KR20200099057A - 복수의 셀이 직렬 연결된 배터리에 사용가능한 전력관리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 셀이 직렬 연결된 배터리에 사용가능한 전력관리장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면은, 입력노드를 통해 외부충전장치와 연결되고, 배터리노드를 통해 적어도 두 개의 셀이 직렬로 연결된 배터리와 연결되어 전력을 관리하는 전력관리장치로서, 상기 입력노드와 시스템노드 사이에 연결되고 상기 입력노드 전압을 낮추어 상기 시스템노드로 전력을 전달하는 강압컨버터; 상기 배터리노드와 상기 시스템노드 사이에 연결되어 양방향으로 전력을 전달하되, 상기 배터리노드 전압은 상기 시스템노드 전압보다 높은, 차지펌프; 상기 시스템노드에 연결되어 상기 시스템노드로부터 전력을 공급받고 시스템 내부의 소자들에게 전력을 공급하는 전력관리집적회로(PMIC); 및 상기 전력관리장치 내부의 제어를 수행하는 제어회로;를 포함하고, 상기 전력관리장치는, 상기 외부충전장치의 종류에 따라 상기 입력노드 전압이 상기 배터리노드 전압보다 높은 고전압인 경우와 상기 입력노드 전압이 상기 배터리노드 전압보다 낮은 저전압인 경우의 모두에서 동작할 수 있다.

Description

복수의 셀이 직렬 연결된 배터리에 사용가능한 전력관리장치{A POWER MANAGEMENT DEVICE USABLE FOR A BATTERY HAVING A PLURALITY OF CELLS CONNECTED IN SERIES}

본 발명은 전력관리장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 복수의 셀이 직렬 연결된 배터리에 사용가능한 전력관리장치에 관한 것이다.

스마트폰의 증가하는 소비 전력은 제조사들로 하여금 시스템에 더 큰 전력을 공급하도록 강요하고 있다. 시스템 전력을 증가시키는 한 가지 방법은, 전압 레벨을 높이기 위해 배터리 셀들을 직렬로 연결하는 것이다. 랩탑 컴퓨터 분야에서 주로 사용되고 있는 이 방법은 스마트폰 분야에서도 사용되기 위한 길을 찾고 있다.

배터리로부터 활용가능한 전력(용량)은 기본적으로 배터리의 부피와 관련이 있다고 할 수 있다. 예를 들어, 2개의 셀들이 직렬로 연결(2S)되거나 또는 2개의 셀들이 병렬로 연결(2P)되거나에 관계없이 활용가능한 전력은 실질적으로 같다고 할 수 있다.

동일한 배터리 용량을 기준으로, 두 개의 셀들이 직렬 연결된 배터리(2S)는 두 개 셀들이 병렬 연결된 배터리(2P)에 비해 충전이나 방전 시에 대략 절반 정도의 전류에서 동작할 수 있다. 이로 인해, 셀들이 직렬 연결된 배터리를 사용할 경우 전력 손실을 줄이고 배터리 수명을 연장하며 안정성을 높일 수 있다. 또한, 스마트폰 시스템 내부에서 class D 스피커나 LCD 백라이트 등과 같이 높은 전압을 요구하는 소자들을 위한 전원 공급을 고려하면, 셀들이 병렬 연결된 경우 전압 부스팅이 필요하지만, 셀들이 직렬 연결된 경우 전압 부스팅이 필요하지 않다는 장점이 있다. 또한, 최근 부각되는 Type-C PD(Power Delivery) 규격에 따라 어댑터(외부충전장치)가 최대 20V의 높은 전압을 스마트폰으로 제공할 때, 20V의 전압을 2개 셀이 직렬 연결된 배터리 전압인 9V 정도로 낮출 경우 고효율로 동작할 수 있다(반면, 2개 셀이 병렬 연결된 경우 강압컨버터가 20V를 4.5V 이하로 낮추어야 하는데 이렇게 전압 차이가 큰 경우 강압컨버터의 효율이 낮아질 수 있음). 이와 같이, 스마트폰에 복수의 셀들이 직렬 연결된 배터리를 사용할 경우의 장점은 다양하다.

그러나 랩탑 컴퓨터와는 달리 스마트폰의 경우 고려해야 할 중요한 요소 중의 하나로서, 스마트폰에 전력을 공급하는 어댑터가 제공하는 전압의 크기가 다양할 수 있다는 것이다. 예시적으로, 어댑터는 기존의 USB 2.0 규격에 따라 약 5V의 전압을 제공할 수도 있고, 또는 최근 부각되고 있는 Type-C PD 규격에 따라 최대 20V의 높은 전압을 제공할 수도 있으며, 또는 그 외의 다른 레벨의 전압을 제공할 수도 있다. 스마트폰 내부의 전력관리장치는 이러한 다양한 입력전압에 대응하여 동작할 필요가 있다. 스마트폰에 2개의 셀을 직렬 연결한 배터리(2S)를 사용할 경우, 배터리 전압은 최대 9V가 될 수 있다. 어댑터가 제공하는 전압 범위인 5V ~ 20V는 배터리 전압보다 낮을 수도 있고 높을 수도 있다. 즉, 전력관리장치는 배터리 전압보다 높은 입력전압과 배터리 전압보다 낮은 입력전압에 모두 대응하여 고효율로 동작할 수 있어야 한다.

이와 같이 넓은 범위의 입력전압에 대응하여, 스마트폰 내부의 전력관리장치는 배터리 충전을 위해 전압 승압(step-up or boosting) 및 강압(step-down) 기능을 모두 구비할 필요가 있다. 이를 위해, 전압 승압 및 강압 기능을 모두 구비한 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터가 사용될 수 있지만(도 14 참조), 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터는 4개의 스위치(Qa ~ Qd)를 사용하므로 가격이 상승하는 문제, 승압 모드에서 인덕터(L)를 통해 흐르는 전류가 출력 전류의 2배가 되어 인덕터 사이즈 및 손실이 증가하는 문제, 및 승압 모드와 강압 모드 모두에서 인덕터 전류가 항상 2개의 스위치를 거쳐 흐르므로 도통 손실이 증가하는 문제가 있다. 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터의 이러한 문제로 인해, 랩탑 컴퓨터 분야에서는 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터를 사용하지 않는 것이 일반적이다. 예를 들어, 충전전압을 항상 배터리 전압보다 높게 공급함으로써 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터의 사용 필요성을 없애면서 효율이 높고 저가인 강압 컨버터(예, 벅(Buck) 컨버터)를 사용하는 방법을 주로 사용한다. 그렇지만, 스마트폰 응용에서는, 전술한 바와 같이, 다양한 입력 전압에 대응해야 하므로 효율이 높고 저가인 강압 컨버터(예, 벅(Buck) 컨버터) 만으로는 대응이 곤란하다는 문제가 있다.

또한, 전력관리장치는 스마트폰 시스템 내부의 장치들에게 다양한 전압을 제공할 필요가 있는데, 스마트폰 시스템 내부의 장치들은 주로 1V ~ 3V 내외의 낮은 전압을 사용한다. 배터리 전압이 높아질 경우, 큰 전압 차이를 제공하는 강압컨버터를 고효율 및 저가로 구현하기가 쉽지 않다. 예를 들어, 2개 셀들이 병렬 연결된 배터리 전압 4.5V를 2V로 변환하는 경우에 비해, 2개 셀들이 직렬 연결된 배터리 전압 9V를 2V로 변환하는 경우 효율이 낮아질 수 있다. 전압 차이가 큰 경우에도 고효율을 구현하기 위해서는 좀 더 고가이고 사이즈가 큰 강압컨버터를 사용할 필요가 생긴다.

또한, 기존의 스마트폰에서 다양한 소자들에게 다양한 전압을 생성하여 공급하는 전력관리집적회로(PMIC)는 단일 셀 전압의 최대값이 4.5V인 점을 고려하여 저가의 5V 공정을 사용하여 제조비용을 줄일 수 있었다. 2개 셀을 직렬 연결한 배터리를 사용할 경우, 전력관리집적회로(PMIC)가 9V를 지원할 수 있도록 제작하기 위해서는 추가적인 비용이 들거나 고가의 공정을 사용할 필요가 생긴다.

이와 같이, 현재 스마트폰의 증가하는 전력 요구는, 멀티-셀 배터리의 사용을 강요하고 있다. 복수의 셀을 직렬 연결할 경우 병렬 연결에 비해 배터리 충방전 전류가 약 절반으로 줄어 효율이 개선되는 장점이 있지만, 어댑터가 스마트폰에 제공하는 전압의 범위가 다양할 경우 전술한 바와 같은 몇 가지 문제를 야기할 수 있다.

