KR20150098034A - 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기 - Google Patents

소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기 Download PDF

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KR20150098034A KR1020140019073A KR20140019073A KR20150098034A KR 20150098034 A KR20150098034 A KR 20150098034A KR 1020140019073 A KR1020140019073 A KR 1020140019073A KR 20140019073 A KR20140019073 A KR 20140019073A KR 20150098034 A KR20150098034 A KR 20150098034A
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Abstract

본 발명은 스마트 기기용 충전기에 관한 것으로서, 상세하게는 스마트 기기를 연결시 전류 제어 IC에서 스마트 기기에서 소비하는 전류량을 통해 해당 충전 방식을 확인하고, 중앙처리장치에서 PWM의 펄스폭을 제어하여 데이터 신호포트(D-, D+)에 구성된 적분회로에서 해당 충전 방식에 따라 데이터 신호포트(D-, D+)에 해당 전압이 인가되도록 함으로써 각기 다른 운영체계를 사용하는 스마트 기기를 모두 AC 방식으로 급속 충전이 가능하도록 함으로써 사용자에게 편의를 제공할 수 있도록 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기에 관한 것이다.

Description

소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기{SMART CHARGER FOR SMART DEVICE WITH HETEROGENEOUS CHARGE BY SOFTWARE METHOD}
본 발명은 스마트 기기용 충전기에 관한 것으로서, 상세하게는 스마트 기기를 연결시 전류 제어 IC에서 스마트 기기에서 소비하는 전류량을 통해 해당 충전 방식을 확인하고, 중앙처리장치에서 PWM의 펄스폭을 제어하여 데이터 신호포트(D-, D+)에 구성된 적분회로에서 해당 충전 방식에 따라 데이터 신호포트(D-, D+)에 해당 전압이 인가되도록 함으로써 각기 다른 운영체계를 사용하는 스마트 기기를 모두 AC 방식으로 급속 충전이 가능하도록 함으로써 사용자에게 편의를 제공할 수 있도록 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기에 관한 것이다.
일반적으로, 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 스마트 기기는 USB 단자를 적용한 충전케이블을 통해 5V의 출력전압으로 충전이 이루어진다.
즉, 스마트 기기에는 USB 단자를 적용한 충전케이블이 연결되는 것이며, 이러한 USB 단자를 적용한 충전케이블은 일단에 상기 스마트 기기의 통신/충전 겸용 포트에 연결되는 5핀용 또는 애플(APPLE)사 아이폰4, 4S 30PIN /아이폰5 8PIN 연결단자가 구성되고, 타단에는 USB 단자 또는 어댑터가 구성되는 것이다.
즉, 충전 케이블은 USB 방식을 통한 DC 충전 방식과, 어댑터를 이용한 AC 충전 방식이 사용되고, DC 충전 방식은 충전 속도가 상대적으로 느리고, AC 충전 방식은 충전 속도가 상대적으로 빠르다.
이러한 DC 충전 방식을 설명하면, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 충전 케이블의 USB 단자(도면상 좌측)에는 4개의 포트(V+, D-, D+, Gnd)를 포함하며, V+, Gnd는 5V의 전원포트이고, D-, D+는 데이터 신호포트이다. 또한, 스마트 기기의 USB 단자(도면상 우측)에는 4개의 포트(V+, D-, D+, Gnd)를 포함하며, V+, Gnd는 5V의 전원포트이고, D-, D+는 데이터 신호포트이다. 일반적으로 배터리 용량이 적은 블루투스 기기들이 이용된다.
상기 데이터 신호포트(D-, D+)가 연결된 상태(즉, 컴퓨터와 연결된 상태)에서는 스마트 기기가 DC 전원으로 인식하여 DC 충전이 이루어지도록 한다.
어댑터를 이용한 AC 충전 방식을 설명하면, 3가지의 방식으로 이루어지는 데, 운영체계에 따라 서로 다른 방식이 적용된다.
삼성 갤럭시모델에 적용된 첫 번째 방식은, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 충전 케이블의 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)가 오픈된 상태이고, 스마트 기기의 USB 단자는 전원포트(V+, Gnd)에 저항을 병렬 연결하고, 이들 사이에 쇼트된 데이터 신호포트(D-, D+)를 연결한 상태에서 데이터 신호포트(D-, D+)에 1.2V DC 전압이 인가되면 AC 전원으로 인식하여 전원포트(V+, Gnd)에서 출력하는 5V의 출력전압으로 AC 충전(급속충전)이 이루어지도록 한다.
