KR20160002540U - 모바일 기기 간 자동 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 집, 사무실 등에서는 충전기를 이용한 스마트 폰을 포함한 모바일 기기의 충전이 가능 하지만 이동시나 여행 그리고 외출 등의 환경에서 배터리가 방전되어 긴급한 충전이 필요 한 경우 가까이 있는 지인의 폰을 이용해 곧바로 충전할 수 있고 블루투스 헤드 셋과 같은 스마트폰의 주변기기를 사용자 본인의 폰과 본 고안의 장치를 주변기기에 연결하여 곧바로 충전을 하여 사용할 수 기술로 편의점이나 공공장소에서 충전을 위한 대기 시간이나 추가 비용이 들지 않는 임시 충전과 관련한 고안이다. 즉 모바일 환경에서 언제 어디서나 장소에 제약을 받지 않고 비상(Emergency) 충전을 할 수 있는 고안이다.

Description

모바일 기기 간 자동 충전 장치{Automatic Charging system between Mobile devices}

본 고안은 모바일 기긱 충전장치에 있어 일반적인 충전 어댑터를 사용하는 방식이 아니라 사무실이나 집 같은 충전 환경이 갖추어지지 않은 상태 즉 이동시나 여행 혹은 각종 만남이 이루어지는 장소에서 급하게 충전이 필요 한 경우 상대방의 폰으로부터 바로 충전을 할 수 있는 장치와 관련한 고안이다. 그리고 스마트 폰 이외에 블루투스 헤드셋 류의 각종 주변기기들도 충전이 필요할 때 본인이 가진 폰으로부터 간단히 충전할 수 있는 기능도 제공되는 고안이다.

본 고안과 관련한 배경기술로는 스마트폰의 충전용 잭(USB Mini 5잭)에 USB 메모리를 꼽으면 USB 온더고(USB On-The-Go:OTG) 기능에 의해 스마트 폰의 충전용 잭(USB Mini 5잭) 전원단자(USB VBUS)에 5V가 뜨며 부착된 메모리를 인식하게 된다. 이러한 기능은 USB 메모리의 5핀 중 ID핀이 있는데 이 ID핀이 접지와 연결되어 있으면 스마트폰이 자동으로 OTG 모드로 바뀌어 전원단자(USB VBUS)에 5V가 뜨며 메모리를 작동시켜 인식하게 되는 것이다. 이와 같은 OTG기능을 이용해 한쪽 폰은 OTG모드 다른 한쪽은 일반(충전) 모드로 하면 폰간 충전이 가능하게 되는 것이다. 관련 종래기술로 케이블 형태의 제품으로 한쪽은 OTG(ID와 GND 연결), 다른 한쪽은 일반(충전) 모드로 한 것이 있으나 사용자가 에너지를 줄 폰과 받을 폰을 구분하여 케이블을 꼽어야 되며 반대로 꼽으면 의도하지않은 상태로 작동하는 등 비상(Emergency) 충전용으로 부적합함과 아울러 케이블을 가지고 다녀야 하는 휴대성의 불편이 있었다.

상기한 바와 같은 사용상의 불편, 오작동의 문제를 개선하고 휴대성을 개선하기 위해 본 고안은 충전용 표준 잭(USB Mini 5Pin)을 소형 보드(PCB)상에 양쪽에 구성하고 각각의 충전용 잭의 ID를 마이컴(MCU)을 통해 제어토록 하여 양쪽에 꼽힌 모바일기기의 상태를 자동 체크 하여 폰인지 주변기기인지를 자동 체크하여 충전 방향을 자동으로 설정해주도록 하였고 충전 잭 양쪽에 폰과 폰이 연결되었을 때는 사용자가 선택적으로 충전 방향을 설정할 수 있도록 하여 비상 충전기능으로서의 편리성을 개선하였으며 기기 간 충전시 과전류 충전이 되지 않도록 과전류 충전방지 기능을 부설하였다.

