KR20190044960A - 차량용 ｕｓｂ 충전기 - Google Patents

차량용 ｕｓｂ 충전기 Download PDF

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Abstract

차량용 USB 충전기에 관한 기술이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 USB 충전기는, 차량의 전원을 이용하여 USB 커넥터를 가지는 충전 대상 장치를 충전하는 충전기로서, 차량의 전원과 연결되는 전원 연결부; 상기 전원 연결부를 통해 입력되는 입력 전류를 필터링하는 입력 필터링부; 상기 필터링된 입력 전류의 전압을 휴대 장치 충전용 출력 전압으로 변환하는 전압 변환부; 상기 출력 전압이 인가되는 복수의 USB 포트를 포함하며 각각의 USB 포트를 통해 충전 대상 장치의 USB 커넥터와 연결되는 장치 연결부; 및 상기 복수의 USB 포트 중 충전 대상 장치가 연결된 USB 포트를 감지하여 해당 USB 포트에 상기 출력 전압을 인가하거나 제한하는 출력 제한부를 포함하여, 고속 충전 기능을 지원하고, 다양한 USB 타입을 가지는 이종의 장치들을 동시에 충전할 수 있다.

Description

차량용 ＵＳＢ 충전기{USB charger for vehicle}
본 발명은 차량용 USB 충전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복수의 USB 포트를 가지며 차량에 장착되어 각각의 USB 포트에 연결된 휴대 장치들을 충전하는 차량용 USB 충전기에 관한 것이다.
일반적으로, 차량 내에서의 휴대 장치 충전은 차량용 헤드 유닛(head unit), 즉 차량에 장착된 AVN(Audio Video Navigation)이나 오디오의 USB 포트를 통해 수행되었다.
그러나, 차량용 헤드 유닛의 USB 포트는 데이터 통신을 주목적으로 하는 CDP(Charging Downstream Port)에 해당하는 것으로서 최대 출력 전류가 500mA에 불과하여, 휴대 장치의 고속 충전을 수행할 수 없다는 문제가 있다.
또한, 한국 공개특허공보 제10-2017-0056780호 등에 개시된 바와 같이, 차량의 시가잭에 연결하는 충전 장치를 사용하는 기존 기술들은, 단일한 개수 또는 단일한 종류의 충전 포트만을 제공하기 때문에, 다수의 장치를 동시 충전하거나 다른 USB 타입을 가지는 장치를 충전할 수 없는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 충전 전용 장치로 구성되어 고속 충전 기능을 지원하고, 다양한 USB 타입을 가지는 이종의 장치들을 동시에 충전하는 차량용 USB 충전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 USB 충전기는, 차량의 전원을 이용하여 USB 커넥터를 가지는 충전 대상 장치를 충전하는 충전기로서, 차량의 전원과 연결되는 전원 연결부; 상기 전원 연결부를 통해 입력되는 입력 전류를 필터링하는 입력 필터링부; 상기 필터링된 입력 전류의 전압을 휴대 장치 충전용 출력 전압으로 변환하는 전압 변환부; 상기 출력 전압이 인가되는 복수의 USB 포트를 포함하며 각각의 USB 포트를 통해 충전 대상 장치의 USB 커넥터와 연결되는 장치 연결부; 및 상기 복수의 USB 포트 중 충전 대상 장치가 연결된 USB 포트를 감지하여 해당 USB 포트에 상기 출력 전압을 인가하거나 제한하는 출력 제한부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전원 연결부는, 상기 차량의 전원 모드가 상기 차량의 액세서리 장비에 전원을 공급하는 ACC 모드인 경우, 릴레이(relay)를 이용하여 상기 차량의 전원과 상기 입력 필터링부의 입력단을 연결할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 입력 필터링부는, 상기 전압 변환부의 입력단에서 다이오드와 커패시터를 이용하여 역방향 전압 및 서지 전류를 방지하는 보호 회로; 및 상기 입력 전류의 노이즈 주파수를 제거함으로써 상기 필터링된 입력 전류를 상기 전압 변환부의 입력단에 전달하는 주파수 필터 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전압 변환부는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자를 이용하여 상기 전압 변환부의 입력단에 인덕터의 입력단을 선택적으로 접속시킴으로써 상기 인덕터의 출력단 측에 휴대 장치 충전용 출력 전압를 발생시키는 DC-DC 컨버터 회로; 상기 DC-DC 컨버터 회로에서 발생하는 링잉(rining) 노이즈를 흡수하여 감소시키는 스너버 회로; 및 상기 출력 전압을 일정하게 유지시키는 전압 보상 