KR20150088318A

KR20150088318A - 박막 마이크로전지 충전 및 출력 제어

Info

Publication number: KR20150088318A
Application number: KR1020157017302A
Authority: KR
Inventors: 제프리 디. 뮬린; 제프리 에스. 새터; 스티브 더블유. 톤킨
Original assignee: 사임베트 코퍼레이션
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-07-31
Also published as: CN105009404B; CN105009404A; EP2926434A4; WO2014085578A1; EP2926434A1; US20140145680A1; US9419463B2; EP2926434B1; JP2015536637A

Abstract

충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템은 박막 마이크로전지 셀의 충전 수준을 제어하도록 구성된 충전 제어 로직 컴포넌트, 소정 조건하의 박막 전지 박막 마이크로전지 셀 상에서 전류 소모를 중지시키기 위한 전지 컷오프 로직 컴포넌트, 상기 충전 제어 로직 컴포넌트와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트에 작동가능하게 결합되어서 소정 조건하의 상기 충전 제어 로직 컴포넌트와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트의 작동을 가능하게 하는 모드 제어 로직 컴포넌트, 및 전지 출력 전압 전위를 적어도 2:1 배율로 감소시키도록 구성된, 시스템에 외부 전압을 전달하기 위한 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트를 포함한다. 충전식 박막 마이크로전지 셀에 작동가능하게 연결된 시스템 및 상기 시스템을 포함하는 전력 공급받은 장치 및 마이크로전지 셀이 또한 기재되어 있다.

Description

박막 마이크로전지 충전 및 출력 제어{Thin film microbattery charge and output control}

본 출원은 그 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되어 있는, 2012년 11월 29일 출원된 발명의 명칭 "박막 마이크로전지 충전 및 출력 제어"에 관한 미국 정식 특허 출원 번호 13/688,986호를 우선권 주장한다.

본 발명은 박막(thin film) 에너지 저장 장치 분야에 관한 것이고, 또 더욱 자세하게는, 박막 마이크로전지(microbattery) 충전 및 출력의 제어에 관한 것이다.

전자기술은 컴퓨터, 휴대폰, 추적 시스템, 스캐너, 등과 같은 다수의 휴대 장치에 포함되어 왔다. 휴대장치에 대한 일개 결점은 전원공급기(power supply)를 장치에 포함할 필요가 있는 것이다. 휴대장치는 전형적으로 전지를 전원공급기로 이용한다. 전지는 적어도 장치가 사용되는 시간 동안에 장치에 전원을 제공하는 충분한 용량(capacity)을 가져야 한다. 충분한 전지 용량은 장치의 나머지와 비교하여 아주 무겁고 및/또는 대형인 전원공급기를 초래할 수 있다. 따라서, 충분한 에너지 저장능과 더불어 더 소형이고 더 경량인 전지(즉, 전원공급기)가 바람직하다. 수퍼커패시터(supercapacitors)와 같은 다른 에너지 저장 장치, 및 태양광발전장치 및 연료 전지와 같은 에너지 변환 장치는 휴대용 전자기기 및 비휴대용 전기기기에서 전원공급기로 사용하기 위해 전지를 대체한다.

일개 유형의 에너지 저장 장치가 고상(solid-state)의 박막 마이크로전지이다. 박막 전지의 예는 미국 특허번호 5,314,765호; 5,338,625호; 5,445,906호; 5,512,147호; 5,561,004호; 5,567,210호; 5,569,520호; 5,597,660호; 5,612,152호; 5,654,084호; 및 5,705,293호에 기재되어 있다. 미국 특허번호 5,338,625호는 박막 전지, 특히 박막 마이크로전지, 및 전자장치용의 백업(backup) 또는 제1 집적 전력원으로 적용성을 갖는 이들의 제조 방법을 기재한다. 미국 특허번호 5,445,906호는 웹(web)-유사 기판이 자동으로 스테이션을 이동하여 통과함에 따라서 상기 기판 상에 박막 전지 컴포넌트 필름이 순차적으로 형성되는 복수의 증착 스테이션(deposition stations)을 이용하는 방법에 의해 형성된 박막 전지 구조를 제작하는 방법 및 시스템을 기재한다.

소형 장치에 전원공급기의 제공을 용이하게 하는 장치 및 방법이 계속 요구되고 있다.

충전식(rechargeable) 박막 마이크로전지 셀(microbattery cell)의 충전 제어 및 출력 제어를 모두 제어하는 제어 시스템이 제공된다. 본 발명의 시스템은 박막 마이크로전지 셀의 충전 수준을 제어하도록 구성된 충전 제어 로직 컴포넌트(charge control logic component)를 포함한다. 상기 충전 제어 로직 컴포넌트는 따라서 전지 수명을 보호하고 연장시킨다. 또한, 전지 컷오프(cut-off) 로직 컴포넌트가 포함되어 소정 조건하의 박막 전지 박막 마이크로전지 셀 상에서 전류 소모(current draw)를 중지시킨다. 상기 충전 제어 로직 컴포넌트와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트에는 모드(mode) 제어 로직 컴포넌트가 작동가능하게(operably) 결합되어 소정 조건하에서 상기 충전 제어 로직 컴포넌트와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트의 작동을 가능하게 한다.

시스템 외부의 전압을 전달하기 위한 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기(downconverter) 컴포넌트는 적어도 2:1 배율로 전지 출력 전압을 감소시키도록 구성된다. 이러한 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트는 저전력 장치에 효과적인 방식으로 전력을 제공하도록 출력 에너지를 감소시키므로, 상기 마이크로전지의 효과적인 작동은 적어도 2배 더 길다. 오늘날의 환경에서 다운변환기 기술의 이용은 3부분의 이점을 제공한다. 첫째, 전압의 감소는 V²/R 멀티플라이어(multiplier) 이점을 제공하며, 그 이용에 의해 현저히 감소된 전력 감소를 초래한다; 둘째, 보다 낮은 전압에서의 작동은 실시간 클록(real time clock)과 같은 저전력 장치를 작동하기 위해 미사용 에너지의 소비를 적게 한다; 그리고 셋째, 마이크로전지에 의해 소모되는 전류의 양이 더 적기 때문에, 마이크로전지 내부 임피던스를 통해 경험하는 전력 손실이 적다. 또한, 마이크로전지로부터 전류 소모가 더 적기 때문에, 마이크로전지의 작동 온도가 확대된다. 저온에서의 마이크로전지는 고온에서의 동일 마이크로전지에 비하여 더 높은 임피던스를 나타낸다. 본 발명의 시스템은 적은 전류를 이용하여 동일 장치의 작동을 허용하기 때문에, 마이크로전지의 유효 온도 범위는 확대되어 더 낮은 온도에서 효과적인 작동을 포함하게 된다. 유사하게, 마이크로전지가 다수 주기에 노출됨에 따라, 마이크로전지의 임피던스 수준도 증가한다. 본 발명의 시스템은 적은 양의 전류를 이용하여 동일 장치의 작동을 허용하기 때문에, 본 발명의 시스템에 의해 제어된 마이크로전지는 동일 양을 일을 하기 위해 더 적은 주기를 필요로 하므로, 마이크로전지의 수명을 증가시킨다.