일반 PC에서의 USB단자는 호스트(Host)로 작동하며 여기에 꽂아서 사용하는 메모리, 마우스등 각종 주변기기는 전원이 필요함으로 호스트 USB에서는 항상 전원핀(VBUS)에 5V를 공급한다. 반면에 슬레이브(Slave)에 해당하는 주변기기는 전원을 공급받기만 하는 구조이다. 스마트폰에서는 충전이나 PC와 데이터 통신을 위해 통상적으로는 슬레이브(Slave) 즉 일반(충전) 모드로 작동하지만 폰의 USB 잭에 꼽히는 제품의 USB단자의 ID와 접지가 연결(Short)되어 있으며 폰은 USB 온더고(USB On-The-Go:OTG) 모드로 전환되어 핸드폰 쪽 USB단자의 전원(VBUS)단자에 5V가 출력된다. 따라서 본 고안은 이러한 OTG기능을 착안하여 서로 연결된 구조의 USB 잭 구조에서 순차적으로 제 1 측 USB단자의 ID을 접지로 하여 전압을 체크하고 다시 제 2 측 USB단자의 ID을 접지로 하여 전압을 체크하여 폰인지 단순한 액세서리(블루투스 헤드 셋 등… )인지를 자동 파악하여 충전 방향을 정해 자동 충전하는 기능을 제공하며 양쪽 둘 다 폰이 연결되었을 경우에는 사용자가 버튼 스위치의 조작에 의해 충전 방향을 정할 수 있도록 하였다. 일반적으로 충전을 하고 있는 폰이나 슬레이브 기기에는 충전 상태 표시를 함으로 사용자는 쉽게 어느 기기가 충전되는지는 알지만 본 고안에서는 LED등의 표시장치를 이용하여 충전 전류의 방향과 같이 흐르는 표시를 구현하여 사용자 편리성을 개선시켰다.

본 고안은 일반적인 충전 환경인 집, 사무실 등에서는 충전기를 이용하여 모바일 기기의 배터리를 충전하지만 이동시나 여행 그리고 외출 등의 환경에서 배터리가 방전되어 긴급히 충전이 필요 한 경우 매우 곤란하게 된다. 물론 인근 편의점이나 공공장소에서 임시 충전은 가능하나 이마저도 기다려야 하거나 추가 비용이 발생하는 등의 불편이 있었다. 본 고안은 이러한 불편을 해소하고 사용자가 충전을 위해 대기하는 등의 시간을 줄일 수 있도록 가까이 있는 지인의 폰을 이용해 곧바로 충전할 수 있는 장점이 있다. 또한, 최근 블루투스 헤드 셋과 같은 스마트폰의 주변기기를 많이 사용하며 이러한 기기들의 충전 잭도 대부분 스마트폰에 적용되어있는 USB 미니 5핀을 적용하고 있음으로 사용자 본인의 폰에서 본 고안의 장치를 주변기기에 연결하여 곧바로 충전을 하여 사용할 수 있는 효과가 있다. 즉 폰 투 폰 충전기능에 의해 비상 충전의 기능을 제공함과 아울러 본인의 주변기기가 방전되었을 때 바로 본인 소유의 폰으로 충전을 할 수 있는 기능을 제공함으로써 에너지 나눔을 용도에 따라 편리하게 사용할 수 있는 효과가 있는 고안이다.

도 1은 본 고안의 전체 시스템 구성도
도 2는 본 고안의 작동 흐름도(Flow Chart)
도 3은 본 고안의 실시 예 1
도 4는 본 고안의 실시 예 2

