KR20210120092A - 충전 회로 및 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 충전 회로 및 전자 장치를 개시하며, 상기 충전 회로는, 충전단과 충전 대상 배터리 사이에 연결 경로를 갖는 충전 포트; 및, 온도 제어 및 서지 보호 회로;를 포함하되, 상기 온도 제어 및 서지 보호 회로는, 제1 단부와, 제2 단부와, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부의 연결/차단을 제어하는 제어 단부를 포함하며, 상기 제1 단부는 상기 연결 경로에 연결되고, 상기 제2 단부는 접지되는 스위칭 튜브; 충전 포트의 온도 데이터를 수집하여 상기 스위칭 튜브의 작동 상태를 제어하기 위한 온도 제어 회로; 및, 일단이 상기 스위칭 튜브의 제어 단부에 연결되고, 타단이 상기 연결 경로와 연결되며, 상기 충전단의 전압이 미리 설정된 임계값을 초과할 때 상기 스위칭 튜브가 도통되도록 제어하는 전압 제어 회로;를 포함한다.
Description
[관련 출원에 대한 참조]
본 출원은 2019년 1월 31일 중국에 제출된 중국 특허 출원 제201910098936.5호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용을 본 출원에 원용한다.
본 개시는 전자 분야에 관한 것으로, 특히 충전 회로 및 전자 장치에 관한 것이다.
전자 장치 분야의 급속 충전 기술의 발전과 더불어, 충전 전력이 증가하고 있으며, 충전의 신뢰성이 점점 더 중요해지고 있다.
관련 기술의 충전 회로에서는 충전 과정의 신뢰성을 향상하기 위해, 많은 보호 장치를 사용하며, 또한 VBUS DC/서지 전력이 크기 때문에 보호 장치는 모두 대형 패키지 장치로서 대형 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)의 면적을 많이 차지하고, 레이아웃과 배선 및 PCB 비용 절감에 불리하다.
본 발명의 실시예는 관련 기술에 존재하는 대량의 대형 패키지 장치를 설치하여 PCB면적을 많이 차지함으로써 레이아웃과 배선 및 PCB 비용 절감에 불리한 문제를 해결할 수 있는 충전 회로 및 전자 장치를 제공한다.
상기와 같은 기술적 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 구현 방식은 다음과 같다.
제1 측면에서, 본 발명의 실시예는 충전 회로를 제공하며, 상기 충전 회로는,
충전단과 충전 대상 배터리 사이에 연결 경로를 갖는 충전 포트; 및,
온도 제어 및 서지 보호 회로;를 포함하되, 상기 온도 제어 및 서지 보호 회로는,
제1 단부와, 제2 단부와, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부의 도통/차단을 제어하는 제어 단부를 포함하며, 상기 제1 단부는 상기 연결 경로에 연결되고, 상기 제2 단부는 접지되는 스위칭 튜브;
충전 포트의 온도 데이터를 수집하여 상기 스위칭 튜브의 작동 상태를 제어하기 위한 온도 제어 회로; 및,
일단이 상기 스위칭 튜브의 제어 단부에 연결되고, 타단이 상기 연결 경로와 연결되며, 상기 충전단의 전압이 미리 설정된 임계값을 초과할 때 상기 스위칭 튜브가 도통되도록 제어하는 전압 제어 회로;를 포함한다.
제2 측면에서, 본 발명의 실시예는 또한 상기 충전 회로를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에서, 온도 제어 회로와 전압 제어 회로는 스위칭 튜브를 공유하며, 스위칭 튜브의 도통은 전압 제어 회로에 의해 제어될 뿐만 아니라, 온도 제어 회로에 의해서도 제어되어 스위칭 튜브의 다양한 용도를 구현하고, 하나의 스위칭 튜브를 통해 회로의 과열 보호 및 서지 방지 보호를 동시에 구현하여 이중 보호를 실현하고 구성 요소를 줄이며, 비용을 절약하고, PCB 레이아웃 영역과 레이아웃 공간을 절약한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충전 회로의 제1 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충전 회로의 제2 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충전 회로의 제3 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전 회로의 제4 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충전 회로의 제2 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충전 회로의 제3 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전 회로의 제4 구조도이다.
