KR20210042751A - 충전 집적 회로 및 이의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

충전 집적 회로 및 이의 동작 방법이 개시된다. 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 IC 칩은, 복수의 스위칭 트랜지스터들 및 인덕터를 포함하는 스위칭 차저(switching charger) 및 복수의 스위칭 트랜지스터들 및 적어도 하나 이상의 커패시터를 포함하는 다이렉트 차저(direct charger)를 포함하고, 상기 충전 IC 칩은, 외부 전원과의 연결에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 이용하여 일정한 크기의 전류를 제1 충전 경로를 따라 충전 전력을 배터리에 공급하고, 상기 배터리의 전압이 미리 정의된 전압 값과 동일함을 검출하고, 상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 상기 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리의 전압이 일정하게 유지되도록 제2 충전 경로를 따라 상기 배터리로 충전 전력을 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

충전 집적 회로 및 이의 동작 방법{CHARGING INTEGRATED CIRCUIT AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 개시의 기술적 사상은 집적 회로 및 이의 동작 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 배터리 장치를 충전하기 위한 충전 집적 회로 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
전자 기술이 발달하면서 다양한 종류의 전자 장치들이 이용되고 있다. 모바일 전자 장치는 그 내부에 포함된 배터리 장치를 통해 구동될 수 있다. 전자 장치의 전력 소모량이 상승함에 따라 배터리 용량이 상승하였고, 그에 따라 고속 충전 방식 또는 일반 충전 방식 등 충전기가 공급하는 전압의 크기에 따라 다양한 속도로 배터리를 충전할 수 있게 되었다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 스위칭 차저와 다이렉트 차저를 하나의 집적 회로로 제공하며, 어플리케이션 프로세서의 제어 없이 독립적으로 동작할 수 있는 집적 회로를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일 측면에 따른 충전 IC 칩은, 복수의 스위칭 트랜지스터들 및 인덕터를 포함하는 스위칭 차저(switching charger) 및 복수의 스위칭 트랜지스터들 및 적어도 하나 이상의 커패시터를 포함하는 다이렉트 차저(direct charger)를 포함하고, 상기 충전 IC 칩은, 외부 전원과의 연결에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 이용하여 일정한 크기의 전류를 제1 충전 경로를 따라 충전 전력을 배터리에 공급하고, 상기 배터리의 전압이 미리 정의된 전압 값과 동일함을 검출하고, 상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 상기 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리의 전압이 일정하게 유지되도록 제2 충전 경로를 따라 상기 배터리로 충전 전력을 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일 측면에 따른 충전 IC 칩의 동작 방법은, 외부 전원과의 연결에 응답하여, 다이렉트 차저(direct charger)를 이용하여 일정한 크기의 전류를 제1 충전 경로를 따라 충전 전력을 배터리에 공급하는 단계, 상기 배터리의 전압이 미리 정의된 전압 값과 동일함을 검출하는 단계 및 상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 스위칭 차저(switching charger)를 이용하여 상기 배터리의 전압이 일정하게 유지되도록 제2 충전 경로를 따라 상기 배터리로 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하고, 상기 스위칭 차저는, 복수의 스위칭 트랜지스터들 및 인덕터를 포함하고, 상기 다이렉트 차저는, 복수의 스위칭 트랜지스터들 및 적어도 하나 이상의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일 측면에 따른 전자 장치는, 전자 장치의 내부에 임베디드된 배터리 및 외부 전원과의 연결에 응답하여, 다이렉트 차저를 이용하여 일정한 크기의 전류를 제1 충전 경로를 따라 충전 전력을 배터리에 공급하고, 상기 배터리의 전압이 미리 정의된 전압 값과 동일함을 검출하고, 상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리의 전압이 일정하게 유지되도록 제2 충전 경로를 따라 상기 배터리로 충전 전력을 공급함으로써 상기 배터리를 충전하기 위한 충전 IC 칩을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로는, 다이렉트 차저 및 스위칭 차저를 하나의 집적 회로에 구현함으로써, 다양한 충전 전압으로 배터리를 충전할 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로는, 퓨얼 게이지(fuel gauge) 및 파워 미터(power meter)를 하나의 집적 회로에 구현함으로써, 어플리케이션 프로세서(application processor)와 통신을 수행하지 않더라도 배터리의 최대 전압을 초과하지 않고 배터리를 충전할 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 전자 장치 및 외부 전원을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 세부 블록도이다.
도 3a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 회로도이다.
도 3b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 다른 회로도이다.
도 4a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로가 외부 전원 및 어플리케이션 프로세서와 형성하는 폐루프(closed loop)의 예를 도시한다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 4a의 동작 방법에 대응하는 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 상태를 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 6의 동작 방법에 대응하는 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 상태를 도시하는 그래프이다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 8의 동작 방법에 대응하는 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 상태를 도시하는 그래프이다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 스텝 CC(constant current) 알고리즘을 수행하는 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 8의 동작 방법에 대응하는 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 상태를 도시하는 그래프이다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 11의 동작 방법에 대응하는 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 상태를 도시하는 그래프이다.
도 15은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 유무선 입력이 단락(short)되는 경우에 대응하는 충전 집적 회로의 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 예시적 실시예들에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 전자 장치 및 외부 전원을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전자 장치(100) 및 외부 전원(200)이 개시된다. 전자 장치(100)에 포함되는 배터리(130)를 충전하기 위하여, 전자 장치(100) 및 외부 전원(200)은 서로 유선 또는 무선을 통해 연결될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 전자 장치(100)는 사용자가 휴대할 수 있는 다양한 전자 기기들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 스마트 폰, 태블릿(tablet) PC(Personal Computer), 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 랩톱, 웨어러블(wearable) 장치, GPS(Global Positional system) 장치, 전자책 단말기, 디지털방송용 단말기, MP3 플레이어, 디지털 카메라 등과 같은 모바일 장치일 수 있다. 다른 예를 들어, 전자 장치(10)는 전기 자동차일 수도 있다.
전자 장치(100)는 충전 집적 회로(integrated circuit, IC)를 포함할 수 있고, 충전 IC(110)는 “배터리 충전기”로 지칭될 수도 있다. 예를 들어, 충전 IC(110)는 집적 회로 칩으로서 구현될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(printed circuitry board, PCB) 상에 장착될 수도 있다. 충전 IC(110)는 외부 전원(200)으로부터 전력을 공급받아, 배터리(130)에 전달함으로써, 배터리(130)를 충전할 수 있으며, 시스템 로드(120)에게 전력을 전달함으로써 전자 장치(100)가 다양한 기능을 수행하도록 제어할 수 있다. 충전 IC(110)에 관한 구체적인 구성은 도 2에서 후술하기로 한다.
또한, 전자 장치(100)는 배터리(130)를 포함할 수 있다. 배터리(130)는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리(130)는 서로 직렬로 연결된 복수의 배터리 셀들을 포함하는 멀티 셀 배터리에 대응될 수 있다. 다른 예를 들어, 배터리(130)는 하나의 배터리 셀을 포함하는 싱글 셀 배터리에 대응될 수도 있다. 배터리(130)는, 전자 장치(100)가 외부 전원(200)과 연결된 경우, 충전 IC(110)를 통해 전력을 공급받을 수 있다. 배터리(130)는, 전자 장치(100)가 외부 전원(200)과 연결되지 않는 경우, 시스템 로드(120)에게 전력을 제공함으로써 전자 장치(100)가 다양한 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
또한, 전자 장치(100)는 시스템 로드(120)를 포함할 수 있다. 미 도시되었지만, 시스템 로드(120)는 전자 장치(100)에서 충전 IC(110) 및 배터리(130)를 제외한 나머지 구성들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템 로드(120)는 디스플레이, 어플리케이션 프로세서, 통신 프로세서, 스피커, 메모리 등을 포함할 수 있다. 즉, 시스템 로드(120)는 전자 장치(100)에 포함되는 칩들, 모듈들, 동작 블록, 기능 블록, IP(intellectual property) 블록들을 지칭할 수 있다. 시스템 로드(120)는 외부 전원(200) 또는 배터리(130)로부터 전력을 공급받고, 다양한 기능을 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 시스템 로드(120) 중 모니터는 디스플레이를 통해 객체를 표시함으로써, 사용자에게 시각적 인지를 제공할 수 있고, 통신 프로세서는, 외부 장치(external device)와 무선 신호를 교환함으로써 데이터를 송수신할 수 있으며, 어플리케이션 프로세서는 다양한 연산을 수행할 수 있다.
