KR20160046759A - 전력 변환 시스템들에서 열을 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

전력 변환 시스템들에서 열을 제어하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

전력 어댑터와 같은 전력 변환 모듈은 열 제거 시스템, 예컨대, 능동 열 제거 시스템, 수동 열 제거 시스템, 또는 하이브리드 열 제거 시스템을 포함한다. 열 제거 시스템을 갖는 소형 전력 변환 모듈이 기술된다.

Description

전력 변환 시스템들에서 열을 제어하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING HEAT IN POWER CONVERSION SYSTEMS}
관련 출원들에 대한 교차-참조
이 출원은 2013년 3월 15일에 출원된 "METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING HEAT IN POWER CONVERSION SYSTEMS"라는 명칭의 미국 가출원 번호 제61/794,633호, 및 2013년 8월 5일에 출원된 "METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING HEAT IN POWER CONVERSION SYSTEMS"라는 명칭의 미국 가출원 번호 제61/862,390호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 각각은 그 전체가 참조로 본원에 포함된다.
전력 어댑터들은, 예를 들면, 셀룰러 전화 및 랩톱 컴퓨터와 같은 가전 디바이스들(consumer electronic devices)을 포함하는 전자기기들을 전력공급(powering) 및 충전하기 위해 널리 사용된다. 표준 AC/DC 전력 어댑터는 표준 전기 콘센트(outlet)에 의해 제공된 AC 라인 전압을 전자 디바이스에 의해 수용되는 DC 전압으로 변환한다. 랩톱 컴퓨터에 대한 통상적인 AC/DC 전력 어댑터는 AC/DC 전력 변환을 수행하기 위한 필수적인 전자기기를 갖는 벽돌-형상(brick-shaped) 전력 변환 모듈을 가진다. 전력 변환 모듈은 표준 전기 콘센트에 플러그인될 수 있는 플러그를 갖는 하나의 코드, 및 랩톱 컴퓨터에 플러그인되어 랩톱 컴퓨터를 전력공급하고 그리고/또는 그것의 배터리를 충전할 수 있는 커넥터를 갖는 또다른 코드에 부착된다. 전력 어댑터는 라인 써지(line surge)로부터 전압 레귤레이션, 전기적 분리 및 보호를 제공할 수 있다.
가전 디바이스들에 대한 전력 어댑터들은 크고 무거운 경향이 있다. 특히, 예를 들어, 랩톱 컴퓨터와 같이 더 큰 전력량(예를 들어, 40W보다 더 큰)을 인출하는 휴대형 전자 디바이스들에 대한 전력 어댑터는 상대적으로 크고 무겁다. 랩톱 컴퓨터에 대한 일부 전력 어댑터는 랩톱 컴퓨터 자체의 무게의 20%를 초과할 수 있다. 사용자가 일부 상당한 시간 기간 동안 전력 콘센트로부터 멀리 있는 것으로 예상되는 경우, 사용자가 이러한 어댑터를 휴대할 필요가 있으므로, 랩톱 컴퓨터와 같은 모바일 디바이스에 대해 크고 무거운 전력 어댑터를 갖는 것은 특히 번거로울 수 있다.
일부 실시예들은 전력 어댑터에 관한 것이다. 전력 어댑터는 외부 인클로저(enclosure) 및 내부 인클로저를 포함하는 하우징(housing)을 포함한다. 플리넘은 내부 인클로저로부터 외부 인클로저를 분리시킨다. 외부 인클로저는 플리넘과 전력 어댑터의 외부 사이의 공기흐름(airflow)을 허용하는 적어도 하나의 개구를 가진다. 전력 어댑터는 또한 내부 인클로저 내의 AC/DC 컨버터를 포함한다. AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성된다.
일부 실시예들은 전력 모듈에 관한 것이다. 전력 모듈은 외부 인클로저 및 내부 인클로저를 포함하는 하우징을 포함한다. 플리넘(plenum)은 내부 인클로저로부터 외부 인클로저를 분리시킨다. 외부 인클로저는 플리넘과 전력 어댑터의 외부 사이의 공기흐름을 허용하기 위해 적어도 하나의 개구를 가진다. 전력 모듈은 또한 내부 인클로저 내의 AC/DC 컨버터를 포함한다. AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성된다.
일부 실시예들은 전력 어댑터에 관한 것이다. 전력 어댑터는 하우징 및 하우징 내의 AC/DC 컨버터를 포함한다. AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성된다. 전력 어댑터는 또한 하우징 내의 적어도 하나의 구획(compartment)을 포함한다. 적어도 하나의 구획은 25℃와 85℃ 사이의 트랜지션 온도(transition temperature)를 갖는 상 변화 물질(phase change material)을 포함한다.
일부 실시예들은 전력 어댑터에 관한 것이다. 전력 어댑터는 하우징 및 하우징 내의 AC/DC 컨버터를 포함한다. AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성된다. 전력 어댑터는 또한 하우징 내의 개구 및/또는 흡열 물질을 포함하는 열 제거 시스템을 포함한다. 전력 어댑터는 최대 4 세제곱 인치의 부피를 가진다. 전력 어댑터는 적어도 40 와트의 출력 전력을 전달하도록 구성된다.
일부 실시예들은 전력 어댑터에 관한 것이다. 전력 어댑터는 하우징 및 하우징 내의 AC/DC 컨버터를 포함한다. AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성된다. 전력 어댑터는 또한 작동형 열 제거 디바이스(actuated heat removal device)를 포함한다. 작동형 열 제거 디바이스는 하우징으로부터 AC/DC 컨버터에 의해 생성된 열을 제거하도록 구성된다. 전력 어댑터의 부피는 최대 3 세제곱 인치이다. 전력 어댑터는 적어도 30 와트의 출력 전력을 전달하도록 구성된다.
일부 실시예들은 전력 어댑터에 관한 것이다. 전력 어댑터는 하우징 및 하우징 내의 AC/DC 컨버터를 포함한다. AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성된다. 전력 어댑터는 또한 사람의 근접도 또는 터치를 검출하도록 구성된 센서 및 가청적 또는 가시적 출력을 생성하도록 구성된 표시자 디바이스를 포함한다. 전력 어댑터는 또한 센서가 사람의 근접도 또는 터치를 검출하는 것에 응답하여 적어도 하나의 표시자 디바이스가 가청적 또는 가시적 출력을 생성하게끔 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.
일부 실시예들은 전력 모듈에 관한 것이다. 전력 모듈은 하우징 및 하우징 내의 AC/DC 컨버터를 포함한다. AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성된다. 전력 모듈의 부피는 최대 3 세제곱 인치이다. 전력 모듈은 적어도 30와트의 출력 전력을 전달하도록 구성된다.
일부 실시예들은 방법에 관한 것이다. 방법은 AC/DC 컨버터를 사용하여 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하는 것을 포함한다. 방법은 또한 AC/DC 컨버터를 포함하는 전력 변환 모듈에 대한 인클로저를 통해 공기를 돌게 함으로써 AC/DC 컨버터를 냉각시키는 것을 포함한다. 전력 변환 모듈의 부피는 최대 3 세제곱 인치이다. 방법은 또한, 전력 변환 모듈에 의해, 적어도 30 와트의 출력 전력을 전달하는 것을 포함한다.
전술된 요약은 예시에 의해 제공되며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
도면들에서, 다양한 도면들에 예시된 각각의 동일한 또는 거의 동일한 컴포넌트는 동일한 참조 부호로 표현된다. 명료성을 위해, 모든 컴포넌트가 모든 도면에서 라벨링되지 않을 수도 있다. 도면들은 반드시 축척에 맞게 그려지지는 않으며, 대신, 본원에 기술된 기법들의 다양한 양상들을 예시하는 것이 강조된다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 능동 열 제거 시스템(active heat removal system)을 갖는 전력 어댑터를 도시한다.
도 2는 도 1의 전력 어댑터의 단면도를 도시한다.
도 3은 도 1의 전력 어댑터의 절단 측면도(cutaway side view)를 도시한다.
도 4a는 복수의 인클로저를 갖는 수동 열 제거 시스템(passive heat removal system)을 갖는 도 4b의 전력 어댑터의 단면도를 도시한다.
도 4b는 복수의 인클로저를 갖는 수동 열 제거 시스템을 갖는 전력 어댑터의 사시도를 도시한다.
도 5a는 단열 캡들이 있는 수동 열 제거 시스템을 갖는 도 5b의 전력 어댑터의 단면도를 도시한다.
도 5b는 단열 캡들이 있는 수동 열 제거 시스템을 갖는 전력 어댑터의 측면도를 도시한다.
도 6a는 높은 열식 질량(thermal mass)의 영역들을 갖는 수동 열 제거 시스템을 갖는 전력 어댑터의 절단 측면도를 도시한다.
도 6b는 라인 B-B'를 따른 도 6a의 전력 어댑터의 단면도를 도시한다.
도 6c는 라인 C-C'를 따른 도 6a의 전력 어댑터의 단면도를 도시한다.
도 7a는 높은 열 전도성의 영역들 및 높은 열식 질량의 영역들을 갖는 수동 열 제거 시스템을 갖는 전력 어댑터의 절단 측면도를 도시한다.
도 7b는 도 7a의 전력 어댑터의 단면도를 도시한다.
도 8은 전력 및 제어 회로(206), 뿐만 아니라 선택적 센서들 및 표시자 디바이스를 예시하는 블록도를 도시한다.
도 9는 복수의 DC 출력 접속 포트들을 갖는 전력 어댑터를 도시한다.
일부 실시예들은 표준 AC 메인(mains) 전압을 DC 전압으로 변환하여 전자 디바이스에 전력을 제공하도록 설계된 AC/DC 컨버터들을 갖는 전력 어댑터들과 같은 전력 변환 모듈들에 관한 것이다.