본 발명은, 복수의 셀을 직렬 연결한 배터리를 사용하고 다양한 종류의 어댑터와 호환이 가능하도록 하면서도 저가 및 고효율로 동작할 수 있는 전력관리장치를 제공하고자 한다

본 발명은, 실시예에 따라, 복수의 셀들이 직렬 연결된 배터리를 사용할 때, 비용과 사이즈를 최소화하면서 고효율로 동작하는 전력관리장치를 제공할 수 있다.

본 발명은, 실시예에 따라, USB 2.0 규격에 따른 어댑터와 Type-C PD 규격에 따른 어댑터 등 다양한 종류의 외부충전장치와 호환이 가능한 전력관리장치를 제공할 수 있다.

본 발명은, 실시예에 따라, 복수의 셀들이 직렬 연결된 배터리를 사용함에도 불구하고 기존의 단일 셀 시스템에서 사용되는 저가의 전력관리집적회로(PMIC)를 사용하는 전력관리장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 측면은, 입력노드를 통해 외부충전장치와 연결되고, 배터리노드를 통해 적어도 두 개의 셀이 직렬로 연결된 배터리와 연결되어 전력을 관리하는 전력관리장치로서, 상기 입력노드와 시스템노드 사이에 연결되고 상기 입력노드 전압을 낮추어 상기 시스템노드로 전력을 전달하는 강압컨버터; 상기 배터리노드와 상기 시스템노드 사이에 연결되어 양방향으로 전력을 전달하되, 상기 배터리노드 전압은 상기 시스템노드 전압보다 높은, 차지펌프; 상기 시스템노드에 연결되어 상기 시스템노드로부터 전력을 공급받고 시스템 내부의 소자들에게 전력을 공급하는 전력관리집적회로(PMIC); 및 상기 전력관리장치 내부의 제어를 수행하는 제어회로;를 포함하고, 상기 전력관리장치는, 상기 외부충전장치의 종류에 따라 상기 입력노드 전압이 상기 배터리노드 전압보다 높은 고전압인 경우와 상기 입력노드 전압이 상기 배터리노드 전압보다 낮은 저전압인 경우의 모두에서 동작할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 배터리노드는 제1스위치를 통해 상기 입력노드에 연결되고, 상기 제1스위치는 상기 배터리노드와 상기 입력노드를 연결 또는 차단할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 시스템노드는 제2스위치를 통해 상기 적어도 두 개의 셀의 접점인 배터리중간노드에 연결되고, 상기 제2스위치가 온(on) 되면 상기 차지펌프는 상기 적어도 두 개의 셀들 사이의 밸런싱(balancing)을 수행할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 제어회로는 상기 적어도 두 개의 셀의 전압 또는 충전상태(SOC)에 따라 셀 밸런싱을 수행할지 여부를 결정하고 상기 제2스위치의 온/오프를 제어할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 제어회로는 상기 적어도 두 개의 셀의 전압차에 기초하여 밸런싱 전류를 예측하고, 상기 밸런싱 전류가 크다고 판단될 경우 상기 밸런싱 전류를 조절할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 제어회로는, 상기 제2스위치의 게이트 전압의 조절, 상기 차지펌프의 스위칭주파수의 조절 또는 상기 차지펌프 내부 트랜지스터들의 게이트 전압의 조절 중의 하나 이상을 선택적으로 수행하여 상기 밸런싱 전류를 조절할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 강압컨버터는 제3스위치를 통해 상기 입력노드에 연결되고, 상기 제3스위치가 오프(off) 되면 상기 강압컨버터는 상기 입력노드로부터 전력을 공급받지 않을 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 차지펌프는 2:1의 전압변환비를 가질 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 외부충전장치가 상기 전력관리장치에게 전력을 공급하지 않는 배터리모드에서, 상기 차지펌프는 상기 배터리노드로부터 상기 시스템노드로 전압을 낮추어 전력을 공급할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 배터리모드에서 상기 차지펌프는 상기 배터리의 전류에 기초하여 스위칭주파수가 변경될 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 배터리의 전류가 기준값보다 큰 경우의 상기 차지펌프의 스위칭주파수는 상기 배터리의 전류가 상기 기준값보다 작은 경우의 상기 차지펌프의 스위칭주파수에 비해 더 높을 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 외부충전장치로부터 상기 배터리노드 전압보다 낮은 저전압을 공급받는 저전압모드에서, 상기 강압컨버터는 상기 입력노드로부터 상기 시스템노드로 전압을 낮추어 전력을 전달하고, 상기 입력노드와 상기 배터리노드 사이의 연결은 차단될 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 저전압모드에서, 상기 시스템이 상기 시스템노드를 통해 소비하는 전력이 상기 강압컨버터가 상기 시스템노드로 공급하는 전력보다 큰 경우, 상기 차지펌프는 상기 배터리노드로부터 상기 시스템노드로 전압을 낮추어 전력을 공급하고, 상기 시스템이 상기 시스템노드를 통해 소비하는 전력이 상기 강압컨버터가 상기 시스템노드로 공급하는 전력보다 작은 경우, 상기 차지펌프는 상기 시스템노드로부터 상기 배터리노드로 전압을 높여 전력을 공급하여 상기 배터리를 충전할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 외부충전장치로부터 상기 배터리노드 전압보다 높은 고전압을 공급받는 고전압모드에서, 상기 입력노드는 제1스위치를 통해 상기 배터리노드에 연결되고, 상기 외부충전장치로부터 공급되는 전력이 상기 제1스위치를 통해 상기 배터리를 직접 충전하거나 및/또는 상기 제1스위치 및 상기 차지펌프를 통해 상기 시스템노드로 공급될 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 강압컨버터는 제3스위치를 통해 상기 입력노드에 연결되고, 상기 고전압모드에서 상기 제3스위치는 오프되어 상기 강압컨버터와 상기 입력노드의 연결이 차단될 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 고전압모드에서, 상기 시스템이 상기 시스템노드를 통해 소비하는 전력이 상기 외부충전장치가 공급하는 전력보다 큰 경우, 상기 배터리는 상기 배터리노드로 전력을 공급하고, 상기 차지펌프는 상기 외부충전장치 및 상기 배터리로부터 공급받은 전력을 함께 상기 시스템노드로 전달하며, 상기 시스템이 상기 시스템노드를 통해 소비하는 전력이 상기 외부충전장치가 공급하는 전력보다 작은 경우, 상기 외부충전장치로부터 공급된 전력의 적어도 일부가 상기 제1스위치를 경유하여 상기 배터리를 직접 충전 - 상기 배터리를 충전하는 전력이 상기 강압컨버터와 상기 차지펌프 중의 어느 것도 경유하지 않음 - 할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 제어회로는 상기 제1스위치의 게이트 전압을 조절하여 상기 입력노드로부터 상기 배터리노드로 흐르는 전류를 조절할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 제어회로는 상기 외부충전장치에게 상기 외부충전장치가 공급할 전압목표값과 전류목표값 정보를 제공할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 제어회로는 상기 외부충전장치에게 상기 제1스위치가 전달하는 전력보다 큰 전력를 제공하도록 요청하고, 상기 제어회로는 상기 외부충전장치로부터 공급받은 전력과 상기 제1스위치가 전달하는 전력의 차이에 해당하는 전력를 상기 강압컨버터가 처리하도록 제어할 수 있다.

상기 전력관리장치에 있어서, 상기 입력노드와 상기 배터리노드 사이에는 제4스위치와 제5스위치가 직렬로 순차적으로 연결되고, 상기 제4스위치와 상기 제5스위치의 접점과 상기 배터리노드 사이에는 전류체배기(current multiplier)가 배치되며, 상기 외부충전장치로부터 상기 배터리노드 전압보다 높은 고전압을 공급받는 고전압모드에서, 상기 외부충전장치로부터 상기 입력노드로 공급되는 전압의 크기에 따라, 상기 배터리노드는 상기 제4스위치와 상기 전류체배기를 통해 상기 입력노드로부터 전력을 공급받거나 또는 상기 전류체배기를 거치지 않고 상기 제4스위치와 상기 제5스위치를 통해 상기 입력노드로부터 전력을 공급받을 수 있다.

본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 전력관리장치는 복수의 셀들이 직렬 연결된 배터리를 사용할 때, 비용과 사이즈를 최소화하면서 고효율로 동작할 수 있다.

본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 전력관리장치는 USB 2.0 규격에 따른 어댑터와 Type-C PD 규격에 따른 어댑터 등 다양한 종류의 어댑터와 호환이 가능하다.