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 장치 연결부는, 서로 다른 타입으로 구성된 적어도 두 개의 USB 포트를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 출력 제한부는, 상기 복수의 USB 포트에 발생하는 전류를 감지하는 전류 감지부; 및 상기 전류 감지부의 감지 결과에 따라 스위칭을 수행하여 상기 충전 대상 장치가 연결된 USB 포트에 출력 전압을 인가하거나, 이상 전류가 발생한 USB 포트에 인가되는 출력 전압을 차단하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 장치 연결부는, 상기 복수의 USB 포트에 각각 대응하는 복수의 발광 소자를 더 포함하고, 상기 출력 제한부는, 상기 전류 감지부의 감지 결과에 따라 상기 복수의 발광 소자를 제어하여, 상기 복수의 발광 소자 중 상기 출력 전압이 차단된 USB 포트에 대응하는 발광 소자가 타 발광 소자와 구별되도록 하는 발광 소자 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 독립적으로 구성된 USB 충전기가 차량의 전원으로부터 직접 전력을 획득하여 충전 전용 전압 및 전류를 출력함으로써, 출력 전압 5V, 출력 전류 2400~3600mA의 고속 충전 기능을 지원할 수 있다.
또한, 단일한 USB 충전기에 서로 다른 타입의 복수의 USB 포트가 마련됨으로써, 다양한 USB 타입을 가지는 이종의 장치들을 동시에 충전할 수 있다. 사용자 편의성을 개선할 수 있다.
또한, USB 충전기가 복수의 USB 포트 중 충전 대상 장치가 연결된 포트와 해당 포트에 발생한 이상 전류를 감지하여 해당 포트에 출력 전압을 인가하거나 제한함으로써, 자원 제한적인 차량의 전력 효율성과 제품의 안전성을 개선할 수 있다.
또한, 복수의 USB에 각각 대응하는 복수의 발광 소자가 사용자로 하여금 복수의 USB 포트 중 이상 전류가 발생한 포트를 식별할 수 있도록 함으로써, 사용자 편의성과 신뢰성을 개선할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 여러 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 USB 충전기를 나타낸 블록도이다.
도 2는 차량 전원의 전압을 충전용 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터 회로의 일례를 나타낸 도면인다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 USB 충전기의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 USB 충전기의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 USB 충전기(100)가 블록도로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 USB 충전기(100)는 배터리 등과 같은 차량 전원을 이용하여 휴대폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같이 USB 커넥터를 가지는 휴대 장치들을 충전하는 장치로서, 전원 연결부(110), 입력 필터링부(120), 전압 변환부(130), 출력 제한부(140) 및 장치 연결부(150)를 포함할 수 있다.
상기 전원 연결부(110)는, 차량의 전원과 연결되어 상기 차량용 USB 충전기(100)를 구동하는 구동 전원을 공급할 수 있다. 이 경우, 전원 연결부(110)는 해당 차량의 전원 모드가 상기 차량의 액세서리 장비에 전원을 공급하는 ACC 모드인 경우, 릴레이(relay)를 이용하여 상기 차량의 전원과 입력 필터링부(120)의 입력단을 연결할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 전원 연결부(110)는 차량의 상시 전원인 B+ 전원 라인에 연결될 수도 있다.
상기 입력 필터링부(120)는, 상기 전원 연결부(110)를 통해 입력되는 입력 전류를 필터링하여 상기 전원 연결부(110)의 입력단에 전달할 수 있다. 이를 위해, 입력 필터링부(120)는 보호 회로 및 주파수 필터 회로를 포함할 수 있다. 상기 보호 회로는, 상기 전압 변환부(130)의 입력단에서 다이오드와 커패시터를 이용하여 역방향 전압, 서지 전류 및 정전기를 방지하는 회로일 수 있다. 상기 주파수 필터 회로는, R, L, C, OP amp 등으로 구성되는 LPF(Low Pass Filter), HPF(High Pass Filter), BPF(Band Pass Filter) 등의 다양한 주파수 필터를 이용하여 상기 입력 전류의 노이즈 주파수를 제거함으로써 필터링된 입력 전류를 상기 전압 변환부(130)의 입력단에 전달할 수 있다.