애플사의 아이폰4, 4S에 적용된 두 번째 방식은, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 충전 케이블의 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)가 오픈된 상태이고, 스마트 기기의 USB 단자는 전원포트(V+, Gnd)에 각각 저항을 병렬 연결하고, 이들 사이에 쇼트된 데이터 신호포트(D-, D+)를 각각 연결한 상태에서 데이터 신호포트(D-)에 2.5V, 데이터 신호포트(D+)에 2V의 전원이 인가되면 스마트 기기에서 AC 전원으로 인식하여 전원포트(V+, Gnd)에서 출력하는 5V의 출력전압으로 AC 충전(급속충전)이 이루어지도록 한다.
애플사의 아이폰5와 일반 안드로이드 계열에 적용된 세 번째 방식은, 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이 충전 케이블의 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)가 오픈된 상태이고, 스마트 기기의 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)을 쇼트시킨 상태에서 데이터 신호포트(D-, D+)에 전원이 미인가되면 스마트 기기에서 AC 전원으로 인식하여 전원포트(V+, Gnd)에서 출력하는 5V의 출력전압으로 AC 충전(급속충전)이 이루어지도록 한다.
따라서, 다른 모바일 운영체계를 적용한 스마트 기기의 경우에는 안드로이드 계열의 모바일 운영체계가 적용되는 스마트 기기에서 사용하는 USB단자를 사용하지 못하고, 오로지 해당 제조사에서 제공하는 특정 USB단자를 사용해야 하는 등 호환성을 제공하고 있지 않았다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내 특허공개 10-2012-0067404호가 출원되었다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 국내 특허공개 10-2012-0067404호인 이종 스마트폰에 대한 충전기능을 갖는 밧데리내장형 충전기는 충전이 필요한 스마트폰에 대한 직류전원을 공급하기 위한 밧데리들이 거치되어진 직류전원공급부(1), 상기한 직류전원공급부로부터 공급받은 전원을 일정하게 공급하는 출력제어부(10), 충전을 필요로 하는 스마트폰의 종류를 스위칭부(S/W)의 스위칭동작에 의하여 설정하는 모드설정부(RA0), 상기한 모드설정부의 설정데이터에 의하여 신호를 출력하는 출력포트를 설정하면서, 상기한 출력제어부에 대한 출력제어신호를 출력하는 마이컴제어부(Mic), 상기한 마이컴제어부의 출력신호에 의하여 정해진 저항값과 전압값을 조절공급하는 출력부(50), 스마트폰의 충전부와 연결하는 충전탭부(40), 그리고 상기한 충전동작에 대한 육안표시를 위한 표시부(60)로 구성된다.
그러나, 이러한 종래의 이종 스마트폰에 대한 충전기능을 갖는 밧데리내장형 충전기는 사용자가 직접 스마트 기기의 종류를 확인하여 스위치를 조작해야하고, 하드웨어적으로 고정된 저항값을 이용하여 전압을 조정하기 때문에 충전할 수 있는 스마트 기기의 종류가 한정되는 문제점이 있다.
국내 특허공개 10-2013-0013121호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소프트웨어 방식으로 스마트 기기의 충전 방식을 확인하고, 충전 방식에 따라 PWM의 펄스폭를 제어하여 데이터 신호포트(D-, D+)에 해당 전압이 인가되도록 함으로써 각기 다른 운영체계를 사용하는 스마트 기기를 모두 AC 방식으로 급속 충전이 가능하여 사용자에게 편의를 제공할 수 있고, 소프트웨어 방식이므로 간단한 회로추가로 기존 USB 멀티 허브 혹은 일반 USB로도 데이터 통신과 급속충전을 할 수 있도록 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
스마트 기기용 충전기에 있어서, 어댑터로부터 DC 전원을 공급받아 각 구성부에 필요한 DC 전원으로 변환시키는 DC/DC 컨버터와 ; 적어도 1개 이상 구비되어 있는 스마트 기기의 통신/충전 겸용 포트와 충전 케이블에 의해 접속되고, 전원포트(V+, Gnd)와 데이터 신호포트(D-, D+)를 구비하되, 데이터 신호포트(D-, D+)가 상호 쇼트된 USB 단자와; 상기 USB 단자에 상기 스마트 기기를 연결시 상기 USB 단자를 통해 상기 스마트 기기로 인가되는 전류량을 측정하고, 상기 USB 단자의 전원포트(V+)로 5V의 전압을 공급하도록 상기 USB 단자의 전원포트(V+) 라인에 설치되는 전류 컨트롤 IC와; 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)로 인가되는 전압 신호를 적분시키는 적분 회로; 및 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)로 PWM 신호를 출력하여 전압을 인가하되, 상기 전류 컨트롤 IC에서 측정되는 전류량을 통해 상기 스마트 기기의 AC 충전 방식을 확인하고, AC 충전 방식에 따라 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 각기 다른 전압을 인가시켜 상기 스마트 기기의 AC 충전을 수행하는 중앙처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 중앙처리장치는 기저장된 충전 펌웨어에 의해 동작된다.