또한, 전자 장치(100)는 리셉터클(receptacle) 인터페이스(140)를 포함할 수 있다. 리셉터클 인터페이스(140)는 USB(universal serial bus) 케이블을 통해 전자 장치(100)와 외부 전원(200)을 연결할 수 있다. 일 실시예에서, 리셉터클 인터페이스(140)는 USB 타입-C 인터페이스에 상응할 수 있고, 상기 USB 케이블은 USB 타입-C 케이블에 상응할 수 있다. 상기 USB 타입-C 인터페이스는, USB 2.0 또는 USB 3.1의 정의에 기초하여 구현될 수 있다. 리셉터클 인터페이스(140)는 복수의 핀들을 포함할 수 있다. 복수의 핀들은, 전력 공급을 위한 핀, 데이터 전송을 위한 핀, CC(configuration channel) 핀을 포함할 수 있다. 복수의 핀들에 대하여 도 2에서 구체적으로 후술하기로 한다.
외부 전원(200)은 전자 장치(100)에게 전력을 공급할 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 외부 전원(200)은 TA(travel adaptor)(210) 및 무선 충전기(wireless charger)를 포함할 수 있다.
무선 충전기(220)는 와이어를 통해 전력을 공급하는 대신, 대기(air)를 통해 무선으로 전력을 전송하여 전자 장치(100)를 충전할 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 무선 충전기(220)는 자기유도 방식, 자기공진 방식, 및 전자기 유도 방식, 비방사형 무선 충전(WiTricity) 등 다양한 무선 충전 방식에 기반하여 전력을 전송할 수 있다.
TA(210)는 전자 장치(100)의 충전 IC(110)와 연결되는 와이어를 통해 전력을 공급할 수 있다. TA(210)는 가정용 전원인 AC 110V 내지 220V 또는 다른 전원 공급 수단(예를 들어, 컴퓨터)으로부터 공급되는 전원을 배터리(130)의 충전에 필요한 DC 전원으로 변환하여 전자 장치(100)에 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 리셉터클 인터페이스(140)는 보조 배터리의 출력 단자와 전기적으로 연결될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따라, TA(210)는 다이렉트 차징을 지원할 수도 있다. 후술하겠지만, CC 핀(141)의 저항 값을 이용하여 TA(210)가 다이렉트 차징을 지원하는지 여부를 어플리케이션 프로세서(121) 또는 다이렉트 차저(113)가 식별할 수 있다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 세부 블록도이다.
도 2를 참조하면, TA(210) 및 충전 IC(110)를 포함하는 전자 장치(100)가 개시된다. 도 2는 전자 장치(100)가 TA(210)와 연결되는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 외부 전원(200) 중 무선 충전기(220)와 연결되는 실시예에도 적용될 수 있음은 자명하다. 또한, 도 1의 시스템 로드(120)의 일 예로, 어플리케이션 프로세서(121)만을 도시하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아님은 자명하다.
다양한 실시예들에 따라 충전 IC(110)는 제어 회로(112), 다이렉트 차저(113), 스위칭 차저(114), ICL(111), 퓨얼 게이지(116), 파워미터(115)를 포함할 수 있다.
ICL(111)은 입력 전류의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 배터리(130)의 충전과 동시에 시스템 로드(120) 또한 동작중인 경우, 충전 IC(110)로 입력되는 입력 전류의 크기는 배터리를 충전하기 위한 충전 전류와 시스템 로드(120)에게 전달되는 로드 전류의 합에 대응할 수 있다. 입력 전류의 크기가 증가하는 경우, 충전 IC(110)의 과부하 및 이에 따른 화재 등의 위험을 야기할 수 있다. 따라서, ICL(111)은 입력 전류의 크기가 일정 크기를 초과하지 않도록 제어할 수 있다. 미 도시되었지만, ICL(111)은 내부 트랜지스터 저항을 포함할 수 있다. 입력 전류의 크기가 일정 크기를 초과하는 경우, 제어 회로(112)로부터 수신한 제어 신호(Ctrl)에 따라 내부 트랜지스터 저항의 크기를 증가시킬 수 있다. 외부 전원 전압의 크기는 일정하므로, 내부 트랜지스터 저항의 크기를 증가시킴으로써 입력 전류의 크기를 감소시킬 수 있다.
제어 회로(112)는 충전 IC(110)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어 회로(112)는 리셉터클 인터페이스(140)를 통해 TA(210)와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(112)는 제어 정보(control information)를 TA(210)에게 전송하여 TA(210)의 출력 전압 및 출력 전류를 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 제어 회로(112)는 CC 핀(141)을 통해 연결된 TA(210)를 식별할 수 있다.
스위칭 차저(114)는 벅 컨버터(BUCK converter)(320)를 포함하며, 입력 전압을 스텝 다운(step down)하고, 벅 컨버터(320)의 주기를 조절하여 충전 전류를 조정할 수 있다. 스위칭 차저(114)는 인덕터(inductor)를 포함하기 때문에, 스위칭 손실(switching loss)과 인덕터 자체의 저항 성분에 의한 전도 손실(conduction loss)을 제거할 수 없다. 따라서, 스위칭 차저(114)의 충전 효율은 다이렉트 차저(113)보다 충전 효율보다 낮을 수 있다. 스위칭 차저(114)의 구체적인 동작은 도 3a에서 후술하기로 한다.
다이렉트 차저(113)는 캡 디바이더(310)를 통해(via) 입력 전압을 배터리(130)에 직접적으로 전달할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 트랜지스터 및 커패시터(capacitor)만 포함하므로, 전술한 스위칭 손실 및 인덕터 자체의 저항 성분에 의한 전도 손실을 세이브할 수 있다. 캡 디바이더(310)를 통해 입력 전압을 직접 배터리(130)의 노드에 전달할 수 있으므로, 고효율 충전 시스템에 적합할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 차저(114)를 통한 충전은 90%의 효율을 가질 수 있고, 다이렉트 차저(113)를 통한 충전은 96% 내지 98%의 효율을 가질 수 있다. 다이렉트 차저(113)의 구체적인 동작은 도 3a에서 후술하기로 한다.
퓨얼 게이지(116)는 배터리(130)를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 퓨얼 게이지(116)는 배터리(130)의 충전 상태(state of charge, SoC), 충전 전압, 충전 전류, 배터리 온도를 센싱할 수 있다. 충전 상태는 배터리(130)의 최대 용량에 대한 현재 용량의 비율로서, 퍼센트(%) 단위로 정의될 수 있다.
미 도시되었지만, 퓨얼 게이지(116)는 ADC 컨버터(analog to digital converter)를 포함할 수 있다. 퓨얼 게이지(116)는 ADC 컨버터를 통해 센싱한 전압, 전류, 온도의 아날로그 정보를 디지털 변환하여 다이렉트 차저(113) 및/또는 어플리케이션 프로세서(121)에게 전달할 수 있다. 퓨얼 게이지(116)는 집적 회로 칩의 일부로서 구현될 수 있고, 인쇄 회로 기판에 장착될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 퓨얼 게이지(116)와 충전 IC(110)는 서로 다른 집적 회로들 또는 집적 회로 칩들로 각각 구현될 수도 있다.
파워미터(115)는 입출력 전압 및 전류에 대한 정보를 획득할 수 있다. 파워미터(115)는 충전 IC(110)로 입력되는 전압 및 전류, 시스템 로드(120)에게 전달되는 전압 및 전류의 크기를 센싱할 수 있다.
미 도시되었지만, 파워미터(115)는 ADC 컨버터를 포함하며, ADC 컨버터를 이용하여 센싱한 전압, 전류, 전력에 대한 정보를 디지털 변환하여 어플리케이션 프로세서(121) 및/또는 다이렉트 차저(113)에게 전달할 수 있다. 파워미터(115)는 집적 회로 칩의 일부로서 구현될 수 있고, 인쇄 회로 기판에 장착될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 파워미터(115)와 충전 IC(110)는 서로 다른 집적 회로들 또는 집적 회로 칩들로 각각 구현될 수도 있다.