상기 전압 변환부(130)는, 상기 필터링된 입력 전류의 전압을 휴대 장치 충전용 출력 전압으로 변환할 수 있다. 즉, 전압 변환부(130)는 DC 12V, 24V 또는 48V의 차량용 전원의 전압을 5V의 휴대 장치 충전용 출력 전압으로 변환할 수 있다. 이를 위해, DC-DC 컨버터 회로, 스너버 회로(snubber circuit) 및 전압 보상 회로를 포함할 수 있다. 상기 DC-DC 컨버터 회로는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자를 이용하여, 상기 전압 변환부(130)의 입력단에 인덕터(inductor)의 입력단을 선택적으로 접속시킴으로써 상기 인덕터의 출력단 측에 휴대 장치 충전용 출력 전압 DC 5V를 발생시킬 수 있다.
도 2는 차량 전원의 전압을 충전용 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터 회로의 일례가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전압 변환부(130)에 포함되는 DC-DC 컨버터 회는 인덕터(210)와, 스위치 소자들(220, 230), 스위치 소자들을 제어하는 PWM 제어부(240), 커패시터(250), 부하 저항(260) 등을 포함하여, DC 12V, 24V 또는 48V의 차량용 전원의 전압을 5V의 휴대 장치 충전용 출력 전압으로 변환하는 벅 동작(buck operation)을 수행할 수 있다.
즉, 상기 PWM 제어부(240)는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 스위치 소자들(220, 230)에 전달하여 스위치 소자들(220, 230)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 제1 스위치 소자(220)는 소위 공급원 스위치에 해당하는 것으로서, 인덕터(210)의 입력단(n1)을 입력 전원 측에 선택적으로 접속시키도록 결합된다. 제2 스위치 소자(230)는 소위 동기 정류기 스위치에 해당하는 것으로서, 인덕터(210)의 입력단을 접지에 선택적으로 접속시키도록 결합된다. 이러한 스위치 소자들(220, 230)은 각각 MOSFET이나 트랜지스터 등으로 구성될 수 있다. 상기 PWM 제어부(240)는 인인덕터(210)의 출력단(n2) 측 출력 전압에 응답하여 스위치 소자들(220, 230)을 제어하는 제어 신호의 듀티 사이클을 결정할 수 있다. 이와 같은 스위치 소자들(220, 230)의 스위칭 동작에 따라 인덕터(210)에 전류가 축적되어 인덕터(210)의 출력단(n2)과 접지를 연결하는 커패시터(250) 또는 부하 저항(260)의 양 단에 출력 전압을 발생시킨다.
상기 스너버 회로는, 상기 DC-DC 컨버터 회로에서 PWM 스위칭에 따라 발생하는 링잉(rining) 노이즈를 흡수하여 감소시킬 수 있다. 이 경우, 스너버 회로는 RC 직렬 회로로 구성될 수 있으며, 링잉 노이즈가 발생하는 소자에 병렬로 결합될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 스너버 회로는 다이오드나 비선형 소자들로 구성될 수도 있다.
상기 전압 보상 회로는 커패시터 등을 이용하여 상기 출력 전압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 장치 연결부(150)는 상기 출력 전압이 인가되는 복수의 USB 포트(152)를 포함하며 각각의 USB 포트(152)를 통해 충전 대상 장치의 USB 커넥터와 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 장치 연결부(150)는 서로 다른 타입으로 구성된 적어도 두 개의 USB 포트를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 장치 연결부(150)는 커넥터 연결시 상하면을 구별해야 하는 USB Type-A의 USB 포트와, 커넥터 연결시 상하면을 구별할 필요 없는 USB Type-C의 USB 포트를 적어도 한 개씩 포함할 수 있다.