단일 시스템에서 모두 4개의 상기 컴포넌트의 조합은 아주 효율적인 제어를 제공하므로, 충전 제어 및 출력 제어를 구비하지 않은 유사 전지와 비교하여 우월한 신뢰성과 기능성의 충전식 박막 마이크로전지 셀을 초래한다.

일 실시양태에서, 상기 논의된 모두 4개의 컴포넌트는 단일 집적회로 상에 배치된다. 일 실시양태에서, 상기 시스템은 박막 마이크로전지를 단일 패키지로 구비한다.

바람직한 실시양태에서, 상기 충전 제어 로직은 상기 시스템의 주위 온도가 소정 값을 초과할 때 상기 박막 마이크로전지의 전압을 감소시키도록 되어 있다.

본 출원에 포함되고 본 출원의 일부를 구성하는 첨부한 도면은 본 발명의 몇 개의 요지를 설명하며 또 실시양태의 기재와 함께 본 발명의 원리를 설명한다. 도면의 간단한 설명은 다음과 같다:
도 1은 본 발명의 충전 및 출력 제어용 제어 시스템의 일 실시양태의 일반적 구성을 도시하는 다이아그램이다.
도 2는 본 발명의 충전 제어 로직의 일 실시양태의 구성을 도시하는 다이아그램이다.
도 3은 본 발명의 전지 저전압 컷오프 및 스위치 커패시티 DC-DC 다운변환기 컴포넌트의 일 실시양태의 구성을 도시하는 다이아그램이다.
도 4는 본 발명의 모드 제어 로직 컴포넌트의 일 실시양태의 구성을 도시하는 다이아그램이다.
도 5는 본 발명의 충전 및 출력 제어용 제어 시스템의 3 단자 실시양태의 일반적 구성을 도시하는 다이아그램이다.
도 6은 본 발명의 충전 및 출력 제어용 제어 시스템의 2 단자 실시양태의 일반적 구성을 도시하는 다이아그램이다.

본 발명에 따른 장치 및 방법은, 비제한적으로, 통상의 컴포넌트의 신규 조합을 포함하지만 단순히 그의 특정의 상세한 구조를 포함하는 것이 아님이 이해되어야 한다. 따라서, 통상의 컴포넌트 및 회로의 구조, 방법, 작용, 제어 및 배열은, 대부분의 경우, 본 명세서에 기재의 편의를 갖는 당업자에게 쉽게 이해될 수 있는 구조적인 상세내용으로 인하여 상세한 설명을 불명확하게 하지 않도록 용이하게 이해할 수 있는 블록 표시와 개략적 다이아그램에 의해 도면에 예시되어 있다. 또한, 본 발명은 예시적 다이아그램에 도시된 특정 실시양태에 한정되지 않고, 특허청구범위에 기재된 내용에 의해 한정되어야 한다.

본 발명의 목적을 위하여, 박막 마이크로전지 셀은 최장 치수가 60 mm를 초과하지 않는, 더욱 바람직하게는 20 mm를 초과하지 않는 치수를 갖는 마이크로전지 셀이며, 또 애노드(anode) 및 캐소드(cathode) 집전체의 각 내부 표면으로부터 측정된 50 마이크론을 초과하지 않는 두께를 갖는다. 또한, 각 개별 마이크로전지 셀은 약 500 μAH 이하의 유효 용량을 갖는다. 본 발명에 제공되는 것과 같은 충전 제어 및 출력 제어를 갖는 저전력 용량 충전식 박막 마이크로전지는 탁월한 장기간 성능을 나타내고 또 이전에는 신뢰성있는 방식으로 달성할 수 없었던 적용 환경에 전력을 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 일 실시양태에서, 각 개별 마이크로전지 셀은 약 500 μAH 내지 약 1 μAH의 유효 용량을 갖는다. 본 발명의 일 실시양태에서, 각 개별 마이크로전지 셀은 약 500 μAH 내지 약 200 μAH의 유효 용량을 갖는다. 본 발명의 일 실시양태에서, 각 개별 마이크로전지 셀은 약 200 μAH 내지 약 50 μAH의 유효 용량을 갖는다. 본 발명의 일 실시양태에서, 각 개별 마이크로전지 셀은 약 50 μAH 내지 약 25 μAH의 유효 용량을 갖는다. 본 발명의 일 실시양태에서, 각 개별 마이크로전지 셀은 약 25 μAH 이하의 유효 용량을 갖는다. 본 발명의 일 실시양태에서, 각 개별 마이크로전지 셀은 약 25 μAH 내지 약 1 μAH의 유효 용량을 갖는다. 상기 언급된 마이크로전지 용량 범위 각각은 상응하는 전력 소비를 갖는 장치에 전력을 전달함에 있어 이점을 제공하는 독특한 전력 전달능을 규정한다. 이러한 장치는 본 발명의 시스템에 의해 얻을 수 있는 성능 특징을 갖는 박막 충전식 마이크로전지인 전지 전력원을 이용하여서는 이전에는 제공되지 않았던 것이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 “마이크로전지 셀"은 기능성 마이크로전지 셀 어셈블리, 및 부가적으로 기능성이 아니지만 초기 충전 적용시 기능성으로 되는 마이크로전지 셀을 포함한다.