도 1은 본 고안의 전체 시스템 구성도를 나타내는 것으로 모바일기기 충전용 잭인 유에스비 미니 잭(USB_mini Jack) (20)과 (25), 본 고안의 시스템을 제어하기 위한 마이컴(MCU:50), USB 충전용 잭의 ID를 제어하기 위한 스위칭 장치(40, 45) 그리고 충전 중 과전류를 감지하여 보호하기 위한 전류 모니터링 장치(65)를 주요 구성으로 한다. 스마트 폰과 모바일 주변기기간의 충전의 경우의 동작을 보면 우선 좌측의 USB_mini_A(20)에 폰이 꽂히고 우측의 USB_mini_B(25)에 모바일 주변기기가 꽂혔다고 가정하고 본 고안의 세부 동작관계를 도 2의 작동 흐름도를 기준으로 설명하면 우선 USB_mini잭(20, 25) 모바일 기기를 꽂는다(101). 이때 앞서 가정 한 바와 같이 좌측의 USB_mini_A(20)측에는 스마트 폰을 우측의 USB_mini_B(25)에 모바일 주변기기가 꽂혔다고 본다. 본 고안의 장치를 On시키기 위해 제어 스위치(Con SW:48)를 누르면(102) 마이컴(50)의 Con3 제어 단자(53)에서 "L"를 출력하여 두 USB의 전원 라인(VBUS)간에 연결된 스위치(SW3:30)를 Off시킨다(103). 그리고 USB잭에 기기가 어떤 종류(Host인지 Slave)인지 파악하기 위해 마이컴(50)의 (51)단자에서 Con1에 "H"를 출력하여 USB_mini_A(20)측에 ID단자를 접지와 연결하여 VBUS전압을 (54)단자를 통해 Ain1전압을 측정한다(104). 스마트폰이라면 OTG 모드로 되어 Ain1에 5V가 걸림으로 마이컴(50)은 휴대폰임을 알 수 있게 된다. 그리고 마이컴(50)의 (52)단자에서 Con2에 "H"를 출력하여 USB_mini_B(25)측에 ID단자를 접지와 연결하여 VBUS전압을 (55)단자를 통해 Ain2전압을 측정한다(105). USB_mini_B(25)에 블루투스 헤드셋 류의 기기가 꽂혀있다고 가정했음으로 Ain2전압은 0V로 아무 전압이 측정되지 않는다. 따라서 앞서 측정된 두 Ain1과 Ain2 두 전압을 마이컴(50)이 비교하여 어느 쪽이 Host, Slave인지를 파악하게 되며(106), Ain1가 5V, Ain2=0V 조건이면 두 USB잭의 전원 라인(VBUS) 간에 연결된 스위치(SW3:30)를 온 한 후(107) 마이컴(50)의 (51)단자에서 Con1에 "H"를 출력하여 USB_mini_A(20)의 VBUS에 5V가 나오도록 하고 동시에 Con2에 "L"를 출력하여 우측의 USB잭(25)에 기기로는 충전을 받는 상태로 하여 충전전류가 USB A에서 B측으로 충전시키며 모드 표시를 위해 LED(60)가 좌에서 우로 흐르도록 마이컴(50)이 LED를 제어한다(108). 이러한 충전이 진행되는 상황에서 임의의 기기 이상이나 제품 품질 불량 등의 문제로 과충전이 일어나는 것을 방지하기 위해 전원 경로(VBUS)상에 센싱용 저항(Rsen)을 통해 양단의 전압 강하 값을 전류 모니터(65)가 검출하여 마이컴(50)의 검출용 단자(56)로 입력게 하여 규정치를 넘으면 Con3를 "L"로 하여 스위치(SW3:30)을 Off시켜 충전을 중지하며 LED(60) 전부를 On/Off하여 문제가 생겼음을 알려주며 충전전류가 정상 즉 규정치 이하면 스위치(SW3:30)가 정상적으로 On되어 있어 정상 충전 작용을 한다(109). 만약에 우측 USB잭(25)에 스마트 폰이 좌측 USB잭(20)에 모바일 기기가 꽂히면 앞서 Ain1 < Ain2 상태가 되므로 비교단계(106)에서 USB_B(25)측에서 USB_A측(20)으로 충전 진행을 하는 (110), (111), (112)의 절차를 밟게 된다.

본 고안의 USB잭 양쪽 다 스마트 폰이 꼽힌 경우는 앞서 도 2의 동작 흐름도의 비교 단계(106)에서 Ain1과 Ain2전압이 둘 다 5V내외로 거의 같은 전압이 되므로 이 경우는 사용자의 제어 스위치(Con SW:48)를 누름에 따라 수동으로 USB_A에서 USB_B로 충전할 건지 USB_B에서 USB_A로 충전할 건지를 결정할 수 있다. 스마트폰에서의 OTG모드가 되면 정규의 전압인 5V가 VBUS에 뜸으로 사용자가 두 폰의 배터리 상태를 인지하여 충전 방향을 정할 수 있도록 하였다. 통상 충전이 진행되며 충전이 되고 있는 폰에 충전 표시를 사용자가 쉽게 인지할 수 있으므로 사용자의 간단한 스위치 조작에 의해 충전 방향을 결정할 수 있게 된다.

