KR20150006682A - 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치 - Google Patents

포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 호스트 기기에 내장되고, 상기 호스트 기기의 제어하에, 연결된 다수의 외부 기기로 충전 전류를 각기 공급하는 충전 전원 공급용 인터페이스 장치를 구비하고, 상기 충전 전원 공급용 인터페이스 장치는 상기 연결된 다수의 외부 기기로 설정 전류 이상의 충전 전류가 공급되지 않도록 과전류 보호 기능(Over Curent Protection : OCP)을 지원하는 전원 스위치가 다수 개 구비되며, 상기 다수 개의 전원 스위치 중 어느 하나의 전원 스위치에 연결된 전원 출력 단자와, 상기 어느 하나의 전원 스위치와는 다른 전원 스위치에 연결된 전원 출력 단자가 폴리 스위치(poly switch)를 통해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치에 관한 것으로서, SMPS(Switching Mode Power Supply) 용량을 키우지 않고 전류 쉐어링(current sharing) 회로를 통해서 잉여 충전 전류를 다른 포트와 쉐어링(sharing)할 수 있도록 해 포트 인가용 충전 전류를 증대시킬 수 있다.

Description

포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치{Apparatus for sharing surplus current for increasing charging current for port}
본 발명은 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 용량을 키우지 않고 전류 쉐어링(current sharing) 회로를 통해서 잉여 충전 전류를 다른 포트와 쉐어링(sharing)할 수 있도록 하는 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치에 관한 것이다.
USB2.0은 전류 스펙(current spec)이 500mA였으나, USB3.0부터는 900mA로 포트 전류 스펙(spec)이 변경되었다.
그만큼 USB 포트에 연결되는 기기(device) 종류가 다양해지고 전류가 많이 필요해졌다고 볼 수 있다.
USB3.0 기기(device)를 USB2.0 host에 꽂으면 USB2.0 스피드(speed)로 동작하나 전류를 많이 먹는 기기(device) 라면 "current limit" 이 걸려 인식 및 동작이 안될 수 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 발명이다.
또한 근래에는 스마트 폰(smart phone)의 대중화로 제품의 USB 포트를 이용하여 충전을 하는 경우도 많이 있으며 폰(phone) 충전을 하려면 1A이상의 전류가 필요하기 때문에 USB2.0이 달려있는 CE제품의 경우는 충전이 되지 않거나 저속 충전으로 시간이 많이 필요하게 된다.
폰(Phone)은 일 예이며 실제 USB포트의 전원을 이용하는 다수의 기기들을 시장에서 쉽게 찾아 볼 수 있다.
기존에는 USB 포트의 전류를 증대하기 위해서는 SMPS의 용량을 키우는 형태였고 추가적인 비용이 발생 되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, SMPS 용량을 키우지 않고 전류 쉐어링(current sharing) 회로를 통해서 잉여 충전 전류를 다른 포트와 쉐어링(sharing)할 수 있도록 하는, 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치는,
호스트 기기에 내장되고, 상기 호스트 기기의 제어하에, 연결된 다수의 외부 기기로 충전 전류를 각기 공급하는 충전 전원 공급용 인터페이스 장치를 구비하고, 상기 충전 전원 공급용 인터페이스 장치는 상기 연결된 다수의 외부 기기로 설정 전류 이상의 충전 전류가 공급되지 않도록 과전류 보호 기능(Over Curent Protection : OCP)을 지원하는 전원 스위치가 다수 개 구비되며, 상기 다수 개의 전원 스위치 각각은 서로 다른 전원 출력 단자에 일대일 연결되며, 상기 다수 개의 전원 스위치 중 어느 하나의 전원 스위치에 연결된 전원 출력 단자와, 상기 어느 하나의 전원 스위치와는 다른 전원 스위치에 연결된 전원 출력 단자가 폴리 스위치(poly switch)를 