이하, 본 발명의 실시예의 첨부도면을 결부하여 본 발명의 실시예의 기술 방안에 대해 명확하고 완전하게 설명하며, 여기에 설명된 실시예는 본 발명의 모든 실시예가 아니고 단지 일부분 실시예이다. 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실시예를 기반으로 창의적인 노동을 거치지 않고 얻은 다른 모든 실시예는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예는 충전 회로를 개시하며, 상기 충전 회로는,
충전단과 충전 대상 배터리 사이에 연결 경로를 갖는 충전 포트; 및,
온도 제어 및 서지 보호 회로;를 포함하되, 상기 온도 제어 및 서지 보호 회로는,
제1 단부와, 제2 단부와, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부의 도통/차단을 제어하는 제어 단부를 포함하며, 상기 제1 단부는 상기 연결 경로에 연결되고, 상기 제2 단부는 접지되는 스위칭 튜브;
충전 포트의 온도 데이터를 수집하여 상기 스위칭 튜브의 작동 상태를 제어하기 위한 온도 제어 회로; 및,
일단이 상기 스위칭 튜브의 제어 단부에 연결되고, 타단이 상기 연결 경로와 연결되며, 상기 충전단의 전압이 미리 설정된 임계값을 초과할 때 상기 스위칭 튜브가 도통되도록 제어하는 전압 제어 회로;를 포함한다.
바람직하게, 상기 충전 포트는 USB 인터페이스이고, 충전 포트와 충전 대상 배터리 사이에 충전 회로가 형성되며, 충전 포트는 충전 단자(VBUS)와 접지 단자를 포함한다. 구체적으로, 충전 포트의 충전단과 충전 배터리 사이의 연결 경로에 온도 제어 및 서지 보호 회로가 연결되어 충전 회로 및 충전 회로의 구성 요소에 대한 보호를 구현한다.
상기 온도 제어 및 서지 보호 회로에는 온도 제어 회로 및 전압 제어 회로가 포함된다. 온도 제어 회로는 충전 포트의 과열 보호를 위해 사용되며, USB 인터페이스가 부식, 이물질 등으로 인해 단락 또는 마이크로 쇼트가 발생하여 열이 발생되는 경우, 온도 제어 회로는 충전 포트의 온도 데이터를 수집하여 스위칭 튜브의 작동 상태를 제어한다. 상기 온도 제어 회로는 스위칭 튜브의 제어 단부에 연결되며, 수집된 온도 데이터가 미리 설정된 온도 임계값에 도달할 때, 스위칭 튜브가 도통되어 작동 상태에 진입하도록 제어하며, 이 경우, 충전 포트의 충전단과 충전 대상 배터리 사이의 연결 경로는 도통된 스위칭 튜브를 통해 접지되며, 통로가 차단되면 배터리에 대한 보호를 구현한다.
상기 온도 제어 회로와 전압 제어 회로는 스위칭 튜브를 공유하며, 스위칭 튜브의 도통은 전압 제어 회로에 의해 제어될 뿐만 아니라, 온도 제어 회로에 의해서도 제어되어 스위칭 튜브의 다양한 용도를 구현하고, 하나의 스위칭 튜브를 통해 회로의 과열 보호 및 서지 방지 보호를 동시에 구현하여 이중 보호를 실현하고 구성 요소를 줄이며, 비용을 절약하고, PCB 레이아웃 영역과 레이아웃 공간을 절약한다.
상기 스위칭 튜브는 3극관 또는 MOS 튜브(금속-산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)일 수 있다. 바람직하게, MOS튜브이다. 구체적으로, 기존의 회로에서는 TVS의 특성(TVS의 항복전압이 높을수록 클램핑 전압이 높음)의 제약을 받아, VBUS가 높은 DC 내전압을 가지면서 서지 클램핑 전압을 낮추어 더욱 우수한 서지 보호 효과를 구현할 수 없지만, MOS 튜브의 도통 저항이 낮기 때문에, 기존 TVS보다 더 낮은 서지 클램핑 전압을 구현하여 백엔드 장치를 더 잘 보호하고 MOS 튜브를 재사용할 수 있으며, 과전압 보호를 구현하는 동시에, VBUS DC 내전압 레벨을 낮추지 않으면서 더 우수한 서지 보호 효과를 얻을 수 있다.
상기 제어 단부는 MOS튜브의 게이트이다.
또한, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 바람직한 실시예로서, 상기 온도 제어 회로는,
충전 포트의 온도 데이터를 수집하기 위한 온도 수집 회로; 및,
일단이 상기 온도 수집 회로에 연결되고, 타단이 상기 스위칭 튜브의 제어 단부와 연결되며, 상기 온도 데이터를 수신하여 상기 스위칭 튜브의 작동 상태를 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함한다.
상기 온도 수집 회로는 온도 매개 변수 수집을 실현하기 위해 충전 포트에 인접한 위치에 설치된다. 바람직하게는, 상기 온도 수집 회로는 서미스터이다.