식별자(identity:15)는 USB 데이터 라인(D+, D-)에 임의의 직류 전압을 인가하여 본 고안의 장치가 고유의 장치임을 인식할 수 있도록 부설 한 것으로 여러 가지 충전장치와 본 고안의 장치와의 분별이 가능토록 하여 특별한 어플을 활용할 경우에 사용하기 위한 목적을 가지며 배터리(10)와 다이오드(D1, D2), 커패시터(C1)는 본 고안의 전원부와 관련된 회로 구성이다.

도 3은 본 고안의 실시 예 1로서 사용자가 2대 이상의 모바일 기기 측 스마트폰과 모바일 액세서리, 스마트 폰 2대, 스마트 폰과 테블릿등 2대 이상을 동시 충전해야 할 경우 본 고안의 주장치에 USB 전원 라인(VBUS)과 접지라인에 스마트 폰에 부착되어 있는 USB-mini_5핀 암컷(Female:80)을 부설하여 마이컴(50)의 Con1과 Con2 제어라인에 "L"를 양쪽 다 출력하면 USB_mini_A(20)과 USB_mini_B(25)을 통해 2대를 동시에 충전할 수 있다. 물론 USB-mini_5핀 암컷(Female:80)에 연결하는 충전기는 1A이상의 대용량 어댑터를 사용하면 되며 일반적으로 충전기의 용량은 1A이상이다.

도 4는 본 고안의 실시 예 2로서 도 1의 본 고안의 전체 시스템 구성을 매우 간략화하여 슬라이드 SW(85)와 LED(70)을 이용하여 저가의 매우 단순한 형태로 구성한 것으로 슬라이드 SW(85) 노브를 좌측으로 하면 (1)-(2)가 연결되어 좌측의 USB_mini_A(20)의 ID가 접지와 연결되고 우측의 USB_mini_B(25)는 ID가 플로팅 상태이므로 슬레이브(Slave) 모드가 되어 좌에서 우로 충전을 하게 되는 모드가 되며 반대로 슬라이드 SW(85) 노브를 우측으로 하면 (5)-(6)이 연결되어 우측의 USB_mini_A(25)의 ID가 접지와 연결되고 좌측의 USB_mini_B(20)는 ID가 플로팅 상태이므로 슬레이브(Slave) 모드가 되어 우에서 좌로 충전을 하게 된다. 그리고 상태 표시를 위해 USB전원 라인(VBUS)과 접지 사이에 저항(R5)과 LED(70)을 연결 구성하였다.

USB OTG : USB On-The-Go
ID : Identification
VBUS : Voltage BUS
D- : Data -(Minus)
D+ : Data +(Plus)
Con : Control

Claims (2)

1. 모바일 기기간 비상 충전 장치를 구성함에 있어 상호 1:1로 연결된 2개의 충전용 잭과 이 두 잭의 전원 라인 간에 온/오프를 위한 스위칭 장치와 상기한 두 개의 충전용 잭의 ID단자와 접지 간의 온/오프를 제어하기 위한 각각의 스위치 장치와 상기한 3개의 스위치 장치를 제어하기 위한 수동 제어용 스위치, 그리고 충전 방향을 표기하기 위한 표시장치, 상기한 스위치들과 표시 장치를 제어하기 위한 중앙처리장치를 주요 구성으로 하고 중앙처리 장치가 두 개의 충전용 잭의 ID를 제어하여 충전 방향을 결정하는 것을 특징으로 하는 모바일 기기 간 자동 충전 장치.
   
2. 청구항 1항에 있어 중앙처리장치 대신에 6핀 구조의 기계식 스위치를 이용한 두 개의 충전용 잭의 ID를 제어하여 충전 방향을 결정하는 것을 특징으로 하는 모바일 기기 간 충전 장치.

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