KR20230037655A - 배터리 피드백 제어 기능이 있는 병렬 충전기 회로 - Google Patents

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Abstract

일반적으로, 전력 저장 디바이스, 전기 부하, 제1 기간 동안 디바이스 외부의 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 생성하도록 구성된 구성요소들을 포함하는 제1 조절식 전력 변환기를 포함하는 디바이스에 관한 기술이 설명된다. 제2 조절식 전력 변환기는 전력 저장 디바이스를 충전할 충전 전류를 결정하고, 전기 부하에 의해 싱크된 전류보다 적은 제2 조절식 전력 변환기에 의해 공급된 전류를 포함하는 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하고, 그리고 그 결정된 총 전류량에 기초하여 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 제1 기간과 중복되지 않는 제2 기간 동안, 상기 결정된 충전 전류로 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하도록 구성된 구성요소들을 포함한다.

Description

배터리 피드백 제어 기능이 있는 병렬 충전기 회로
디바이스는 외부 소스로부터 수신된 전력을 사용하여 디바이스의 하나 이상의 전력 소스(예를 들어, 배터리)를 각각 충전할 수 있는 다수의 온-보드 충전기를 포함할 수 있다. 온-보드 충전기는 서로 다른 특성을 갖는 메인 충전기와 병렬 충전기를 포함할 수 있다. 충전 상황에 따라, 디바이스의 제어기는 메인 충전기나 병렬 충전기를 활용하여 외부 소스로부터 수신된 전력을 사용하여 하나 이상의 전력 소스를 충전할 수 있다.
일반적으로, 본 개시는 듀얼 온-보드 조절식(regulated) 충전기를 포함하는 디바이스에 관한 것이다. 조절식 메인 충전기와 비조절식 병렬 충전기를 갖는 디바이스의 제어기는 디바이스에 전력을 공급하는 외부 전력 소스가 제공하는 전력량을 조절함으로써 비조절식 병렬 충전기에 의해 제공되는 전력량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 병렬 충전기의 입력 전류를 측정하고, 측정된 입력 전류에 기초하여 디바이스에 제공되는 전류량을 증가시키거나 감소시키도록 외부 전력 소스에 요청을 출력할 수 있다. 그러나, 이러한 방식은 하나 이상의 단점을 나타낼 수 있다. 일 예로, 외부 전력 소스와 통신하면 대기 시간이 발생할 수 있다. 다른 예로, 병렬 충전기의 입력 전류는 (예를 들어, 병렬 충전기에 의해 제공되는 전류 중 일부는 다른 시스템 구성 요소를 포함하는 전기 부하에 의해 사용될 수 있기 때문에) 하나 이상의 전력 저장(축전) 디바이스에 실제로 얼마나 많은 전류가 제공되고 있는지에 대한 정확한 표현이 아닐 수 있다. 이러한 단점으로 인해 하나 이상의 전력 저장 디바이스에 제공되는 전력의 양이 일정하지 않을 수 있으며, 이는 바람직하지 않을 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 기술에 따르면, 디바이스는 조절식 병렬 충전기 및 하나 이상의 전력 저장 디바이스에 실제로 제공되는 전류량에 기초하여 병렬 충전기의 동작을 조절하는 제어기를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기는 대기 시간을 줄이고 및/또는 하나 이상의 전력 저장 디바이스에 제공되는 전력량을 평활할 수 있다.
일 예에서, 디바이스는 전력 저장 디바이스, 전기 부하, 및 제1 기간 동안 디바이스 외부의 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 생성하도록 구성된 구성요소들을 포함하는 제1 조절식 전력 변환기(converter)를 포함한다. 디바이스는 전력 저장 디바이스를 충전할 충전 전류를 결정하고, 전기 부하에 의해 싱크된 전류보다 적은 제2 조절식 전력 변환기에 의해 공급된 전류를 포함하는 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하고, 결정된 총 전류량에 기초하여 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 제1 기간과 중복되지 않는 제2 기간 동안, 상기 결정된 충전 전류로 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하도록 구성된 구성요소들을 포함하는 제2 조절식 전력 변환기를 더 포함한다.