위에서 언급된 바와 같이, 예를 들어, 랩톱 컴퓨터들과 같이 상당량의 전력(예를 들어, 40W보다 더 큰)을 소모하는 휴대형 전자 디바이스들에 대한 전력 어댑터들은 크고 부피가 큰 경향이 있다. 본 발명자들은 2개의 주요 제한들이 존재하며, 그 중 하나가 이러한 전력 어댑터들의 크기의 축소를 방해할 수 있다는 점을 이해하였다.
한 가지 제한은 전력 변환을 위해 사용되는 수동 컴포넌트들(예를 들어, 인덕터 및 커패시터)의 최소 크기이다. 전력 변환 전자기기가 통상적인 전력 컨버터 스위칭 주파수들에서 스위칭하는 스위칭된 모드 전력 컨버터를 이용하는 경우, 이러한 전력 컨버터에 대해 요구되는 수동 컴포넌트들은 스위칭 구간들 동안 충분한 양의 에너지 저장량을 제공하기 위해 엄청나게 클 필요가 있을 수 있다. 이러한 제한이 적용될 때, 전력 어댑터의 크기를 감소시킬 능력이 수동 컴포넌트들의 크기에 의해 제한됨에 따라, 전력 어댑터의 크기는 감소될 수 없다.
고주파수 스위칭 전력 컨버터를 사용하는 것은 수동 컴포넌트들의 크기 감소를 허용하여, 이에 의해 전력 어댑터의 크기가 감소하도록 할 수 있다. 그러나, 고주파수 스위칭 전력 컨버터가 사용될 때, 전력 어댑터의 크기를 감소시킬 능력은 더 이상 수동 컴포넌트들의 크기에 의해 제한되는 것이 아니라, 전력 어댑터로부터 열을 제거하는 능력에 의해 제한된다. 전력 변환 회로는, 효율성을 최대화하도록 얼마나 잘 설계되었든 간에, 100% 미만의 효율이며, 유실되는 전력은 열로 변환된다. 전력 어댑터가 더 작게 만들어질수록, 그것의 전력 변환 전자기기에 의해 생성된 열을 제거하는 것이 더욱 어려워진다. 열을 적절하게 제거하는 것에 실패하는 것은 컴포넌트 수명을 단축시킬 수 있는 온도 상승을 야기하고 그리고/또는 전력 어댑터의 온도가 가전 디바이스들에 대한 허용가능한 표준들을 초과하도록 할 수 있다. 예를 들어, 가전 기기에 대해 설계된 플라스틱 하우징을 갖는 전력 어댑터는 85℃ 미만의 외부 표면 온도를 유지시켜 IEC 및 UL 표준을 만족시키도록 요구될 수 있다. 표준 전력 어댑터는 작은 부피에서 생성된 상당량의 열을 제거하도록 설계되지 않는다.
일부 실시예들에 따르면, 하나 이상의 전자 디바이스에 상당량의 전력을 제공할 수 있는 비교적 작은 크기의 전력 어댑터들의 형성을 가능하게 하는 기법들이 본원에 기술된다. 본원에 기술된 기법들은 작은 크기의 전력 컨버터로부터 열을 신뢰가능하게 제거하는 것을 가능하게 한다. 능동 열 제거 시스템들, 수동 열제거 시스템들 및 하이브리드 열 제거 시스템들을 포함하는 열 제거 시스템들이 기술된다.
일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 예를 들어, 전력 어댑터에 의해 생성된 열을 제거하여 전력 어댑터의 온도를 허용가능한 동작 범위 내에서 유지하는 것을 가능하게 하는, 팬(fan)과 같은 작동형 열 제거 디바이스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 개구들이 전력 어댑터의 하우징에 제공되어 하우징의 외부로부터의 더 찬 공기의 유입 및 가열된 공기의 배출을 가능하게 한다. 이러한 개구(들)는 전력 어댑터의 하나 이상의 측면 상의 개구(들)가 차단되는 경우 리던던시를 제공하기 위해 하우징의 하나보다 많은 측면들 상에 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 도 1은 전력 어댑터(1)의 예의 사시도를 도시한다. 전력 어댑터(1)는 플라스틱 또는 임의의 적절한 물질로 형성될 수 있는 하우징(100)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(100)은 실질적으로 직사각형(예를 들어, 정사각형) 단면을 가진 직육면체 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 하우징의 에지들은 둥글게 되거나 모서리가 깎일 수 있다(chamfer). 그러나, 본원에 기술된 기법들은, 하우징(100)이 라운드 형상과 같은 임의의 적절한 형상을 가질 수 있으므로, 직육면체 형상에 제한되지 않는다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 하우징은 실질적으로 평평할 수 있다(예를 들어, 도 1의 수직 방향을 따른 높이로 1/2인치 또는 1/4인치 미만).
플러그(102)는 전력 어댑터(1)의 하나의 단부에 제공된다. 도 1의 실시예에서, 플러그(102)는 하우징(100)에 부착될 수 있는 단부 캡(110)에 부착된다. 플러그(102)는 표준 전기 콘센트에 플러그인되도록 성형될 수 있다. 예를 들어, 플러그(102)는 약 120V RMS의 AC 전압을 제공하는 표준 미국 전기 콘센트에 플러그인되도록 성형될 수 있다. 그러나, 임의의 적절한 전기 콘센트에 플러그인되도록 성형된 플러그가 전력 어댑터(1)에 제공될 수 있으므로, 본원에 기술된 기법들이 이와 관련하여 제한되지 않는다. 또한, 일부 실시예들에서 전력 어댑터(1)의 단부에 부착되는 코드가 제공될 수 있고, 코드가 적절한 플러그를 포함할 수 있으므로, 본원에 기술된 기법들은 플러그(102)가 전력 어댑터(1)의 단부에 배치되는 것과 관련하여 제한되지 않는다.
전력 어댑터(1)는 커넥터(106)를 사용하여 전자 디바이스에 전력 어댑터를 접속하는 것을 가능하게 하는 코드(104)에 접속될 수 있다. 커넥터(106)는 가전 디바이스의 DC 전력 입력에 접속하기에 적합한 다양한 형상들 중 임의의 것을 가질 수 있다.
도 1은 하우징(100)의 내부 및/또는 외부로의 공기흐름을 허용하기 위해 하나 이상의 개구들(108, 112)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 작동형 열 제거 디바이스(202)를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 3 참조). 작동형 열 제거 디바이스(202)는 예를 들어, 팬, 또는 하우징(100)을 통한 공기흐름을 강제할 수 있는 또다른 디바이스일 수 있다. 작동형 열 제거 디바이스(202)가 팬을 포함하는 경우, 예를 들어, 압전 팬(piezoelectric fan), 또는 정전 팬(electrostatic fan)과 같은 임의의 적절한 타입의 팬이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 팬은 팬 모터를 통해 직접 찬 공기를 인출하여, 이에 의해 팬의 수명을 연장하도록 구성된다. 일부 실시예들에서 사용되는 또다른 적절한 타입의 작동형 열 제거 디바이스는 전자기계식 에어 펌프(예를 들어, 벨로즈(bellows))이다. 전자기계식 에어 펌프는 하우징의 내부 또는 외부로의 공기의 이동(puff)을 유도할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자기계식 에어 펌프가 사용되는 경우, 하우징의 일부분은 하우징 내의 공기의 이동을 유도하기 위한 작동가능한 부재로서 동작가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동가능한 멤버는 플렉시블 멤브레인(flexible membrane)일 수 있다. 작동가능한 부재는 플리넘과 인접한 공간을 형성하는 임의의 위치에 위치지정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 작동형 열 제거 디바이스는 전력 어댑터(1)의 전력 변환 회로를 향하는 또는 전력 변환 회로로부터 멀어지는 공기의 흐름을 유도할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 도 1은 하우징의 내부 또는 외부로의 공기의 흐름을 가능하게 하기 위해 하나 이상의 개구들(112 및 108)이 하우징(100) 상에 제공될 수 있음을 도시한다. 일부 실시예들에서, 개구들(112)은 하우징(100) 내로의 공기의 흐름을 가능하게 하는 입구들로서 기능할 수 있고, 개구들(108)은 하우징(100)의 외부로의 공기의 흐름을 가능하게 하는 배출구들로서 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 개구들은 전력 어댑터(1)의 종축(longitudinal axis)을 따라 배치된 하우징(100)의 각각의 측면 상에 제공될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 하우징은 전력 어댑터의 종축을 따라 배치된 4개 측면을 가지며, 이들 각각은 개구(112)(예를 들어, 입구) 및 개구(108)(예를 들어, 배기구)를 포함한다. 도 2는 점선 A-A'를 따른 도 1의 전력 어댑터의 단면을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전력 어댑터는 점선 A-A'에 의해 정의된 단면을 따라 4개 측면들을 가질 수 있다.