바람직한 실시양태에서, 상기 마이크로전지 셀은 고상 전지이며, 이는 액체처럼 흐르는 개별 컴포넌트를 함유하지 않는 것을 의미한다. 고상 컴포넌트는 예를 들어, 중합체 전해질을 포함할 수 있고, 상기 중합체는 용매 내에서 조합되어 적절한 이온 전달 특성을 제공한다. 그러나, 상기 중합체와 조합된 용매는 전지의 물리적 절충시에 전지 셀로부터 용매의 유동을 허용하는 양으로 존재하지 않는다. 상기 고상 박막 마이크로전지는 특히 강인하고 내구성이기 때문에 유리하며, 또 물리적 남용 및 온도 도발에 노출될 수 있는 적용분야에 이용될 수 있다.

도 1은 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템(10)의 일반적 구조를 도시한다. 상기 제어 시스템(10)은 박막 마이크로전지 셀(25)의 충전 수준을 제어하도록된 충전 제어 로직 컴포넌트(20)를 포함한다. 충전 제어 로직(20)은 소정 값 또는 외부 경계에 의해 설정된 값에 따라 박막 마이크로전지 셀(25)에 인가되는 입력 전압을 측정하고 제어한다. 예를 들어, 박막 마이크로전지 셀(25)에 인가될 입력 전압은 4.1 V에 설정될 수 있고, 또 영구적 인터페이스(interface) (도시되지 않음)에 의해 더 높거나 또는 더 낮은 전위에서 설정될 수 있다. 충전 제어 로직 컴포넌트(20)의 일 실시양태의 특정 구조는 도 2에 더욱 자세하게 도시되어 있다. 전지 컷오프 로직 컴포넌트(30)는 소정 조건하에서 박막 전지 박막 마이크로전지 셀(25) 상에서 전류 소모를 중지시키도록 작동한다. 전지 컷오프 로직 컴포넌트(30)에 대한 일 실시양태의 특정 구조는 도 3에 더욱 자세하게 도시되어 있다. 모드 제어 로직 컴포넌트(40)는 상기 충전 제어 로직 컴포넌트(20)와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트(30)에 작동가능하게 결합되어 소정 조건하에서 상기 충전 제어 로직 컴포넌트와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트의 작동을 가능하게 한다. 모드 제어 로직 컴포넌트(40)는 외부 전력원이 차단되어 상기 장치가 전지 전력으로 작동되면, 상기 전지가 충전을 필요로 하는지 또는 충전되고 있는지 여부, 및 2 단자(terminal) 모드로 작동할 때 상기 장치에 대한 전력원인 상기 전지가 컷오프되어야 하는지 여부를 결정한다. 외부 전력을 회복하면, 모드 제어 로직 컴포넌트(40)는 충전 제어기(20)를 켜는(턴온) 것에 의해 충전 펌프 인에이블러(enabler) 신호라인(42)을 통한 전지 충전 작동을 재개(restart)한다. 에지 제어 신호는 또한 충전 펌프 인에이블러 신호라인(42)에 의해 전지 컷오프(30)에 제공되므로, 박막 마이크로전지 셀(25)은 부하(load)에 연결될 수 있다. 경우에 따라, 모드 제어 로직 컴포넌트(40)는 리셋(reset) 라인(46)을 구비하고, 이는 외부 컴포넌트에 신호를 제공하여 상기 시스템이 모드를 변경하고 또 백업 전지 전원이 꺼져 있는 것을 알려준다. 모드 제어 로직 컴포넌트(40)의 일 실시양태의 특정 구조는 도 4에 더욱 자세하게 도시되어 있다. 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(35)는 적어도 2:1 배율로 전지 출력 전압 전위을 감소시키는 것으로 되어 있다. 상기 출력 전압은 미리 설정될 수 있거나, 또는 경우에 따라 외부 인터페이스(50)를 이용하여 선택될 수 있다. 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(35)의 일 실시양태의 특정 구조는 도 3에 더욱 자세하게 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시양태에서, 박막 마이크로전지 셀(25)은 상기 시스템의 제어 컴포넌트로부터 물리적으로 별개인 컴포넌트로서 제공된다. 바람직한 실시양태에서, 상기 시스템의 제어 컴포넌트는 상기 박막 마이크로전지 셀로부터 별개로 제작되거나 및/또는 시판될 수 있는 단일 집적회로 내에 제공된다. 상기 시스템은 하드웨어 제조에 공급될 수 있고, 이는 전지를 제어 시스템에 전기적으로 접속시켜 장치 내에 후속 통합되기 위한 단일한 전지/제어 시스템을 제공하거나, 또는 장치 내에 동시에 또는 순차적으로 별개의 전지 및 제어 시스템을 통합시킬 수 있다.

도 2는 충전 제어 로직 구조의 일 실시양태를 도시하며, 이를 통해 충전 제어기 컴포넌트(200)는 전압을 소망하는 수준으로 상승시키는 충전 펌프로서 작동하는 온도 보상 스위치 캡 DC-DC 부스트 변환기(220)를 포함한다. 일 실시양태에서, 상기 스위치 캡 DC-DC 부스트 변환기(220)는 본 발명의 제어 시스템의 다른 컴포넌트가 존재하는 집적 회로에 대해 외부에 위치할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 스위치 캡 DC-DC 부스트 변환기(220)는 본 발명의 제어 시스템의 다른 컴포넌트가 존재하는 동일 집적 회로 상에 위치한다. 다른 실시양태에서, 상기 충전 펌프 기능은 별개의 회로 상에 위치하는 유도성 부스트 변환기에 의해 대신 제공된다. 그러나, 스위치 캡 DC-DC 부스트 변환기를 충전 펌프로서 사용하는 것이 공간 및 경제적 이유에서 바람직하다. 상기 스위치 캡 DC-DC 부스트 변환기(220)는 온도 제어기 기준(temperature controller reference) (230)에 작동가능하게 연결되며, 이는 온도 제어기 기준(230)의 주위 온도를 측정하여서 스위치 캡 DC-DC 부스트 변환기(220)에 정보를 제공하므로 박막 전지(260)에 제공된 전압의 수준은 소정 기준에 따라서 온도 보상된다. 상기 온도 제어기 기준(230)은 전지의 실제 온도를 측정하도록 될 수 있거나, 또는 온도가 동일하지 않을 경우에 전지의 온도를 예측하도록 색인으로 되는 것으로 이해될 것이다. 박막 전지의 효율성 및 기대 수명은 온도에 대한 충전 전위의 관계를 최적화하는 것에 의해 최대화될 수 있음이 밝혀졌다. 따라서, 특정 박막 고상 전지는 23℃에서 4.1 V의 전위로 충전되는 것이 바람직하다. 전지가 가열됨에 따라서, 상기 전지의 전위는 최적 효율성과 기대 수명을 위해 감소되어야 한다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 박막 마이크로전지의 전압은 23℃ 초과의 ℃ 당 약 2 내지 2.5 mV의 알고리즘에 따라 감소된다. 바람직한 실시양태에서, 충전 제어기 컴포넌트(200)는 션트 레귤레이터(shunt regulator)와 같은 온도 제어된 전류 싱크(240)를 포함한다. 전기가 충분히 충전되어서 온도 제어기 기준(230)이 전지가 충전된 것으로 되기 위해 소망하는 수준 이상으로 온도가 증가된 것을 검출하는 경우, 온도 제어기 기준(230)은 온도 제어된 전류 싱크(240)를 체결하는 신호를 보냄으로써, 에너지를 배출하여 전지의 전위를 전지의 주위 온도에 대한 소망하는 수준으로까지 감소시킨다. 충전 제어기 컴포넌트(200)는 또한 경우에 따라 충전 회로 파워 오프(power off) 스위치(250)를 포함하며, 이는 충전 펌프가 영구적으로 멈추게 하여 전지가 연속적으로 바이어스(biased)되지 않거나 또는 충전되지 않게 하고, 또한 전반적 전지 수명을 개선하도록 순환될 수 있다.