상기 출력 제한부(140)는, 상기 복수의 USB 포트 중 충전 대상 장치가 연결된 USB 포트(152)를 감지하여 해당 USB 포트(152)에 상기 출력 전압을 인가하거나 제한할 수 있다. 이를 위해, 상기 출력 제한부(140)는 전류 감지부 및 스위칭부를 포함할 수 있다. 상기 전류 감지부는 상기 복수의 USB 포트(152)에서 각각 발생하는 전류를 감지할 수 있다. 이 경우, 전류 감지부는 홀 효과(Hall effect)를 이용하는 홀 센서를 통해 각각의 USB 포트에서 전류의 발생 및 변화를 감지할 수 있다. 각각의 USB 포트에서 발생 및 변화되는 전류 값에 따라 충전 대상 장치의 연결 여부가 판단될 수 있다. 상기 스위칭부는 상기 전류 감지부의 감지 결과에 따라 해당 USB 포트에 충전 대상 장치가 연결된 것으로 판단되면, 스위칭을 수행하여 상기 충전 대상 장치가 연결된 USB 포트에 출력 전압을 인가할 수 있다. 또한, 상기 스위칭부는 상기 전류 감지부의 감지 결과에 따라 특정 USB 포트에 이상 전류가 발생한 것으로 판단되면, 스위칭을 수행하여 이상 전류가 발생한 USB 포트에 인가된 출력 전압을 차단할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 장치 연결부(150)는, 상기 복수의 USB 포트에 각각 대응하는 복수의 발광 소자(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 각각의 발광 소자는 LED(Light Emitting Diode) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 출력 제한부(140)는 상기 출력 제한부(140)에 포함된 전류 감지부의 감지 결과에 따라 상기 복수의 발광 소자를 제어하여, 상기 복수의 발광 소자 중 상기 출력 전압이 차단된 USB 포트에 대응하는 발광 소자가 타 발광 소자와 구별되도록 할 수 있다. 예컨대, 상기 발광 소자 제어부는 상기 출력 전압이 차단된 USB 포트에 대응하는 발광 소자를 타 발광 소자와 구별되도록 점등 또는 소등하거나 식별력 있는 색상으로 변경할 수 있다. 이를 위해, 상기 발광 소자 제어부는 각각의 발광 소자에 전원을 공급하거나 차단하는 스위치 회로와 각 USB 포트에 대한 상기 전류 감지부의 전류 감지 결과에 따른 제어 신호를 상기 스위치 회로에 전달하여 발광 소자들을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다.
이와 같은 차량용 USB 충전기(100)는, 차량의 센터페시아(center-fascia), 콘솔 박스, 트렁크 등과 같은 차량의 내부 프레임에 설치될 수 있으며, 배터리 등과 같은 차량 전원을 이용하여 휴대폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같은 사용자의 휴대 장치들을 충전할 수 있다.
도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 USB 충전기(300)의 회로 구성이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 차량용 USB 충전기(300)는 전원 연결부(310)와, 회로 기판(302) 상에 구현되는 입력 필터링부(320), 전압 변환부(330), 출력 제한부(340) 및 장치 연결부(340)를 포함할 수 있다. 상기 전원 연결부(310), 입력 필터링부(320), 전압 변환부(330), 출력 제한부(340) 및 장치 연결부(340)의 구성과 동작은, 기본적으로 도 1을 참조하여 설명한 차량용 USB 충전기(100)의 전원 연결부(110), 입력 필터링부(120), 전압 변환부(130), 출력 제한부(140) 및 장치 연결부(150)에 각각 대응한다.
상기 전원 연결부(310)는 릴레이를 구비하는 릴레이 박스로 구성될 수 있으며, 이러한 전원 연결부(310)를 통해 차량의 ACC 또는 B+ 전원이 입력되면, 상기 입력 필터링부(120)는 다양한 구성의 보호 회로(C31)를 이용하여 역방향 전압, 서지, 정전기 등을 방지할 수 있으며, 다양한 구성의 주파수 필터 회로를 이용하여 입력 전원의 고주파 노이즈와 저주파 노이즈를 제거함으로써 전압 변환부(330)의 입력단에 안정된 전압을 인가할 수 있다. 그 결과, 상기 전압 변환부(330)는 동작 가능한 인에이블(enable) 상태가 될 수 있다.