발명자들은 전력 어댑터의 하나 이상의 측면들이 마루, 벽, 가구, 담요 등과 같이, 개구들(108 및/또는 112)을 통한 공기의 흐름에 방해될 수 있는 하나 이상의 물체(들)에 맞닿을 수 있음을 이해하였다. 따라서, 하우징을 통한 공기의 흐름이 전력 어댑터의 하나 이상의 측면들 상의 물체에 의해 방해받는 경우 전력 어댑터의 하나보다 많은 측면들 상에서 하우징을 통한 공기의 흐름을 가능하게 하기 위한 개구들을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 전력 어댑터의 하나보다 많은 측면 상에 개구들을 제공함으로써, 전력 어댑터의 제1 측면이 공기-차단 물체에 맞닿는 경우, 하우징(100)을 통한 공기흐름은 전력 어댑터의 또다른 측면 상의 개구(들)를 통해 제공될 수 있다. 도 1-3의 실시예들에서, 개구들이 전력 어댑터의 4개 측면들 상에 제공되고, 따라서, 전력 어댑터의 3개 측면들 상의 공기흐름이 차단된다 할지라도, 전력 어댑터의 4개 측면 상의 하나 이상의 개구들을 통한 공기흐름에 의해 냉각이 제공될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들은 개구들이 배치된 전력 어댑터의 측면들의 수와 관련하여 제한되지 않으므로, 본원에 기술된 기법들은 이와 관련하여 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 하우징(100) 내의 개구들 모두를 통한 공기흐름이 차단되는 경우, 전력 어댑터의 제어기는 전력 어댑터에 의해 전달된 전력량이 감소하도록 제어할 수 있다. 전력 어댑터는 전력 변환 전자기기 또는 또다른 위치에서의 전력 어댑터의 내부 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서에 의해 감지된 온도가 임계치를 초과할 때, 제어기는 출력에서 전달된 전력량이 감소하거나 전력의 전달이 중단되도록 전력 변환 전자기기를 제어할 수 있다. 전력 어댑터가 냉각하고 전력 어댑터의 온도가 적절한 동작점에 도달할 때, 제어기는 전력 전달이 재개되고 그리고/또는 증가하도록 전력 변환 전자기기를 제어할 수 있다.
도 3은 전력 어댑터(1)의 내부를 예시하는 절단 측면도를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전력 어댑터(1)는 전력 전자기기를 포함하는 전력 및 제어 회로(206), 및 AC 입력 신호(예를 들어, 플러그(102)에서 수신된)를 DC 출력 신호(예를 들어, 외부 전자 디바이스에 코드(104)를 통해 제공된)로 변환하기 위한 제어 회로를 포함한다.
일부 실시예들에서, 전력 및 제어 회로(206)는 히트 싱크(204) 상에 배치될 수 있다. 히트 싱크(204)는 높은 표면 영역을 제공하여, 전력 및 제어 회로(206)에 의해 생성된 열이 하우징 내의 플리넘에서 소모되게(dissipated) 하는 돌출부(205)를 가질 수 있다. 돌출부(205)는 또한 공동 내에 격변하는 공기흐름을 생성하여, 이에 의해, 히트 싱크(204)의 표면으로부터의 열의 방출을 용이하게 할 수 있다. 히트 싱크(204)의 돌출부(205)가 또한 도 2에 예시되어 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 작동형 열 제거 디바이스(202)는 히트 싱크를(204)를 향하여 또는 그로부터 멀어지도록 공기를 불어내는 팬일 수 있다. 도 3에 예시된 일 실시예에서, 작동형 열 제거 디바이스(202)는 하나 이상의 유입 개구(112)로부터 히트 싱크(204) 쪽으로 그리고 하나 이상의 배출 개구들(108)(또한 점선으로 도시됨)을 통해 밖으로 공기를 강제로 밀어내도록 구성된다. 그러나, 일부 실시예들에서 작동형 열 제거 디바이스(202)가 반대방향으로 공기흐름을 유도하도록 구성될 수 있으므로, 본원에 기술된 기법들은 이와 관련하여 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 전력 및 제어 회로(206)는 밀폐 인클로저에 인클로징될(그리고 선택적으로 병에 들어갈(potted)) 수 있다. 밀폐 인클로저 내의 전력 및 제어 회로(206)의 밀봉은 공기가 통과하는 플리넘으로부터 전력 및 제어 회로(206)를 분리시킬 수 있는데, 이는 전력 및 제어 회로(206)를 액체 쏟음, 때, 먼지 등과 같은 외래 물질로부터 보호할 수 있다. 전력 및 제어 회로(206) 내의 컴포넌트의 고장의 경우, 전력 및 제어 회로(206)를 밀봉하기 위한 밀폐 인클로저의 사용은 유향 기체(odorous gases)의 방출을 방지할 수 있으며, 이는 예를 들어, FAA 규제 준수를 용이하게 할 수 있다.
작동형 열 제거 디바이스는 하우징(100) 내의 적절한 제어 접속(미도시됨)을 통해 전력 및 제어 회로(206)에 의해 제어될 수 있다. 유사하게, 컨덕터들(미도시됨)이 플러그(102)와 전력 및 제어 회로(206) 사이에 접속을 제공하기 위해 하우징(100) 내에 제공될 수 있다.
하우징(100) 내의 하나 이상의 개구들이 전력 어댑터(1)의 측면들 상에 제공되는 실시예가 위에 기술되었다. 그러나, 본원에 기술된 기법들은, 일부 실시예들에서, 하나 이상의 개구들이 어댑터의 단부(들)에 제공될 수 있으므로, 전력 어댑터(1)의 측면들 상에 하우징(100) 내의 개구들을 제공하는 것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 플러그(102)가 포함되는 경우, 전력 어댑터(1)의 내부 및/또는 외부로 공기가 흐르게 하기 위해 플러그의 갈래(prong)들 사이에 개구가 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 스페이서들이 단부 캡(110) 상에 포함되어 단부 캡(110)과 전기 소켓 사이의 분리를 보장하고, 이에 의해 플리넘을 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 신뢰성, 비용, 및 잡음 고려사항들을 위해 수동 열 제거 시스템이 제공될 수 있다. 수동 열 제거 시스템은 작동형 열 제거 디바이스의 사용 없이 열을 제거할 수 있다.
기존의 전력 어댑터들은 피크 부하(peak load) 하에서 어댑터에서 소모되는 전력에 의해 설정되는 최소 외부 표면 영역을 가진다. 소모되는 전력 Pdiss은 어댑터 효율성 η에 의해 설정된 바와 같이 어댑터 입력 전력과 출력 전력에서의 차이에 대응하며, Pdiss = ((1-η)/η)*Pout과 같다. Pdiss의 크기는 내부 컴포넌트들이 과열되지 않음을 보장하기 위해 어댑터의 표면에 전달될 전체 열 유속(heat flux)을 결정한다. 다음으로, 열 유속이 확산하는 표면 영역(어댑터 시스템의 표면 영역)은 하우징의 외부 표면의 온도에 영향을 준다. 하우징의 표면이 직접 액세스가능할 때(즉, 사람 또는 다른 물체에 의해 접촉될 수 있을 때), 그것은 안전 온도 미만으로 유지될 수 있다. 플라스틱 케이스들에 대해, 안전 온도는 85℃일 수 있고; 금속 케이스들에 대해, 그것은 75℃일 수 있다. 표면 영역에 더하여, 방사율(emissivity), 형상 인자(shape factor), 배향(orientation), 주변 환경(surrounding ambient), 및 다양한 환경들에서 사용될 수 있는 어댑터인 경우 그것이 또다른 표면(예컨대, 러그(rug), 테이블윗면(tabletop), 또는 소파 쿠션)과 접촉하는지의 여부를 포함하는 다른 인자들이 스킨 온도(skin temperature)에 영향을 준다. 외부 표면들의 동작 온도는 안전 온도 미만으로 유지될 수 있고, 그것은 하우징의 외부 표면의 온도를 훨씬 더 낮게, 예컨대, 50℃보다 더 낮게 또는 60℃보다 더 낮게 유지하여, 따라서 사용자들이 디바이스가 터치하기에 불편함을 발견하거나 고장을 인지하지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
전력 어댑터(예컨대, 주 전력 컨버터(main power converter)) 내에 존재하는 종래의 전력 전자 컴포넌트들에 대한 소모된 전력, 표면 영역, 스킨 온도, 및 특정 디멘젼 제한들 사이의 관계의 결과는 주어진 전력 어댑터 효율성에 대한 전력 어댑터의 최소 부피(예를 들어, 바운딩 박스(bounding-box))를 설정하는 것이다. 전력 어댑터는 요구되는 외부 표면 온도를 초과하지 않고 바운딩 박스 부피보다 더 작게 되지 않을 수 있다. 일반적인 산업의 이해는, 현재, 수동으로 냉각되는 어댑터들이 더 작아지기 위해, 이들이 더욱 효율적이게 될 필요가 있다는 점이다.
표준 전력 어댑터들의 전력 전자기기에 대해 전력 전자기기의 크기를 극적으로 감소시키는 것은 설계 공간에 대한 추가적인 자유도를 도입한다. 일부 실시예들에서, 1 MHz 또는 그 이상의 비교적 높은 스위칭 주파수를 갖는 전력 전자기기는 10 또는 훨씬 더 큰 인자에 의해 전력 전자기기의 크기의 축소를 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 전자기기는 VHF 범위(30 MHz 내지 300 MHz) 내의 스위칭 주파수를 가질 수 있고, 효율성을 최대화하기 위해 공진 스위칭 기법들 및/또는 소프트 스위칭 기법들을 이용할 수 있다. 적절한 전력 변환 회로의 예가 PCT 출원 WO 2012/024542(PCT/US2011/048326)에 기술되며, 이는 그 전체가 참조로 본원에 포함된다. 전력 전자기기의 크기가 극적으로 축소될 수 있기 때문에, 심지어 현재 레벨들에 대해 비교가능한 효율성에서, 수동 열 제거를 위한 추가적인 옵션들이 가능해진다.