다이렉트 차저(113)는 퓨얼 게이지(116) 및 파워미터(115)로부터 수신한 정보에 기반하여, 다이렉트 차저(113)에서 스위칭 차저(114)로 모드 변경을 수행할 수 있다. 이에 관한 구체적인 기재는 도 4a 내지 도 12에서 후술하기로 한다.
미 도시되었지만, 충전 IC(110)는 전력 절감 조건 하에서도 적절하게 동작하도록 저전압 차단(under-voltage lockout, UVLO) 기능, 과전류 방지(over-current protection, OCP) 기능, 과전압 방지(over-voltage protection, OVP) 기능, 돌입 전류를 경감시키는 소프트-스타트(soft-start) 기능, 폴드백 전류 제한(foldback current limit) 기능, 단락 회로 보호를 위한 히컵 모드(Hiccup Mode) 기능, 과열 차단(over-temperature protection, OTP) 기능 등의 다양한 기능들 중 적어도 하나의 기능을 지원하는 회로 또는 블록을 더 포함할 수 있다.
도 3a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 회로도이다.
도 3a를 참조하면, 스위칭 차저(114), 다이렉트 차저(113) 및 배터리(130)가 개시된다.
다양한 실시예들에 따라, 스위칭 차저(114) 및 다이렉트 차저(113)는 입력 전원부를 공유할 수 있다. 도 3a를 참조하면, 제1 트랜지스터(TR1)는 유선 입력 전원(TAIN)과 제1 노드(ND1) 사이에 연결될 수 있고, 상기 유선 입력 전원은 예를 들어, 도 1의 TA(210)에 대응될 수 있다. 제2 트랜지스터(TR2)는 무선 입력 전원(WCIN)과 제1 노드(ND1) 사이에 연결될 수 있고, 상기 무선 입력 전원은 도 1의 무선 충전기(220)에 대응될 수 있다. 제1 노드(ND1)는 제6 트랜지스터(TR6) 및 제10 트랜지스터(TR10)를 통해 캡 디바이더(310)와 연결되며, 제3 트랜지스터(TR3)를 통해 벅 컨버터(320)에 각각 연결될 수 있다.
일 실시예에 따라, 제3 트랜지스터(TR3)가 턴오프되는 경우, 입력 전력은 상기 입력 전원부를 통해 캡 디바이더(310)로 전달되며, 배터리(130)에게 전달될 수 있다. 즉, 벅 컨버터(320)와의 연결이 끊어지는 경우, 충전 IC(110)는 다이렉트 차저(113)로서 동작할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 제6 트랜지스터(TR6) 및 제10 트랜지스터(TR10)가 각각 턴오프되는 경우, 입력 전력은 상기 입력 전원부를 통해 상기 벅 컨버터(320)로 전달되며, 제3 트랜지스터(TR3) 및 제4 트랜지스터(TR4)가 일정한 주기에 따라 서로 교번적으로 턴온 및 턴오프를 반복함으로써 배터리(130)에게 전달될 수 있다. 즉, 캡 디바이더(310)와의 연결이 끊어지는 경우, 충전 IC(110)는 스위칭 차저(114)로서 동작할 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 제5 트랜지스터(TR5)가 턴오프되는 경우, 입력 전력은 상기 입력 전원부를 통해 캡 디바이더(310)와 벅 컨버터(320)로 전달되며, 이 경우, 캡 디바이더(310)는 배터리(130)를 충전하고, 벅 컨버터(320)는 제1 출력 노드(ND2)의 시스템 전력을 공급할 수 있다.
스위칭 차저(114)는 제3 트랜지스터(TR3) 내지 제5 트랜지스터(TR5) 및 인덕터(L)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 트랜지스터 내지 제5 트랜지스터(TR5)는 파워 스위치들로 구현될 수 있다. 그러나, 스위칭 차저(114)의 구조는 이에 제한되는 것은 아니며, 실시예들에 따라, 스위칭 차저(114)에 포함되는 트랜지스터들의 개수 및 인덕터의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 제3 트랜지스터(TR3)는 제1 노드(ND1)와 스위칭 노드(LX) 사이에 연결될 수 있고, 제1 노드(ND1)를 통해 입력 전류를 수신할 수 있다. 제4 트랜지스터(TR4)는 스위칭 노드(LX)와 접지 노드(GND) 사이에 연결될 수 있고, 접지 전압을 스위칭 노드(LX)에 제공할 수 있다. 인덕터(L)는 스위칭 노드(LX)와 제1 출력 노드(ND2) 사이에 연결될 수 있다. 제5 트랜지스터(TR5)는 제1 출력 노드(ND2)와 제2 출력 노드(ND3) 사이에 연결될 수 있다. 제5 트랜지스터(TR5)는 제1 출력 노드(ND2)를 통해 인덕터(L)로부터 전압을 제공받고, 제2 출력 노드(ND3)를 통해 상기 입력 받은 전압을 배터리(130)에게 제공할 수 있다. 제5 트랜지스터(TR5)가 턴온되는 경우, 충전 전류(ICHG)는 제2 출력 노드(ND3)를 통해 배터리(130)에게 제공될 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 제5 트랜지스터(TR5)가 턴온되는 경우, 배터리(130)로부터 배터리 전류가 시스템 로드(120)에 제공될 수 있다. 상기 배터리 전류는 충전 전류와 반대 방향으로 흐를 수 있다.
다이렉트 차저(113)는 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2) 및 제6 트랜지스터(TR6) 내지 제13 트랜지스터(TR13)를 포함할 수 있다. 상기 캡 디바이더(310)는 전류 더블러(current doubler) 또는 반전 차지 펌프(inverting charge pump)로 지칭될 수 있다. 도 3a를 참조하면, 직접 충전 방식에 따른 충전 동작에서 상기한 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2) 내의 제6 내지 제13 트랜지스터들(TR6 내지 TR13)의 스위칭 동작이 제어될 수 있다. 일 예로, 제1 커패시터(C1)가 충전되는 동안 제2 커패시터(C2)가 방전될 수 있고, 제1 커패시터(C1)가 방전되는 동안 제2 커패시터(C2)가 충전될 수 있다. 따라서, 배터리(130)로 제공되는 출력 노드(VOUT)의 전압이 대략 일정한 레벨을 유지할 수 있다. 상기 출력 노드의 전압 값은 제1 노드(ND1)의 전압 레벨의 절반(half)일 수 있다.
도 3b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 다른 회로도이다.
도 3b를 참조하면, 충전 IC(110)는 스위칭 차저(114), 다이렉트 차저(113) 및 배터리(130)를 포함할 수 있다. 도 3b의 충전 IC(110)는 도 3a의 충전 IC(110)에 대한 변형 예에 대응할 수 있다. 도 3b의 충전 IC(110)는 도 3a의 충전 IC(110)에 비해 제2 커패시터(C2) 및 제10 트랜지스터(TR10) 내지 제13 트랜지스터(TR13)를 포함하지 않을 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제6 트랜지스터(TR6)와 제8 트랜지스터(TR8)가 턴온되는 동안 제7 트랜지스터(TR7)와 제9 트랜지스터(TR9)가 턴오프되고, 해당 구간 동안 제1 커패시터(C1)가 충전될 수 있다. 또한, 제6 트랜지스터(TR6)와 제8 트랜지스터(TR8)가 턴오프되는 동안 제7 트랜지스터(TR7)와 제9 트랜지스터(TR9)가 턴온되고, 해당 구간 동안 제1 커패시터(C1)가 방전될 수 있다. 상기 구간들이 반복하여 수행되고, 제2 출력 노드(ND3)의 전압 레벨은 소정의 범위 이내에서 상승 및 하강을 반복하고, 제2 출력 노드(ND3)의 전압이 배터리(130)에게 제공될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 캡 디바이더(310)가 복수의 트랜지스터들 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것을 기준으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다양한 실시예들에 따라, 상기 캡 디바이더(310)는 단일 트랜지스터로 구현될 수도 있다. 다만, 캡 디바이더(310)가 단일 트랜지스터로 구현되는 경우, 제2 출력 노드(ND3)의 전압 값은 제1 노드(ND1)의 전압 값이 그대로 전달될 수 있다. 따라서, TA 출력 전압의 변화량만큼 제2 출력 노드(ND3)의 전압 값이 변동되므로, CV 구간에서 일정한 전압 레벨을 유지하는 조건을 만족하기 어려울 수도 있다.