도 3은 박막 마이크로전지 셀(360)로부터 하류에 있는 컴포넌트의 상세한 내용을 특별히 논의하는 본 발명의 일 실시양태를 도시한다. 특히, 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)는 상기 장치가 작동하여 전지 전력을 소모할 때 전지 내에 잔류하는 전압을 결정하고, 또 소정 조건하에서 박막 전지 박막 마이크로전지 셀(360)로부터 전류의 소모를 중지시킨다. 전지 저전압 컷오프의 활성화를 위한 소정 조건의 예는 전지 전위가 3V와 같이 소정 문턱값("컷오프 문턱값") 미만일 때를 포함한다. 일 실시양태에서, 상기 컷오프 문턱값은 2.5 내지 3.5V 사이의 값으로부터 선택되거나, 또는 다른 실시양태에서 상기 컷오프 문턱값은 2.8 내지 3.2V 사이의 값으로부터 선택된다. 상기 컷오프 문턱값은 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 또는 3.5V와 같은 임의 값일 수 있다. 상기 마이크로전지 셀의 전압은 비교기와 함께 A/D 변환기 또는 D-A 변환기를 사용하거나, 또는 다른 적절한 시스템을 이용하는 것과 같이 지금은 당업자에게 명백한 통상의 전압 측정 수법을 이용하여 측정될 수 있다. 일 실시양태에서, 전지의 전위는 에지 검출 로직을 이용하여 측정된다. 다른 실시양태에서, 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)는 예를 들어 느슨한 스크류 또는 과열된 부품에 의한 일시적 단락 회로와 같이 전지 상에 과도한 부하가 검출되는 경우에서 장치로부터 전지를 컷오프하도록 활성화된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)는 문턱값 아래( sub-threshold) 전압 수준에서 상기 컴포넌트의 전지 전압 샘플링 작동 및 컷오프 작용을 실시하도록 작동하는 로직 회로를 경우에 따라 이용한다. 본 발명의 목적을 위하여, "문턱값 아래 전압"은 트랜지스터의 작동을 위한 문턱 전위 아래인 전위이다. 문턱값 아래 전압 수준에서 로직 회로의 작동은 회로가 마이크로전지로부터 많은 양의 전류를 불필요하게 소모하기 보다는 나노(nano) 또는 피코앰프(pico-amp) 전류 수준에서 작동하게 한다. 본 발명의 일 실시양태에서, 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)는 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)의 내부 회로에 의해 사용되는 전압 전위를 약 10 내지 약 700 밀리볼트 수준으로 감소시키기 위해 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 어레이를 포함한다. 본 발명의 일 실시양태에서, 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)는 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)의 내부 회로에 의해 사용될 전압 전위를 약 100 내지 약 500 밀리볼트 수준으로 감소시키기 위해 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 어레이를 포함한다. 본 발명의 일 실시양태에서, 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)는 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)의 내부 회로에 의해 사용되는 전압 전위를 약 300 내지 약 400 밀리볼트 수준으로 감소시키기 위하여 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 어레이를 포함한다.

외부 전력이 회복되면, 상기 충전 제어기(20) (도 1에 도시된 바와 같은) 및 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)가 재개된다.

일 실시양태에서, 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(340)는 열 생성 저항 컴포넌트를 통하여 전압을 감소시키는 선형 저 드롭아웃(dropout) 시스템보다는, 커패시터 스위칭 구성요소를 이용하여 고 전압에서 저 전압으로 시스템 외부에 있는 장치를 작동시키도록 전달될 전압을 유리하게 변환한다. 스위치 커패시터 시스템을 이용함으로써, 에너지는 더욱 효율적 방식으로 변환되고, 모든 컴포넌트는 단일 집적회로 상에 통합되며, 또 전체 시스템은, 덜 효율적인 전압 변환 시스템에 의해 생성된 열에 민감한 전자제품 컴포넌트가 노출되지 않기 때문에 더욱 강인하다. 또한, 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트로부터 하류에 있는 장치들은 감소된 전압에서 작동될 때 탁월한 성능으로 인하여 더욱 신뢰성있고 더 오래(더 큰 기대수명) 작용한다. 바람직한 실시양태에서, 상기 시스템은 선형 레귤레이터를 포함하지 않는 전압 감소 컴포넌트를 포함한다.