위에서 논의된 바와 같이, 전력 전자기기에 의해 생성된 열은 전력 어댑터 하우징의 바운딩 표면을 통해 소모될 필요가 있을 수 있다. 효율성이 증가하지 않는 경우, 동일한 열 유속이 방출(expel)되어 내부 어댑터 컴포넌트들을 이들의 동작 제한들 내의 온도에서 유지하고, 외부 표면을 허용가능한 온도 범위 내에서 유지할 필요가 있을 수 있다. 전력 어댑터 하우징 내의 공간의 거의 모두가 전력 전자기기에 의해 취해질 수 있는 종래의 전력 어댑터들에 비해, 높은 스위칭 주파수에서 스위칭하는 전력 전자기기는 훨씬 더 작아질 수 있고, 전력 어댑터 하우징의 부피의 더 작은 부분을 소모할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 어댑터 하우징은 내부 인클로저 및 외부 인클로저를 가질 수 있다. 전력 전자기기를 둘러싸는 내부 인클로저는 외부 인클로저의 온도보다 더 높은 온도를 가질 수 있다. 외부 인클로저는 온도 범위를 초과하지 않는(예를 들어, 안전 온도 미만의 그리고/또는 터치하기에 편안한 범위 내의) 외부 표면을 가질 수 있다. 더 높은 온도의 내부 인클로저는 대류에 의해 어댑터 전자기기로부터 열의 제거를 용이하게 한다. 대류는 내부 인클로저와 외부 인클로저 사이의 플리넘에 의해 가능해진다. 더 높은 온도의 내부 인클로저는 더 강한 대류 흐름(convection currents)을 유도하고 더 작은 전체 표면 영역을 이용한 효과적 열 제거를 허용하는 것을 보조한다. 외부의 더 낮은 온도의 인클로저는 일부 열을 멀리 반송하지만, 온도 범위를 초과하지 않을 수 있는(예를 들어, 안전 온도 미만의 그리고/또는 터치하기에 편안한 범위 내의) 온도를 유지한다.
일부 실시예들에 따르면, 도 4a는 플리넘(603)에 의해 분리된 내부 인클로저(604) 및 외부 인클로저(602)를 갖는 전력 어댑터(601)의 단면도를 도시한다. 도 4b는 점선으로 도시된 내부 인클로저(604)를 갖는 전력 어댑터(601)의 사시도를 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 전력 및 제어 회로(206)는 내부 인클로저(604) 내에 인클로징될(예를 들어, 내부에 밀봉될) 수 있다.
내부 인클로저(604)는 이로부터 확장하여 플리넘(603) 내의 내부 인클로저(604)의 표면 영역을 증가시키고, 대류를 개선하는 돌출부(606)들을 가질 수 있다. 돌출부(606)들은 핀(fins), 열 파이프(heat pipes), 또는 핀과 열 파이프의 조합, 또는 다른 구조들을 포함할 수 있다. 내부 인클로저(604)와 외부 인클로저(602) 사이의 공기 부피는, 열이 외부 인클로저(602) 내의 개구들(605)을 통해 흐를 수 있는 대류적으로-유도된 기류들에 전달되는 플리넘(603)을 형성한다. 개구들(605)은 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 전력 어댑터의 전체 부피는 적어도 부분적으로는 내부 인클로저(604) 및 더 작은 전력 전자기기의 증가한 온도로 인해 동일한 효율성 및 전력 레벨의 기존 어댑터들보다 더 작게 만들어질 수 있다. 내부 인클로저(604)의 피크 온도는 플리넘(603)에 대해 할당된 전체 부피, 돌출부(606)들의 형상 및 표면 영역, 내부 인클로저(604)의 외부 표면의 방사율, 및 다른 인자들에 의해 제한될 수 있다.
일부 실시예들에서, 내부 인클로저(604)는 외부 인클로저(602)보다 더 높은 열 전도성을 가질 수 있다. 내부 인클로저(604) 및/또는 돌출부(606)들은 예를 들어, 금속과 같은 높은 열 전도성을 가진 물질 또는 임의의 다른 적절한 물질로 형성될 수 있다. 외부 인클로저(602)는 예를 들어, 플라스틱과 같이, 사용자가 터치하기에 적합한 더 낮은 열 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 외부 인클로저(602)는 외부 터치 온도를 허용가능하게 낮은 레벨로 유지하기 위해 단열 물질로 형성될 수 있다. 만약 그러한 경우, 내부 인클로저(604)의 가열에 의해 플리넘(603)을 통해 유도되는 대류 흐름은 내부 인클로저(604)로부터 전력 어댑터의 외부로 더 많은 열 유속을 전달할 수 있다.
내부 인클로저(604)는 밀봉될 수 있고, 어댑터 전자기기를 액체 및 때와 같은 오염물로부터 보호할 수 있다. 내부 인클로저(604)가 금속과 같은 전기적 전도성 물질로 형성되는 경우, 예를 들어, 내부 인클로저(604)가 전기 쇼크를 방지하는 갈바닉 장벽(galvanic barrier)을 형성할 수 있는 경우, 사용자는 전도성 물체를 외부 스킨 내의 홀(hole) 내로 삽입해야 한다. 내부 인클로저(604)가 전기적 전도성 물질로 형성되는 경우, 내부 인클로저(604)는 유효 전자기 간섭(EMI) 장벽을 제공할 수 있다.
내부 인클로저(604)는 지면에 대한 어댑터 배향과는 무관하게 대류 흐름이 지원될 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 구면 좌표계의 세타 축 및 파이 축 주위로 대칭을 갖는 구조가 이러한 거동을 가질 수 있다.
도 4a 및 4b에 예시된 바와 같이, 외부 인클로저(602)는 유니타리 구성(unitary construction)을 가질 수 있다. 그러나, 사용자가 더 높은 온도의 내부 인클로저(604)와 접촉하게 되는 것을 방지할 수 있는 방식으로 외부 인클로저(602)를 형성하는 복수의 컴포넌트들을 갖는 비-유니타리 구성을 외부 인클로저(602)가 가질 수 있으므로, 본원에 기술된 기법들은 이와 관련하여 제한되지 않는다.
예를 들어, 도 5a의 단면도 및 도 5b의 측면도에 도시된 바와 같이, 전력 어댑터(701)의 내부 인클로저(604)는 열-전도 스핀들(heat-conducting spines)일 수 있는 다수의 돌출부(606)를 포함할 수 있다. 돌출부(606)들은 평행육면체 또는 직육면체와 같은 다른 기하학적 부피를 새길 수 있다. 단열 캡은 돌출부(606)들 각각을 덮을 수 있다(tip). 총체적으로, 단열 캡들은 사용자가 내부 인클로저(604) 및/또는 돌출부(606)들과 직접 접촉하는 것을 방지하고, 더 낮은 터치 온도를 제공하는 외부 인클로저(602)를 형성할 수 있다. 단열 캡들은 서로 반드시 접촉할 필요는 없지만, 선택적으로 접촉할 수 있다. 적절하게 크기가 정해진 캡들이 사용자에 의한 터치 액세스를 방지할 수 있으므로, 돌출부(606)들의 밀도는 사용자에 의한 터치 액세스를 방지하도록 설계될 필요는 없다. 돌출부(606)들의 이격은 대류 열 전달 및 안전성을 최대화하도록 조정될 수 있다. 돌출부(606)들은 원통 형상, 핀 형상과 같은 임의의 적절한 형상들을 가질 수 있거나, 또는 임의의 곡선 또는 직선 표면들을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 시간의 일부 동안 수동 냉각을 이용하고 다른 시간들에서 능동 냉각을 사용하는 하이브리드 열 제거 시스템을 가질 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 열 제거 시스템은 그것이 필요하지 않을 때 턴 오프되지만 필요한 경우 열을 능동적으로 제거하기 위해 턴온되는 작동형 열 제거 디바이스를 가질 수 있다. 예를 들어, 전력 어댑터의 온도가 감지될 수 있고, 전력 어댑터의 제어기는 온도가 임계치를 초과할 때 작동형 열 제거 디바이스를 턴온할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하이브리드 열 제거 시스템은 어댑터 크기를 증가시켜 수동 열 제거 시스템에서 최악의 경우의 열 부하들을 핸들링할 필요성을 회피할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하이브리드 열 제거 시스템은 냉각 액츄에이터가 시간의 더 많은 부분 동안(예를 들어, 연속적으로) 동작하는 능동 열 제거 시스템보다 더 신뢰가능할 수 있다. 하이브리드 열 제거 시스템은 순수 능동 열 제거 시스템에서보다 더 작은 작동형 열 제거 디바이스의 사용을 가능하게 할 수 있다. 능동 모드에서 하이브리드 열 제거 시스템은 간헐적으로 동작하는 하이브리드 열 제거 시스템은 움직이는 컴포넌트들에 대한 마모를 감소시키고, 잡음을 감소시키고, 그리고/또는 때 또는 먼지의 수집과 같은 문제점들을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 하이브리드 열 제거 시스템은, 예를 들어 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 복수의 인클로저들 뿐만 아니라 작동형 열 제거 디바이스(202)(예를 들어, 도 3에 예시된 바와 같은)를 갖는 하우징을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 하이브리드 열 제거 시스템은 작동형 열 제거 디바이스(202) 및 높은 열식 질량을 갖는 물질을 가질 수 있다. 높은 열식 질량을 갖는 물질을 사용하는 수동 열 제거 시스템이 도 6 및 7과 관련하여 논의될 것이다.