도 4a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4a를 참조하면, 동작 S110에서 충전 IC(110)는 TA 플러그-인을 검출할 수 있다. TA(210)가 유선 케이블을 통해 전자 장치(100)와 연결되는 경우, 도 2의 리셉터클 인터페이스(140)의 CC 핀(141)을 통해 외부 장치가 연결되었음을 식별할 수 있다.
동작 S120에서, 충전 IC(110)는 다이렉트 차저(113)를 이용한 충전을 수행할 수 있다. 동작 S130에서, 충전 IC(110)는 CC 핀(141)을 통하여 TA 통신을 수행할 수 있다. 여기서, TA 통신은 전자 장치(100)와 TA(210)간에 CC 핀(141)을 통해 제어 정보를 송수신하는 것을 지칭할 수 있다. 또 다른 예로, 무선 충전기와 모바일 기기간의 무선 통신을 지칭할 수도 있다. 제어 정보는, CC1/CC2 핀을 통해 전송되는 정보뿐만 아니라, TA(210)의 출력 전압의 상승 또는 강하를 지시하기 위한 정보도 포함할 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 차징을 수행하는 동안, 어플리케이션 프로세서(121)는 퓨얼 게이지(116)로부터 배터리(130)의 온도, 배터리 잔량, 충전 전류, 충전 전압에 대한 값들을 수신할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(121)는 온도가 너무 높은 경우, TA(210)로부터 입력되는 전압 크기를 감소시킬 것을 지시하는 제어 정보를 TA(210)에게 송신할 수 있다.
동작 S140에서, 충전 IC(110)는 TA 통신이 해제되었는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 충전 IC(110)는 TA 통신이 해제되었는지 판단하기 위하여 주기적으로 REQ 신호를 송신할 수 있다. TA(210)는 상기 REQ 신호를 수신하는 경우, 충전 IC(110)에게 ACK 신호를 응답함으로써, TA 통신이 해제되지 않았음을 식별하도록 동작할 수 있다. 따라서, 충전 IC(110)는 REQ 신호를 송신한 이후, 미리 정의된 시간 내에 ACK 신호를 수신하지 못한 경우, TA 통신이 해제되었음을 식별할 수 있다.
동작 S150에서, 충전 IC(110)는 다이렉트 차저(113)를 비활성화하고, 스위칭 차저(114)를 활성화할 수 있다. 충전 IC(110)는 미리 정의된 시간 내에 ACK 신호를 수신하지 못하였으므로 현재 TA 통신이 해제되었음을 식별할 수 있다. TA 통신이 해제된 경우, TA(210)는 TA 출력 전압 및/또는 TA 출력 전류의 제어 요청에 대한 정보를 수신하지 못할 수 있다. TA(210)가 과전압 및/또는 과전류를 지속적으로 제공하게 되어, 배터리(130)의 폭발 또는 전자 장치(100)의 오작동을 야기할 수 있다. 따라서, 충전 IC(110)는 제2 출력 노드(ND3)를 통해 배터리(130)에게 직접적으로 전압을 인가하는 다이렉트 차저(113)를 비활성화하여, 배터리(130)에 인가되는 과전압을 방지할 수 있다. 충전 IC(110)는 스위칭 차저(114)를 활성화하여 일정한 전압 레벨을 유지하면서 배터리(130)를 충전할 수 있다.
도 4b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로가 외부 전원 및 어플리케이션 프로세서와 형성하는 폐루프(closed loop)의 예를 도시한다.
도 4b를 참조하면, TA 통신이 수립(establish)된 경우에 폐루프의 피드백 구조가 형성되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, TA(210)는 어플리케이션 프로세서(121)가 요청한 전압 값에 따라 전력을 제공할 수 있다. 상기 전력은 ICL(111)을 통해 다이렉트 차저(113)에 입력될 수 있다. 다이렉트 차저(113)의 캡 디바이더(310)는 TA 출력 전압의 절반 값으로 배터리(130)를 충전할 수 있다. 또한, 퓨얼 게이지(116)는 배터리(130)의 상태를 센싱하여 어플리케이션 프로세서(121)에게 전송할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(121)는 TA 출력 전압을 승압할 필요성이 있다고 판단되는 경우, TA(210)에게 TA 출력 전압의 상승을 요청할 수 있다. 즉, TA(210), 리셉터클 인터페이스(140), 다이렉트 차저(113), 배터리(130), 퓨얼 게이지(116), 어플리케이션 프로세서(121), TA(210)의 순서에 따른 폐루프 피드백 구조를 생성할 수 있다. 배터리(130)는 폭발 또는 화재의 위험이 있으므로, 상기와 같은 폐루프의 피드백 구조가 필수적이다.
다양한 실시예들에 따라, TA 통신이 해제된 경우, 어플리케이션 프로세서(121)는 TA(210)의 출력 전압을 제어하기 위한 제어 정보를 송신할 수 없으므로, 상기 폐루프 피드백 구조는 성립되지 않는다.
전술한 도 4a 및 후술되는 도 6, 도 8, 도 10 및 도 13에 따르면, TA 통신이 해제되어 어플리케이션 프로세서(121)의 제어가 불가능한 상황에서도, TA(210)가 독립적으로 출력 전압 및 출력 전류를 제어함으로써 외부 시스템(예를 들어, 어플리케이션 프로세서(121))과 독립적으로 동작하면서도, 안정적인 충전을 수행할 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 4a의 동작 방법에 대응하는 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 상태를 도시하는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 도 4a의 동작 방법에 대응하는 충전 전류(ICHG), 배터리 전압(VBAT), 및 충전 상태(SoC)가 개시된다.
T1 내지 T2 구간에서, 충전 IC(110)는 TA(210)와 연결을 식별(T1 시점)하고, 다이렉트 차저(113)를 이용한 충전을 수행(T1 내지 T2)할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 고 전압을 배터리(130)에 연결된 제2 출력 노드(ND3)로 직접 인가하므로 충전 전류(ICHG)의 크기가 클 수 있다. T1 내지 T2 구간은, CC(constant current) 구간에 대응할 수 있다. 상기 CC 구간은, 일정한 크기의 충전 전류로 배터리(130)를 충전하는 구간을 지칭할 수 있다.
T2 시점에, 충전 IC(110)는 TA 통신이 해제되었음을 식별할 수 있다. 예를 들어, 충전 IC(110)는 TA(210)에게 REQ 신호를 송신하였으나, 미리 정의된 시간 이내에 ACK 신호를 수신하는데 실패할 수 있다. 최대 배터리 전압(Vmax)을 초과하는 전압을 방지하기 위하여, 충전 IC(110)는 TA 통신 해제에 응답하여 다이렉트 차저(113)를 비활성화하고, 스위칭 차저(114)를 활성화할 수 있다.
T2 시점부터 T4 시점까지 충전 IC(110)는 스위칭 차저(114)를 이용하여 충전을 수행할 수 있다. 다이렉트 차저(113)의 충전 효율보다 스위칭 차저(114)의 충전 효율이 낮으므로, T2 내지 T4 구간에서 배터리 전압(VBAT) 및 배터리 충전 상태(SoC)의 그래프 기울기는 T1 내지 T2 구간의 기울기보다 작을 수 있다.
다양한 실시예에 따라, T3 시점은 TA 통신이 해제되지 않았다면 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달했을 시점에 상응할 수 있다. 즉, TA 통신이 해제되어 스위칭 차저(114)로 변경함으로써 T3 내지 T4 구간의 시간 길이만큼 충전 시간이 지연되었음을 알 수 있다.
T4 내지 T5 구간은 CV(constant voltage) 구간에 대응될 수 있다. 즉, T4 시점에 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달하였으므로, 충전 IC(110)는 최대 배터리 전압(Vmax)을 유지하면서 배터리(130)를 충전할 수 있다. T4 내지 T5 구간에서, 배터리(130)는 최대 배터리 전압(Vmax)의 일정한 크기로 충전되므로, 충전 전류(ICHG)는 급격하게 감소하고, 배터리 충전 상태(SoC)는 시간의 흐름에 따라 100% 레벨로 포화될 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 동작 S210에서 충전 IC(110)는 TA(210)의 플러그-인을 검출하고, 동작 S220에서 다이렉트 차저(113)를 이용하여 충전을 수행할 수 있다. 동작 S210 및 동작 S220은 도 4a의 동작 S110 및 동작 S120에 대응되므로, 생략하기로 한다.