여기에서 또한, 상기 충전 펌웨어는 상기 USB 단자에 상기 스마트 기기 또는 컴퓨터를 연결하여 업그레이드 가능하고, 상기 중앙처리장치의 개발용 에뮬레이터(프로그램 다운로드장비)를 이용하여 업그레이드가 가능하다.
여기에서 또, 상기 중앙처리장치는 상기 스마트 기기가 통신/충전 겸용 포트와 상기 USB 단자가 접속되면 기설정된 순서에 따라 순차적으로 각기 다른 펄스폭을 갖는 PWM 신호를 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 인가하고, 상기 전류 컨트롤 IC에서 측정되는 전류량을 확인한 후 기저장된 테이블을 이용하여 상기 스마트 기기의 AC 충전 방식을 확인하며, AC 충전 방식에 따라 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 기설정된 PWM 신호를 출력하여 상기 적분 회로에서 데이터 신호포트(D-, D+)에 1.2V 또는 2.25V의 전압이 인가되도록 한다.
여기에서 또, 상기 중앙처리장치는 상기 스마트 기기의 AC 충전 방식이 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압을 미인가시키는 방식인 것이 확인되면 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압이 미인가되도록 PWM 신호의 출력을 차단한다.
본 발명의 다른 특징은,
스마트 기기용 충전기에 있어서, 어댑터 또는 차량의 시거잭으로부터 DC 전원을 공급받아 각 구성부에 필요한 DC 전원으로 변환시키는 DC/DC 컨버터와; 스마트 기기의 통신/충전 겸용 포트와 충전 케이블에 의해 접속되고, 전원포트(V+, Gnd)와 데이터 신호포트(D-, D+)를 구비하는 USB 단자와; 상기 USB 단자에 상기 스마트 기기를 연결시 상기 USB 단자를 통해 상기 스마트 기기로 인가되는 전류량을 측정하고, 상기 USB 단자의 전원포트(V+)로 5V의 전압을 공급하도록 상기 USB 단자의 전원포트(V+) 라인에 설치되는 전류 컨트롤 IC와; 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)로 인가되는 각각의 전압 신호를 적분시키는 적분 회로와; 외부의 제어에 따라 스위칭되어 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)를 쇼트시키는 스위칭 수단; 및 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)로 PWM 신호를 출력하여 전압을 인가하되, 상기 전류 컨트롤 IC에서 측정되는 전류량을 통해 상기 스마트 기기의 AC 충전 방식을 확인하고, AC 충전 방식에 따라 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 각기 다른 전압을 인가시켜 상기 스마트 기기의 AC 충전을 수행하는 중앙처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 중앙처리장치는 기저장된 충전 펌웨어에 의해 동작된다.
여기에서 또한, 상기 충전 펌웨어는 상기 USB 단자에 상기 스마트 기기 또는 컴퓨터를 연결하여 업그레이드 가능하고, 상기 중앙처리장치의 개발용 에뮬레이터(프로그램 다운로드장비)를 이용하여 업그레이드가 가능하다.
여기에서 또, 상기 중앙처리장치는 상기 스마트 기기가 통신/충전 겸용 포트와 상기 USB 단자가 접속되면 기설정된 순서에 따라 순차적으로 각기 다른 펄스폭을 갖는 PWM 신호를 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 인가하고, 상기 전류 컨트롤 IC에서 측정되는 전류량을 확인한 후 기저장된 테이블을 이용하여 상기 스마트 기기의 AC 충전 방식을 확인하며, AC 충전 방식에 따라 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 기설정된 PWM 신호를 출력하여 상기 적분 회로에서 데이터 신호포트(D-)에 1.2V 또는 2.5V의 전압이 인가되도록 하고, 데이터 신호포트(D+)에 1.2V 또는 2V의 전압이 인가되도록 하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 또, 상기 중앙처리장치는 상기 스마트 기기의 AC 충전 방식이 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압을 미인가시키는 방식인 것이 확인되면 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압이 미인가되도록 PWM 신호의 출력을 차단하고, 상기 스위칭 수단을 온(ON) 시켜 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)를 쇼트시킨다.