온도 제어 회로의 컨트롤러에 의해 온도 수집 회로를 통해 USB 인터페이스의 온도가 너무 높은 것을 감지하면, MOS 튜브의 게이트를 제어하여 MOS 튜브를 도통하여 VBUS를 GND로 직접 당겨 충전기의 과전류 보호를 트리거함으로써, 사용자가 발견하지 못하는 사이에 USB 인터페이스가 타는 것을 방지한다.
또한, 선택 가능한 구현 방식으로서, 도 1을 참조하면, 상기 전압 제어 회로는,
음극은 상기 연결 경로에 연결되고, 양극은 상기 제어 단부에 연결되는 제1 다이오드(Z1);를 포함한다.
상기 제1 다이오드(Z1)는 컨트롤러의 출력 전압에 응답하도록 역으로 연결된다. 상기 제1 다이오드(Z1)는 제너 다이오드 또는 저전력 TVS 다이오드(과도 전압 억제 다이오드)일 수 있고, 스위칭 튜브(M1)를 구동하기 위한 채널을 제공하는 역할을 하며, VBUS에서 서지가 발생한 후, Z1은 제너 항복/애벌런치 항복 효과에 의해 빠르게 파괴되어 스위칭 튜브(M1)의 제어 단자 전압이 구동 전압 이상에 도달하게 함으로써, 스위칭 튜브(M1)의 도통을 빠르게 제어하여 더 빠른 응답 속도를 제공한다.
상기 적용 상황의 경우, 구체적으로, 비정상적인 조건에서 전력망 변동, 낙뢰 등 원인으로 인해 VBUS에 서지 전압이 발생하면, 해당 서지 전압은 Z1 항복을 통해 MOS 튜브의 게이트로 전달되어 MOS 튜브가 켜지게 하며, MOS 튜브가 켜진 후, MOS 튜브의 도통 저항(Rdson)이 매우 작기 때문에, VBUS와 GND 사이에 저저항 경로가 형성되어 서지 전류를 빠르게 방전되는 동시에, VBUS를 더 낮은 전압으로 클램프하여 백엔드 장치(OVP, 충전 IC, 배터리 등)가 서지 전압에 의해 손상되지 않도록 보호한다.
선택적으로, 도 2를 참조하면, 상기 전압 제어 회로는,
상기 제1 다이오드(Z1)와 직렬 연결되며, 일단은 상기 제1 다이오드(Z1)의 양극에 연결되고, 타단은 접지되는 제1 저항(R1);을 더 포함한다.
상기 제1 저항(R1)은 제1 다이오드(Z1)가 서지에 의해 파괴될 때 과도 전압에 의해 스위칭 튜브(M1)가 손상되는 것을 방지하여 소자를 보호할 수 있다.
다른 선택 가능한 구현 방식으로서, 도 3을 참조하면, 전압 제어 회로는,
직렬 연결되는 제1 커패시터(C1) 및 제2 저항(R1)을 포함하며,
상기 제1 커패시터(C1)는 상기 연결 경로에 연결되고, 상기 제2 저항(R1)은 접지되며, 상기 제1 커패시터(C1)와 상기 제2 저항(R1) 사이에는 상기 제어 단부에 연결되는 제1 연결점을 갖는다.
상기 전압 제어 회로 구조 중의 제1 커패시터(C1) 및 제2 저항(R1)은 RC 미분 회로를 구성한다. VBUS에 전원이 공급되는 순간에 C1 양단의 전압이 갑자기 변경될 수 없기 때문에 VR1=VBUS 이며, 그 다음에 기하급수적으로 감소하여 MOS 튜브가 먼저 켜져 VBUS와 GND 사이에 저저항 경로를 형성한다. 그 다음에, MOS 튜브의 게이트 전압이 기하급수적으로 감소함에 따라, 게이트 전압이 MOS 튜브의 도통 전압 임계값(Vth)까지 감소되면 MOS 튜브가 차단되고, VBUS와 GND 사이는 고저항 상태로 되돌아가며; R1와 C1의 값을 제어함으로써, MOS 튜브의 도통 시간과 상기 회로의 응답 시간을 제어할 수 있으며, 다양한 응용 시나리오에 적합하다.