전력 어댑터에서 열을 제어하기 위한 본원에 기술된 기법들은 비교적 작은 부피를 갖는 전력 어댑터에서 특히 유용할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 이러한 기법들은 팬 또는 벨로즈와 같은 작동형 열 제거 디바이스를 사용하여 전력 어댑터로부터 열을 능동적으로 제거하여, 전력 어댑터 하우징으로부터 가열된 공기를 내보내는 것을 포함할 수 있다. 이러한 기법들은 내부 인클로저 및 하나 이상의 개구들을 갖는 외부 인클로저를 갖는 하우징을 사용하여 전력 어댑터로부터 열을 수동으로 제거하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 개구들이 단점들을 가질 수 있으므로, 전력 어댑터 하우징 내의 개구들을 사용하지 않고 전력 어댑터 내의 열을 제어하는 것이 바람직할 수 있다는 점이 이해된다. 예를 들어, 전력 어댑터 하우징 내의 개구들은 때, 먼지 또는 습기의 유입을 가능하게 하며, 이는 전력 어댑터의 수명을 단축시킬 수 있다. 전력 어댑터 하우징 내의 개구들은 차단될 수 있고, 이에 의해 열 제거 효율성을 감소시킨다. 일부 제조자들 및 소비자들은 제품 외관 및/또는 안전 규제 준수를 이유로 완전히 인클로징된 전력 어댑터를 선호할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 어댑터가 사용될 방식의 고려사항은 적절한 동작 온도로 동작하지만 하우징 내의 개구들이 열을 제거하도록 요구하지 않는 전력 어댑터의 설계를 허용할 수 있다. 전력 어댑터에 대한 예시적인 사용은 랩톱 컴퓨터와 같은 전자 디바이스를 전력공급하는 것이다. 랩톱의 배터리가 충전중일 때 가장 많은 양의 전력이 랩톱에 의해 인출될 수 있다. 통상적인 랩톱 배터리는 미충전 상태로부터 완전히 충전하기 위해 약 1.5-2.5시간이 걸릴 수 있다. 이 시간 동안, 상당량의 전력(40W 또는 60W보다 더 큼)이 전력 어댑터를 통해 랩톱 배터리에 연속적으로 제공될 수 있다. 배터리가 대략 80% 충전에 도달하면, 인출되는 전력량이 감소할 수 있다. 배터리 충전은 단순히 랩톱 자체를 전력공급하는 것보다 훨씬 더 많은 전력을 소모한다. 랩톱 컴퓨터의 프로페서가 완전 사용상태(full utilization)로 실행중이더라도, 프로세서로부터의 최대 전력 인출은 울트라북에 대해 13W만큼 낮을 수 있는 열적 설계 전력 이하일 수 있고, 이는 배터리를 충전시키기 위해 필요한 전력량보다 훨씬 더 적다. 따라서, 배터리가 소진된 랩톱이 전력 어댑터에 플러그인되는 통상적인 사용 경우에서, 전력 어댑터는 약 1.5 - 2.5시간 동안 상당량의 전력을 공급할 것이고, 이후, 배터리가 충전되면, 전력 요구는 더 낮은 레벨로 떨어진다.
본 발명자들은, 전력 어댑터의 외부 표면 상의 온도가 전력 어댑터가 랩톱 배터리를 충전할 전력을 제공하는 약 1.5 - 2.5시간의 시간 기간 동안 최대치(예를 들어, 30-40℃) 위로 상승하지 않도록 전력 어댑터 내의 열이 전력 어댑터의 열식 질량을 증가시킴으로써 관리될 수 있다는 점을 인지하고 이해하였다. 통상적인 랩톱 전력 어댑터의 수명주기(lifecycle)에서, 전력 전달 요건들은 통상적으로 그 포인트에서 떨어져서, 전력 어댑터가 누적된 열을 소모할 시간을 허용한다.
일부 환경들에서, 사용자는 전력 어댑터에 대한 통상적인 사용 패턴을 따르지 않는 방식으로 전력 어댑터를 사용하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 배터리를 충전하고, 이후 배터리를 제거하고 그 직후에 제2 배터리를 충전하도록 결정할 수 있다. 그러나, 이러한 사용 경우는 상대적으로 드물며, 이러한 환경에서 전력 어댑터에 의해 제공된 전력량을 감소시키거나, 또는 이 시나리오에서 고려할 증가한 열식 질량을 가지도록 전력 어댑터를 설계함으로써 핸들링될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 비교적 작은 부피를 갖는 전력 어댑터를 생산하는 것이 바람직하다. 그러나, 열을 흡수할 수 있는 물질을 수용하기 위한 더 적은 공간이 존재하므로, 전력 어댑터의 질량의 감소는 전력 어댑터의 열식 질량의 증가와 상충한다.
일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 상대적으로 높은 열식 질량, 또는 열흡수 능력을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 높은 열식 질량을 갖는 물질을 포함함으로써, 전력 어댑터는 열식 질량 대 부피의 높은 비를 가질 수 있다. 전력 어댑터의 열식 질량은 요구되는 레벨 위로 전력 어댑터 하우징의 표면 온도를 증가시키지 않고 전력 어댑터가 1.5 - 2.5 시간 동안(예를 들어, 40W 또는 60W보다 더 큰 전력에서) 랩톱 배터리를 충전시킬 수 있는 포인트로 증가할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비교적 높은 열식 질량을 갖는 물질은 물질에서 상 변화를 생성함으로써 열을 흡수하는 상 변화 물질일 수 있다. 예를 들어, 상 변화 물질은 트랜지션 온도에서 고체 물질을 액체 물질로 변화할 수 있다. 상이한 트랜지션 온도들을 갖는 상 변화 물질들이 설계될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 어댑터에서 열을 흡수하고 원하는 동작 범위(예를 들어, 약 30-40℃ 미만)로 전력 어댑터의 표면 온도를 제한하기에 적합한 트랜지션 온도를 갖는 상 변화 물질이 선택될 수 있다. 원하는 동작 범위에 가까운 트랜지션 온도를 갖는 상 변화 물질이 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 대략 30-40℃의 트랜지션 온도를 갖는 상 변화 물질이 선택될 수 있다. 그러나, 이는 단지 예시에 의한 것이며, 다른 트랜지션 온도들이 사용될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 랩톱 배터리를 충전하기 위해 필요한 시간과 같은 시간 구간 동안 전력 어댑터의 표면이 선택된 온도 위로 상승하는 것을 방지하기 위해 적절한 양의 상 변화 물질이 포함될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 상 변화 물질을 포함하기 위한 하나 이상의 구획들을 포함할 수 있다. 이러한 구획들은 밀봉되어, 상 변화 물질이 액체 상태에서 구획으로부터 누설되는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상 변화 물질은 전력 어댑터의 외부 주위의 구획들에 제공될 수 있다. 고체 상태에서 상 변화 물질이 비교적 낮은 열 전도성을 가질 수 있기 때문에, 상 변화 물질의 구획들은 이들이 전력 어댑터의 표면에 대한 열 전도를 과도하게 차단하지 않고 전력 어댑터에서 생성된 열을 흡수할 수 있는 방식으로 배열될 수 있다. 다시 말해, 전력 어댑터는 상 변화 물질이 전력 어댑터의 내부에서 외부로 열 유속을 과도하게 차단하지 않도록 설계될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 열이 전력 어댑터의 내부에서 외부로 흐르게 하는 높은 열 전도성의 경로를 제공하기 위해 높은 열전도성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 높은 열 전도성을 갖는 임의의 적절한 물질, 예컨대, 금속(예를 들어, 알루미늄)이 사용될 수 있다. 전력 어댑터의 내부에서 외부로의 높은-열-전도성 경로들을 제공함으로써, 열은 상 변화 물질로부터 더욱 쉽게 제거될 수 있다. 이는 전력 어댑터로부터 열을 제거하기 위해 필요한 시간량을 감소시킬 수 있고, 따라서, 리셋 시간이 과도하게 높지 않다.
상 변화 물질은 단지 어댑터에 의해 생성된 열의 일부분을 흡수할 수 있다. 열의 나머지는 어댑터 하우징의 외부 표면을 통해 나갈 수 있다. 흡수 대 대류성 제거의 비는 외부 스킨이 도달하도록 허용된 온도에 의존한다(이는 차례로 상 변화 물질의 트랜지션 온도, 및 전력 컨버터로부터 외부 표면으로의 높은-열-전도성 경로들 대 상 변화 물질을 통한 경로들의 비의 함수임).
일부 실시예들에 따르면, 도 6a는 비교적 높은 열식 질량을 갖는 전력 어댑터의 절단 측면도를 예시한다. 도 6b는 라인 B-B'을 따른 도 6a의 전력 어댑터의 단면도를 도시한다. 도 6b는 라인 C-C'를 따른 도 6a의 전력 어댑터의 단면도를 도시한다. 도 6a-6c의 전력 어댑터는 높은 열 전도성(702)의 영역들, 예를 들어, 금속과 교번하는 상 변화 물질(704)의 구획들을 포함한다. 높은 열 전도성(702)의 물질은 전력 어댑터의 내부에서 외부로의 열의 전도를 허용할 수 있는 반면, 상 변화 물질(704)은 높은 열식 질량을 제공하고, 상당량의 열의 흡수를 가능하게 할 수 있다. 외부 인클로저(706)는 전력 어댑터의 둘레 주위에 형성될 수 있고, 사용자에 의해 터치되기에 적합한 낮은 열 전도성의 물질(예를 들어, 플라스틱)로 형성될 수 있다.
상 변화 물질의 구획(들)이 전력 어댑터의 하우징 주위에 분포되는 또다른 실시예에 따른 전력 어댑터에 대해, 도 7a는 측면도를 도시하고, 도 7b는 라인 D-D'를 따른 단면도를 도시한다. 높은 열 전도성(802)(예를 들어, 금속)의 영역들은 높은 열식 질량(804)의 영역들(예를 들어, 상 변화 물질을 포함할 수 있음) 사이에 형성될 수 있다. 도 7a는 높은 열 전도성(802)의 영역들이 전력 어댑터의 내부에서 외부로 확장할 수 있는 포스트(post)들일 수 있음을 예시한다.