여기에서 또, 상기 USB 단자는 적어도 1개 이상 구비된다.
여기에서 또, 상기 스위칭 수단은 상기 중앙처리장치에 베이스가 연결되고, 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-)에 컬렉터가 연결되며, 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D+)에 에미터가 연결되어 상기 중앙처리장치의 제어에 따라 온/오프되어 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)를 쇼트/오픈시킨다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기에 따르면, 스마트 기기를 연결시 전류 제어 IC에서 스마트 기기에서 소비하는 전류량을 통해 해당 충전 방식을 확인하고, 중앙처리장치에서 PWM의 펄스폭을 제어하여 데이터 신호포트(D-, D+)에 구성된 적분회로에서 해당 충전 방식에 따라 데이터 신호포트(D-, D+)에 해당 전압이 인가되도록 함으로써 어댑터 또는 차량의 시거잭 전원을 이용하여 각기 다른 운영체계를 사용하는 스마트 기기를 모두 AC 방식으로 급속 충전이 가능하도록 하여 사용자에게 편의를 제공할 수 있다.
도 1의 (a) 내지 (d)는 일반적인 스마트 기기의 충전 방식을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 종래의 이종 스마트 기기에 대한 충전기능을 갖는 밧데리내장형 충전기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제 1실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제 2실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 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.
《제 1실시예》
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기(100)는, DC/DC 컨버터(110)와, USB 단자(120)와, 전류 컨트롤 IC(130)와, 적분 회로(140) 및 중앙처리장치(150)를 포함하여 구성된다.
먼저, DC/DC 컨버터(110)는 상용전원(220V)을 DC 전원으로 변환시켜 출력하는 어댑터(A)로부터 DC 전원을 공급받아 각 구성부에 필요한 DC 전원으로 변환시킨다. 이때, 어댑터(A)를 대신하여 차량용 시거잭이 설치될 수도 있다.
그리고, USB 단자(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 1개가 구비되거나, 도 4에 도시된 바와 같이 복수개가 구비되어 스마트 기기(S)의 통신/충전 겸용 포트와 충전 케이블에 의해 접속되고, 전원포트(V+, Gnd)와 데이터 신호포트(D-, D+)를 구비하되, 데이터 신호포트(D-, D+)가 상호 쇼트된다.
또한, 전류 컨트롤 IC(130)는 USB 단자(120)에 스마트 기기(S)을 연결시 USB 단자(120)를 통해 스마트 기기(S)으로 인가되는 전류량을 측정하도록 USB 단자(120)의 전원포트(V+) 라인에 설치되고, USB 단자(120)의 전원포트(V+)로 5V의 DC 전원을 인가한다.
또, 적분 회로(140)는 통상적인 구조로 저항(R)과 콘덴서(C)로 이루어져 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)로 인가되는 전압 신호를 적분시킨다.
한편, 중앙처리장치(150)는 PWM 신호를 출력하는 ATMega8/88 마이크로 컨트롤러가 사용되고, USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)로 PWM 신호를 출력하여 전압을 인가하되, 전류 컨트롤 IC(130)에서 측정되는 전류량을 통해 스마트 기기(S)의 AC 충전 방식을 확인하고, AC 충전 방식에 따라 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 각기 다른 전압을 인가시켜 스마트 기기(S)의 AC 충전을 수행한다. 여기에서, 중앙처리장치(150)는 기저장된 충전 펌웨어에 의해 동작되고, 충전 펌웨어는 USB 단자(120)에 스마트 기기(S) 또는 컴퓨터(미도시)를 연결하여 업그레이드 가능하고, 중앙처리장치(150)의 개발용 에뮬레이터(프로그램 다운로드장비)를 이용하여 펌웨어를 다운로드하여 업그레이드가 가능하다. 여기에서 또한, 중앙처리장치(150)는 스마트 기기(S)이 통신/충전 겸용 포트와 USB 단자(120)가 접속되면 기설정된 순서에 따라 순차적으로 각기 다른 펄스폭을 갖는 PWM 신호를 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 인가하고, 전류 컨트롤 IC(130)에서 측정되는 전류량을 확인한 후 기저장된 테이블을 이용하여 스마트 기기(S)의 AC 충전 방식을 확인하며, AC 충전 방식에 따라 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 기설정된 PWM 신호를 출력하여 적분 회로(140)에서 데이터 신호포트(D-, D+)에 1.2V 또는 2.25V(즉, 데이터 신호포트(D-)으로 인가되는 2.5V의 전압과, 즉, 데이터 신호포트(D-)으로 인가되는 2V의 전압의 평균 전압)의 전압이 인가되도록 한다. 이때, 중앙처리장치(150)는 스마트 기기(S)의 AC 충전 방식이 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압을 미인가시키는 방식인 것이 확인되면 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압이 미인가되도록 PWM 신호의 출력을 차단하여 스마트 기기(S)에서 AC 충전이 이루어지도록 한다.