다른 예에서, 방법은 제1 조절식 전력 변환기에 의해, 제1 기간 동안 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 제2 조절식 전력 변환기에 의해, 전력 저장 디바이스를 충전할 충전 전류를 결정하는 단계와, 제2 조절식 전력 변환기에 의해, 전기 부하에 의해 싱크된 전류보다 적은 제2 조절식 전력 변환기에 의해 공급된 전류를 포함하는 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하는 단계와, 그리고 제2 조절식 전력 변환기에 의해, 결정된 총 전류량에 기초하여 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 제1 기간과 중복되지 않는 제2 기간 동안, 상기 결정된 충전 전류로 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
시스템은 전력 저장 디바이스와, 전기 부하와, 그리고 제1 기간 동안 디바이스 외부의 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 생성하기 위한 제1 회로를 포함하는 디바이스를 포함한다. 디바이스는 또한 전력 저장 디바이스를 충전할 충전 전류를 결정하기 위한 제2 회로를 포함한다. 제2 회로는 전기 부하에 의해 싱크된 전류보다 적은 제2 조절식 전력 변환기에 의해 공급된 전류를 포함하는 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하고, 그리고 결정된 총 전류량에 기초하여 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 제1 기간과 중복되지 않는 제2 기간 동안, 상기 결정된 충전 전류로 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 추가로 생성한다.
개시된 주제의 추가 특징, 이점 및 실시예는 다음의 상세한 설명, 도면 및 청구범위를 고려하여 제시되거나 명백할 수 있다. 또한, 전술한 요약 및 다음의 상세한 설명은 예시적인 것이며 청구범위를 제한하지 않고 추가 설명을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
도 1은 본 개시의 다양한 양태에 따른 모바일 디바이스 및 전원 어댑터를 포함하는 시스템의 예를 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예에 따른 모바일 디바이스 및 전원 어댑터를 포함하는 시스템의 예의 개략도를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 예에 따른 모바일 디바이스 및 전원 어댑터를 포함하는 시스템의 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 예에 따른 하나 이상의 전력 저장 디바이스에 대한 전하를 제공하는 병렬 충전기 회로의 예시적인 동작들을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 개시의 예에 따른 모바일 디바이스 및 전원 어댑터의 예의 개략도를 도시하는 도면이다.
도 1은 본 개시의 다양한 양태에 따른 모바일 디바이스(102)와 전원 어댑터(110)를 포함하는 시스템(100)의 예를 나타내는 블록도이다. 전원 어댑터(110)는 AC 어댑터, AC/DC 어댑터 또는 AC/DC 변환기일 수 있다. 전원 어댑터(110)는 케이스(예를 들어, AC 플러그)에 밀봉된 외부 전원 공급 장치일 수 있다. 전원 어댑터(110)는 또한 플러그 팩, 플러그인 어댑터, 어댑터 블록, 가정용 메인 어댑터, 라인 전원 어댑터, 월 워트(wall wart), 전원 브릭(brick) 및 전원 어댑터일 수 있다. 전원 어댑터(110)는 메인 전기 전압을 더 낮은 전압으로 변환하기 위한 변압기를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전원 어댑터(110)는 전압 레벨(VBUS_IN) 및 전류 레벨(IBUS_IN)을 갖는 직류(DC) 전력 신호를 모바일 디바이스(102)로 출력할 수 있다.
모바일 디바이스(102)는 전원 어댑터(110)와 같은 외부 전원 어댑터에 의해 재충전될 수 있는 전력 저장 디바이스를 포함하는 임의의 디바이스를 나타낼 수 있다. 모바일 디바이스(102)의 예로는 휴대폰(소위 "스마트폰" 포함), 스마트 안경, 스마트 시계, 휴대용 스피커(휴대용 스마트 스피커 포함), 랩탑 컴퓨터, 휴대용 게임 시스템, 무선 게임 시스템 제어기 등이 포함되지만 이에 한정되지 않는다. 일부 예에서, 모바일 디바이스(102)는 모바일 디바이스(102)의 구성요소가 힌지로 결합된 2개의 하우징에 걸쳐 분산될 수 있다는 점에서 폴더블 디바이스일 수 있다. 도 1의 예에 도시된 바와 같이, 모바일 디바이스(102)는 메인 충전기(112), 병렬 충전기(118), 처리 회로(108) 및 전력 저장(축전) 디바이스(124)를 포함할 수 있다.
처리 회로(108)는 모바일 디바이스(102)의 동작을 지원하도록 구성된 회로를 나타낼 수 있고, 사용자가 사용할 수 있는 다양한 기능을 제공하기 위해 계층적 소프트웨어 계층을 실행할 수 있는 소프트웨어(즉, 명령 세트)를 실행할 수 있다. 처리 회로(108)는 예를 들어 운영 체제가 카메라, 마이크로폰, 센서 등과 같은 다양한 다른 처리 장치와 인터페이스할 수 있는 베이스 계층을 형성하는 커널을 실행할 수 있다. 처리 회로(108)는 또한 사용자와 상호 작용할 그래픽 사용자 인터페이스를 제시하기 위해 하나 이상의 애플리케이션(예를 들어, 당사자 및/또는 제3자 애플리케이션)이 실행될 수 있는 애플리케이션 공간을 제시하는 운영 체제를 실행할 수 있다.