통해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 충전 전원 공급용 인터페이스 장치는 USB 전원 IC(USB power IC, USB : Universal Serial Bus)이고, 상기 전원 출력 단자는 USB 포트의 전원 출력 단자인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 SMPS(Switching Mode Power Supply) 용량을 키우지 않고 전류 쉐어링(current sharing) 회로를 통해서 잉여 충전 전류를 다른 포트와 쉐어링(sharing)할 수 있도록 해 포트 인가용 충전 전류를 증대시킬 수 있다.
실제 셋트나 매뉴얼에 표기는 500mA로 하지만 대부분의 기기는 마진을 고려하여 실제 그 이상의 "current driving"을 하도록 설계하지만 마진 역시 SMPS의 용량이나 전원 설계에 따라 제조 업체마다 상이하고 본 발명은 마진을 고려한 상태에서도 전류 쉐어링(current sharing)을 통해 "current driving" 능력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치의 구성을 예로 들어 도시한 도면
도 1은 본 발명에 따른 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치의 구성을 예로 들어 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 장치는 SMPS 용량을 키우지 않고 전류 쉐어링(current sharing) 회로를 통해서 잉여 충전 전류를 다른 포트와 쉐어링(sharing) 하는 것이다.
예를 들어, 500mA의 USB 2.0 host가 두 포트가 있다고 가정하자.
유저(User)가 1번 포트에는 USB stick(200mA)을 꽂고, 2번 포트에는 USB HDD(700mA)를 연결하였다고 하면, 1번 포트는 문제가 없지만 2번 포트에 꽂은 USB HDD는 "current limit"이 걸려 인식이 되지 않을 수 있다. 실제 셋트나 매뉴얼에 표기는 500mA로 하지만 대부분의 기기는 마진을 고려하여 실제 그 이상의 "current driving"을 하도록 설계하지만 마진 역시 SMPS의 용량이나 전원 설계에 따라 제조 업체마다 상이하고 본 발명은 마진을 고려한 상태에서도 전류 쉐어링(current sharing)을 통해 "current driving" 능력을 향상시키는 것이다.
본 발명은 1번 포트에 남는 300mA의 전류를 2번 포트에서 사용할 수 있게 하는 것이다.
만약 1번 포트에 500mA짜리 기기(device)를 연결하면 불가능 하지만 그 이외의 경우는 상관이 없다.
구체적으로, 본 장치는 호스트 기기(예: 스마트 폰)에 내장되고, 상기 호스트 기기의 제어하에, 연결된 다수의 외부 기기(USB stick, USB HDD, ...)로 충전 전류를 각기 공급하는 충전 전원 공급용 인터페이스 장치(USB 전원 IC(USB power IC), USB : Universal Serial Bus)를 구비하고, 상기 충전 전원 공급용 인터페이스 장치는 상기 연결된 다수의 외부 기기로 설정 전류 이상의 충전 전류가 공급되지 않도록 과전류 보호 기능(Over Curent Protection : OCP)을 지원하는 전원 스위치(예: USB power switch)(101, 102)가 다수 개 구비되며, 상기 다수 개의 전원 스위치(101, 102) 각각은 서로 다른 전원 출력 단자(USB 포트의 전원 출력 단자)에 일대일 연결되며, 상기 다수 개의 전원 스위치(101, 102) 중 어느 하나의 전원 스위치(101)에 연결된 전원 출력 단자와, 상기 어느 하나의 전원 스위치와는 다른 전원 스위치(102)에 연결된 전원 출력 단자가 폴리 스위치(poly switch)를 통해 전기적으로 연결된 것이다.
이하, 도 1의 본 발명에 따른 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치의 동작을 설명한다.
향후 USB3.0을 지원하겠지만 현재 STB에 사용되는 CPU는 USB2.0까지만 지원된다.
매뉴얼이나 인쇄사양에 USB host port의 경우 DC 500mA를 표시하며 제조 업체마다 SMPS의 용량이나 "power scheme"에 따라 일정 부분의 마진을 갖고 설계 한다.
즉, 표시는 500mA로 하지만 실제 700mA 혹은 1A까지도 로딩(loading)이 가능한 경우도 있다.