일 실시양태에서, 시스템 외부의 전압을 전달하기 위한 상기 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트는 2:1 내지 5:1 정수 배율 만큼, 예를 들어 2:1, 3:1, 3:2, 4:1, 또는 5:1과 같은 정수 배율 만큼 전압 전위를 감소시킨다. 일 실시양태에서, 시스템 외부의 전압을 전달하기 위한 상기 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트는 전압 전위를 약 0.3V 내지 약 3.3V로 감소시킨다. 상기와 같은 방식으로 시스템에 의해 전달된 전압을 외부 부하로 다운변환하는 것은 전지 수명을 현저히 연장시켜, 예를 들어, 5 μAh의 용량을 갖는 전지를, 통상의 제어 기술을 이용하여 10 또는 15 μAh의 용량을 갖는 전지와 비슷하게 작용하도록 만든다.

일 실시양태에서, 상기 시스템은 약 10 내지 약 700 밀리볼트 수준인 외부 전압 전위를 전달하기 위해 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트를 구비한다. 다른 실시양태에서, 시스템은 약 100 내지 약 500 밀리볼트 수준인 외부 전압 전위를 전달하기 위하여 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트를 구비한다. 다른 실시양태에서, 시스템은 약 300 내지 약 400 밀리볼트 수준인 외부 전압 전위를 전달하기 위하여 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트를 구비한다.

전압 감소 값은 커패시터 비율 및 배열의 선택에 의해 설정될 수 있거나, 또는 경우에 따라 출력 전압 선택기 인퍼페이스(350)에 의해 선택될 수도 있다.

일 실시양태에서, 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(340)는 문턱값 아래 전압 수준에서 작동하여 상기 컴포넌트와 관련된 내부 다운변환기 제어 기능을 실시하는 로직 회로를 경우에 따라 이용한다. 이 실시양태에서, 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(340)는 2개의 다운변환기 어레이를 포함하며, 제1 어레이는 상기 논의한 바와 같이 외부 하중에 전달될 전압을 다운변환하기 위한 것이고 또 제2 어레이는 문턱값 아래 로직 수준에서 회로를 내부 작동시키기 위해 전달될 전압을 다운변환하기 위한 것이다. 일 실시양태에서, 상기 제2 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 어레이는 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(340)의 내부 회로에 의해 사용되는 전압 전위를 약 10 내지 약 700 밀리볼트 수준으로 감소시킨다. 본 발명의 일 실시양태에서, 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(340)는 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(340)의 내부 회로에 의해 사용되는 전압 전위를 약 100 내지 약 500 밀리볼트 수준으로 감소시키기 위해 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 어레이를 포함한다. 본 발명의 일 실시양태에서, 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(340)는 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(340)의 내부 회로에 의해 사용되는 전압 전위를 약 300 내지 약 400 밀리볼트 수준으로 감소시키기 위해 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 어레이를 포함한다.

본 발명의 일 실시양태에서, 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310)는 누설전류를 약 30 피코앰프를 초과하지 않는 값으로 제한하는 회로 구성을 포함한다. 일 실시양태에서, 누설전류를 제한하는 상기 회로 구성은 상기 박막 마이크로전지 셀(360)과 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트(310) 사이의 전기 접속을 선택적으로 가능하게 하는 적어도 2개의 직렬 연결된 트랜지스터를 포함한다. 누설전류를 제한하는 이러한 회로 구성은 또한 2012년 7월 24일 특허된 미국 특허번호 8,228,023호에 기재되어 있고, 그 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

저 용량 박막 마이크로전지 셀은 장시간에 걸친 전력 공급에서 특별한 도전을 제공한다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 충전 제어 및 출력 제어 시스템은 휴지기 소모(즉 외부 전력원이 차단되는 동안 내부 회로를 이용하여 시스템을 모니터링하는 것에 의해 유발된 전지 상에서 소모)를 통한 전력 손실 및 전력 누출을 최소화하도록 바람직하게 구성된다. 일 실시양태에서, 상기 시스템이 외부 전원으로부터 차단될 때 작동을 위해 충전 제어 및 출력 제어를 모니터링하기 위한 시스템의 모든 내부 회로는 문턱값 아래의 로직 회로이다. 다른 실시양태에서, 상기 시스템이 외부 전원으로부터 차단될 때 작동을 위해 충전 제어 및 출력 제어를 모니터링하기 위한 시스템의 모든 내부 회로는 누설전류를 약 30 피코앰프를 초과하지 않는 값, 더욱 바람직하게는 약 10 피코앰프를 초과하지 않는 값으로 제한되도록 구성된다. 다른 실시양태에서, 상기 시스템이 외부 전원으로부터 차단될 때 작동을 위해 충전 제어 및 출력 제어를 모니터링하기 위한 시스템의 모든 내부 회로는 문턱값 아래 로직 회로이고 또 부가적으로 누설전류를 약 30 피코앰프를 초과하지 않는 값, 더욱 바람직하게는 약 10 피코앰프를 초과하지 않는 값으로 제한되도록 구성된다.

도 4는 출력 인에이블(Output Enable) 라인(420)에 의해 Cpump 인에이블 라인(410) 및 전지 컷오프 로직 컴포넌트를 통하여 충전 제어 로직 컴포넌트에 작동가능하게 결합되어서, 소정 조건하에서 상기 충전 제어 로직 컴포넌트와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트의 작동을 가능하게 하는 모드 제어 로직 컴포넌트(400)를 도시한다. 전압 비교기(430)는 VIN을 통하여 제어 시스템으로 들어오는 전압을 비교하여 전력이 외부 공급원으로부터 공급되는지를 결정한다. 전력이 외부 공급원으로부터 제공되지 않는다면, 모드 제어 로직(400)은 Cpump 인에이블(410)을 끄는(턴오프) 것에 의해 상기 시스템을 저전력 모드로 변환하며, 그에 의해 전지 충전 기능을 끈다(턴오프한다). 다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에서, 온도 제어기 기준(230) 및 온도 제어된 전류 싱크(240)는 Cpump 인에이블(410)에 의해 셧오프되지 않는 것이 주목할만하며, 이는 전지 온도가 주위 조건하에서 바람직한 성능 특징을 위해 전지 전위가 너무 높은 수준까지 증가하는 경우에서도 충전 모드에 있지 않을 때에도 전지로부터 전류를 제거하는 것이 여전히 필요할 수 있기 때문이다. 모드 제어 로직(400)은 또한 RESET(425)을 통하여 신호를 보내어 전지가 충전되지 않는다는 외부 표시를 제공한다. 모드 제어 로직(400)은 또한 출력 인에이블 라인(420)을 통하여 신호를 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기에 제공하여 상기 시스템이 도 6에 도시된 바와 같이 2 단자 구성으로 제공될 때 입력 전력을 얻을 수 있을 때 DC-DC 다운변환기를 불능으로 만든다.