상기 적용 상황의 경우, 구체적으로, 일반적인 적용에서 VBUS 전원이 켜져 상승 에지를 형성한 다음 VBUS가 안정적으로 유지되며, 이 상태에서 상기에서 분석한 바와 같이, MOS 튜브도 일정 시간 동안 도통되며, R1 및 C1의 값을 제어함으로써, 상기 시간대의 도통 시간이 작은 범위로 제한되어 MOS 튜브는 짧은 시간에 차단 상태로 복구됨으로써, 정상적인 충전에 영향을 미치지 않는다.
다른 선택 가능한 구현 방식으로서, 도 4를 참조하면, 전압 제어 회로는,
직렬 연결되는 제2 커패시터(C1) 및 제3 저항(R1) - 상기 제2 커패시터(C1)는 상기 연결 경로에 연결되고, 상기 제3 저항(R1)은 접지되며, 상기 제2 커패시터(C1)와 상기 제3 저항(R1) 사이에는 상기 제어 단부에 연결되는 제2 연결점을 가짐 - ; 및,
음극이 상기 연결 경로에 연결되고, 양극이 상기 제2 연결점에 연결되는 제2 다이오드(Z1);를 포함한다.
상기 전압 제어 회로의 구현 방식은 상기 두 실시예의 회로 구조를 결합하였으며, 상기 두 실시예의 효과 및 장점이 동시에 제공될 수 있다. VBUS가 특수한 상황에서 서지를 생성하여 전압이 급격히 상승하면, Z1은 제너 항복/애벌런치 항복 효과에 의해 MOS 튜브를 빠르게 파괴하고 켜서 C1과 R1의 조합보다 더 빠른 응답 속도를 제공할 수 있으며, 극한 조건에서 회로를 보호할 수 있도록 보증한다. 충전 회로에서 애벌랜치 다이오드와 커패시터 저항으로 구성된 도통 회로에 의해 MOS 튜브의 도통을 제어하여 서지가 빠르게 방전될 수 있도록 함과 동시에, R1과 C1의 값을 제어함으로써, MOS 튜브의 도통 시간 및 상기 회로의 응답 시간을 제어할 수 있다. 두 가지 방법이 동시에 적용되어 서로 다른 전압 제어 시나리오에 대처할 수 있으며, 둘 다 모두 동일한 스위칭 튜브를 사용하여 장치 설치 수를 줄이고 레이아웃 공간을 절약하며 비용을 절감할 수 있다.
본 실시예에서, 다이오드와 커패시터가 병렬로 연결되며, 접지된 저항은 커패시터와 RC 미분 회로를 형성는 동시에, 상기 저항은 또한 다이오드가 서지에 의해 파괴될 때 과도전압이 너무 높아 스위칭 튜브가 손상되는 것을 방지하여 장치를 보호할 수 있다.
또한, 상기 충전 포트의 충전단과 충전 대상 배터리 사이의 연결 경로에서 상기 충전 포트에서 상기 충전 대상 배터리의 방향으로 역삽입 방지 회로, 과전압 보호 회로(OVP) 및 충전 제어 칩(충전IC)가 순차적으로 연결된다.
상기 전압 제어 회로는 상기 역삽입 방지 회로와 상기 과전압 보호 회로 사이에 위치하는 상기 연결 경로에 연결된다. 따라서, 온도 제어 및 서지 보호 회로를 통해 백엔드 장치에 대한 보호를 구현한다.
상기 역삽입 방지 회로는 정류기 브리지 또는 역삽입 다이오드를 연결하여 구현할 수 있다. 여기서는 구체적으로 한정하지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예는 상기 임의의 한 항의 충전 회로를 포함하는 전자 장치를 제공한다. 해당 장치는 구성 요소를 줄이고 비용을 절감하며 PCB 레이아웃 영역 및 레이아웃 공간을 절약하여 전자 장치의 박형화를 가능하게 한다.
상기 전자 장치는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 스마트 팔찌, 스마트 워치, 스마트 스피커 등과 같이 충전 기능이 있는 장치일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, “포함”, “함유” 또는 다른 변형은 비배타적 포함을 가리키며, 일련의 요소를 포함하는 프로세스, 방법, 물품 또는 장치가 그 요소뿐만 아니라 명확하게 나열되지 않은 다른 요소도 포함하며, 또는 이러한 프로세스, 방법, 물품 또는 장치의 고유한 요소도 포함한다. 별도로 제한이 없는 한, “~을 포함”으로 정의된 요소는 해당 요소를 포함하는 프로세스, 방법, 물품 또는 장치에서 다른 동일한 요소의 존재를 배제하지 않는다.