이하, 본 발명의 제 1실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
먼저, USB 단자(120)에 스마트 기기(S)이 충전 케이블에 의해 연결되면, 중앙처리장치(150)는 기설정된 순서에 따라 순차적으로 각기 다른 펄스폭을 갖는 PWM 신호를 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 인가한다.
그러면, 전류 컨트롤 IC(130)는 USB 단자(120)의 전원포트(V+)에서 스마트 기기(S)으로 인가되는 전류량을 측정하고, 그 측정값을 중앙처리장치(150)로 전송한다.
측정값을 전달받은 중앙처리장치(150)는 기저장된 테이블과 비교하여 스마트 기기(S)의 AC 충전 방식을 확인하며, AC 충전 방식에 따라 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 기설정된 PWM 신호를 출력하거나 미출력한다.
즉, 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압을 미인가하여 AC 충전하는 방식으로 확인되면 도 5a에 도시된 바와 같이 중앙처리장치(150)는 PWM 신호를 미출력하여 USB 단자(120)의 전원포트(V+)만을 통해 5V의 DC 전원이 출력되도록 한다.
이로 인해, 스마트 기기(S)은 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)가 쇼트되고, 이들에 전압이 미인가되기 때문에 AC 충전으로 인식하여 USB 단자(120)의 전원포트(V+)에서 출력되는 5V의 DC 전원으로 급속 충전을 수행하게 된다.
또한, 데이터 신호포트(D-, D+)에 1.2V DC 전압을 인가하여 AC 충전하는 방식으로 확인되면 도 5b에 도시된 바와 같이 중앙처리장치(150)는 적분 회로(140)에서 PWM 신호를 적분하면 1.2V DC 전압을 출력할 수 있도록 해당 PWM 신호의 펄스폭을 조절하여 출력한다.
그리고, 적분 회로(140)에서 적분된 1.2V DC 전압이 쇼트된 상태의 데이터 신호포트(D-, D+)에 인가된다.
결국, 스마트 기기(S)은 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에서 1.2V DC 전압이 출력되기 때문에 AC 충전으로 인식하여 USB 단자(120)의 전원포트(V+)에서 출력되는 5V의 DC 전원으로 급속 충전을 수행하게 된다.
또, 데이터 신호포트(D-, D+)에 2.5V, 2V DC 전압을 인가하여 AC 충전하는 방식으로 확인되면 도 5c에 도시된 바와 같이 중앙처리장치(150)는 적분 회로(140)에서 PWM 신호를 적분하면 2.25V DC 전압을 출력할 수 있도록 해당 PWM 신호의 펄스폭을 조절하여 출력한다.
그리고, 적분 회로(140)에서 적분된 2.25V DC 전압이 쇼트된 상태의 데이터 신호포트(D-, D+)에 인가된다.
결국, 스마트 기기(S)은 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에서 2.5V, 2V에 근접한 2.25V DC 전압이 출력되기 때문에 AC 충전으로 인식하여 USB 단자(120)의 전원포트(V+)에서 출력되는 5V의 DC 전원으로 급속 충전을 수행하게 된다.
한편, 본 발명의 제 1실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기(100)는 중앙처리장치(150)의 기저장된 충전 펌웨어를 업그레이드하여 해당 스마트 기기(S) 의 AC 충전에 맞게 데이터 신호포트(D-, D+)에 PWM 신호의 펄스폭만을 가변시키면 가능하기 때문에 향후 개발되는 각종 스마트 기기(S)의 충전도 모두 가능하다.
《제 2실시예》
도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기(100)는, DC/DC 컨버터(110)와, USB 단자(120)와, 전류 컨트롤 IC(130)와, 적분 회로(140)와, 스위칭 수단(SW) 및 중앙처리장치(150)를 포함하여 구성된다.