또한, USB전원 쪽에는 USB power IC를 별도로 사용한다.
이유는 외부로 출력되는 DC에 대해서는 "protection" 기능이 있어야 하기 때문이다.
외부에 연결된 기기(device)가 쇼트(short) 되었을 시 이를 감지 하고, 메인(main) 혹은 SMPS 전원이 떨어져서 시스템(system)의 오 동작을 방지하기 위한 SCP(Short circuit protect) 기능, 과전류 방지(OCP : over current protection) 기능, 과열 방지(OTP, over temp. protection) 기능, UVP(under voltage protection), OVP(over voltage protection) 등의 기능을 지원하는 USB power switch를 대부분 사용한다.
도 1은 USB power switch의 내부 블록(block) 도이다.
블로킹 다이오드(Blocking diode)가 있는 경우도 있고 없는 경우도 있으며 본 발명은 다이오드(diode) 가 있는 것으로 설명하겠다. 만약에 내부에 다이오드(Diode)가 없다면 외부에 숏트키 다이오드를 반드시 추가해야 한다.
전류 쉐어링(Current sharing)은 도 1과 같이 USB 포트의 전원 출력 단자를 폴리 스위치(poly switch)를 통해 연결하는 것이다.
USB2.0 host를 두 포트 지원한다면 도 1과 같이 USB0 5V전원과 USB1 5V 전원을 USB power switch(101, 102)에 각각 연결하여 사용하게 된다.
500mA를 표시하지만 USB power switch(101, 102)의 OCP(Over current protection)를 700mA를 사용하였고 실제 두 포트 모두 700mA를 로딩(loading) 가능한 상태에서 100mA 짜리 폴리 스위치(poly switch)를 도 1과 같이 연결하였다고 해보자.
두 포트 중에 한 포트에 750mA를 연결하고 다른 포트에는 500mA under의 기기(device)를 연결하면 750mA 짜리 기기(device)는 전류 부족으로 인식이 되지 않을 것이다.
하지만 폴리 스위치(ploy switch)를 통해서 다른 포트로부터 100mA까지 공급 받을 수 있기 때문에 본 발명 회로라면 가능하다.
폴리 스위치(Poly switch)의 기능을 이용한 것이며 폴리 스위치(poly switch)는 해당 자재가 흘릴 수 있는 전류 능력이 있고 그 능력 이상의 전류가 흐르면 "open"되고 상황 해제되면 다시 정상적으로 폴리(poly) 기능을 수행할 수 있다.
따라서 꼭 USB 포트 뿐만 아니라 다른 애플리케이션(application) 에도 응용이 가능한 회로이다.
제품이 공식적으로 표기하여 지원하는 용량 이외에 마진을 두고 설계한 부분에 대한 일부 전류를 쉐어링(sharing) 함으로 인해 기기(device)에 대한 호환성이 좋아지는 것이다.
하지만, 서두에 얘기한 것 같과 같이 전류를 많이 먹는 기기(device)를 모든 포트에 연결할 경우에는 효과가 없다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101, 102 : USB 전원 스위치(USB power switch)

Claims (2)

  1. 호스트 기기에 내장되고, 상기 호스트 기기의 제어하에, 연결된 다수의 외부 기기로 충전 전류를 각기 공급하는 충전 전원 공급용 인터페이스 장치를 구비하고,
    상기 충전 전원 공급용 인터페이스 장치는
    상기 연결된 다수의 외부 기기로 설정 전류 이상의 충전 전류가 공급되지 않도록 과전류 보호 기능(Over Curent Protection : OCP)을 지원하는 전원 스위치가 다수 개 구비되며,
    상기 다수 개의 전원 스위치 중 어느 하나의 전원 스위치에 연결된 전원 출력 단자와, 상기 어느 하나의 전원 스위치와는 다른 전원 스위치에 연결된 전원 출력 단자가 폴리 스위치(poly switch)를 통해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 전원 공급용 인터페이스 장치는
    USB 전원 IC(USB power IC, USB : Universal Serial Bus)이고,
    상기 전원 출력 단자는
    USB 포트의 전원 출력 단자인 것을 특징으로 하는 포트 인가용 충전 전류를 증대시키기 위한 잉여 충전 전류 쉐어링 장치.
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