본 발명에 의하면, 실시예에 따라, 전력관리장치는 복수의 셀들이 직렬 연결된 배터리를 사용함에도 불구하고 기존의 단일 셀 시스템에서 사용되는 전력관리집적회로(PMIC)를 사용할 수 있다. 이 경우, 다양한 소자들에게 다양한 전압을 제공하기 위해 기존의 단일 셀 시스템에서 사용하던 전력 공급 체계(power tree)를 재구성할 필요가 없다는 장점이 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 전력관리장치를 예시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 강압컨버터의 회로를 예시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 차지펌프의 회로를 예시한다.
도 4 및 도 5는 도 3의 차지펌프 회로의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 1의 전력관리장치의 배터리모드 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1의 전력관리장치의 저전압모드(배터리 방전) 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 1의 전력관리장치의 저전압모드(배터리 충전) 동작을 설명하는 도면이다.
도 9는 도 1의 전력관리장치의 고전압모드(배터리 방전) 동작을 설명하는 도면이다.
도 10은 도 1의 전력관리장치의 고전압모드(배터리 직접충전) 동작을 설명하는 도면이다.
도 11은 도 1의 전력관리장치의 고전압모드(내부전류제한) 동작을 설명하는 도면이다.
도 12는 도 1의 전력관리장치의 고전압모드(전류체배기를 통한 배터리 충전) 동작을 설명하는 도면이다.
도 13은 도 1의 전력관리장치의 셀밸런싱 동작을 설명하는 도면이다.
도 14는 일반적인 벅-부스트(Buck-Boost) 컨버터의 회로를 예시한다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 전력관리장치(100)를 예시한다. 도 1을 참조하면, 전력관리장치(100)는 강압컨버터(120), 차지펌프(130), 전력관리집적회로(140), 제어회로(150), 제1스위치(SWDC), 제2스위치(SWCB) 및 제3스위치(SWRB) 중의 적어도 일부를 선택적으로 포함할 수 있다. 도 1에는 설명의 편의상 입력포트(110)와 배터리(BC1, BC2)를 전력관리장치(100)와 함께 도시하고 있으나, 입력포트(110)와 배터리(BC1, BC2)는 전력관리장치(100)에 포함되지 않는 것으로 이해될 수도 있다. 이 경우, 입력포트(110)는 입력노드(N_in)을 통해 전력관리장치(100)와 전기적으로 연결되고 배터리(BC1, BC2)는 배터리노드(N_bat)를 통해 전력관리장치(100)와 전기적으로 연결되는 것으로 이해될 수 있다.

전력관리장치(100)는 복수의 셀(BC1, BC2)이 직렬연결된 배터리를 사용하는 시스템(예를 들어, 스마트폰)의 전력을 관리하는데 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 복수의 셀이 직렬연결된 배터리(이하 간략히 '직렬연결 배터리'라고도 함)를 사용하는 경우 다양한 장점이 있지만, 또한 극복되어야 할 과제도 가지고 있다. 특히, 스마트폰 응용의 경우 넓은 범위의 입력전압에 대응할 수 있어야 한다는 점은 큰 도전이다. 본 실시예는 스마트폰에서 직렬연결 배터리를 사용하는 경우에 효율이 높고 저가로 구현될 수 있는 전력관리장치(100)를 제시하고자 한다.

도 1에는 2개의 셀(BC1, BC2)이 직렬연결된 것으로 예시되어 있으나, 직렬연결되는 셀의 수는 2개로 제한되지 않는다. 다만, 현재의 스마트폰 시스템에서는 배터리 전압 레벨과 스마트폰 시스템 내부의 소자들이 사용하는 전압 레벨을 고려할 때 2개 셀의 직렬연결이 가장 성능이 우수할 수 있다.

입력포트(110)는 전력관리장치(100)를 외부충전장치(미도시)와 전기적으로 연결할 수 있다. 입력포트(110)를 통해 전력관리장치(100)와 연결되는 외부충전장치는 소위 어댑터(adapter)라고 불리는 장치일 수 있다. 전력관리장치(100)는 입력포트(110)를 통해 외부충전장치로부터 전력을 공급받을 수 있다. 또한, 전력관리장치(100)는 입력포트(110)를 통해 외부충전장치와 제어신호(정보)를 송수신할 수도 있다.

입력포트(110)는 입력노드(N_in)에 연결될 수 있다. 입력포트(110)와 입력노드(N_in) 사이에는 필요에 따라 도시되지 않은 소자들이 배치될 수 있지만, 입력노드(N_in)의 전압 레벨은 외부충전장치가 입력포트(110)를 통해 제공하는 전압 레벨과 실질적으로 동일할 수 있다.

외부충전장치는, 전술한 바와 같이, USB 2.0 규격에 따라 약 5V의 전압을 전력관리장치(100)로 제공할 수도 있고, 또는 최근 부각되고 있는 Type-C PD 규격에 따라 최대 20V의 높은 전압을 전력관리장치(100)로 제공할 수도 있으며, 또는 그 외의 다른 레벨의 전압을 제공할 수도 있다. 따라서, 본 실시예의 전력관리장치(100)는 다양한 종류의 외부충전장치가 제공하는 넓은 범위(예, 5V ~ 20V)의 입력전압에 대응하여 동작할 수 있다. 외부충전장치가 제공하는 입력전압의 범위는 배터리전압(배터리노드 N_bat의 전압)보다 낮을 수도 있고 높을 수도 있다.

강압컨버터(120)는 입력노드(N_in)와 시스템노드(N_sys) 사이에 연결되고 입력노드(N_in) 전압을 낮추어 시스템노드(N_sys)로 전력을 전달할 수 있다. 예시적으로, 강압컨버터(120)에는 벅(Buck) 컨버터가 사용될 수 있다. 벅(Buck) 컨버터는 저가로 구현될 수 있고, 입력전압과 출력전압의 차이가 크지 않을 때 고효율로 동작할 수 있다. 다만, 입력전압에 비해 출력전압이 많이 낮아질 경우 벅 컨버터의 효율은 다소 낮아질 수 있다. 이러한 이유로, 본 실시예에서 강압컨버터(120)는 입력노드(N_in) 전압이 배터리노드(N_bat) 전압에 비해 낮은 저전압모드(이에 대한 후술함)에서 주로 동작하도록 함으로써 고효율을 유지하고, 입력노드(N_in) 전압이 배터리노드(N_bat) 전압보다 높은 고전압모드(이에 대한 후술함)에서는 사용되지 않거나 필요에 따라 제한적으로 사용될 수 있다.

차지펌프(130)는 배터리노드(N_bat)와 시스템노드(N_sys) 사이에 연결되어 양방향으로 전력을 전달할 수 있다. 배터리노드(N_bat) 전압은 시스템노드(N_sys) 전압보다 높을 수 있다. 예시적으로, 2개 셀을 직렬로 연결하는 경우 배터리노드(N_bat) 전압은 최대 9V에 이를 수 있고, 시스템노드(N_sys) 전압은 최대 4.5V일 수 있다. 예시적으로, 차지펌프(130)는 2:1의 변환비를 가질 수 있다. 즉, 차지펌프(130)는 배터리노드(N_bat) 전압과 시스템노드(N_sys) 전압이 2:1의 관계를 가지도록 동작할 수 있다. 예시적으로, 배터리노드(N_bat) 전압은 배터리(BC1, BC2)에 의해 결정될 수 있고, 이 경우 차지펌프(130)는 시스템노드(N_sys) 전압이 배터리노드(N_bat) 전압의 절반(2:1)이 되도록 시스템노드(N_sys) 전압을 조절할 수 있다. 실시예에 따라, 시스템(예, 스마트폰)의 요구로 인해 시스템노드(N_sys) 전압의 최소값이 정해진 경우, 차지펌프(130)는 시스템노드(N_sys) 전압이 배터리노드(N_bat) 전압의 절반과 시스템노드(N_sys) 전압의 최소값 중에서 높은 값을 가지도록 동작할 수 있다.

본 명세서에서 전압이나 전류의 크기 관계를 언급할 때, 각종 소자들의 기생성분이나 제어 오차 등에 의한 미세한 값의 변화에 대해서는 설명의 편의상 언급을 생략할 것이므로, 본 명세서에서의 전압이나 전류의 크기 관계에 대한 설명은 개념적인 동작 원리를 설명하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

후술할 바와 같이, 차지펌프(130)는 배터리모드(외부충전장치로부터의 전력 공급이 없는 모드)와 고전압모드에서는 배터리노드(N_bat)로부터 시스템노드(N_sys)로 전압을 낮추면서 전력을 전달할 수 있고, 저전압모드에서는 배터리노드(N_bat)로부터 시스템노드(N_sys)로 전압을 낮추면서 전력을 전달하거나 또는 필요에 따라 시스템노드(N_sys)로부터 배터리노드(N_bat)로 전압을 높이면서 전력을 전달할 수 있다. 차지펌프(130)는 저가로 구현될 수 있고, 2:1 등과 같이 정해진 변환비에서 고효율로 동작할 수 있다.