처리 회로(108)는 마이크로프로세서, 제어기, 디지털 신호 프로세서(DSP), 가속 처리 장치(APU), 애플리케이션 프로세서(AP), 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이 (FPGA), 또는 등가의 이산 또는 집적 논리 회로 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 처리 회로(108)에 부여된 기능은 소프트웨어(위에서 언급한 바와 같이), 펌웨어, 하드웨어 및 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 도 1의 예시적인 모바일 디바이스(102)는 하나의 처리 회로(108)를 포함하는 것으로 도시되지만, 본 개시에 따른 다른 예시적인 모바일 디바이스는 모바일 디바이스(102)의 처리 회로(108)에 기인하는 하나 이상의 기능을 개별적으로 또는 서로 다른 협력 조합으로 실행하도록 구성된 다수의 프로세서(또는 함께 패키징될 때 프로세서를 지칭하는 또 다른 방식인 다수의 소위 "코어")를 포함할 수 있다.
전력 저장 디바이스(124)는 모바일 디바이스(102)의 구성요소가 사용하기 위한 전기 에너지를 저장하도록 구성될 수 있다. 전력 저장 디바이스(124)의 예는 2차 전지(cell) 재충전 가능 배터리 등과 같은 배터리를 포함한다. 배터리의 일부 예에는 리튬 이온 배터리, 니켈-카드뮴 배터리 또는 니켈-금속 수소화물, 납산 또는 리튬 이온 폴리머와 같은 임의의 다른 유형의 재충전 가능 배터리가 포함된다. 일부 예에서, 전력 저장 디바이스(124)는 전력 저장 디바이스의 어레이를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 모바일 디바이스(102)가 폴더블 디바이스인 경우, 전력 저장 디바이스(124)는 폴더블 디바이스의 제1 하우징에 제1 배터리를 포함하고 폴더블 디바이스의 제2 하우징에 제2 배터리를 포함할 수 있다.
메인 충전기(112)는 전력 저장 디바이스(124)를 충전하기 위해 전력 신호를 생성하고 및/또는 모바일 디바이스(102)의 다른 구성요소에 전력을 제공하도록 구성된 회로를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 메인 충전기(112)는 DC/DC 전력 변환기로 동작할 수 있다. 메인 충전기(112)는 메인 충전기(112)에 의해 출력되는 전력 신호의 전압 및/또는 전류가 메인 충전기(112)의 구성 요소들의 동작을 통해 조정될 수 있다는 점에서 조절식(조절형) 전력 변환기일 수 있다. 이러한 전력 변환기의 예는 벅(buck), 부스트(boost), 벅-부스트, Cuk(두 개의 인덕터 반전 변환기라고도 함), 플라이백(flyback), 또는 임의의 다른 유형의 조절식 DC/DC 변환기와 같은 DC/DC 변환기를 포함한다.
동작시, 메인 충전기(112)는 전력 변환 프로세스의 부산물로서 열을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 메인 충전기(112)가 벅형(buck type) 전력 변환기인 경우, 메인 충전기(112)에 의해 생성된 열의 양은 전원 어댑터(110)로부터 수신된 입력 전력 신호의 전압과 양의(positive) 상관 관계가 있을 수 있다(예를 들어, 더 높은 전압은 더 많은 양의 열을 발생시킬 수 있음). 메인 충전기(112)의 구성요소는 입력 전력 신호의 특정 전압(예를 들어, 5 볼트)에서 허용 가능한 양의 열을 생성하도록 선택될 수 있다. 그러나, 일부 충전 표준은 예를 들어 충전 시간을 줄이기 위해 입력 전력 신호의 전압 레벨을 증가시킬 수 있다. 모바일 디바이스(102)가 이러한 증가된 전압 레벨을 이용할 수 있게 하기 위해, 모바일 디바이스(102)는 메인 충전기(112)보다 더 높은 전압 레벨의 입력 전력 신호에서 더 적은 열을 발생할 수 있는 병렬 충전기(118)와 같은 제2 충전기 회로를 포함할 수 있다.
병렬 충전기(118)와 메인 충전기(112)는 임의의 주어진 시간에 병렬 충전기(118)와 메인 충전기(112) 중 하나만이 전력 저장 디바이스(124)를 충전하기 위한 전력 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 메인 충전기(112)는 제1 기간 동안 디바이스 외부의 전력 소스(예를 들어, 전원 어댑터(110))로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스(124)를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 생성할 수 있다. 병렬 충전기(118)는 제1 기간과 겹치지 않는 제2 기간 동안, 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스(124)를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성할 수 있다. 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 일부 예에서, 병렬 충전기(118)와 메인 충전기(112)는 서로 다른 작업을 수행하기 위해 동일한 시간에(예를 들어, 동시에) 작동할 수 있다. 예를 들어, 특정 시간에, 병렬 충전기(118)는 전원 어댑터(110)로부터 수신된 전력 신호를 변환하여 전력 저장 디바이스(124)를 충전할 수 있는 반면, 메인 충전기(112)는 (예를 들어, 모바일 디바이스(102)가 전력 저장 디바이스(124)를 동시에 충전하고 무선 전송을 통해 다른 디바이스에 전력을 제공할 수 있도록) 다른 디바이스를 충전하기 위한 전력 신호를 생성한다.