모드 제어 로직(400)은 또한 출력 전압 선택 인터페이스(450)를 이용하여 출력 전압을 선택하는 능력을 구비할 수 있다. 출력 전압 선택 인터페이스(450)에서 출력 전압을 선택하는 것은(사용자에 의해 또는 자동화된 시스템의 작동에 의해) 2 단자 모드(도 6에 논의된 바와 같이)로 VIN 전위에 대응한 DC-DC 다운변환기의 작동을 위한 출력 인에이블 라인(420)의 턴오프 또는 턴오프를 위한 문턱값에 영향을 줄 것이다.

도 5는 3 단자 장치를 도시하며, 이때 박막 마이크로전지 셀(525)을 포함하는 시스템(510)은 1에서 전압 입력에 연결되고, 2에서 접지되며 또 3에서 전압 출력되어 로딩한다. 도시된 바와 같이, 상기 제어 시스템(510)은 박막 마이크로전지 셀(525)의 충전 수준을 제어하도록 구성된 충전 제어 로직 컴포넌트(520)를 포함한다. 충전 제어 로직(520)은 소정 값에 따라 또는 외부 인터페이스에 의해 설정된 값에 의해 박막 마이크로전지 셀(525)에 인가되는 입력 전압을 측정하고 제어한다. 전지 컷오프 로직 컴포넌트(530)는 소정 조건하의 박막 전지 박막 마이크로전지 셀(525) 상에서 전류 소모를 중지시키도록 작동한다. 모드 제어 로직 컴포넌트(540)는 상기 충전 제어 로직 컴포넌트(520)와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트 (530)에 작동가능하게 결합되어 소정 조건하에서 상기 충전 제어 로직 컴포넌트와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트의 작동을 가능하게 한다. 모드 제어 로직 컴포넌트(540)는, 외부 전력원이 차단되어 상기 장치가 전지 전력으로 작동되면, 상기 전지가 충전을 필요로 하는지 또는 충전되고 있는지 여부, 및 어떠한 이유로든 전지를 보호하기 위하여 장치에 대한 전력원인 상기 전지가 컷오프되어야 하는지 여부를 결정한다. 외부 전력의 회복시, 모드 제어 로직 컴포넌트(540)는 충전 펌프 인에이블러 신호라인(542)을 통하여 전지 충전 작동을 재개한다. 경우에 따라, 모드 제어 로직 컴포넌트(540)는 리셋 라인(546)을 구비하며, 이는 외부 컴포넌트에 신호를 제공하여 상기 시스템이 충전이며 또 백업 전지 전원이 꺼져 있는 것을 알려준다. 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(535)는 전지 출력 전압 전위를 적어도 2:1 배율로 감소시켜서 전력을 장치(560)로 전달하도록 되어 있다. 상기 출력 전압은 미리 설정되거나, 또는 외부 인터페이스(550)를 이용하여 경우에 따라 선택될 수 있다. 3 단자 시스템(510)은 소망하는 특징 중의 하나가 로드에 전달되는 전압의 인-라인 감소인 적용에서 바람직하게 사용된다. 상술한 내용은 시스템(510)의 구성의 개요이며, 또 도 2-4와 관련하여 설명된 다양한 컴포넌트의 상세한 내용과 임의 요지는 개별적으로 또는 조합되어서 시스템(510)의 설계에 포함될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시양태에서, 박막 마이크로전지 셀(525)은 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 충전 및 입력 제어 컴포넌트에 나중에 조립되고 전기적으로 연결될 수 있는 시스템의 제어 컴포넌트(즉, 별개의 물리적 플랫폼 상에서)로부터 물리적으로 별개인 컴포넌트로서 제공된다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 박막 마이크로전지 셀(525)은 단일한 어셈블리로서 장치 제조자에 공급될 수 있고 또 장치 제조자에 의해 장치에 플러그-인 통합될 수 있는 시스템의 제어 컴포넌트(즉, 단일 물리적 플랫폼 상에)에 물리적으로 또 전기적으로 연결된 컴포넌트로서 제공된다.

도 6은 제어 시스템(610)이 상기 전력원(601)과 장치(660) 사이의 중간 링크 없이 장치(660)에 보조 전력을 제공하도록되어 있는 2 단자 장치를 도시한다. 상기 시스템(610)은 연결 1에서 외부 전력원에 연결되고, 또 그라운드 2에서 접지된다.

시스템(610)은 박막 마이크로전지 셀(525)의 충전 수준을 제어하도록 되어 있는 충전 제어 로직 컴포넌트(620)를 포함한다. 충전 제어 로직(620)은 소정 값에 따라서 또는 외부 인터페이스에 의해 설정된 값에 의해 박막 마이크로전지 셀(625)에 인가되는 입력 전압을 측정하고 제어한다. 전지 컷오프 로직 컴포넌트(630)는 소정 조건하의 박막 전지 박막 마이크로전지 셀(625) 상에서 전류 소모를 중지시키도록 작동한다. 모드 제어 로직 컴포넌트(640)는 상기 충전 제어 로직 컴포넌트(620)와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트(630)에 작동가능하게 결합되어 소정 조건하에서 상기 충전 제어 로직 컴포넌트와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트의 작동을 가능하게 한다. 모드 제어 로직 컴포넌트(640)는, 외부 전력원이 차단되어 상기 장치가 전지 전력으로 작동되면, 상기 전지가 충전을 필요로 하는지 또는 충전되고 있는지 여부, 및 어떠한 이유로든 전지를 보호하기 위하여 장치에 대한 전력원인 상기 전지가 컷오프되어야 하는지 여부를 결정한다. 외부 전력의 회복시, 모드 제어 로직 컴포넌트(640)는 충전 펌프 인에이블러 신호라인(642)을 통하여 전지 충전 작동을 재개한다. 경우에 따라, 모드 제어 로직 컴포넌트(640)는 리셋 라인(646)을 구비하며, 이는 외부 컴포넌트에 신호를 제공하여 상기 시스템이 충전모드이며 또 백업 전지 전원이 꺼져 있는 것을 알려준다. 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트(635)는 전지 출력 전압 전위를 적어도 2:1 배율로 감소시켜서 전력을 장치(660)로 전달하도록 되어 있다. 상기 출력 전압은 미리 설정되거나, 또는 외부 인터페이스(650)를 이용하여 경우에 따라 선택될 수 있다. 상술한 내용은 시스템(610)의 구성의 개요이며, 또 도 2-4와 관련하여 설명된 다양한 컴포넌트의 상세한 내용과 임의 요지는 개별적으로 또는 조합되어서 시스템(610)의 설계에 포함될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상기 제어 시스템(610)은 2 단자 장치이기 때문에, 상기 시스템은 커패시터 또는 전지와 동일한 방식으로 회로 어레이에 용이하게 플러그(plugged)될 수 있다. 유리하게는, 박막 마이크로전지 셀(625)과 조합된 상기 시스템은 장치 제조자들의 백업 전력 필요성을 편리하게 충족하기 위하여 장치 제조자에 의해 개발된 제품의 균형있는 컴포넌트를 설계하기 위하여 걱정없이 삽입될 수 있는 출하대기(off-the-shelf) 장치를 제공한다.