전력 어댑터의 열식 질량의 증가는 가열된 공기가 배출되도록 하기 위해 전력 어댑터 하우징 내에 개구들을 형성할 것을 요구하지 않고도 열 제어를 가능하게 할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 대류성 열 전달을 용이하게 하기 위해 개구들이 하우징에 포함될 수 있다. 이와 관련하여, 전력 어댑터의 열식 질량을 증가시키는 기법은 내부 및 외부 인클로저들을 갖는 하우징과 같이, 또다른 수동 열 제거 개념과 조합될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 전력 어댑터의 열식 질량을 증가시키는 기법은, 작동형 열 제거 디바이스의 사용과 같은 능동 열 제거 개념과 조합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 전자 디바이스를 "신속하게 충전"시키도록 구성될 수 있다. 종래의 전력 어댑터들을 사용하여, 모바일 폰, 태블릿 컴퓨터, 또는 랩톱 컴퓨터와 같은 가전 디바이스의 배터리를 충전시키기 위해 1-3시간 또는 더 긴 시간이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 15W를 전달하는 종래의 전력 어댑터는 완전히 소진된 상태에서 태블릿 컴퓨터의 배터리를 충전시키는데 약 1시간이 걸릴 수 있다. 특히, 배터리 충전을 위해 제한된 시간이 이용가능한 경우, 모바일 디바이스를 보다 신속하게 충전시키는 것이 바람직할 수 있다. 일 예로서, 여행자는 비행기에 탑승하기 전에 모바일 폰 또는 태블릿 컴퓨터의 배터리를 충전시키기를 원할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 더 높은 전력량을 제공하여 배터리를 더욱 신속하게 충전하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 전력 어댑터는 60W를 전달할 수 있는데, 이는, 15W를 전달하는 전력 어댑터를 이용하여 1시간 걸리는 것에 비해, 1시간의 일부(예를 들어, 15분 미만) 내에 모바일 디바이스 또는 태블릿 컴퓨터의 충전을 허용할 수 있다.
본 발명자들은, "신속 충전" 전력 어댑터가 상대적으로 짧은 시간 구간(예를 들어, 1시간 미만, 예컨대 15-30분 또는 그 미만) 동안만 전력을 전달할 수 있음에 따라, "신속 충전"을 위해 설계된 전력 어댑터가 수 시간의 기간동안 랩톱 배터리를 충전하도록 설계된 전력 어댑터보다 열 흡수 능력을 더 적게 요구할 수 있다는 점을 이해하였다. 높은 열식 질량을 갖는 물질(예를 들어, 상 변화 물질)을 포함하는 "신속 충전" 전력 어댑터는 더 많은 시간 기간 동안 전력을 전달하도록 설계된 전력 어댑터보다 이러한 물질을 더 적게 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 열 제거 디바이스는 간헐적으로(예를 들어, 더 낮은 듀티비로) 동작할 수 있다. 일부 실시예들에서, "신속 충전" 전력 어댑터는 더 긴 시간 기간 동안 전력을 전달하도록 설계된 전력 어댑터보다 더 작도록 설계될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 도 8은 전력 및 제어 회로(206) 뿐만 아니라 선택적 센서들 및 표시자 디바이스를 예시하는 블록도를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전력 및 제어 회로(206)는 AC 라인 전압과 같은 AC 입력 전압을 수신하도록 접속된다. AC 대 DC 컨버터(402)는 AC 입력 전압을 DC 출력 전압으로 변환하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, AC 대 DC 컨버터(402)는 DC/DC 컨버터에 선행하는 정류기를 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터는 VHF 범위(30 MHz 내지 300 MHz) 내에서와 같이 비교적 높은 스위칭 주파수에서 동작할 수 있고, 공진 스위칭 기법들 및/또는 소프트 스위칭 기법들을 이용하여 효율성을 최대화할 수 있다. 적절한 전력 변환 회로가 2011년 8월 18일에 출원된 PCT 출원 제WO 2012/024542(PCT/US2011/048326)호에 기술되어 있으며, 이는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 그러나, 다른 적절한 타입의 AC/DC 컨버터들이 사용될 수 있으므로, 본원에 기술된 기법은 이와 관련하여 제한되지 않는다.
제어기(404)는 그것에 제공된 적절한 제어 신호들을 사용하여 AC/DC 컨버터(402) 및 작동형 열 제거 디바이스(202)의 동작을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 위에서 논의된 바와 같이, 제어기(404)는 온도 센서(406)로부터 신호를 수신할 수 있고, 온도가 임계치를 초과할 때 전달되는 전력량을 감소시키도록 AC/DC 컨버터(402)를 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(404)는 온도 센서(406)로부터의 온도 신호에 응답하여 작동형 열 제거 디바이스(202)의 작동을 증가 또는 감소시킬 수 있다(예를 들어, 팬이 사용되는 경우, 팬의 속도가 변경될 수 있다).
일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 언제 사람(예를 들어, 손)이 전력 어댑터에 가까이 오는지 또는 전력 어댑터를 터치하는지를 검출하기 위한 터치 또는 근접도 센서(408)를 포함할 수 있다. 터치 또는 근접도 센서(408)에 의해 검출되는 신호에 응답하여, 사람-인지가능한(human-perceptible) 효과가 생성될 수 있다. 예를 들어, 전력 어댑터는 광을 생성하기 위한 조명 디바이스(예를 들어, LED)와 같은 표시자 디바이스(410), 및/또는 가청 사운드를 생성할 수 있는 디바이스를 포함할 수 있다. 터치 또는 근접도 센서(408)에 의해 검출된 신호에 응답하여, 표시자 디바이스(410)가 턴온될 수 있다. 예를 들어, 조명 디바이스가 켜질 수 있는데, 이는 사용자가 어둠 속에서 전력 어댑터를 찾는 것을 보조할 수 있다. 또다른 예로서, 가청 사운드가 재생될 수 있는데, 이는 사용자가 도달하기 어려운 위치에 있는(예를 들어, 가구 아래 또는 뒤에) 어댑터를 찾는 것을 보조할 수 있다. 일부 실시예들에서, 표시자 디바이스(410)가 포함되는 경우, 전력 어댑터는 표시자 디바이스에 전력을 제공하기 위해 배터리 또는 울트라커패시터와 같은 에너지 저장 디바이스를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기(404)는 사람의 터치 또는 근접도의 검출에 응답하여 작동형 열 제거 디바이스(202)의 작동을 변경하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 작동형 열 제거 디바이스(202)의 작동은 사람 손의 터치 또는 근접도의 검출에 응답하여 감소하거나 중단될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기(404)는 전력 어댑터의 입력에 그리고/또는 전력 어댑터의 출력에서 제공되는 전력량을 측정할 수 있다. 전력 어댑터는 외부 디바이스와의 통신을 가능하게 하기 위한 인터페이스, 예컨대, 유선 또는 무선 인터페이스(예를 들어, WiFi 또는 블루투스 인터페이스 디바이스)를 가질 수 있다. 전력 어댑터는 측정된 전력 및/또는 전체 에너지에 관한 정보를 외부 디바이스(예를 들어, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트폰 또는 서버)에 송신하여 사람(예를 들어, 사용자)은 그 정보를 보고 전력 어댑터의 출력에 접속된 디바이스에 의해 얼마나 많은 전력이 소모되는지를 알아낼 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 하나 이상의 코드들이 제거가능하게 접속될 수 있게 하는 하나 이상의 DC 출력 접속 포트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 어댑터의 DC 출력 접속 포트(들)에 접속하도록 설계된 전기 커넥터(들)를 갖는 하나 이상의 코드들이 제공될 수 있다. 코드의 커넥터들은 기계적 접속 및/또는 자력(magnetic attraction)을 통해서와 같이, 임의의 적절한 기법을 사용하여 DC 출력 접속 포트에서 제자리에 고정될 수 있다.
도 9는 전력 어댑터가 복수의 DC 출력 접속 포트들(501, 502, 및 503)을 가질 수 있음을 도시한다. 도 9에 도시된 전력 어댑터의 측면은 코드(104)가 접속되는 전력 어댑터의 단부(예를 들어, 도 1의 좌측)에 대응할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 코드(104)는 DC 출력 접속 포트(501)에 제거가능하게 접속하도록 구성된 커넥터(505)를 가질 수 있다. 코드(104)는 제1 타입의 전자 디바이스(예를 들어, 랩톱)에 접속하기 위한 커넥터(106)를 가질 수 있다. 다른 타입들의 전자 디바이스들(예를 들어, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터 등)에 접속하기 위한 상이한 커넥터들(106)을 제외하고는 동일한 타입의 커넥터(505)를 갖는 다른 코드들이 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 코드들은 전력 어댑터와 함께 키트(kit)로 제공될 수 있다. 따라서, 사용자는 사용자가 전력공급 및/또는 충전하기를 원하는 디바이스에 접속시킬 적절한 커넥터(106)를 갖는 적절한 코드를 선택할 수 있다. 유리하게는, 전력 어댑터는 복수의 상이한 디바이스들(예를 들어, 랩톱, 셀룰러 전화, 태블릿 컴퓨터 등)을 충전할 수 있는 유니버설 전력 어댑터일 수 있다. 따라서, 사용자는, 사용자의 디바이스들 각각에 전용인 다수의 전력 어댑터들을 휴대하는 것보다는, 다수의 상이한 디바이스들을 충전할 수 있는 하나의 작은 유니버설 전력 어댑터를 가지고 여행할 수 있다.