제2스위치(SWCB)가 온(on) 된 경우, 차지펌프(130)는 셀 밸런싱 기능을 수행할 수 있다. 예시적으로, 차지펌프(130)는 제1셀(BC1)과 제2셀(BC2)을 통해 흐르는 전류의 크기를 다르게 조절함으로써 제1셀(BC1)과 제2셀(BC2) 사이의 밸런싱을 수행할 수 있다.

전력관리집적회로(140)는 시스템노드(N_sys)에 연결되어 시스템노드(N_sys)로부터 전력을 공급받고 시스템 내부의 소자들에게 전력을 공급할 수 있다. 스마트폰과 같은 시스템 내부에는 다양한 소자들이 동작할 수 있고, 이러한 다양한 소자들은 다양한 전압을 요구할 수 있다. 예시적으로, 시스템 내부의 소자들은 1V ~ 9V 범위의 다양한 전압을 요구할 수 있다. 전력관리집적회로(140)는 시스템노드(N_sys)로부터 전력을 공급받고 다양한 전압(V1 ~ Vn)을 생성하여 시스템 내부의 소자들에게 공급할 수 있다. 시스템노드(N_sys)는 시스템의 전력 버스(Bus) 라인으로 이해될 수 있다.

2개 셀의 직렬연결을 가정하면, 본 실시예에서는, 배터리 전압이 최대 9V로 높아졌음에도 불구하고 시스템노드(N_sys) 전압을 4.5V 이하로 제한함으로써 기존의 단일 셀 시스템에 사용되는 전력관리집적회로(140)를 사용할 수 있다. 이 경우, 고가의 고전압 공정을 사용하지 않아도 되므로 전력관리집적회로(140)의 가격이 낮아질뿐만 아니라, 전력관리집적회로(140)를 새롭게 설계하고 생산 설비의 변경하기 위한 비용이 절감되는 장점이 있다. 또한, 시스템 내부 소자들에게 다양한 전압을 제공하기 위한 전력 공급 체계(power tree)를 변경할 필요가 없다는 추가적인 장점도 생긴다.

제1스위치(SWDC)는 배터리노드(N_bat)와 입력노드(N_in) 사이에 배치되어 배터리노드(N_bat)와 입력노드(N_in)를 연결하거나 차단할 수 있다. 예시적으로, 입력노드(N_in) 전압이 배터리노드(N_bat) 전압보다 낮은 저전압모드에서 제1스위치(SWDC)는 오프(off)되어 배터리노드(N_bat)와 입력노드(N_in)의 연결을 차단하고, 입력노드(N_in) 전압이 배터리노드(N_bat) 전압보다 높은 고전압모드에서 제1스위치(SWDC)는 온(on)되어 배터리노드(N_bat)를 입력노드(N_in)에 연결할 수 있다.

제2스위치(SWCB)는 시스템노드(N_sys)와 배터리중간노드(N_bi) 사이에 배치되어 시스템노드(N_sys)와 배터리중간노드(N_bi)를 연결하거나 차단할 수 있다. 예시적으로, 셀들(BC1, BC2) 사이의 밸런싱이 필요한 경우 제2스위치(SWCB)는 온(on)되어 시스템노드(N_sys)와 배터리중간노드(N_bi)를 연결함으로써, 차지펌프(130)가 셀 밸런싱을 수행하도록 할 수 있다. 배터리중간노드(N_bi)는 셀들(BC1, BC2)의 접점을 의미한다. 셀이 3개 이상인 경우, 배터리중간노드(N_bi)는 복수의 셀들이 형성하는 복수의 접점들 중의 적어도 어느 하나일 수 있다. 이 경우, 차지펌프(130)는 배터리노드(N_bat) 전압과 배터리중간노드(N_bi) 전압의 크기 관계에 적합한 전압 변환비를 가질 수 있다.

제3스위치(SWRB)는 강압컨버터(120)와 입력노드(N_in) 사이에 배치되어 강압컨버터(120)와 입력노드(N_in)를 연결하거나 차단할 수 있다. 예시적으로, 입력노드(N_in) 전압이 배터리노드(N_bat) 전압보다 낮은 저전압모드에서 제3스위치(SWRB)는 온(on)되어 강압컨버터(120)와 입력노드(N_in)를 연결하고, 입력노드(N_in) 전압이 배터리노드(N_bat) 전압보다 높은 고전압모드에서 제3스위치(SWRB)는 오프(off)되어 강압컨버터(120)와 입력노드(N_in)의 연결을 차단할 수 있다. 다만, 후술할 바와 같이, 고전압모드에서 제3스위치(SWRB)가 항상 오프(off)되는 것은 아니며, 필요에 따라 제3스위치(SWRB)는 고전압모드에서도 온(on) 되어 강압컨버터(120)가 동작하도록 할 수 있다.

제어회로(150)는 전력관리장치(100) 내부의 제어를 수행할 수 있다. 예시적으로, 제어회로(150)는 강압컨버터(120), 차지펌프(130), 전력관리집적회로(140), 제1스위치(SWDC), 제2스위치(SWCB) 및 제3스위치(SWRB) 중의 적어도 하나와 정보를 송수신하며 소자들을 제어하기 위한 제어신호를 생성하고 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 제어회로(150)는 외부충전장치와도 정보를 송수신할 수 있다. 예시적으로, 제어회로(150)는 외부충전장치가 전력관리장치(100)로 제공하는 전압과 전류의 목표값에 대한 정보를 외부충전장치로 제공함으로써 외부충전장치가 전력관리장치(100)로 제공하는 전압과 전류를 조절할 수 있다.

실시예에 따라, 제어회로(150)는 복수의 셀(BC1, BC2)의 전압, 전류 및 충전상태(SOC) 중의 적어도 하나에 대한 정보를 수집하고, 이에 따라 제2스위치(SWCB)의 온(on)/오프(off)를 제어함으로써 셀 밸런싱 기능의 수행 여부를 결정할 수 있다. 실시예에 따라, 제어회로(150)는 복수의 셀(BC1, BC2)의 전압 정보를 수집하고, 복수의 셀(BC1, BC2)의 전압차에 기초하여 밸런싱 전류를 예측하며, 밸런싱 전류가 크다고 판단될 경우 밸런싱 전류를 조절할 수 있다. 예시적으로, 제어회로(150)는, 제2스위치(SWCB)의 게이트 전압의 조절, 차지펌프(130)의 스위칭주파수의 조절 또는 차지펌프(130) 내부 트랜지스터들의 게이트 전압의 조절 중의 하나 이상을 선택적으로 수행하여 밸런싱 전류를 조절할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 강압컨버터(120)의 회로를 예시한다. 도 2를 참조하면, 강압컨버터(120)는 벅(Buck) 컨버터로 구현될 수 있다. 다만, 강압컨버터(120)에는 벅(Buck) 컨버터 외의 다른 회로가 사용될 수도 있다.

예시적으로, 강압컨버터(120)는 2개의 스위치(Qb1, Qb2), 인덕터(L) 및 커패시터(C)를 포함할 수 있다. 강압컨버터(120)는 두 스위치(Qb1, Qb2)의 온(on)/오프(off) 스위칭을 통해 입력노드(N_in)로부터 시스템노드(N_sys)로 전달되는 전압 및 전류의 크기를 조절할 수 있다. 강압컨버터(120)는 인덕터(L)를 통해 흐르는 전류의 크기가 부하 전류의 크기와 유사하므로(전술한 바와 같이, 벅-부스트 컨버터는 부스트 모드에서 인덕터 전류가 부하 전류의 두 배) 인덕터(L) 사이즈가 작고 효율이 높은 장점이 있다.

강압컨버터(120)에 사용되는 벅(Buck) 컨버터는 저가 및 고효율의 장점으로 인해 기존의 단일 셀 시스템에서도 많이 사용되고 있다. 본 실시예에서는, 배터리 전압이 2배로 높아짐에도 불구하고 강압컨버터(120)의 장점을 활용하기 위해, 저전압모드에서 강압컨버터(120)를 사용하여 입력노드(N_in)로부터 시스템노드(N_sys)로 전력을 전달하도록 할 수 있다. 다만, 강압컨버터(120)의 단점인 입력전압과 출력전압의 차이가 클 경우 효율이 낮아지는 문제를 고려하여, 본 실시예에서는 고전압모드에서 강압컨버터(120) 대신 차지펌프(130)를 통해 입력노드(N_in)로부터 시스템노드(N_sys)로 전력을 공급하고 강압컨버터(120)는 사용하지 않거나 제한적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 차지펌프(130)의 회로를 예시한다.