먼저, DC/DC 컨버터(110)는 상용전원(220V)을 DC 전원으로 변환시켜 출력하는 어댑터(A)로부터 DC 전원을 공급받아 각 구성부에 필요한 DC 전원으로 변환시킨다. 이때, 어댑터(A)를 대신하여 차량용 시거잭이 설치될 수도 있다.
그리고, USB 단자(120)는 도 6에 도시된 바와 같이 1개가 구비되거나, 도 7에 도시된 바와 같이 복수개가 구비되어 스마트 기기(S)의 통신/충전 겸용 포트와 충전 케이블에 의해 접속되고, 전원포트(V+, Gnd)와 데이터 신호포트(D-, D+)를 구비한다.
또한, 전류 컨트롤 IC(130)는 USB 단자(120)에 스마트 기기(S)을 연결시 USB 단자(120)를 통해 스마트 기기(S)으로 인가되는 전류량을 측정하도록 USB 단자(120)의 전원포트(V+) 라인에 설치되고, USB 단자(120)의 전원포트(V+)로 5V의 DC 전원을 인가한다.
또, 적분 회로(140)는 통상적인 구조로 저항(R)과 콘덴서(C)로 이루어져 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-)와 데이터 신호포트(D+)에 각각 설치되고, USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)로 인가되는 전압 신호를 각각 적분시킨다.
또, 스위칭 수단(SW)은 트랜지스터로서 하기에서 설명할 중앙처리장치(150)에 베이스가 연결되고, USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-)에 컬렉터가 연결되며, USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D+)에 에미터가 연결되어 중앙처리장치(150)의 제어에 따라 온/오프되어 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)를 쇼트/오픈시킨다.
한편, 중앙처리장치(150)는 PWM 신호를 출력하는 ATMega8/88 마이크로 컨트롤러가 사용되고, USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)로 PWM 신호를 출력하여 전압을 인가하되, 전류 컨트롤 IC(130)에서 측정되는 전류량을 통해 스마트 기기(S)의 AC 충전 방식을 확인하고, AC 충전 방식에 따라 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 각기 다른 전압을 인가시켜 스마트 기기(S)의 AC 충전을 수행한다. 여기에서, 중앙처리장치(150)는 기저장된 충전 펌웨어에 의해 동작되고, 충전 펌웨어는 USB 단자(120)에 스마트 기기(S) 또는 컴퓨터(미도시)를 연결하여 업그레이드 가능하고, 중앙처리장치(150)의 개발용 에뮬레이터(프로그램 다운로드장비)를 이용하여 펌웨어를 다운로드하여 업그레이드가 가능하다. 여기에서 또한, 중앙처리장치(150)는 스마트 기기(S)이 통신/충전 겸용 포트와 USB 단자(120)가 접속되면 기설정된 순서에 따라 순차적으로 각기 다른 펄스폭을 갖는 PWM 신호를 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 인가하고, 전류 컨트롤 IC(130)에서 측정되는 전류량을 확인한 후 기저장된 테이블을 이용하여 스마트 기기(S)의 AC 충전 방식을 확인하며, AC 충전 방식에 따라 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 기설정된 PWM 신호를 출력하여 적분 회로(140)에서 데이터 신호포트(D-)에 1.2V 또는 2.5V의 전압이 인가되도록 하고, 데이터 신호포트(D+)에 1.2V 또는 2V의 전압이 인가되도록 한다. 이때, 중앙처리장치(150)는 스마트 기기(S)의 AC 충전 방식이 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압을 미인가시키는 방식인 것이 확인되면 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압이 미인가되도록 PWM 신호의 출력을 차단해서 스위칭 수단(SW)을 온(ON)시켜 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)를 쇼트시켜서 스마트 기기(S)에서 AC 충전이 이루어지도록 한다.
이하, 본 발명의 제 2실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제 2실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기의 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
먼저, USB 단자(120)에 스마트 기기(S)이 충전 케이블에 의해 연결되면, 중앙처리장치(150)는 기설정된 순서에 따라 순차적으로 각기 다른 펄스폭을 갖는 PWM 신호를 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 인가한다.
그러면, 전류 컨트롤 IC(130)는 USB 단자(120)의 전원포트(V+)에서 스마트 기기(S)으로 인가되는 전류량을 측정하고, 그 측정값을 중앙처리장치(150)로 전송한다.
측정값을 전달받은 중앙처리장치(150)는 기저장된 테이블과 비교하여 스마트 기기(S)의 AC 충전 방식을 확인하며, AC 충전 방식에 따라 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에 기설정된 PWM 신호를 출력하거나 미출력한다.