일부 실시예들에서, DC 출력 접속 포트(501)에 접속될 수 있는 각각의 코드는 그것이 플러그인 될 때 전력 어댑터에 의해 개별적으로 식별가능할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 특정 타입의 코드를 DC 출력 접속 포트에 플러그인할 때, 전력 어댑터는 플러그인된 코드의 타입을 판정할 수 있다. 이러한 판정은 다양한 방식들 중 임의의 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 코드는 측정될 때 특정 임피던스를 가지도록 설계될 수 있고, 전력 어댑터는 그것이 접속될 때 코드에 대한 임피던스 측정을 수행하여 그것을 식별할 수 있다. 또다른 예로서, 코드를 식별하는 집적 회로가 코드에 제공될 수 있다. 이러한 집적 회로는, 예로서, 커넥터(505) 및/또는 커넥터(106)에 제공될 수 있다. 또다른 예로서, 코드는 시간 영역 반사 측정(time domain reflectometry)에 기초하여 식별될 수 있다. 코드를 식별하기 위한 임의의 적절한 기법이 사용될 수 있다.
전력 어댑터(예를 들어, 제어기(404))는 코드의 식별에 기초하여 제공될 적절한 DC 출력 전압을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 코드가 플러그인될 때, 전력 어댑터는 코드를 5V DC 출력 전압을 제공하도록 설계된 것으로서 식별할 수 있다. 따라서, 제어기(404)는 코드가 접속될 대응하는 DC 출력 포트에 5V DC 출력 전압을 제공하도록 AC/DC 컨버터(402)를 제어할 수 있다. 또다른 코드가 동일한 DC 출력 포트에 플러그인되는 경우, 전력 어댑터는 코드를 9V DC 출력 전압을 제공하도록 설계된 것으로서 식별할 수 있다. 따라서, 제어기(404)는 DC 출력 포트에 9V DC 출력 전압을 제공하도록 AC/DC 컨버터(402)를 제어할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 동시에 복수의 디바이스들을 전력공급 및/또는 충전할 수 있다. 예를 들어, 제1 코드의 제1 커넥터는 랩톱을 전력공급하기 위해 DC 출력 접속 포트(501)에 플러그인 할 수 있고, 제2 코드의 제2 커넥터는 셀룰러 전화를 전력공급하기 위해 DC 출력 접속 포트(502)에 플러그인할 수 있고, 그리고/또는 제3 코드는 또다른 디바이스를 전력공급하기 위해 DC 출력 접속 포트(503)에 플러그인할 수 있다. 복수의 디바이스들을 한꺼번에 전력공급 및/또는 충전하도록 구성된 전력 어댑터에서, AC/DC 컨버터는 각자의 DC 출력 접속 포트들에 적절한 출력 전압들의 복수의 DC 출력들을 제공하도록 구성될 수 있다. DC 출력들의 출력 전압들은 상이하여, 상이한 타입들의 디바이스들을 충전할 수 있게 하거나, 또는 동일할 수 있다.
DC 출력 접속 포트들(501, 502 및 503)은 동일한 형상 및 타입의 포트들일 수 있거나 또는 상이한 타입의 커넥터들을 수용하기 위한 상이한 형상들 및/또는 타입들의 포트들일 수 있다. 일부 비-제한적인 실시예들에서, DC 출력 접속 포트들 중 하나 이상은 USB 포트들(예를 들어, USB 3.0 포트들)일 수 있다. 그러나, 본원에 기술된 기법들은 사용된 특정 타입의 접속 포트(들)에 대한 것으로 제한되지 않는다.
위에서 논의된 바와 같이, 본원에 기술된 전력 어댑터들은 작은 크기의 하우징에 상당한 출력 전력을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 어댑터의 부피(코드들을 제외함)는 비교적 작을 수 있는데, 예컨대, 5 세제곱 인치 또는 그 미만, 4 세제곱 인치 또는 그 미만, 3 세제곱 인치 또는 그 미만, 또는 2 세제곱 인치 또는 그 미만일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 전력 어댑터는 길이가 약 2인치 또는 그 미만, 폭이 약 1인치 또는 그 미만, 및 높이가 약 1인치 또는 그 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 어댑터에 의해 제공되는 출력 전격은 적어도 30W이며, 예컨대, 적어도 40W, 적어도 45W, 적어도 60W, 적어도 80W, 또는 적어도 100W 또는 초과일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 컨버터는 15W/in3 또는 초과, 20W/in3 또는 초과, 30W/in3 또는 초과, 40W/in3 또는 초과, 또는 50W/in3 또는 초과의 전력 변환 밀도를 제공할 수 있다. 용어 "전력 변환 밀도"는 전력 변환 모듈(즉, 전력 어댑터의 하우징에 의해 바운딩된 것과 같은, 그리고 코드를 제외한)의 부피에 의해 나누어져 전력 변환 모듈(예를 들어, 전력 어댑터)이 전달할 수 있는 전력의 최대량을 지칭한다.
가전 디바이스들을 전력공급 및/또는 충전하기 위해 사용될 수 있는 전력 어댑터가 전술되었다. 그러나, 본원에 기술된 기법들은 가전 디바이스에 대한 전력 어댑터들에 제한되지 않는다. 일부 실시예들은 데이터 센터 내의 서버들 또는 다른 디바이스들과 같은 다른 전자 디바이스들에 대한 전력 변환 모듈에 관한 것이며, 이는 전력 전자기기의 크기의 축소로 유리할 수 있다. 응용예들의 다른 비제한적인 예들은 산업 장비를 위한 전력 전자기기 및 자동차, 비행기 및 선박을 위한 전자기기들을 포함할 수 있다.
본원에 기술된 장치 및 기법들의 다양한 양상들은 단독으로, 조합으로, 또는 이전 기재에 기술된 실시예들에서 구체적으로 논의되지 않은 다양한 구성으로 사용될 수 있으며, 따라서, 그 응용에 있어서, 전술한 기재에 설명되거나 도면들에 예시된 컴포넌트들의 상세항목들 및 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에 기술된 양상들은 다른 실시예들에서 기술된 양상들과 임의의 방식으로 조합될 수 있다.
청구항 구성요소를 수식하는, 청구항들에서의 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수 용어들의 사용은, 그 자체가, 임의의 우선순위, 우선도, 하나의 청구항 구성요소의 또다른 청구항 구성요소에 대한 순서, 또는 방법의 동작들이 수행되는 시간적 순서를 함축하지는 않지만, 단지, 특정 명칭을 갖는 하나의 청구항 구성요소를 동일한 명칭을 가지는(서수 용어의 사용에 대한 것을 제외한) 또다른 구성요소로부터 구별하여 청구항 구성요소들을 구별하기 위한 라벨들로서 사용된다.
또한, 본원에 사용된 어법 및 용어는 기재의 목적을 위한 것이며, 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 본원에서 "포함하는(including, comprising, containing)" 또는 "가지는(having)", "수반하는(involving)", 및 이들의 변형들의 사용은 이하에 열거된 항목들 및 그 등가물들 뿐만 아니라 추가적인 항목들을 포함하도록 의도된다.

Claims (55)

  1. 전력 어댑터로서,
    외부 인클로저 및 내부 인클로저를 포함하는 하우징 ― 플리넘(plenum)이 상기 외부 인클로저를 상기 내부 인클로저로부터 분리하고, 상기 외부 인클로저는 상기 플리넘과 상기 전력 어댑터의 외부 사이의 공기흐름(airflow)을 허용하기 위한 적어도 하나의 개구를 가짐 ― ; 및
    상기 내부 인클로저 내의 AC/DC 컨버터 ― 상기 AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성됨 ―
    를 포함하는 전력 어댑터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 인클로저는 플라스틱 물질을 포함하는 전력 어댑터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부 인클로저는 상기 외부 인클로저의 열 전도성보다 더 높은 열 전도성을 갖는 물질을 포함하는 전력 어댑터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내부 인클로저는 금속을 포함하는 전력 어댑터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내부 인클로저는 상기 플리넘으로 확장하는 돌출부들을 갖는 전력 어댑터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부 인클로저는 밀봉된 인클로저인 전력 어댑터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 어댑터의 부피는 최대 3 세제곱 인치이고, 상기 전력 어댑터는 적어도 30와트의 출력 전력을 전달하도록 구성되는 전력 어댑터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 어댑터는 적어도 60 와트의 출력 전력을 전달하도록 구성되는 전력 어댑터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 외부 인클로저는 상기 개구들 중 하나 이상의 차단의 경우 공기흐름을 제공하기 위해 상기 외부 인클로저의 복수의 측면 상에 복수의 개구를 갖는 전력 어댑터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구를 통한 공기의 이동을 유도하도록 구성된 작동형 열 제거 디바이스(actuated heat removal device)를 더 포함하는 전력 어댑터.
  11. 제1항에 있어서,
    VHF 주파수에서 상기 AC/DC 컨버터를 스위칭하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 전력 어댑터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전력 어댑터는 복수의 DC 출력 접속 포트를 포함하는 전력 어댑터.
  13. 키트(kit)로서,
    제1항의 전력 어댑터 ― 상기 전력 어댑터는 DC 전압을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 출력 커넥터를 더 포함함 ― ; 및
    상기 적어도 하나의 출력 커넥터에 부착하도록 구성된 커넥터들을 갖는 복수의 코드
    를 포함하는 키트.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 코드는 제1 가전 디바이스의 제1 타입의 전력 커넥터에 부착하도록 구성된 제1 커넥터를 갖는 제1 코드, 및 제2 가전 디바이스의 제2 타입의 전력 커넥터에 부착하도록 구성된 제2 커넥터를 갖는 제2 코드를 포함하는 키트.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 AC/DC 컨버터를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 전력 어댑터의 온도에 기초하여 상기 AC/DC 컨버터에 의해 생성된 출력 전력의 양을 변화시키도록 구성되는 전력 어댑터.
  16. 전력 모듈로서,
    외부 인클로저 및 내부 인클로저를 포함하는 하우징 ― 플리넘이 상기 외부 인클로저를 상기 내부 인클로저로부터 분리하고, 상기 외부 인클로저는 상기 플리넘과 상기 전력 어댑터의 외부 사이의 공기흐름을 허용하기 위한 적어도 하나의 개구를 가짐 ― ; 및
    상기 내부 인클로저 내의 AC/DC 컨버터 ― 상기 AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성됨 ―
    를 포함하는 전력 모듈.