도 3을 참조하면, 차지펌프(130)는 네 개의 스위치(Q1 ~ Q4) 및 두 개의 커패시터(Ca, Cb)를 포함할 수 있다. 차지펌프(130)는 네 개의 스위치(Q1 ~ Q4) 의 온(on)/오프(off) 스위칭을 통해 배터리노드(N_bat)와 시스템노드(N_sys) 사이에서 전압과 전류의 크기를 변경하면서 양방향으로 전력을 전달할 수 있다. 이 때, 차지펌프(130)는 배터리노드(N_bat) 전압과 시스템노드(N_sys) 전압이 2:1의 관계를 가지도록 동작할 수 있다. 이 경우, 배터리노드(N_bat)를 통해 흐르는 전류(I_bat)와 시스템노드(N_sys)를 통해 흐르는 전류(I_sys)는 반대로 1:2의 관계를 가질 수 있다.

도 4와 도 5는 도 3에 예시된 차지펌프(130) 회로의 동작을 예시적으로 설명한다.

도 4는 두 개의 스위치(Q1, Q3)가 온(on) 상태이고 나머지 두 개의 스위치(Q2, Q4)는 오프(off) 상태인 경우를 예시한다. 이 경우, 두 개의 커패시터(Ca, Cb)는 배터리노드(N_bat)와 기준전위(예, 그라운드) 사이에서 직렬로 연결되고, 시스템노드(N_sys)는 두 커패시터(Ca, Cb)의 접점에 접속된 상태가 된다. 따라서, 배터리노드(N_bat)의 전압이 두 커패시터(Ca, Cb)에 분배되고 시스템노드(N_sys) 전압은 커패시터(Cb)의 전압과 동일하게 된다.

도 5는 두 개의 스위치(Q1, Q3)가 오프(off) 상태이고 나머지 두 개의 스위치(Q2, Q4)는 온(on) 상태인 경우를 예시한다. 이 경우, 두 개의 커패시터(Ca, Cb)는 시스템노드(N_sys)와 기준전위 사이에서 서로 병렬로 연결된 상태가 된다. 따라서, 두 커패시터(Ca, Cb)의 전압은 서로 동일하게 되고, 시스템노드(N_sys) 전압도 커패시터(Cb)의 전압과 동일하게 된다.

도 4와 도 5는 한 스위칭 주기 내에서 스위치들의 온(on)/오프(off)에 따른 두 가지 상태(state)를 설명하고 있는데, 두 커패시터(Ca, Cb)들의 커패시턴스(capacitance)가 충분히 커서 한 스위칭주기 내에서 두 커패시터(Ca, Cb)의 전압이 일정하게 유지된다고 가정하면, 커패시터 Ca의 전압과 커패시터 Cb의 전압 및 시스템노드(N_sys) 전압은 모두 동일하게 되고, 배터리노드(N_bat) 전압은 시스템노드(N_sys) 전압의 두 배가 될 수 있다.

이와 같은 동작 원리에 의해 차지펌프(130)는 배터리노드(N_bat)와 시스템노드(N_sys) 사이에서 2:1의 전압변환비를 구현할 수 있다.

도 3에서는 2:1 변환비를 가지는 차지펌프(130)의 회로의 일 실시예를 예시하고 있으나, 그 외에도 다른 종류의 회로가 사용될 수 있다. 또한, 도 4와 도 5는 도 3의 회로의 동작 원리를 예시적으로 설명하고 있으나 도 4와 도 5를 참조하여 설명한 방식 외의 다른 방식으로 동작할 수도 있다.

도 6은 도 1의 전력관리장치(100)의 배터리모드(battery mode) 동작을 설명하는 도면이다.

배터리모드는 외부충전장치가 전력관리장치(100)에게 전력을 공급하지 않는 상태에서 배터리(BC1, BC2)를 방전시켜 시스템노드(N_sys)에 전력을 공급하는 모드를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

배터리모드에서 차지펌프(130)는 배터리노드(N_bat)로부터 시스템노드(N_sys)로 전압을 낮추어 전력을 공급할 수 있다. 즉, 배터리모드에서 차지펌프(130)는 배터리(BC1, BC2)에 충전된 에너지를 시스템노드(N_sys)로 공급할 수 있다. 배터리모드에서 제1스위치(SWDC)와 제3스위치(SWRB)는 오프(off)되고, 강압컨버터(120)는 동작하지 않을 수 있다.

배터리모드에서 차지펌프(130)는 배터리(BC1, BC2)의 전류에 기초하여 스위칭주파수가 변경될 수 있다. 이를 위해, 실시예에 따라, 제어회로(150)는 배터리(BC1, BC2) 전류 정보를 수집하고, 배터리(BC1, BC2) 전류에 기초하여 차지펌프(130)의 스위칭주파수를 조절하는 제어신호를 차지펌프(130)로 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 전력관리장치(100) 외부의 연산장치가 배터리(BC1, BC2) 전류 정보를 수집하고, 배터리(BC1, BC2) 전류에 기초하여 차지펌프(130)의 스위칭주파수를 결정하며, 차지펌프(130)의 스위칭 주파수 지시값을 전력관리장치(100)로 전송할 수 있다.

차지펌프(130)의 스위칭주파수는 차지펌프(130)의 효율 및 임피던스 특성에 영향을 줄 수 있다. 예시적으로, 배터리(BC1, BC2) 전류가 기준값보다 큰 경우의 차지펌프(130)의 스위칭주파수는 배터리(BC1, BC2) 전류가 기준값보다 작은 경우의 차지펌프(130)의 스위칭주파수에 비해 더 높게 설정될 수 있다. 예시적으로, 배터리(BC1, BC2) 전류가 증가할수록 차지펌프(130)의 스위칭주파수를 높게 설정할 수 있다. 이 경우, 배터리(BC1, BC2) 전류가 작을 때 스위칭주파수가 감소되어 효율이 최적화되고, 배터리(BC1, BC2) 전류가 클 때 스위칭주파수가 높아져 차지펌프(130)의 임피던스를 낮춤으로써 임피던스 성능을 개선할 수 있다.

배터리(BC1, BC2) 전류를 측정하는 방법의 예시로서, 배터리(BC1, BC2)와 기준전위(예, 그라운드) 사이에 전류검출저항(미도시)을 배치할 수 있다. 예시적으로, 제2셀(BC2)와 기준전위 사이에 전류검출저항이 배치될 수 있다.

도 7은 도 1의 전력관리장치(100)의 저전압모드(배터리 방전) 동작을 설명하는 도면이다.

저전압모드(low voltage mode)는 전력관리장치(100)가 외부충전장치로부터 배터리노드(N_bat) 전압보다 낮은 저전압을 공급받는 경우를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 다시 말해, 입력노드(N_in) 전압이 배터리노드(N_bat) 전압보다 낮은 경우를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예시적으로, USB 2.0 규격을 사용하는 어댑터를 통해 5V를 공급받는 경우가 저전압모드에 해당할 수 있다.

저전압모드에서 강압컨버터(120)는 입력노드(N_in)로부터 시스템노드(N_sys)로 전압을 낮추어 전력을 전달할 수 있다. 이 때, 필요에 따라, 제1스위치(SWDC)가 오프(off)되어 입력노드(N_in)와 배터리노드(N_bat) 사이의 연결은 차단될 수 있다. 저전압모드에서 강압컨버터(120)를 통해 시스템노드(N_sys)로 전력을 공급하는 이유는, 입력노드(N_in)와 시스템노드(N_sys)의 전압차이가 크지 않을 때 고효율로 동작하는 강압컨버터(120)의 특성을 활용하기 위함이다.

저전압모드에서, 시스템이 시스템노드(N_sys)를 통해 소비하는 시스템전력(P_sys)이 강압컨버터(120)가 시스템노드(N_sys)로 공급하는 전력보다 큰 경우, 차지펌프(130)는 배터리노드(N_bat)로부터 시스템노드(N_sys)로 전압을 낮추어 전력을 공급할 수 있다. 즉, 차지펌프(130)는 배터리(BC1, BC2)가 방전되도록 동작할 수 있다. 이러한 동작은 배터리(BC1, BC2)가 시스템전력(P_sys)을 보충하는 저전압-보충모드(low voltage-supplement mode)로 이해될 수 있다. 이 경우, 외부충전장치로부터 시스템노드(N_sys)로 전달되는 전력은 고효율의 강압컨버터(120)에 의해 처리되고, 배터리(BC1, BC2)로부터 시스템노드(N_sys)로 공급되는 전력은 고효율의 차지펌프(130)에 의해 처리되므로, 전체적인 전력 소모를 줄이는 장점이 있다.

도 8은 도 1의 전력관리장치(100)의 저전압모드(배터리 충전) 동작을 설명하는 도면이다.