즉, 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압을 미인가하여 AC 충전하는 방식으로 확인되면 도 8a에 도시된 바와 같이 중앙처리장치(150)는 PWM 신호를 미출력하고, 스위칭 수단(SW)을 온시켜 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)를 쇼트시켜서 USB 단자(120)의 전원포트(V+)만을 통해 5V의 DC 전원이 출력되도록 한다.
이로 인해, 스마트 기기(S)은 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)가 쇼트되고, 이들에 전압이 미인가되기 때문에 AC 충전으로 인식하여 USB 단자(120)의 전원포트(V+)에서 출력되는 5V의 DC 전원으로 급속 충전을 수행하게 된다.
또한, 데이터 신호포트(D-, D+)에 1.2V DC 전압을 인가하여 AC 충전하는 방식으로 확인되면 도 8b에 도시된 바와 같이 중앙처리장치(150)는 각각의 적분 회로(140)에서 PWM 신호를 적분하면 1.2V DC 전압을 데이터 신호포트(D-, D+)에 각각 출력할 수 있도록 해당 PWM 신호의 펄스폭을 조절하여 동일한 2개의 PWM 신호를 적분 회로(140)로 각각 출력한다.
그러면, 각각의 적분 회로(140)에서 PWM 신호가 적분되어 1.2V DC 전압이 데이터 신호포트(D-, D+)에 각각 인가된다.
이로 인해, 스마트 기기(S)은 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에서 1.2V DC 전압이 출력되기 때문에 AC 충전으로 인식하여 USB 단자(120)의 전원포트(V+)에서 출력되는 5V의 DC 전원으로 급속 충전을 수행하게 된다.
또, 데이터 신호포트(D-, D+)에 2.5V, 2V DC 전압을 인가하여 AC 충전하는 방식으로 확인되면 도 8c에 도시된 바와 같이 중앙처리장치(150)는 각각의 적분 회로(140)에서 PWM 신호를 적분하여 데이터 신호포트(D-)에 2.5V DC 전압, 데이터 신호포트(D-)에 2V DC 전압을 출력할 수 있도록 해당 PWM 신호의 펄스폭을 조절하여 서로 다른 펄스폭을 갖는 PWM 신호를 적분 회로(140)로 각각 출력한다.
그러면, 각각의 적분 회로(140)에서 PWM 신호가 적분되어 데이터 신호포트(D-)에 2.5V DC 전압, 데이터 신호포트(D-)에 2V DC 전압이 각각 인가된다.
결국, 스마트 기기(S)은 USB 단자(120)의 데이터 신호포트(D-, D+)에서 2.5V, 2V DC 전압이 출력되기 때문에 AC 충전으로 인식하여 USB 단자(120)의 전원포트(V+)에서 출력되는 5V의 DC 전원으로 급속 충전을 수행하게 된다.
한편, 본 발명의 제 2실시예에 따른 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기(100)는 중앙처리장치(150)의 기저장된 충전 펌웨어를 업그레이드하여 해당 스마트 기기(S) 의 AC 충전에 맞게 데이터 신호포트(D-, D+)에 PWM 신호의 펄스폭만을 가변시키면 가능하기 ??문에 향후 개발되는 각종 스마트 기기(S)의 충전도 모두 가능하다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110 : DC/DC 컨버터 120 : USB 단자
130 : 전류 컨트롤 IC 140 : 적분 회로
150 : 중앙처리장치 SW : 스위칭 수단

Claims (9)

  1. 스마트 기기용 충전기에 있어서,
    어댑터로부터 DC 전원을 공급받아 각 구성부에 필요한 DC 전원으로 변환시키는 DC/DC 컨버터와;
    적어도 1개 이상 구비되어 스마트 기기의 통신/충전 겸용 포트와 충전 케이블에 의해 접속되고, 전원포트(V+, Gnd)와 데이터 신호포트(D-, D+)를 구비하되, 데이터 신호포트(D-, D+)가 상호 쇼트된 USB 단자와;
    상기 USB 단자에 상기 스마트 기기를 연결시 상기 USB 단자를 통해 상기 스마트 기기로 인가되는 전류량을 측정하고, 상기 USB 단자의 전원포트(V+)로 5V의 전압을 공급하도록 상기 USB 단자의 전원포트(V+) 라인에 설치되는 전류 컨트롤 IC와;
    상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)로 인가되는 전압 신호를 적분시키는 적분 회로; 및
    상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)로 PWM 신호를 출력하여 전압을 인가하되, 상기 전류 컨트롤 IC에서 측정되는 전류량을 통해 상기 스마트 기기의 AC 충전 방식을 확인하고, AC 충전 방식에 따라 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 각기 다른 전압을 인가시켜 상기 스마트 기기의 AC 충전을 수행하는 중앙처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기.