상기 전압 변환부(330)는 도 3과 같이 DC-DC 컨버터 IC(332)로 구성될 수 있다. 이 경우, DC-DC 컨버터 IC(332)의 외부에는 soft-start time 설정용 핀이 마련될 수 있으며, 해당 핀에 적절한 커패시터를 연결하여 soft-start time을 조절함으로써 입력 전압이 부드럽게 인가되도록 할 수 있다. 또한, DC-DC 컨버터 IC(332)는 DC-DC 전압 변환을 위해 PWM(Pulse Width Modulation) 동작을 수행하며, DC-DC 컨버터 IC(332)의 특정 외부핀(FREQ)에 연결되는 저항값(R31)을 조절하여 스위칭 주파수 범위를 설정할 수 있다. DC-DC 컨버터 IC(332)의 스위칭 출력단에서 12V로 PWM 스위칭 출력하면 링잉(Ringing) 노이즈가 발생하게 되므로, DC-DC 컨버터 IC(332)는 RC 등으로 구성된 스너버 회로를 이용하여 링잉 노이즈를 감소시킬 수 있다. 입력 전류가 DC-DC 컨버터 IC(332)의 노이즈 평활 전압을 생성하기 위한 인덕터를 통과하게 되면 DC 5V의 출력 전압이 만들어진다. 이 경우, 상기 출력 전압은 외부 인덕터 값을 조절함으로써 설정될 수 있다. 또한, DC-DC 컨버터 IC(332)는 전압 보상 회로를 이용하여 출력 전압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
상기 DC-DC 컨버터 IC(332)의 인덕터를 거쳐 생성된 5V 출력 전압은, 상기 출력 제한부(340)를 통해 장치 연결부(350)의 2개의 USB 포트(352a, 352b)에 각각 인가될 수 있다. 이 경우, 2개의 USB 포트(352a, 352b)는 동일한 타입의 포트들일 수 있다. 예컨대, 2개의 USB 포트(352a, 352b)는 모두 USB Type-A의 포트일 수 있다.
또한, 상기 출력 제한부(340)는 2개의 USB 포트(352a, 352b)에 각각 대응하는 2개의 파워 스위치 IC(342a, 342b)를 포함할 수 있다. 이러한 파워 스위치 IC들(342a, 342b)은 각각 상술한 전류 감지부, 스위칭부 및 발광 소자 제어부를 포함할 수 있다. 즉, 파워 스위치 IC는, USB 포트에 연결된 휴대 장치를 감지하여 해당 USB 포트에 5V, 2400mA의 충전 전류를 출력할 수 있다. 이 경우, 파워 스위치 IC는 외부 핀에서 저항값을 조절하여 출력 전류의 전류 제한값을 설정함으로써 USB 포트 측에서 발생하는 쇼트나 과전류 출력에 의한 충전기와 휴대 장치의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 상기 출력 제한부(340)는 각 파워 스위치 IC(342a, 342b)의 출력단에 연결되는 정전기 보호용 커패시터(C32, C33)를 포함하여, USB 포트를 통해 외부에서 유입되는 정전기로부터 충전기와 휴대 장치를 보호할 수 있다. 또한, 출력 제한부(340)는 FET와 TVS 등을 이용하여 역방향 전압에 의한 파손을 방지할 수 있다.
또한, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 장치 연결부(350)는, 상기 복수의 USB 포트(352a, 352b)에 각각 대응하는 복수의 발광 소자를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 출력 제한부(140)의 각 파워 스위치 IC(342a, 342b)는 해당 USB 포트에 대한 전류 감지 결과에 따라 해당 발광 소자를 제어하여, 상기 복수의 발광 소자 중 상기 출력 전압이 차단된 USB 포트에 대응하는 발광 소자가 타 발광 소자와 구별되도록 할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 USB 충전기(400)의 회로 구성이 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 USB 충전기(400)는 전원 연결부(410), 입력 필터링부(420), 전압 변환 및 출력 제한부(430) 및 장치 연결부(440)를 포함할 수 있다. 상기 전원 연결부(410) 및 입력 필터링부(420)의 구성과 동작은, 기본적으로 도 1 및 도 3 참조하여 설명한 차량용 USB 충전기(100, 300)의 전원 연결부 및 입력 필터링부에 대응한다.