작동시, 외부 전력원(670)으로부터의 전력은 직접적으로 장치(660)에 제공된다. 외부 전력을 얻을 수 있으면, 에너지는, 상기 논의한 바와 같이 모드 제어 로직(경우에 따라 외부 충전 단말 신호를 제공하는 것을 비롯한)의 작동을 통하여 필요에 따라 전지를 충전하기 위한 충전 제어기(620)에 제공된다.

외부 전력이 손실되면, 상기 충전 제어기(620)는 모드 제어 로직(640)으로부터 신호를 제공하여 박막 마이크로전지 셀(625)은 충전되지 않는다. 출력 인에이블(644)은 활성화되어 DC-DC 다운변환기(635)를 작동시키며, 이는 전력을 장치(660)로 제공한다. 블로킹 다이오드(665) 또는 유사한 누설 방지 컴포넌트는 시스템(610)에 작동가능하게 연결되어 전류의 누설을 방지한다. 본 발명의 실시양태에서, 블로킹 다이오드(665) 또는 유사한 누설 방지 컴포넌트는 경우에 따라 장치(660)와 인접하게 또는 장치(600) 내에 위치한다. 장치(660)는 외부 전력이 회복될때까지 박막 마이크로전지 셀(625)로부터 전력을 제공받거나, 또는 상기 마이크로전지는 소정 문턱값 미만으로 방전되거나 또는 과도한 부하를 경험한다.

일 실시양태에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 외부 DC-DC 다운변환기는 외부 전력원(610)과 장치(660) 사이의 중간이 아니다. 도시된 바와 같이, 상기 장치는 외부 전력을 얻을 수 있을 때 외부 전력원(610)의 전체 전압을 제공받으며, 또 상기 장치가 전지 전원 상에서 작동할 때에는 감소된 전압만을 받는다.

본 발명의 일 실시양태에서, 박막 마이크로전지 셀(625)은 본 명세서에 기재된 바와 같이 나중에 조립되어 전기적으로 충전 및 입력 제어 컴포넌트에 연결될 수 있는 2 단자 시스템의 제어 컴포넌트로부터 물리적으로 분리된 (즉, 별개의 물리적 플랫폼 상에서) 컴포넌트로서 제공된다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 박막 마이크로전지 셀(625)은 단일한 어셈블리로서 장치 제조자에 공급될 수 있고 또 장치 제조자에 의해 장치에 플러그-인 통합될 수 있는 2 단자 시스템의 제어 컴포넌트(즉, 단일 물리적 플랫폼 상에)에 물리적으로 또 전기적으로 연결된 컴포넌트로서 제공된다.

일 실시양태에서, 본 발명의 시스템은 약 0.3V 내지 약 3.3V의 전압에서 작동하도록 구성된 하나 이상의 다운스트림 장치에 연결되고 또 상기 시스템은 약 0.3V 내지 약 3.3V 수준에서 외부 전압 전위의 전달을 위한 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트를 구비한다.

다른 실시양태에서, 본 발명의 시스템은 문턱값 아래의 전압(즉 트랜지스터의 작동을 위한 문턱 전위 아래)에서 작동하도록 구성된 하나 이상의 다운스트림 장치에 연결되고 또 상기 시스템은 문턱값 아래 수준에서 외부 전압 전위의 전달을 위한 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트를 구비한다.

표준 4-4.1V 아래의 전압에서 작동하는 장치는, 저전압에서 작동하는 전자 컴포넌트가 적은 물리적 도전에 노출되고, 또 그러한 전자 컴포넌트가 고전압에서 작동하는 유사 컴포넌트보다 더 긴 수명을 갖는 경향이 있기 때문에 충전식 박막 마이크로전지와 조합되어 사용될 때 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 바람직하게는, 상기 장치는 저전력 RTC, 슬립 타이머 및/또는 에너지 수집 전력 변환 회로와 같은 기능을 포함한다.

본 발명의 시스템에 사용된 상기 충전식 박막 마이크로전지 셀은 다양한 방식으로 구성될 수 있고 또 당업자에 의해 인지되는 바와 같이 다양한 재료를 사용하여 제조될 수 있다. 일 실시양태에서, 상기 마이크로전지 셀은 충분히 충전된 상태로 제공되거나, 또는 "예비-충전된" 상태로 제공된다. 예비 충전된 상태의 마이크로전지 셀의 일례는 기능적 양의 금속성 리튬 애노드를 함유하지 않지만, 충분히 충전되면, 기능적 금속성 리튬 애노드를 함유하는 마이크로전지 셀 컴포넌트의 어셈블리이다. 따라서, 본 발명의 박막 마이크로전지는 충전되지 않았거나, 또는 부분적으로 충전되어 실제 마이크로전지로서 작용하기에 충분한 양의 금속성 리튬을 함유하는(즉, 목적하는 작동 주기를 위해 ASIC와 같은 컴포넌트에 전력을 제공하기에 충분한) 컴포넌트의 어셈블리일 수 있다.