  2. 스마트 기기용 충전기에 있어서,
    어댑터로부터 DC 전원을 공급받아 각 구성부에 필요한 DC 전원으로 변환시키는 DC/DC 컨버터와;
    적어도 1개 이상 구비되어 스마트 기기의 통신/충전 겸용 포트와 충전 케이블에 의해 접속되고, 전원포트(V+, Gnd)와 데이터 신호포트(D-, D+)를 구비하는 USB 단자와;
    상기 USB 단자에 상기 스마트 기기를 연결시 상기 USB 단자를 통해 상기 스마트 기기로 인가되는 전류량을 측정하고, 상기 USB 단자의 전원포트(V+)로 5V의 전압을 공급하도록 상기 USB 단자의 전원포트(V+) 라인에 설치되는 전류 컨트롤 IC와;
    상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)로 인가되는 각각의 전압 신호를 적분시키는 적분 회로와;
    외부의 제어에 따라 스위칭되어 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)를 쇼트시키는 스위칭 수단; 및
    상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)로 PWM 신호를 출력하여 전압을 인가하되, 상기 전류 컨트롤 IC에서 측정되는 전류량을 통해 상기 스마트 기기의 AC 충전 방식을 확인하고, AC 충전 방식에 따라 PWM 펄스폭을 가변시켜 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 각기 다른 전압을 인가시켜 상기 스마트 기기의 AC 충전을 수행하는 중앙처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중앙처리장치는,
    기저장된 충전 펌웨어에 의해 동작되는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 충전 펌웨어는,
    상기 USB 단자에 상기 스마트 기기 및 컴퓨터를 연결하여 업그레이드하거나 또는 상기 중앙처리장치의 에뮬레이터를 이용하여 업그레이드가 가능한 것을 특징으로 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙처리장치는,
    상기 스마트 기기가 통신/충전 겸용 포트와 상기 USB 단자가 접속되면 기설정된 순서에 따라 순차적으로 각기 다른 펄스폭을 갖는 PWM 신호를 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 인가하고, 상기 전류 컨트롤 IC에서 측정되는 전류량을 확인한 후 기저장된 테이블을 이용하여 상기 스마트 기기의 AC 충전 방식을 확인하며, AC 충전 방식에 따라 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 기설정된 PWM 신호를 출력하여 상기 적분 회로에서 데이터 신호포트(D-, D+)에 1.2V 또는 2.25V의 전압이 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중앙처리장치는,
    상기 스마트 기기의 AC 충전 방식이 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압을 미인가시키는 방식인 것이 확인되면 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압이 미인가되도록 PWM 신호의 출력을 차단하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 중앙처리장치는,
    상기 스마트 기기가 통신/충전 겸용 포트와 상기 USB 단자가 접속되면 기설정된 순서에 따라 순차적으로 각기 다른 펄스폭을 갖는 PWM 신호를 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 인가하고, 상기 전류 컨트롤 IC에서 측정되는 전류량을 확인한 후 기저장된 테이블을 이용하여 상기 스마트 기기의 AC 충전 방식을 확인하며, AC 충전 방식에 따라 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 기설정된 PWM 신호를 출력하여 상기 적분 회로에서 데이터 신호포트(D-)에 1.2V 또는 2.5V의 전압이 인가되도록 하고, 데이터 신호포트(D+)에 1.2V 또는 2V의 전압이 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중앙처리장치는,
    상기 스마트 기기의 AC 충전 방식이 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압을 미인가시키는 방식인 것이 확인되면 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)에 전압이 미인가되도록 PWM 신호의 출력을 차단하고, 상기 스위칭 수단을 온(ON) 시켜 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)를 쇼트시키는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은,
    상기 중앙처리장치에 베이스가 연결되고, 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-)에 컬렉터가 연결되며, 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D+)에 에미터가 연결되어 상기 중앙처리장치의 제어에 따라 온/오프되어 상기 USB 단자의 데이터 신호포트(D-, D+)를 쇼트/오픈시키는 것을 특징으로 하는 소프트웨어 방식으로 이기종 충전이 가능한 스마트 기기용 스마트 충전기.
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