동작 S230에서, 충전 IC(110)는 CC 구간의 종료를 검출할 수 있다. CC 구간은 일정한 크기의 충전 전류를 이용하여 배터리(130)를 충전하는 구간에 대응되며, 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달하는 경우, 종료될 수 있다. 퓨얼 게이지(116)는 주기적으로 배터리(130)에 대한 센싱을 수행하여, 배터리 전압 값을 획득하고, 획득된 배터리 전압 값을 다이렉트 차저(113)에게 전달할 수 있다.
보다 구체적으로, 다이렉트 차저(113)는 다이렉트 차저 IP를 포함할 수 있다. 상기 다이렉트 차저(113)의 IP는 로직 게이트 레벨로 구현된 회로로서, 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 동작을 수행하도록 미리 임베디드될 수 있다. 이하, 다이렉트 차저(113)에게 데이터를 제공하거나, 다이렉트 차저(113)가 판단하는 기재는 다이렉트 차저(113)의 IP에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
동작 S240에서, 충전 IC(110)는 다이렉트 차저(113)를 비활성화하고, 스위칭 차저(114)를 활성화할 수 있다. 구체적으로, 다이렉트 차저(113)는 퓨얼 게이지(116)로부터 획득된 배터리 전압 값이 최대 배터리 전압 값과 일치하는 경우, 제6 트랜지스터(TR6) 및 제10 트랜지스터(TR10)를 턴오프하고, 스위칭 차저(114)를 활성화할 수 있다.
동작 S250에서, 충전 IC(110)는 스위칭 차저(114)를 이용하여 CV 구간의 충전을 수행할 수 있다. 배터리(130)의 노드에 직접적으로 충전 전압을 인가하는 다이렉트 차저(113)를 비활성화하고, 스위칭 차저(114)를 이용하여 충전을 수행함으로써 CV 구간에서 배터리 전압이 최대 배터리 전압 값을 안정적으로 유지하도록 제어할 수 있다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 6의 동작 방법에 대응하는 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 상태를 도시하는 그래프이다.
도 7을 참조하면, T1 내지 T2 구간 동안, 충전 IC(110)는 TA(210)와 연결을 식별하고, 다이렉트 차저(113)를 이용한 충전을 수행할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 고 전압을 배터리(130)와 연결된 제2 출력 노드(ND3)에 직접 인가하므로 충전 전류의 크기가 클 수 있다. 상기 T1 내지 T2 구간은, CC 구간에 대응될 수 있다. 즉, T1 내지 T2 구간에서 충전 전류는 일정한 크기를 유지하도록 인가되며, 이를 위하여 충전 전압은 양의 기울기에 따라 증가되도록 인가될 수 있다.
T2 시점에서, 충전 IC(110)는 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax)과 일치하였음을 식별할 수 있다. 즉, 퓨얼 게이지(116)는 배터리 전압(VBAT) 값을 센싱하여 다이렉트 차저(113)에게 전달할 수 있고, 다이렉트 차저(113)는 배터리 전압(VBAT) 값이 최대 배터리 전압(Vmax)과 일치하는 시점에, 다이렉트 차저(113)를 비활성화할 수 있다. 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달하였으므로, 스위칭 차저(114)를 활성화하여 안정적으로 전압 값을 일정하게 유지할 수 있다.
T2 내지 T3 구간에서, 충전 IC(110)는 스위칭 차저(114)를 이용한 충전을 수행할 수 있다. 즉, T2 내지 T3 구간은 CV 구간에 대응될 수 있다. 배터리 전압(VBAT)을 유지하는 동안, 배터리(130)로 인가되는 충전 전류의 크기는 급격하게 감소될 수 있다. 또한, 배터리 충전 상태(SoC)를 살펴보면, 충전 전류의 크기가 감소함에 따라, 충전 상태(SoC)가 증가하는 기울기도 시간의 흐름에 따라 감소될 수 있다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 8의 동작 방법에 대응하는 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 상태를 도시하는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 동작 S210 내지 동작 S230은 도 6과 중복되므로, 기재를 생략하기로 한다.
동작 S250에서, 충전 IC(110)는 ICL(111)의 저항 값을 제어할 수 있다. 충전 IC(110)는 CC 구간의 종료와 동시에 스위칭 차저(114)를 활성화할 수도 있으나, 스위칭 차저(114)의 충전 효율이 낮은 문제점이 있다. 따라서, 충전 IC(110)는 다이렉트 차저(113)를 유지하면서 ICL(111)의 저항 값을 제어하여 CV 구간 동안 일정한 전압 레벨을 유지할 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 충전 IC(110)는 CV 구간에서 충전 전류(ICHG)가 감소하는 크기에 비례하도록 ICL(111)의 저항 값을 증가시킬 수 있다. 도 9를 참조하면, ICL(111)의 저항 값은 CV 구간에서 배터리 전압(VBAT)을 일정하게 유지하기 위하여 감소되는 충전 전류(ICHG)의 크기에 비례하여 증가되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 배터리(130)의 완충 시까지 다이렉트 차저(113)를 통한 충전을 수행할 수 있다. 다만, ICL(111)의 저항 값을 증가시키는 경우, 저항에 의해 발생하는 전도 손실의 크기도 증가할 수는 있다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 충전 IC(110)는 동작 S310에서 TA(210)의 플러그-인을 검출하고, 동작 S320에서, 다이렉트 차저(113)를 이용하여 충전을 수행하고, 동작 S330에서 CC 구간의 종료를 검출할 수 있다. 동작 S310 내지 동작 S330은 도 6의 동작 S210 및 동작 S230에 대응되므로, 생략하기로 한다.
동작 S340에서, 충전 IC(110)는 스텝 CC 알고리즘을 수행할 수 있다. 스텝 CC 알고리즘은 CC 구간의 특성을 유지하면서 충전 전류의 크기를 순차적으로 감소시키는 알고리즘을 지칭할 수 있다. CC 구간 동안 다이렉트 차저(113)를 이용한 충전 시간을 최대한 길게 유지함으로써, 배터리(130)가 완충되는데 걸리는 시간을 더 감소시키고, 충전 효율을 개선할 수 있다. 스텝 CC 알고리즘에 대한 구체적인 동작 방법은 도 9에서 후술하기로 한다.
동작 S350에서, 충전 IC(110)는 스텝 CC 알고리즘을 종료할 것인지 판단할 수 있다. 구체적으로, 충전 IC(110)의 다이렉트 차저(113)는 퓨얼 게이지(116)로부터 배터리 전압(VBAT) 및 충전 전류(ICHG)의 크기에 대한 값들을 획득할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 퓨얼 게이지(116)로부터 획득한 충전 전류(ICHG)의 크기를 모니터링하고, 충전 전류(ICHG)의 크기가 임계 전류 값 이하로 감소되는 경우, 스텝 CC 알고리즘을 종료할 수 있다. 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달하였음에도, 다이렉트 차저(113)를 이용하여 충전을 수행함으로써 충전 효율이 높은 구간을 길게 유지할 수 있었으나, 충전 전류(ICHG)가 임계 전류 값 이하로 감소되는 경우, 스텝 CC 알고리즘을 수행하는 다이렉트 차저(113)의 충전 효율과 스위칭 차저(114)의 충전 효율이 동일해질 수 있다. 후술하겠지만, ICL(111)의 저항 값을 증가시켜 충전 전류(ICHG)를 감소시키므로, 증가된 저항 값만큼 전도 손실(conduction loss)이 발생하여 충전 효율이 감소하기 때문이다. 상기 임계 전류 값은, 감소된 충전 전류(ICHG)를 이용한 다이렉트 차저(113)의 충전 효율과 스위칭 차저(114)의 충전 효율이 동일해지는 전류 값으로서, 실험적으로 획득될 수 있다. 또는, 상기 임계 전류 값은, 충전 IC(110)에 집적된 파워미터(115) 및 퓨얼 게이지(116)를 이용하여 계산된 값일 수 있다.