상기 전압 변환 및 출력 제한부(430)는, 도 1 및 도 3 참조하여 설명한 전압 변환부(130, 330)와 출력 제한부(340)의 구성과 기능을 통합한 것으로서, 도 3의 DC-DC 컨버터 IC(332)와 파워 스위치 IC들(342a, 342b)을 통합한 일체형 IC(432)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 장치 연결부(440)는, 서로 다른 타입을 가지는 복수의 USB 포트(442a, 442b)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 장치 연결부(440)는 커넥터 연결시 상하면을 구별해야 하는 USB Type-A의 USB 포트(442a)와, 커넥터 연결시 상하면을 구별할 필요 없는 USB Type-C의 USB 포트(442b)를 적어도 한 개씩 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 독립적으로 구성된 USB 충전기가 차량의 전원으로부터 직접 전력을 획득하여 충전 전용 전압 및 전류를 출력함으로써, 출력 전압 5V, 출력 전류 2400~3600mA의 고속 충전 기능을 지원할 수 있다. 또한, 단일한 USB 충전기에 서로 다른 타입의 복수의 USB 포트가 마련됨으로써, 다양한 USB 타입을 가지는 이종의 장치들을 동시에 충전할 수 있다. 사용자 편의성을 개선할 수 있다. 또한, USB 충전기가 복수의 USB 포트 중 충전 대상 장치가 연결된 포트와 해당 포트에 발생한 이상 전류를 감지하여 해당 포트에 출력 전압을 인가하거나 제한함으로써, 자원 제한적인 차량의 전력 효율성과 제품의 안전성을 개선할 수 있다. 또한, 복수의 USB에 각각 대응하는 복수의 발광 소자가 사용자로 하여금 복수의 USB 포트 중 이상 전류가 발생한 포트를 식별할 수 있도록 함으로써, 사용자 편의성과 신뢰성을 개선할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 차량용 USB 충전기 110 : 전원 연결부
120 : 입력 필터링부 130 : 전압 변환부
140 : 출력 제한부 150 : 장치 연결부
152 : USB 포트

Claims (7)

  1. 차량의 전원을 이용하여 USB 커넥터를 가지는 충전 대상 장치를 충전하는 차량용 USB 충전기로서,
    차량의 전원과 연결되는 전원 연결부;
    상기 전원 연결부를 통해 입력되는 입력 전류를 필터링하는 입력 필터링부;
    상기 필터링된 입력 전류의 전압을 휴대 장치 충전용 출력 전압으로 변환하는 전압 변환부;
    상기 출력 전압이 인가되는 복수의 USB 포트를 포함하며 각각의 USB 포트를 통해 충전 대상 장치의 USB 커넥터와 연결되는 장치 연결부; 및
    상기 복수의 USB 포트 중 충전 대상 장치가 연결된 USB 포트를 감지하여 해당 USB 포트에 상기 출력 전압을 인가하거나 제한하는 출력 제한부를 포함하는 차량용 USB 충전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 연결부는, 상기 차량의 전원 모드가 상기 차량의 액세서리 장비에 전원을 공급하는 ACC 모드인 경우, 릴레이(relay)를 이용하여 상기 차량의 전원과 상기 입력 필터링부의 입력단을 연결하는 것을 특징으로 하는 차량용 USB 충전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력 필터링부는,
    상기 전압 변환부의 입력단에서 다이오드와 커패시터를 이용하여 역방향 전압 및 서지 전류를 방지하는 보호 회로; 및
    상기 입력 전류의 노이즈 주파수를 제거함으로써 상기 필터링된 입력 전류를 상기 전압 변환부의 입력단에 전달하는 주파수 필터 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 USB 충전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압 변환부는,
    PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자를 이용하여 상기 전압 변환부의 입력단에 인덕터의 입력단을 선택적으로 접속시킴으로써 상기 인덕터의 출력단 측에 휴대 장치 충전용 출력 전압를 발생시키는 DC-DC 컨버터 회로;
    상기 DC-DC 컨버터 회로에서 발생하는 링잉(rining) 노이즈를 흡수하여 감소시키는 스너버 회로; 및
    상기 출력 전압을 일정하게 유지시키는 전압 보상 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 USB 충전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장치 연결부는, 서로 다른 타입으로 구성된 적어도 두 개의 USB 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 USB 충전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 출력 제한부는,
    상기 복수의 USB 포트에 발생하는 전류를 감지하는 전류 감지부; 및
    상기 전류 감지부의 감지 결과에 따라 스위칭을 수행하여 상기 충전 대상 장치가 연결된 USB 포트에 출력 전압을 인가하거나, 이상 전류가 발생한 USB 포트에 인가되는 출력 전압을 차단하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 USB 충전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 장치 연결부는, 상기 복수의 USB 포트에 각각 대응하는 복수의 발광 소자를 더 포함하고,
    상기 출력 제한부는, 상기 전류 감지부의 감지 결과에 따라 상기 복수의 발광 소자를 제어하여, 상기 복수의 발광 소자 중 상기 출력 전압이 차단된 USB 포트에 대응하는 발광 소자가 타 발광 소자와 구별되도록 하는 발광 소자 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 USB 충전기.
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