상기 실시예의 설명을 통해, 당업자는 상기 실시예의 방법이 소프트웨어와 필요한 일반 하드웨어 플랫폼을 결부하는 방식에 의해 구현되거나 또는 하드웨어에 의해 구현될 수 있지만, 많은 경우에 소프트웨어와 필요한 일반 하드웨어 플랫폼을 결부하는 방식이 더 바람직하다는 것을 명백하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 이해에 기초하면, 본 발명의 기술 방안의 본질적 부분 또는 기존 기술에 기여한 부분 또는 해당 기술 방안의 전부 또는 일부분을 소프트웨어 제품의 형태로 구현할 수 있고, 단말 장치(휴대폰, 컴퓨터, 서버, 에어컨 또는 네트워크 장치 등)에 의해 본 발명의 각 실시예에 따른 방법을 수행할 수 있는 복수의 명령을 포함시켜 해당 컴퓨터 소프트웨어 제품을 저장 매체(예를 들어, ROM/RAM, 자기 디스크, 광 디스크)에 저장할 수 있다.
본 발명의 선택적인 구현 방식에 대해 전술한 바와 같이 설명하며, 당업자는 본 발명에서 설명된 원리를 벗어나지 않고 다양한 개선 및 수정이 이루어질 수 있으며, 이러한 개선 및 수정도 본 발명의 보호 범위에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.
Claims (10)
- 충전 회로로서,
충전단과 충전 대상 배터리 사이에 연결 경로를 갖는 충전 포트; 및,
온도 제어 및 서지 보호 회로;를 포함하되,
상기 온도 제어 및 서지 보호 회로는,
제1 단부와, 제2 단부와, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부의 도통/차단을 제어하는 제어 단부를 포함하며, 상기 제1 단부는 상기 연결 경로에 연결되고, 상기 제2 단부는 접지되는 스위칭 튜브;
충전 포트의 온도 데이터를 수집하여 상기 스위칭 튜브의 작동 상태를 제어하기 위한 온도 제어 회로; 및,
일단이 상기 스위칭 튜브의 제어 단부에 연결되고, 타단이 상기 연결 경로와 연결되며, 상기 충전단의 전압이 미리 설정된 임계값을 초과할 때 상기 스위칭 튜브가 도통되도록 제어하는 전압 제어 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 회로. - 제1항에 있어서,
상기 온도 제어 회로는,
충전 포트의 온도 데이터를 수집하기 위한 온도 수집 회로; 및,
일단이 상기 온도 수집 회로에 연결되고, 타단이 상기 스위칭 튜브의 제어 단부와 연결되며, 상기 온도 데이터를 수신하여 상기 스위칭 튜브의 작동 상태를 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 회로. - 제1항에 있어서,
상기 전압 제어 회로는,
음극은 상기 연결 경로에 연결되고, 양극은 상기 제어 단부에 연결되는 제1 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 회로. - 제3항에 있어서,
상기 전압 제어 회로는,
상기 제1 다이오드와 직렬 연결되며, 일단은 상기 제1 다이오드의 양극에 연결되고, 타단은 접지되는 제1 저항;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 회로. - 제1항에 있어서,
상기 전압 제어 회로는,
직렬 연결되는 제1 커패시터 및 제2 저항을 포함하며,
상기 제1 커패시터는 상기 연결 경로에 연결되고, 상기 제2 저항은 접지되며, 상기 제1 커패시터와 상기 제2 저항 사이에는 상기 제어 단부에 연결되는 제1 연결점을 갖는 것을 특징으로 하는 충전 회로. - 제1항에 있어서,
상기 전압 제어 회로는,
직렬 연결되는 제2 커패시터 및 제3 저항 - 상기 제2 커패시터는 상기 연결 경로에 연결되고, 상기 제3 저항은 접지되며, 상기 제2 커패시터와 상기 제3 저항 사이에는 상기 제어 단부에 연결되는 제2 연결점을 가짐 - ; 및,
음극은 상기 연결 경로에 연결되고, 양극은 상기 제2 연결점에 연결되는 제2 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 회로. - 제1항에 있어서,
상기 연결 경로에는 상기 충전 포트에서 상기 충전 대상 배터리의 방향으로 역삽입 방지 회로, 과전압 보호 회로 및 충전 제어 칩이 순차적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 충전 회로. - 제7항에 있어서,
상기 전압 제어 회로는 상기 역삽입 방지 회로와 상기 과전압 보호 회로 사이에 위치하는 상기 연결 경로에 연결되는 것을 특징으로 하는 충전 회로. - 제1항에 있어서,
상기 스위칭 튜브는 MOS튜브인 것을 특징으로 하는 충전 회로. - 전자 장치로서,
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 충전 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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