동작 S360에서, 충전 IC(110)는 다이렉트 차저(113)를 비활성화하고, 스위칭 차저(114)를 활성화하여 배터리(130)의 충전을 수행할 수 있다. 이는, 도 6의 동작 S240에 대응되므로, 생략하기로 한다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 스텝 CC(constant current) 알고리즘을 수행하는 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 동작 S341에서, 충전 IC(110)는 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달했는지 판단할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 퓨얼 게이지(116)로부터 주기적으로 배터리(130)에 대한 센싱 데이터를 획득할 수 있다. 상기 센싱 데이터는, 배터리 전압(VBAT), 배터리 온도, 배터리 충전 상태(SoC) 등을 포함할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 획득된 배터리 전압(VBAT) 값에 기반하여, 최대 배터리 전압(Vmax) 값에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 최대 배터리 전압(Vmax) 값은 4.2V에 대응될 수 있다.
다이렉트 차저(113)는 배터리 전압(VBAT)이 아직 최대 배터리 전압(Vmax) 값보다 작은 경우, 배터리 전압(VBAT)이 천천히 증가하여 최대 배터리 전압(Vmax) 값에 도달할 때까지 배터리 전압(VBAT)의 모니터링을 수행할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax) 값과 동일한 경우, 동작 S342를 수행할 수 있다.
동작 S342에서, 충전 IC(110)는 충전 전류(ICHG)를 감소시킬 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 제어 회로(112)에게 TA(210)의 출력 전압 크기의 감소를 지시하는 신호를 송신할 수 있다. 제어 회로(112)는 다이렉트 차저(113)로부터 상기 신호를 수신하고, CC 핀(141)을 통해 TA(210)에게 제어 정보를 송신할 수 있다. 상기 제어 정보는, TA(210)의 출력 전압을 스텝-다운하도록 제어하는 정보를 포함할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 캡 디바이더(310)를 통해 감소된 출력 전압의 절반을 제2 출력 노드(ND3)로 전달할 수 있다. 제2 출력 노드(ND3)에 인가되는 전압이 감소되었으므로, 배터리(130)에 입력되는 충전 전류(ICHG)도 감소될 수 있다.
동작 S343에서, 충전 IC(110)는 충전 전류(ICHG)가 임계 전류 값보다 작은지 여부를 판단할 수 있다. 전술한 바와 같이, 충전 전류(ICHG)의 값은 퓨얼 게이지(116)로부터 수신한 배터리에 대한 센싱 데이터에 기반하여 식별될 수 있다. 상기 임계 전류 값은 미리 계산될 수 있으며, 다이렉트 차저(113)와 스위칭 차저(114)의 충전 효율이 동일해지는 전류 값에 대응될 수 있다.
다이렉트 차저(113)는 충전 전류(ICHG)가 임계 전류 값보다 큰 경우, 충전 효율이 감소하였지만 여전히 스위칭 차저(114)의 충전 효율보다는 크므로, 동작 S341을 다시 수행할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 충전 전류(ICHG)가 임계 전류 값 이하로 감소한 경우, 오히려 스위칭 차저(114)의 충전 효율이 더 높다고 판단하여, 다이렉트 차저(113)를 비활성화하고, 스위칭 차저(114)를 이용한 충전을 수행할 수 있다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 8의 동작 방법에 대응하는 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 상태를 도시하는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 충전 IC(110)는 T1 내지 T2 구간 동안 다이렉트 차저(113)를 이용한 충전을 수행할 수 있다. 구체적으로, 충전 IC(110)는 T1 시점에서 TA(210)와 유선 연결을 검출할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 캡 디바이더(310)를 통해 TA(210)가 출력하는 전압을 배터리(130)와 연결되는 제2 출력 노드(ND3)에 직접 인가하므로 충전 전류의 크기가 상대적으로 클 수 있다. 상기 T1 내지 T2 구간은, CC 구간에 대응될 수 있다. 즉, T1 내지 T2 구간에서 충전 전류는 일정한 크기를 유지하도록 인가되며, 충전 전류의 크기를 유지하기 위하여, 충전 전압은 양의 기울기에 따라 증가되도록 인가될 수 있다.
T2 내지 T6 구간은, 스텝 CC 구간으로 지칭될 수 있고, 다이렉트 차저(113)에 의한 충전이 수행될 수 있다. T2 시점에, 배터리 전압(VBAT)은 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달할 수 있다. 도 5를 참조하면, 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달했을 때(도 5의 T4), 스위칭 차저(114)를 이용한 CV 충전을 수행하므로, 충전 전류(ICHG)가 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 스텝 CC 구간에서, 충전 IC(110)는 스위칭 차저(114)를 활성화하는 것을 바이패스(bypass)하고, 다이렉트 차저(113)를 이용한 CV 충전을 수행하되, 충전 전류(ICHG)를 piecewise하게 감소시켜 도 5에서 충전 전류(ICHG)의 감소와 유사하게 충전 전류(ICHG)를 감소시킬 수 있다.
T2 시점에서, 충전 IC(110)는 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달한 것을 식별하고, TA(210)의 출력 전압을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 차저(113)는 퓨얼 게이지(116)를 통해 배터리(130)에 대한 센싱 데이터를 획득하고, TA(210)의 출력 전압을 감소시키는 것을 지시하는 제어 정보를 제어 회로(112)를 통해 TA(210)에게 전송할 수 있다. TA(210)의 출력 전압은 다이렉트 차저(113)의 캡 디바이더(310)를 통해 제2 출력 노드(ND3)에 절반 값으로 전달되므로, T2 시점에 충전 전류(ICHG)가 감소할 수 있다. 여기서, TA(210)의 출력 전압이 감소하는 크기가 미세할수록, TA(210)가 출력 전압을 스텝 다운시키는 주기가 짧을수록 스위칭 차저(114)를 이용한 충전 시 CV 구간에서 충전 전류(ICHG)의 그래프와 정합할 것이다. 다이렉트 차저(113)는 제2 출력 노드(ND3)를 통해 배터리(130)에 직접 전압을 전달하므로, T2 시점에 스텝 다운된 TA(210)의 출력 전압은 배터리 전압(VBAT)에도 영향을 줄 수 있다. 도 10을 참조하면, T2 시점에 배터리 전압(VBAT)도 일정 크기만큼 스텝 다운되는 것을 확인할 수 있다.
T2 내지 T3 구간에서, 충전 전류(ICHG)가 입력됨에 따라 배터리 전압(VBAT)도 증가할 수 있다. 다만, T2 내지 T3 구간에서 배터리 전압(VBAT)의 증가 폭이 매우 적기 때문에, CV 구간과 유사하게 충전 전류(ICHG)의 크기는 감소될 수 있다. 즉, 배터리(130)의 충전 상태(SoC)를 살펴보면, T2 내지 T3 구간 동안 배터리 전압(VBAT)이 증가하긴 하나, CV 구간과 유사하게 시간 흐름에 따라 충전 상태(SoC)가 증가하는 폭이 감소하는 것을 알 수 있다. T3 내지 T4 구간, T4 내지 T5 구간 및 T5 내지 T6 구간에 대한 기재는 상기 T2 내지 T3 구간과 중복되므로 생략하기로 한다.
전술한 실시예들에 따라, 충전 IC(110)는 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달하여 CC 구간이 종료된 이후, 스텝 CC 알고리즘을 수행함으로써, 다이렉트 차저(113)에 의한 고효율 충전 시간을 증가시킬 수 있다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 충전 집적 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 충전 IC(110)는 동작 S410에서 TA(210)의 플러그-인을 검출하고, 동작 S420에서, 다이렉트 차저(113)를 이용하여 충전을 수행할 수 있다. 동작 S410 내지 동작 S420은 도 6의 동작 S210 및 동작 S230에 대응되므로, 생략하기로 한다.
동작 S430에서, 충전 IC(110)는 배터리(130)의 온도 정보를 획득할 수 있다. 충전 IC(110) 중 퓨얼 게이지(116)는 주기적으로 배터리(130)에 대한 센싱 데이터를 획득할 수 있다. 센싱 데이터는, 배터리 온도, 배터리 잔량(SoC), 배터리 전압(VBAT)을 적어도 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 퓨얼 게이지(116)는 상기 배터리 온도에 대한 센싱 데이터를 다이렉트 차저(113)에게 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 상기 배터리 온도는 충전 IC(110)의 내부 온도를 지칭할 수도 있고, 충전 IC(110)의 외부 및 전자 장치(100)의 내부 온도를 지칭할 수도 있다. 예를 들어, 충전 IC(110)의 외부 및 전자 장치(100)의 내부 온도는, 도 1의 시스템 로드(120) 중 임의의 엘리먼트(예를 들어, 도 2의 어플리케이션 프로세서)가 배치된 지점의 온도를 지칭할 수 있다.