  17. 전력 어댑터로서,
    하우징;
    상기 하우징 내의 AC/DC 컨버터 ― 상기 AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성됨 ― ; 및
    상기 하우징 내의 적어도 하나의 구획(compartment) ― 상기 적어도 하나의 구획은 25℃와 85℃ 사이의 트랜지션 온도를 갖는 상 변화 물질을 포함함 ―
    을 포함하는 전력 어댑터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 상 변화 물질은 30℃와 50℃ 사이의 트랜지션 온도를 갖는 전력 어댑터.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 상 변화 물질의 열 전도성보다 더 높은 열 전도성을 갖는 제2 물질을 더 포함하고, 상기 제2 물질은 상기 상 변화 물질의 제1 영역과 제2 영역 사이에 있는 전력 어댑터.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 물질은 금속을 포함하는 전력 어댑터.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 전력 어댑터는 최대 3 세제곱 인치의 부피를 갖는 전력 어댑터.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 상 변화 물질은, 상기 전력 어댑터가 30분의 기간 동안 적어도 45W의 평균 전력을 전달할 때 상기 하우징의 외부 표면의 온도가 40℃ 미만으로 유지되도록 하는 부피 및 구성인 전력 어댑터.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 상 변화 물질은, 상기 전력 어댑터가 2시간의 기간 동안 적어도 45W의 평균 전력을 전달할 때 상기 하우징의 외부 표면의 온도가 40℃ 미만으로 유지되도록 하는 부피 및 구성인 전력 어댑터.
  24. 전력 어댑터로서,
    하우징;
    상기 하우징 내의 AC/DC 컨버터 ― 상기 AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성됨 ― ; 및
    상기 하우징 내의 개구 및/또는 흡열 물질을 포함하는 열 제거 시스템
    을 포함하고,
    상기 전력 어댑터는 최대 4 세제곱 인치의 부피를 가지고,
    상기 전력 어댑터는 적어도 40 와트의 출력 전력을 전달하도록 구성되는 전력 어댑터.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 열 제거 시스템은 흡열 물질을 포함하고, 상기 흡열 물질은, 상 변화 물질이 상기 전력 어댑터의 동작 동안 상을 변화시키도록 하는 트랜지션 온도를 갖는 상기 상 변화 물질을 포함하는 전력 어댑터.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 트랜지션 온도는 25℃와 85℃ 사이인 전력 어댑터.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 하우징은 외부 인클로저 및 내부 인클로저를 포함하고, 플리넘은 상기 외부 인클로저를 상기 내부 인클로저로부터 분리하고, 상기 외부 인클로저는 상기 플리넘과 상기 전력 어댑터의 외부 사이의 공기흐름을 허용하기 위한 상기 개구를 갖는 전력 어댑터.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 하우징 내에 작동형 열 제거 디바이스를 더 포함하는 전력 어댑터.
  29. 전력 어댑터로서,
    하우징;
    상기 하우징 내의 AC/DC 컨버터 ― 상기 AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성됨 ― ; 및
    작동형 열 제거 디바이스 ― 상기 작동형 열 제거 디바이스는 상기 하우징으로부터 상기 AC/DC 컨버터에 의해 생성된 열을 제거하도록 구성됨 ― ,
    를 포함하고,
    상기 전력 어댑터의 부피는 최대 3 세제곱 인치이고,
    상기 전력 어댑터는 적어도 30 와트의 출력 전력을 전달하도록 구성되는 전력 어댑터.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 하우징은 적어도 하나의 개구를 포함하며, 상기 적어도 하나의 개구를 통해 열이 상기 작동형 열 제거 디바이스에 의해 전달되는 전력 어댑터.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구는 적어도 하나의 입구(inlet) 및 적어도 하나의 배출구(outlet)를 포함하는 전력 어댑터.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 개구들 중 하나 이상의 차단의 경우 공기흐름을 제공하기 위해 상기 하우징의 복수의 측면들 상에 복수의 개구를 갖는 전력 어댑터.
  33. 제29항에 있어서,
    상기 작동형 열 제거 디바이스는 상기 하우징 내의 개구를 통해 공기의 이동을 유도하도록 구성되는 전력 어댑터.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 작동형 열 제거 디바이스는 팬(fan)을 포함하는 전력 어댑터.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 팬은 모터를 가지며 상기 팬은 팬 모터 위에 직접 찬 공기를 인출하도록 구성되는 전력 어댑터.
  36. 제29항에 있어서,
    상기 작동형 열 제거 디바이스는 상기 하우징 내의 공기 이동을 생성하는 벨로즈(bellows)를 포함하는 전력 어댑터.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 하우징의 일부분은 상기 벨로즈의 이동가능한 부분을 형성하는 전력 어댑터.
  38. 제29항에 있어서,
    VHF 주파수에서 상기 AC/DC 컨버터를 스위칭하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 전력 어댑터.
  39. 제29항에 있어서,
    상기 AC 입력 신호는 유틸리티 라인 전압(utility line voltage)을 포함하고, 상기 DC 출력 신호는 가전 디바이스를 충전 및/또는 전력공급하도록 구성된 DC 전압을 갖는 전력 어댑터.
  40. 제29항에 있어서,
    상기 하우징은 실질적으로 직육면체 형상을 갖는 전력 어댑터.
  41. 제29항에 있어서,
    상기 하우징은 부피가 최대 2 세제곱 인치인 전력 어댑터.
  42. 제29항에 있어서,
    상기 전력 어댑터는 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 및 스마트폰 중 임의의 것을 충전시키도록 구성되는 전력 어댑터.
  43. 제29항에 있어서,
    상기 전력 어댑터는 복수의 가전 디바이스를 한번에 충전하도록 구성되는 전력 어댑터.
  44. 제29항에 있어서,
    상기 전력 어댑터는 복수의 DC 출력 접속 포트를 포함하는 전력 어댑터.
  45. 키트로서,
    제29항의 전력 어댑터 ― 상기 전력 어댑터는 DC 전압을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 출력 커넥터를 더 포함함 ― ; 및
    상기 적어도 하나의 출력 커넥터에 부착하도록 구성된 커넥터들을 갖는 복수의 코드
    를 포함하는 키트.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 복수의 코드는 제1 가전 디바이스의 제1 타입의 전력 커넥터에 부착하도록 구성된 제1 커넥터를 갖는 제1 코드, 및 제2 가전 디바이스의 제2 타입의 전력 커넥터에 부착하도록 구성된 제2 커넥터를 갖는 제2 코드를 포함하는 키트.
  47. 제29항에 있어서,
    상기 AC/DC 컨버터를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 AC/DC 컨버터의 온도에 기초하여 상기 AC/DC 컨버터에 의해 생성된 출력 전력의 양을 변화시키도록 구성되는 전력 어댑터.
  48. 제29항에 있어서,
    사람의 근접도 또는 터치를 검출하도록 구성된 센서를 더 포함하는 전력 어댑터.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 센서가 사람의 근접도 또는 터치를 검출하는 것에 응답하여 상기 작동형 열 제거 디바이스의 작동을 변화시키도록 구성된 제어기를 더 포함하는 전력 어댑터.
  50. 제49항에 있어서,
    가청적 또는 가시적 출력을 생성하도록 구성된 표시자 디바이스, 및
    상기 센서가 사람의 근접도 또는 터치를 검출하는 것에 응답하여 상기 적어도 하나의 표시자 디바이스가 상기 가청적 또는 가시적 출력을 생성하게끔 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 전력 어댑터.
  51. 전력 어댑터로서,
    하우징;
    상기 하우징 내의 AC/DC 컨버터 ― 상기 AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성됨 ― ;
    사람의 근접도 또는 터치를 검출하도록 구성된 센서;
    가청적 또는 가시적 출력을 생성하도록 구성된 표시자 디바이스; 및
    상기 센서가 사람의 근접도 또는 터치를 검출하는 것에 응답하여 적어도 하나의 표시자 디바이스가 상기 가청적 또는 가시적 출력을 생성하게끔 제어하도록 구성된 제어기
    를 포함하는 전력 어댑터.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 표시자 디바이스는 발광 디바이스를 포함하고, 상기 제어기는 상기 센서가 사람의 근접도 또는 터치를 검출하는 것에 응답하여 상기 발광 디바이스를 턴온시키도록 구성되는 전력 어댑터.
  53. 전력 모듈로서,
    하우징; 및
    상기 하우징 내의 AC/DC 컨버터 ― 상기 AC/DC 컨버터는 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하도록 구성됨 ―
    를 포함하고,
    상기 전력 모듈의 부피는 최대 3 세제곱 인치이고,
    상기 전력 모듈은 적어도 30 와트의 출력 전력을 전달하도록 구성되는 전력 모듈.
  54. 제53항에 있어서,
    작동형 열 제거 디바이스를 더 포함하고, 상기 작동형 열 제거 디바이스는 상기 하우징으로부터 상기 AC/DC 컨버터에 의해 생성된 열을 제거하도록 구성되는 전력 모듈.
  55. 방법으로서,
    AC/DC 컨버터를 사용하여 AC 입력 신호를 DC 출력 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 AC/DC 컨버터를 포함하는 전력 변환 모듈에 대한 인클로저를 통해 공기를 돌게 함으로써 상기 AC/DC 컨버터를 냉각시키는 단계 ― 상기 전력 변환 모듈의 부피는 최대 3 세제곱 인치임 ― ; 및
    상기 전력 변환 모듈에 의해, 적어도 30 와트의 출력 전력을 전달하는 단계
    를 포함하는 방법.
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