도 8에 예시된 동작은, 전력관리장치(100)가 외부충전장치로부터 배터리노드(N_bat) 전압보다 낮은 저전압을 공급받는 저전압모드인 점에서는 도 7에 예시된 바와 동일하지만, 시스템이 시스템노드(N_sys)를 통해 소비하는 시스템전력(P_sys)이 강압컨버터(120)가 공급하는 전력보다 작은 경우라는 점에서 도 7에 예시된 동작과 차이가 있다. 이 경우, 차지펌프(130)는 시스템노드(N_sys)로부터 배터리노드(N_bat)로 전압을 높여 전력을 공급하여 배터리(BC1, BC2)를 충전시킬 수 있다.

이와 같이, 저전압모드에서는 강압컨버터(120)가 외부충전장치로부터 공급되는 전력을 시스템노드(N_sys)로 전달하고, 시스템전력(P_sys)이 외부충전장치로부터 공급되는 전력에 비해 클 경우 차지펌프(130)는 배터리(BC1, BC2)를 방전시키며 배터리(BC1, BC2)의 전력을 시스템노드(N_sys)로 공급하고, 시스템전력(P_sys)이 외부충전장치로부터 공급되는 전력에 비해 작을 경우 차지펌프(130)는 시스템노드(N_sys)로부터 전력을 공급받아 배터리(BC1, BC2)를 충전할 수 있다.

도 9는 도 1의 전력관리장치(100)의 고전압모드(배터리 방전) 동작을 설명하는 도면이다.

고전압모드(high voltage mode)는 전력관리장치(100)가 외부충전장치로부터 배터리노드(N_bat) 전압보다 높은 고전압을 공급받는 경우를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 다시 말해, 입력노드(N_in) 전압이 배터리노드(N_bat) 전압보다 높은 경우를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예시적으로, 고전압은 9V ~ 20V 범위일 수 있다. 예시적으로, Type-C PD 규격에 따라 최대 20V의 전압을 공급받는 경우가 고전압모드에 해당할 수 있다. Type-C PD 규격에 따른 외부충전장치의 경우, 외부충전장치와 전력관리장치(100)는 서로 통신하며 외부충전장치가 전력관리장치(100)로 제공할 전압과 전류의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 전력관리장치(100)는 원하는 전압과 전류의 목표값을 외부충전장치로 제공하고, 외부충전장치는 전력관리장치(100)가 제시한 목표값에 해당하는 전압과 전류를 전력관리장치(100)로 제공할 수 있다.

고전압모드에서 차지펌프(130)는 입력노드(N_in)로부터 전력을 공급받고 시스템노드(N_sys)로 전력을 제공할 수 있다. 이 때, 차지펌프(130)는 입력노드(N_in)의 고전압을 낮추어 시스템노드(N_sys)로 제공할 수 있다. 예시적으로, 2:1의 변환비를 가지는 차지펌프(130)는 입력노드(N_in)의 전압을 절반으로 낮추어 시스템노드(N_sys)로 제공할 수 있다. 고전압모드에서 강압컨버터(120)를 통하지 않고 차지펌프(130)를 통해 입력노드(N_in)로부터 시스템노드(N_sys)로 전력을 공급하는 이유는, 입력노드(N_in)와 시스템노드(N_sys)의 전압차이가 큰 경우 강압컨버터(120)보다는 차지펌프(130)의 효율이 높은 특성을 활용하기 위함이다.

고전압모드에서, 시스템전력(P_sys)이 외부충전장치로부터 공급받는 전력보다 큰 경우, 차지펌프(130)는 배터리(BC1, BC2)로부터 배터리노드(N_bat)로 공급되는 전력을 함께 시스템노드(N_sys)로 공급할 수 있다. 즉, 차지펌프(130)는 배터리(BC1, BC2)가 방전되도록 동작할 수 있다. 이러한 동작은 배터리(BC1, BC2)가 시스템전력(P_sys)을 보충하는 고전압-보충모드(high voltage-supplement mode)로 이해될 수 있다. 이 경우, 외부충전장치와 배터리(BC1, BC2)로부터 시스템노드(N_sys)로 전달되는 전력은 고효율의 차지펌프(130)에 의해 처리되므로 전력 소모를 줄이는 장점이 있다.

고전압모드에서 제1스위치(SWDC)가 온(on)되어 입력노드(N_in)와 배터리노드(N_bat)를 연결할 수 있다. 이 경우, 입력노드(N_in)와 배터리노드(N_bat)의 전압 차이가 크면 제1스위치(SWDC)에서 손실이 많이 발생할 수 있으므로, 전력관리장치(100)는 외부충전장치에게 배터리노드(N_bat) 전압보다 근소하게 높은 전압(예, 100mV)을 제공하도록 요구할 수 있다. 이 경우, 제1스위치(SWDC)는 입력노드(N_in)와 배터리노드(N_bat)의 근소한 전압 차이를 감당하면 되므로 제1스위치(SWDC)의 손실이 줄어들 수 있다.

실시예에 따라, 고전압모드에서 제3스위치(SWRB)는 오프(off)되어 입력노드(N_in)와 강압컨버터(120)의 연결을 차단할 수 있다.

도 10은 도 1의 전력관리장치(100)의 고전압모드(배터리 직접충전) 동작을 설명하는 도면이다.

도 10에 예시된 동작은, 전력관리장치(100)가 외부충전장치로부터 배터리노드(N_bat) 전압보다 높은 고전압을 공급받는 고전압모드인 점에서는 도 9에 예시된 바와 동일하지만, 시스템전력(P_sys)이 외부충전장치로부터 공급되는 전력보다 작은 경우라는 점에서 도 9에 예시된 동작과 차이가 있다. 이 경우, 외부충전장치로부터 공급되는 전력의 적어도 일부는 제1스위치(SWDC)를 경유하여 배터리(BC1, BC2)를 직접충전할 수 있다. 여기서, 직접충전은 배터리(BC1, BC2)를 충전하는 전력이 강압컨버터(120)와 차지펌프(130)의 어느 것도 경유하지 않음을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

고전압모드 중의 배터리 직접충전 동작에서, 전력관리장치(100)는 배터리 상태(예, 배터리 전압, 배터리 전류, SOC 등)에 기초하여 배터리(BC1, BC2)의 직접충전에 적합한 전압과 전류 목표값을 외부충전장치로 제공할 수 있다. 이러한 고전압 배터리 직접충전에 의하면 외부충전장치로부터 공급된 전력이 강압컨버터(120) 또는 차지펌프(130) 등 별도의 전력변환장치를 거치지 않고(제1스위치를 경유하지만 제1스위치는 전력변환장치가 아닌 것으로 이해될 수 있음) 배터리(BC1, BC2)를 바로 충전하므로 고효율 충전이 가능하고, 고전압으로 배터리(BC1, BC2)를 충전하므로 고속 충전이 가능하다.

이와 같이, 고전압모드에서는 차지펌프(130)가 외부충전장치로부터 공급되는 고전압 전력을 수신하고 전압을 낮추어 시스템노드(N_sys)로 공급하므로 고효율 동작이 가능하다. 고전압모드에서, 시스템전력(P_sys)이 외부충전장치로부터 공급받는 전력보다 큰 경우 차지펌프(130)는 외부충전장치뿐만 아니라 배터리(BC1, BC2)로부터도 에너지를 공급받아 시스템노드(N_sys)로 제공할 수 있다. 고전압모드에서, 시스템전력(P_sys)이 외부충전장치로부터 공급받는 전력보다 작은 경우, 제어회로(150)는 배터리(BC1, BC2)의 상태를 고려하여 전압과 전류 목표값을 외부충전장치로 제공하여 외부충전장치로부터 공급되는 전력 중의 적어도 일부가 배터리(BC1, BC2)를 직접 충전하도록 동작할 수 있다.

도 11은 도 1의 전력관리장치(100)의 고전압모드(내부전류제한) 동작을 설명하는 도면이다.

도 11에 예시된 동작은, 전력관리장치(100)가 외부충전장치로부터 배터리노드(N_bat) 전압보다 높은 고전압을 공급받는 고전압모드인 점에서는 도 9 또는 도 10에 예시된 바와 동일하지만, 강압컨버터(120)가 외부충전장치로부터 공급받는 전력의 일부를 처리한다는 점에서 차이가 있다.

제어회로(150)는 제1스위치(SWDC)의 게이트 전압을 조절함으로써 제1스위치(SWDC)를 통해 흐르는 전류를 제한하고, 외부충전장치에게는 제1스위치(SWDC)의 전류보다 더 큰 전류를 제공하도록 요청하며, 외부충전장치로부터 전력관리장치(100) 내부로 유입되는 전류에서 제1스위치(SWDC)를 통해 흐르는 전류를 차감한 전류가 강압컨버터(120)를 통해 흐르도록 강압컨버터(120)를 제어할 수 있다. 즉, 고전압모드에서 제1스위치(SWDC)의 전류 리미트 기능을 활용하여 차지펌프(130)와 강압컨버터(120)가 함께 동작하도록 할 수 있다. 다른 관점에서, 제어회로(150)는 제1스위치(SWDC)가 전달하는 전력을 제한하고, 제1스위치(SWDC)가 전달하는 전력보다 큰 전력를 제공하도록 외부충전장치에게 요청하며, 외부충전장치로부터 공급받은 전력과 제1스위치(SWDC)가 전달하는 전력의 차이에 해당하는 전력를 강압컨버터(120)가 처리하도록 제어할 수 있다.