동작 S440에서, 충전 IC(110)는 배터리 온도가 고온 임계 온도를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 차저(113)는 퓨얼 게이지(116)로부터 수신한 센싱 데이터 중 배터리 온도 값과 고온 임계 온도를 비교할 수 있다. 상기 고온 임계 온도는, 미리 설정된 온도이며, 충전 IC(110) 및/또는 전자 장치(100)에 오류를 야기할 수 있는 온도에 대응될 수 있다.
다이렉트 차저(113)는 배터리 온도 값이 상기 고온 임계 온도보다 낮은 경우 동작 S420를 다시 수행할 수 있다. 즉, 배터리 온도가 고온 임계 온도를 초과하지 않으면, 충전 IC(110)는 다이렉트 차저(113)를 이용한 충전을 계속 수행할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 배터리 온도 값이 상기 고온 임계 온도를 초과하는 경우, 배터리 온도를 감소시키기 위한 동작 S440을 수행할 수 있다.
동작 S450에서, 충전 IC(110)는 충전 전류(ICHG)를 감소시킬 수 있다. 충전 전류(ICHG)를 감소시키면 스위칭 손실 또는 전도 손실이 감소하고, 손실이 감소된 만큼 열로 변환되는 양도 감소되어, 배터리 온도를 낮출 수 있기 때문이다. 다이렉트 차저(113)가 동작 중이므로, 충전 전류(ICHG)를 감소시키기 위하여, 제2 출력 노드(ND3)에 인가되는 전압을 감소시킬 필요가 있다. 따라서, 충전 IC(110)는 TA(210)의 출력 전압의 크기를 감소시킬 것을 요청할 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 차저(113)는 제어 회로(112)에게 전압 강하를 지시하는 신호를 송신할 수 있다. 제어 회로(112)는 CC 핀(141)을 통하여 TA(210)의 출력 전압의 강하를 지시하는 제어 정보를 송신할 수 있다.
동작 S460에서, 충전 IC(110)는 배터리 온도가 저온 임계 온도보다 미만인지 판단할 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 차저(113)는 퓨얼 게이지(116)로부터 수신한 센싱 데이터 중 배터리 온도 값과 저온 임계 온도를 비교할 수 있다. 예를 들어, 배터리(130)가 리튬 이온 폴리머 전지인 경우, 상기 저온 임계 온도는 상기 리튬 이온 폴리머 전지의 전해질 이동 속도가 감소하여 배터리(130)의 오작동을 유발할 수 있는 온도에 대응될 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 배터리 온도가 저온 임계 온도보다 높은 경우, 다이렉트 차저(113)를 지속적으로 사용해도 무방한 것으로 판단하고, 동작 S420을 다시 수행할 수 있다. 반면, 다이렉트 차저(113)는 배터리 온도가 저온 임계 온도보다 낮거나 같은 경우, 배터리 온도를 증가시키기 위한 동작 S470을 수행할 수 있다.
동작 S470에서, 충전 IC(110)는 충전 전류(ICHG)를 증가시킬 수 있다. 충전 전류(ICHG)를 증가시키면 스위칭 손실 또는 전도 손실이 증가하고, 증가된 손실은 열로 변환되어 배터리 온도를 상승시킬 수 있기 때문이다. 다이렉트 차저(113)가 동작 중이므로, 충전 전류(ICHG)를 증가시키기 위하여, 제2 출력 노드(ND3)에 인가되는 전압을 상승시킬 필요가 있다. 따라서, 충전 IC(110)는 TA(210)의 출력 전압의 크기를 증가시킬 것을 요청할 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 차저(113)는 제어 회로(112)에게 전압 승압을 지시하는 신호를 송신할 수 있다. 제어 회로(112)는 CC 핀(141)을 통하여 TA(210)의 출력 전압의 승압을 지시하는 제어 정보를 송신할 수 있다.
도 14는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 13의 동작 방법에 대응하는 충전 전류, 배터리 전압 및 충전 상태를 도시하는 그래프이다.
도 14를 참조하면, 충전 IC(110)는 T1 내지 T2 구간 동안 다이렉트 차저(113)를 이용한 충전을 수행할 수 있다. 구체적으로, 충전 IC(110)는 T1 시점에서 TA(210)와 유선 연결을 검출할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 캡 디바이더(310)를 통해 TA(210)가 출력하는 전압을 배터리(130)와 연결되는 제2 출력 노드(ND3)에 직접 인가하므로 충전 전류의 크기가 상대적으로 클 수 있다. 상기 T1 내지 T2 구간은, CC 구간에 대응될 수 있다. 즉, T1 내지 T2 구간에서 충전 전류는 일정한 크기를 유지하도록 인가되며, 충전 전류의 크기를 유지하기 위하여, 충전 전압은 양의 기울기에 따라 증가되도록 인가될 수 있다.
T2 시점에서, 충전 IC(110)는 배터리 온도가 고온 임계 온도를 초과하였음을 판단할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 퓨얼 게이지(116)로부터 획득한 배터리 온도가 고온 임계 온도보다 높은 경우, 충전 전류(ICHG)를 감소시킬 수 있다. 충전 전류(ICHG)를 감소시키기 위한 충전 IC(110)의 동작은 도 13의 동작 S450과 중복되므로 생략하기로 한다.
T3 시점에서, 충전 IC(110)는 배터리 온도가 저온 임계 온도를 초과하였음을 판단할 수 있다. 다이렉트 차저(113)는 퓨얼 게이지(116)로부터 획득한 배터리 온도가 저온 임계 온도보다 낮은 경우, 충전 전류(ICHG)를 증가시킬 수 있다. 충전 전류(ICHG)를 증가시키기 위한 충전 IC(110)의 동작은 도 13의 동작 S470과 중복되므로 생략하기로 한다.
T4 시점에서, 충전 IC(110)는 TA 통신의 해제를 식별할 수 있다. 충전 IC(110)는 배터리 전압(VBAT)이 최대 배터리 전압(Vmax)에 도달하지 못하였지만, TA 통신 해제에 응답하여 스위칭 차저(114)를 이용한 충전을 수행할 수 있다.
T4 내지 T6 구간의 경우, 도 5의 T4 내지 T5 구간에 대응되므로, 중복되는 기재는 생략하기로 한다.
상술한 실시예에서는, 도 4a의 TA 통신이 해제된 실시예에서 동시에 도 13의 배터리 온도에 기반한 충전 IC(110)의 동작 방법이 수행될 수 있음을 기재하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 도 13의 충전 IC(110)의 동작 방법은, 도 6, 도 8, 도 10의 실시예들과 동시에 적용될 수 있음은 자명하다.
도 15는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 유무선 입력이 단락(short)되는 경우에 대응하는 충전 집적 회로의 회로도이다.