박막 마이크로전지 셀은 충분히 충전되면 캐소드 전류 집전체, 캐소드, 전해질, 및 애노드와 애노드 전류 집전체를 포함한다. 상기 마이크로전지 셀은 전형적으로 기판 상에서 제조된다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 박막 마이크로전지 셀은 처음에는 애노드는 없지만 리튬 이온의 공급원으로 작용할 수 있는 캐소드층을 가지고 작성된다. 이러한 박막 마이크로전지 셀 실시양태를 충전시키면, 금속성 리튬이 상기 전해질과 상기 애노드 전류 집전체 사이에서 도금되어 애노드를 형성한다. 다르게는, 상기 애노드는 형성능이 있는 층 및 애노드 층에서 애노드 물질을 인터칼레이션(intercalation)에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 캐소드 층은 리튬 이온의 공급원으로 작용할 수 있는 LiCoO₂ 와 같은 물질일 수 있다. 마찬가지로, 상기 박막 마이크로전지 셀은 충전하는 동안 순차적으로 형성되는 캐소드 층 없이 먼저 작성될 수 있다. 박막 전지의 예는 미국 특허번호 5,314,765호; 5,338,625호; 5,445,906호; 5,512,147호; 5,561,004호; 5,567,210호; 5,569,520호; 5,597,660호; 5,612,152호; 5,654,084호; 5,705,293호; 6,906,436호; 6,986,965호; 7,931,989호; 7,776,478호; 및 7,939,205호 및 미국 공개번호 2009/0214899호 및 2007/0012244호에 기재되어 있고, 이들 각각은 모든 목적을 위해, 특히 마이크로전지 셀 컴포넌트 및 박막 전지를 포함하는 장치의 실시양태의 작성 방법 및 재료 선택과 관련하여 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

본 명세서에 사용된 모든 퍼센트 및 비율은 다르게 나타내지 않는 한 중량 퍼센트 및 비율이다. 본 명세서에 인용된 모든 특허, 특허 출원(가출원 포함), 및 공보는 모든 목적을 위해 개별적으로 포함된 것처럼 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 상기 문헌에 의해 기재되는 것으로 의미하는 본 발명의 수많은 특징과 이점은 상술한 상세한 설명에 기재되어 있다. 그러나, 본 발명의 특정 형태 또는 실시양태가 예시되어 있지만, 형상 및 부품 배열에 대한 변형을 비롯한 다양한 변형이 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않고 행해질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims

박막 마이크로전지 셀의 충전 수준을 제어하도록 구성된 충전 제어 로직 컴포넌트,
소정 조건하의 박막 전지 박막 마이크로전지 셀 상에서 전류 소모를 중지시키기 위한 전지 컷오프 로직 컴포넌트,
상기 충전 제어 로직 컴포넌트와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트에 작동가능하게 결합되어 소정 조건하에서 상기 충전 제어 로직 컴포넌트와 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트의 작동을 가능하게 하는 모드 제어 로직 컴포넌트, 및
전지 출력 전압 전위를 적어도 2:1 배율로 감소시키도록 구성된 시스템에 외부의 전압을 전달하기 위한 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트를 포함하는, 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제1항에 있어서, 충전 제어 로직은 시스템의 주위 온도가 소정 값을 초과할 때 박막 마이크로전지의 전압을 감소시키도록 구성되는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 충전 제어 로직 컴포넌트는 스위치 커패시터 DC-DC 부스트 변환기, 시스템의 주위 온도를 측정하는 온도 제어기 기준, 및 온도 제어된 션트 레귤레이터를 포함하고, 충전 제어 로직은 온도 제어된 션트 레귤레이터의 작동에 의해 상기 시스템의 주위 온도가 소정 값을 초과할 때 박막 마이크로전지의 전압을 감소시키도록 프로그래밍되어 있는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제3항에 있어서, 상기 주위 온도의 소정 값이 약 23℃이고, 상기 박막 마이크로전지의 전압은 23℃ 초과의 ℃ 당 약 2 내지 2.5 mV 알고리즘에 따라 감소되는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트는, 전지 전압이 소정의 최소 값 또는 그 미만으로 감소될 때, 부하(load)로부터 전지를 차단하도록 작동하는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제5항에 있어서, 상기 소정의 최소 값이 2.8 내지 3.2 볼트로부터 선택된 값인 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트는 전지 컷오프 로직 컴포넌트의 내부 회로에 의해 사용되는 전압 전위를 약 10 내지 약 700 밀리볼트 수준으로 감소시키는 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 어레이를 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 시스템에 외부 전압을 전달하기 위한 상기 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트는 전압 전위를 2:1 내지 5:1 정수 비율로 감소시키는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제1항에 있어서, 시스템에 외부 전압을 전달하기 위한 상기 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트는 전압 전위를 약 0.3V 내지 약 3.3V로 감소시키는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제1항에 있어서, 시스템에 외부 전압을 전달하기 위한 상기 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트는 전압 전위를 100 내지 500 밀리볼트로 감소시키는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 컴포넌트는 전지 컷오프 로직 컴포넌트의 내부 회로에 의해 사용되는 전압 전위를 약 10 내지 약 700 밀리볼트 수준으로 감소시키는 제2 스위치 커패시터 DC-DC 다운변환기 어레이를 포함하는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전지 컷오프 로직 컴포넌트는 누설전류를 약 30 피코앰프를 초과하지 않는 값으로 제한하는 회로 구성을 포함하는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템은 선형 레귤레이터를 포함하지 않는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템의 컴포넌트는 단일 집적회로 상에 위치하는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제14항에 있어서, 상기 시스템은 약 500 μAH를 초과하지 않는 유효 용량을 갖는 충전식 박막 마이크로전지 셀에 작동가능하게 연결되는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제15항에 있어서, 상기 시스템 및 상기 충전식 박막 마이크로전지 셀은 전력공급받은 전자 제품에 연결되기 위한 2 단자 연결 컴포넌트로 구성되는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제16항의 시스템을 포함하는 전력 공급받은 전자 제품.
제15항에 있어서, 상기 시스템 및 상기 충전식 박막 마이크로전지 셀은 전력공급받은 전자 제품에 연결되기 위한 3 단자 연결 컴포넌트로 구성되는 충전식 박막 마이크로전지 셀의 충전 및 출력 제어를 위한 제어 시스템.
제18항의 시스템을 포함하는 전력 공급받은 전자 제품.