이 때, 제어회로(150)는 배터리노드(N_bat) 전압보다 근소하게 높은 전압(예, 100mV) 목표값을 외부충전장치에게 요청할 수 있다. 전력관리장치(100)가 배터리노드(N_bat) 전압보다 근소하게 높은 전압(예, 100mV)을 외부충전장치로부터 제공받을 경우, 제1스위치(SWDC)의 손실이 감소할뿐만 아니라 강압컨버터(120)의 입력전압(입력노드(N_in) 전압)과 출력전압(시스템노드(N_sys) 전압)의 차이가 커지는 것을 방지하여 강압컨버터(120)의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 제1스위치(SWDC)를 통해 공급되는 전력(또는 전류)을 제한하고 외부충전장치로부터 공급되는 추가 전력(또는 전류)은 강압컨버터(120)를 통해 처리할 경우, 제1스위치(SWDC)와 차지펌프(130)의 최대 용량(처리 전력)을 줄일 수 있어 가격과 사이즈를 줄이는 장점이 있다.

도 11에서, 배터리(BC1, BC2)는 외부충전장치로부터 공급되는 전력과 시스템전력(P_sys)의 대소에 따라, 전술한 바와 유사하게, 충전 또는 방전 동작을 수행할 수 있다.

도 12는 도 1의 전력관리장치(100)의 고전압모드(전류체배기를 통한 배터리 충전) 동작을 설명하는 도면이다.

도 12에 예시된 동작은, 전력관리장치(100)가 외부충전장치로부터 배터리노드(N_bat) 전압보다 높은 고전압을 공급받는 고전압모드인 점에서는 도 9 내지 도 11에 예시된 바와 동일하지만, 전류체배기(1260)을 더 포함하는 점에서 차이가 있다.

도 12를 참조하면, 입력노드(N_in)와 배터리노드(N_bat) 사이에는 제4스위치(SWDC1)와 제5스위치(SWDC2)가 직렬로 순차적으로 연결되고, 제4스위치(SWDC1)와 제5스위치(SWDC2)의 접점과 배터리노드(N_bat) 사이에는 전류체배기(current multiplier, 1260)가 배치될 수 있다.

외부충전장치로부터 배터리노드(N_bat) 전압보다 높은 고전압을 공급받는 고전압모드에서, 외부충전장치로부터 입력노드(N_in)로 공급되는 전압의 크기에 따라, 배터리노드(N_bat)는 전류체배기를 거치지 않고 제4스위치(SWDC1)와 제5스위치(SWDC2)를 통해 입력노드(N_in)로부터 전력을 공급받거나(path1), 또는 배터리노드(N_bat)는 제4스위치(SWDC1)와 전류체배기를 통해 입력노드(N_in)로부터 전력을 공급받을 수 있다(path2).

예시적으로, 제어회로(150)는 외부충전장치에게 약 18V의 높은 전압을 요구하고, 1;2의 전류변환비(즉, 2:1의 전압변환비)를 가지는 전류체배기(1260)를 동작시켜 약 18V의 입력노드(N_in) 전압을 약 9V로 낮추어 배터리노드(N_bat)로 공급할 수 있다. 또는 제어회로(150)는 외부충전장치에게 약 9V의 전압을 요구하고, 약 9V의 입력노드(N_in) 전압을 제1스위치(SWDC)와 제2스위치(SWCB)를 거쳐(전류체배기(1260)는 동작하지 않음) 큰 전압 변동없이 배터리노드(N_bat)로 전달할 수 있다.

이와 같이, 전류체배기를 사용하여 외부충전장치로부터 공급되는 전류의 크기를 줄일 경우(1:2 전류비를 가지는 전류체배기를 사용할 경우 외부충전장치로부터 전력관리장치(100)로 공급되는 전류를 절반으로 줄일 수 있음), 도통 손실을 줄일 수 있을뿐만 아니라, 외부충전장치가 전력관리장치(100)로 고전력을 제공하는 경우에도 저가의 케이블(외부충전장치와 전력관리장치(100)를 연결하는 케이블)을 사용할 수 있다는 장점이 있다.

도 13은 도 1의 전력관리장치(100)의 셀 밸런싱(cell balancing) 동작을 설명하는 도면이다.

제2스위치(SWCB)가 온(on) 되면 차지펌프(130)는 두 셀(BC1, BC2)의 전압이 동일해지도록 동작할 수 있다. 예시적으로, 2:1의 전압변환비를 가지는 차지펌프(130)는 배터리노드(N_bat) 전압과 시스템노드(N_sys) 전압(제2스위치(SWCB)가 온(on) 된 경우 배터리중간노드(N_bi)와 동일한 전압)이 2:1의 관계를 가지도록 동작할 수 있다. 따라서, 차지펌프(130)는 두 셀(BC1, BC2)의 전압이 동일해지도록 동작할 수 있다. 즉, 차지펌프(130)가 두 셀(BC1, BC2) 사이의 밸런싱 기능을 수행할 수 있음을 의미한다.

구체적으로, 제2스위치(SWCB)가 오프(off)일 경우 배터리 전류(i_b)는 두 셀(BC1, BC2)에 동일하게 흐르므로 두 셀(BC1, BC2) 사이의 특성의 차이가 있을 경우 두 셀(BC1, BC2)의 전압 또는 충전상태가 달라질 수 있다. 반면, 제2스위치(SWCB)가 온(on) 되면 배터리중간노드(N_bi)를 통해 밸런싱 전류(i_cb)가 흐를 수 있으므로 두 셀(BC1, BC2)의 전류가 서로 다를 수 있다. 차지펌프(130)는 배터리노드(N_bat) 전압과 배터리중간노드(N_bi) 전압이 2:1의 관계를 가지도록 동작하므로 배터리중간노드 전류(i_cb)의 조절을 통해 두 셀(BC1, BC2)의 전압이 동일해질 수 있다. 이러한 셀 밸런싱은 전술한 배터리모드, 저전압모드 및 고전압모드 모두에서 선택적으로 동작이 가능하다.

셀 밸런싱 동작의 일 실시예로서, 제2스위치(SWCB)는 항상 온(on) 상태를 유지할 수 있다. 이 경우 셀 밸런싱이 상시적으로 수행되어 두 셀(BC1, BC2)의 밸런싱이 잘 유지될 수 있다는 장점이 있다. 다만, 이 경우 차지펌프(130)가 항상 동작하므로 시스템의 절전모드(예, 슬립모드) 등의 경우에도 차지펌프(130)가 전력을 소모할 수 있다는 단점이 있다.

셀 밸런싱 동작의 일 실시예로서, 제2스위치(SWCB)는 두 셀(BC1, BC2) 전압의 차이가 기준값보다 커질 경우에 턴온(on)될 수 있다. 이 경우 시스템이 절전모드일 때 전력소모가 없으면서도 두 셀(BC1, BC2)의 밸런싱을 적절히 유지할 수 있다는 장점이 있다. 이를 위해, 제어회로(150)는 두 셀(BC1, BC2)의 전압 정보를 수집하고 두 셀(BC1, BC2)의 전압에 기초하여 밸런싱 동작을 수행할지 여부를 결정하여 제2스위치(SWCB)를 제어할 수 있다.

셀 밸런싱 동작의 일 실시예로서, 제2스위치(SWCB)는 두 셀(BC1, BC2)의 충전상태(SOC)의 차이가 기준값보다 커질 경우에 턴온(on)될 수 있다. 두 셀(BC1, BC2)의 충전상태(SOC)를 기준으로 제2스위치(SWCB)를 동작시킬 경우 좀 더 정확한 셀 밸런싱이 가능하다는 장점이 있다. 이를 위해, 제어회로(150)는 두 셀(BC1, BC2)의 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 수집하고, 두 셀(BC1, BC2)의 충전상태를 추정하며, 추정된 충전상태에 따라 밸런싱 동작을 수행할지 여부를 결정하여 제2스위치(SWCB)를 제어할 수 있다.