도 15를 참조하면, 충전 IC(110)는 스위칭 차저(114), 다이렉트 차저(113) 및 배터리(130)를 포함할 수 있다. 도 15의 충전 IC(110)는 도 3a의 충전 IC(110)에 대한 변형 예에 대응할 수 있다
다양한 실시예들에 따라, 유선 입력 단자(TAIN)와 무선 입력 단자(WCIN)는 서로 단락(short)될 수 있다. 예를 들어, 충전 IC(110)가 무선 충전을 지원하지 않는 전자 장치에 임베디드되는 경우, 무선 입력 단자(WCIN)와 유선 입력 단자(TAIN)를 서로 단락시킴으로써 충전 효율을 향상시킬 수도 있을 것이다. 제1 트랜지스터(TR1) 및 제2 트랜지스터(TR2)가 병렬로 연결되어 유선 입력 단자(TAIN)에서 봤을 때, 등가 저항 값이 감소할 수 있고, 유선 충전의 효율을 개선할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 충전 IC(integrated circuit) 칩에 있어서,
    복수의 스위칭 트랜지스터들 및 인덕터를 포함하는 스위칭 차저(switching charger); 및
    복수의 스위칭 트랜지스터들 및 적어도 하나 이상의 커패시터를 포함하는 다이렉트 차저(direct charger)를 포함하고,
    상기 충전 IC 칩은,
    외부 전원과의 연결에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 이용하여 일정한 크기의 전류를 제1 충전 경로를 따라 충전 전력을 배터리에 공급하고,
    상기 배터리의 전압이 미리 정의된 전압 값과 동일함을 검출하고,
    상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 상기 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리의 전압이 일정하게 유지되도록 제2 충전 경로를 따라 상기 배터리로 충전 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 차저와 상기 다이렉트 차저는 동일한 반도체 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전 IC 칩과 상기 외부 전원과의 연결은,
    USB(universal serial bus) 타입 C 인터페이스에 기반하여 구성되고,
    상기 충전 IC 칩은, 외부 시스템의 제어 없이 단독적으로,
    상기 USB 타입 C 인터페이스의 CC(configuration channel)1 핀 및 CC2 핀 중 적어도 하나의 핀을 통해 상기 외부 전원의 출력 전압 레벨을 제어하기 위한 제어 정보를 송수신하는 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 충전 IC 칩은,
    상기 외부 전원과 상기 제어 정보의 송수신이 실패하였음을 검출하고,
    상기 송수신의 실패에 응답하여 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 상기 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리로 충전 전력을 공급하고,
    상기 송수신의 실패 시점에 대응하는 상기 배터리의 전압은,
    상기 미리 정의된 전압 값보다 작은 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 충전 IC 칩은,
    상기 다이렉트 차저의 비활성화를 바이패스(bypass)하고,
    상기 외부 전원에게, 상기 외부 전원의 출력 전압의 레벨을 일정 주기마다 단계적으로 감소하도록 요청하는 제어 정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 충전 IC 칩은,
    상기 배터리로 인가되는 충전 전류의 크기를 모니터링하고,
    상기 충전 전류의 크기가 임계 전류보다 작음을 검출하고,
    상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 상기 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리로 충전 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 충전 IC 칩은,
    상기 스위칭 차저의 제1 충전 효율을 계산하고,
    상기 배터리로 인가되는 충전 전류의 크기 및 충전 전압에 기반하여 상기 다이렉트 차저의 제2 충전 효율을 계산하고,
    상기 제2 충전 효율이 상기 제1 충전 효율보다 작음을 검출하고,
    상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 상기 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리로 충전 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 충전 IC 칩은,
    상기 배터리의 온도, 충전 잔량, 충전 전류, 충전 전압 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 퓨얼 게이지(fuel gauge) 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 충전 IC 칩은,
    상기 다이렉트 차저를 이용하는 동안 상기 퓨얼 게이지 회로로부터 상기 배터리의 온도에 대한 센싱 데이터를 획득하고,
    상기 배터리의 온도가 제1 임계 온도보다 높은 경우, 상기 외부 전원에게, 상기 외부 전원의 출력 전압의 레벨을 감소시킬 것을 요청하는 제어 정보를 송신하고,
    상기 배터리의 온도가 제2 임계 온도보다 낮은 경우, 상기 외부 전원에게, 상기 외부 전원의 출력 전압의 레벨을 증가시킬 것을 요청하는 제어 정보를 송신하고,
    상기 제1 임계 온도는 상기 제2 임계 온도보다 큰 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 충전 IC 칩은,
    상기 외부 전원으로부터 상기 충전 IC 칩으로 입력되는 전류의 크기를 조절하기 위한 트랜지스터 저항을 더 포함하고,
    상기 충전 IC 칩은,
    상기 배터리의 전압이 미리 정의된 전압 값과 동일함을 검출함에 응답하여 상기 다이렉트 차저를 비활성화하는 것을 바이패스하고,
    상기 트랜지스터 저항의 값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩.
  11. 충전 IC(integrated circuit) 칩의 동작 방법에 있어서,
    외부 전원과의 연결에 응답하여, 다이렉트 차저(direct charger)를 이용하여 일정한 크기의 전류를 제1 충전 경로를 따라 충전 전력을 배터리에 공급하는 단계,
    상기 배터리의 전압이 미리 정의된 전압 값과 동일함을 검출하는 단계; 및
    상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 스위칭 차저(switching charger)를 이용하여 상기 배터리의 전압이 일정하게 유지되도록 제2 충전 경로를 따라 상기 배터리로 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 스위칭 차저는,
    복수의 스위칭 트랜지스터들 및 인덕터를 포함하고,
    상기 다이렉트 차저는,
    복수의 스위칭 트랜지스터들 및 적어도 하나 이상의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 차저와 상기 다이렉트 차저는 동일한 반도체 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩의 동작 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 외부 전원과의 연결은,
    USB(universal serial bus) 타입 C 인터페이스에 기반하여 구성되고,
    상기 동작 방법은,
    상기 USB 타입 C 인터페이스의 CC(configuration channel)1 핀 및 CC2 핀 중 적어도 하나의 핀을 통해 상기 외부 전원의 출력 전압 레벨을 제어하기 위한 제어 정보를 송수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩의 동작 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 동작 방법은,
    상기 외부 전원과 상기 제어 정보의 송수신이 실패하였음을 검출하는 단계; 및
    상기 송수신의 실패에 응답하여 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 상기 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리로 충전 전력을 공급하는 단계를 더 포함하고,
    상기 송수신의 실패 시점에 대응하는 상기 배터리의 전압은,
    상기 미리 정의된 전압 값보다 작은 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩의 동작 방법.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 동작 방법은,
    상기 다이렉트 차저의 비활성화를 바이패스(bypass)하는 단계;
    상기 외부 전원에게, 상기 외부 전원의 출력 전압의 레벨을 일정 주기마다 단계적으로 감소하도록 요청하는 제어 정보를 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩의 동작 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 동작 방법은,
    상기 배터리로 인가되는 충전 전류의 크기를 모니터링하는 단계;
    상기 충전 전류의 크기가 임계 전류보다 작음을 검출하는 단계; 및
    상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 상기 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리로 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩의 동작 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 동작 방법은,
    상기 스위칭 차저의 제1 충전 효율을 계산하는 단계;
    상기 배터리로 인가되는 충전 전류의 크기 및 충전 전압에 기반하여 상기 다이렉트 차저의 제2 충전 효율을 계산하는 단계;
    상기 제2 충전 효율이 상기 제1 충전 효율보다 작음을 검출하는 단계; 및
    상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 상기 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리로 충전 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩의 동작 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 동작 방법은,
    상기 다이렉트 차저를 이용하는 동안 상기 배터리의 온도에 대한 센싱 데이터를 획득하는 단계;
    상기 배터리의 온도가 제1 임계 온도보다 높은 경우, 상기 외부 전원에게, 상기 외부 전원의 출력 전압의 레벨을 감소시킬 것을 요청하는 제어 정보를 송신하는 단계; 및
    상기 배터리의 온도가 제2 임계 온도보다 낮은 경우, 상기 외부 전원에게, 상기 외부 전원의 출력 전압의 레벨을 증가시킬 것을 요청하는 제어 정보를 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 임계 온도는 상기 제2 임계 온도보다 큰 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩의 동작 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 동작 방법은,
    상기 배터리의 전압이 미리 정의된 전압 값과 동일함을 검출함에 응답하여 상기 다이렉트 차저를 비활성화하는 것을 바이패스하는 단계; 및
    트랜지스터 저항의 값을 증가시키는 단계를 포함하고,
    상기 트랜지스터 저항은, 상기 외부 전원으로부터 상기 충전 IC 칩으로 입력되는 전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 충전 IC 칩의 동작 방법.
  20. 전자 장치에 있어서,
    상기 전자 장치의 내부에 임베디드된 배터리; 및
    외부 전원과의 연결에 응답하여, 다이렉트 차저를 이용하여 일정한 크기의 전류를 제1 충전 경로를 따라 충전 전력을 배터리에 공급하고,
    상기 배터리의 전압이 미리 정의된 전압 값과 동일함을 검출하고,
    상기 검출에 응답하여, 상기 다이렉트 차저를 비활성화하고, 스위칭 차저를 이용하여 상기 배터리의 전압이 일정하게 유지되도록 제2 충전 경로를 따라 상기 배터리로 충전 전력을 공급함으로써 상기 배터리를 충전하기 위한 충전 IC 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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