말 제조시 초기 설정된 전원인 것을 포함하는 전자장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 스위치는, 양방향 백투백(Back to Back) FET(Field-Effect Transistor)로 구성되는 것을 포함하는 전자장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 양방향 백투백(Back to Back) FET 스위치는 제1 FET의 소스단과 제2 FET의 소스단이 연결되고, 제1 FET의 게이트단과 제2 FET의 게이트단이 연결되고, 제1 FET의 드레인단은 상기 단말 본체로 연결되고, 제2 FET의 드레인단은 상기 배터리와 연결되고, 제1 FET의 드레인단과 소스단에 제1 다이오드가 연결되고 제2 FET의 드레인단과 소스단에 제2 다이오드가 연결되는 것을 포함하는 전자장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 공정 전원은 바로 상기 단말 본체로 제공되는 것을 포함하는 전자장치.
  15. 충전장치의 전원제어 방법에 있어서,
    인가 전원이 공정 전원인지 충전 전원인지를 판단하는 동작;
    상기 인가 전원이 상기 공정 전원이면, 상기 공정 전원이 인가되는 동안 단말 본체과 배터리 사이의 경로를 차단하는 동작; 및
    상기 공정 전원을 상기 단말 본체으로 공급하는 동작을 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 인가 전원이 상기 충전 전원이면, 충전 초기화 동안 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 차단하는 동작;
    해당 전원을 상기 단말 본체으로 공급하는 동작을 더 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    충전 초기화가 완료될 때, 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 연결하는 동작;
    상기 배터리로 상기 충전 전류 또는 충전전압을 공급하는 동작을 더 포함하는 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 해당 전원은 상기 충전 전원이거나 상기 충전 전원이 변환된 상기 단말 본체의 동작 전원이고
    상기 공정 전원은 단말 제조시 초기 설정된 전원인 것을 포함하는 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 공정 전원 또는 상기 충전 전원에 따라 상기 단말 본체와 상기 배터리 사이 경로를 연결하거나 차단하는 동작을 동일한 하나의 스위치에 의해 제어되는 것을 포함하는 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 공정 전원은 바로 상기 단말 본체로 제공되는 것을 포함하는 방법.
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