한편, 두 셀(BC1, BC2)의 전압 차이나 충전상태의 차이에 기초하여 셀 밸런싱을 선택적으로 동작시키는 경우, 두 셀(BC1, BC2)의 전압 또는 충전상태의 차이가 있는 상태에서 제2스위치(SWCB)를 턴온(on)시킬 때 일시적으로 큰 밸런싱 전류가 흐를 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 제어회로(150)는 밸런싱 전류가 적절한 범위를 넘어서지 않도록 밸런싱 전류를 제한할 수 있다. 예시적으로, 제어회로(150)는 차지펌프(130)의 임피던스를 조절하여 밸런싱 전류를 제한할 수 있다. 차지펌프(130)의 임피던스를 조절하는 방법으로는 차지펌프(130)의 동작주파수를 조절하거나 또는 차지펌프(130) 내부의 트랜지스터들의 게이트 전압을 조절하는 방법을 사용할 수 있다. 또는 제이회로(150)는 제2스위치(SWCB)의 게이트 전압을 조절하여 제2스위치(SWCB)의 임피던스를 조절함으로써 밸런싱 전류를 제한할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 실시예에 따라, 전력관리장치는 복수의 셀들이 직렬 연결된 배터리를 사용할 때, 비용과 사이즈를 최소화하면서 고효율로 동작할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 전력관리장치는 USB 2.0 규격에 따른 어댑터와 Type-C PD 규격에 따른 어댑터 등 다양한 종류의 어댑터와 호환이 가능하다. 또는, 실시예에 따라, 전력관리장치는 복수의 셀들이 직렬 연결된 배터리를 사용함에도 불구하고 기존의 단일 셀 시스템에서 사용되는 전력관리집적회로(PMIC)를 사용할 수 있다. 이 경우, 다양한 소자들에게 다양한 전압을 제공하기 위해 기존의 단일 셀 시스템에서 사용하던 전력 공급 체계(power tree)를 재구성할 필요가 없다는 추가적인 장점이 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

1. 입력노드를 통해 외부충전장치와 연결되고, 배터리노드를 통해 적어도 두 개의 셀이 직렬로 연결된 배터리와 연결되어 전력을 관리하는 전력관리장치로서,
   상기 입력노드와 시스템노드 사이에 연결되고 상기 입력노드 전압을 낮추어 상기 시스템노드로 전력을 전달하는 강압컨버터;
   상기 배터리노드와 상기 시스템노드 사이에 연결되어 양방향으로 전력을 전달하되, 상기 배터리노드 전압은 상기 시스템노드 전압보다 높은, 차지펌프;
   상기 시스템노드에 연결되어 상기 시스템노드로부터 전력을 공급받고 시스템 내부의 소자들에게 전력을 공급하는 전력관리집적회로(PMIC); 및
   상기 전력관리장치 내부의 제어를 수행하는 제어회로;를 포함하고,
   상기 전력관리장치는, 상기 외부충전장치의 종류에 따라 상기 입력노드 전압이 상기 배터리노드 전압보다 높은 고전압인 경우와 상기 입력노드 전압이 상기 배터리노드 전압보다 낮은 저전압인 경우의 모두에서 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 배터리노드는 제1스위치를 통해 상기 입력노드에 연결되고,
   상기 제1스위치는 상기 배터리노드와 상기 입력노드를 연결 또는 차단하는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 시스템노드는 제2스위치를 통해 상기 적어도 두 개의 셀의 접점인 배터리중간노드에 연결되고,
   상기 제2스위치가 온(on) 되면 상기 차지펌프는 상기 적어도 두 개의 셀들 사이의 밸런싱(balancing)을 수행하는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제어회로는 상기 적어도 두 개의 셀의 전압 또는 충전상태(SOC)에 따라 셀 밸런싱을 수행할지 여부를 결정하고 상기 제2스위치의 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 제어회로는 상기 적어도 두 개의 셀의 전압차에 기초하여 밸런싱 전류를 예측하고, 상기 밸런싱 전류가 크다고 판단될 경우 상기 밸런싱 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제어회로는, 상기 제2스위치의 게이트 전압의 조절, 상기 차지펌프의 스위칭주파수의 조절 또는 상기 차지펌프 내부 트랜지스터들의 게이트 전압의 조절 중의 하나 이상을 선택적으로 수행하여 상기 밸런싱 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 강압컨버터는 제3스위치를 통해 상기 입력노드에 연결되고,
   상기 제3스위치가 오프(off) 되면 상기 강압컨버터는 상기 입력노드로부터 전력을 공급받지 않는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 차지펌프는 2:1의 전압변환비를 가지는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부충전장치가 상기 전력관리장치에게 전력을 공급하지 않는 배터리모드에서,
   상기 차지펌프는 상기 배터리노드로부터 상기 시스템노드로 전압을 낮추어 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리모드에서 상기 차지펌프는 상기 배터리의 전류에 기초하여 스위칭주파수가 변경되는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리의 전류가 기준값보다 큰 경우의 상기 차지펌프의 스위칭주파수는 상기 배터리의 전류가 상기 기준값보다 작은 경우의 상기 차지펌프의 스위칭주파수에 비해 더 높은 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부충전장치로부터 상기 배터리노드 전압보다 낮은 저전압을 공급받는 저전압모드에서,
    상기 강압컨버터는 상기 입력노드로부터 상기 시스템노드로 전압을 낮추어 전력을 전달하고,
    상기 입력노드와 상기 배터리노드 사이의 연결은 차단되는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 저전압모드에서,
    상기 시스템이 상기 시스템노드를 통해 소비하는 전력이 상기 강압컨버터가 상기 시스템노드로 공급하는 전력보다 큰 경우, 상기 차지펌프는 상기 배터리노드로부터 상기 시스템노드로 전압을 낮추어 전력을 공급하고,
    상기 시스템이 상기 시스템노드를 통해 소비하는 전력이 상기 강압컨버터가 상기 시스템노드로 공급하는 전력보다 작은 경우, 상기 차지펌프는 상기 시스템노드로부터 상기 배터리노드로 전압을 높여 전력을 공급하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부충전장치로부터 상기 배터리노드 전압보다 높은 고전압을 공급받는 고전압모드에서,
    상기 입력노드는 제1스위치를 통해 상기 배터리노드에 연결되고,
    상기 외부충전장치로부터 공급되는 전력이 상기 제1스위치를 통해 상기 배터리를 직접 충전하거나 및/또는 상기 제1스위치 및 상기 차지펌프를 통해 상기 시스템노드로 공급되는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 강압컨버터는 제3스위치를 통해 상기 입력노드에 연결되고,
    상기 고전압모드에서 상기 제3스위치는 오프되어 상기 강압컨버터와 상기 입력노드의 연결이 차단되는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
16. 청구항 14에 있어서,
    상기 고전압모드에서,
    상기 시스템이 상기 시스템노드를 통해 소비하는 전력이 상기 외부충전장치가 공급하는 전력보다 큰 경우, 상기 배터리는 상기 배터리노드로 전력을 공급하고, 상기 차지펌프는 상기 외부충전장치 및 상기 배터리로부터 공급받은 전력을 함께 상기 시스템노드로 전달하며,
    상기 시스템이 상기 시스템노드를 통해 소비하는 전력이 상기 외부충전장치가 공급하는 전력보다 작은 경우, 상기 외부충전장치로부터 공급된 전력의 적어도 일부가 상기 제1스위치를 경유하여 상기 배터리를 직접 충전하는 - 상기 배터리를 충전하는 전력이 상기 강압컨버터와 상기 차지펌프 중의 어느 것도 경유하지 않음 - 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제어회로는 상기 제1스위치의 게이트 전압을 조절하여 상기 입력노드로부터 상기 배터리노드로 흐르는 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제어회로는 상기 외부충전장치에게 상기 외부충전장치가 공급할 전압목표값과 전류목표값 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제어회로는 상기 외부충전장치에게 상기 제1스위치가 전달하는 전력보다 큰 전력를 제공하도록 요청하고,
    상기 제어회로는 상기 외부충전장치로부터 공급받은 전력과 상기 제1스위치가 전달하는 전력의 차이에 해당하는 전력를 상기 강압컨버터가 처리하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.
20. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력노드와 상기 배터리노드 사이에는 제4스위치와 제5스위치가 직렬로 순차적으로 연결되고,
    상기 제4스위치와 상기 제5스위치의 접점과 상기 배터리노드 사이에는 전류체배기(current multiplier)가 배치되며,
    상기 외부충전장치로부터 상기 배터리노드 전압보다 높은 고전압을 공급받는 고전압모드에서, 상기 외부충전장치로부터 상기 입력노드로 공급되는 전압의 크기에 따라, 상기 배터리노드는 상기 제4스위치와 상기 전류체배기를 통해 상기 입력노드로부터 전력을 공급받거나 또는 상기 전류체배기를 거치지 않고 상기 제4스위치와 상기 제5스위치를 통해 상기 입력노드로부터 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 전력관리장치.

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