일부 예에서, 병렬 충전기(118)는 비조절식 전력 변환기일 수 있다. 예를 들어, 병렬 충전기(118)는 입력 전력 신호를 절반의 전압과 두 배의 전류(예를 들어, VBUS_OUT = VBUS_IN/2 및 IBUS_OUT = 2*IBUS_IN)를 갖는 출력 전력 신호로 변환하는 2:1 스위치-커패시터 전력 변환기일 수 있다. 병렬 충전기(118)가 비조절식 전력 변환기인 예에서, 처리 회로(108)는 전원 어댑터(110)와의 통신을 통해 전력 저장 디바이스(124)에 제공되는 전류량의 조절을 제공할 수 있다. 예를 들어, 병렬 충전기(118)는 병렬 충전기(118)를 통해 흐르는 전류량의 표현을 출력할 수 있다. 병렬 충전기(118)를 통해 흐르는 전류의 양에 기초하여, 처리 회로(108)는 전원 어댑터(110)에 의해 제공되는 전력 신호의 전압(VBUS_IN)을 변경하라는 요청을 전원 어댑터(110)로 출력할 수 있다. 일부 조절을 활성화하는 동안 이 제어 루프에는 하나 이상의 단점이 포함될 수 있다. 일 예로, 피드백 및 제어 명령의 대기 시간이 상당히 커서 전체 제어 방식(control scheme)의 대역폭이 0.1Hz 미만일 수 있다. 다른 예로, 병렬 충전기(118)를 통해 흐르는 전류의 양은 (예를 들어, 병렬 충전기(118)에 의해 제공된 전류 중 일부는 처리 회로(108)와 같은 다른 시스템 구성요소를 포함하는 전기 부하에 의해 사용될 수 있기 때문에) 얼마나 많은 전류가 실제로 전력 저장 디바이스(124)에 제공되고 있는지에 대한 정확한 표현이 아닐 수 있다. 이러한 단점으로 인해 전력 저장 디바이스(124)에 제공되는 전력의 양이 일정하지 않을 수 있으며 이는 바람직하지 않을 수 있다. 유사하게, 전기 부하 사이퍼닝(siphoning) 전력으로, 전력 저장 디바이스(124)의 충전 속도가 감소될 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 기술에 따르면, 병렬 충전기(118)는 전력 저장 디바이스(124)에 실제로 제공되는 전류의 양에 기초하여(예를 들어, IPSD에 기초하여) 병렬 충전기(118)의 동작을 조절하도록 구성된 제어기를 포함하는 조절식(regulated) 전력 변환기일 수 있다. 예를 들어, 병렬 충전기(118)의 제어기는 전력 저장 디바이스(124)를 충전할 충전 전류를 결정할 수 있다(예를 들어, 전력 저장 디바이스(124)의 용량이 2400mAh인 경우, 제어기는 1C 충전율을 달성하기 위해 2400mA의 충전 전류에서 전력 저장 디바이스(124)를 충전하도록 결정할 수 있음). 병렬 충전기(118)의 제어기는 감지 저항과 같은 임의의 전류 레벨 센서를 사용하여 전력 저장 디바이스(124)에 흐르는 총 전류량(예를 들어, IPSD)을 결정할 수 있다. 전력 저장 디바이스(124)로 흐르는 총 전류량은 전기 부하(예를 들어, ILOAD)에 의해 싱크(sink)되는 전류보다 적은 병렬 충전기(118)에 의해 공급되는 전류(예를 들어, IPC)를 포함할 수 있다. 제어기는 전력 저장 디바이스(124)에 실제로 제공되는 전류량(예를 들어, IPSD)이 상기 결정된 충전 전류와 거의 동일하도록 병렬 충전기(118)의 동작을 조정할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기는 대기 시간을 감소시킬 수 있고 및/또는 전력 저장 디바이스(124)에 제공되는 전력량을 평활할 수 있다. 또한, 이러한 방식으로, 병렬 충전기(118)는 전력 저장 디바이스(124)를 충전하는데 필요한 시간의 양을 줄일 수 있다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른 모바일 디바이스(202) 및 전원 어댑터(210)를 포함하는 시스템(200)의 예의 개략도이다. 일부 예에서, 시스템(200)은 도 1의 시스템(100)의 예인 것으로 간주될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 모바일 디바이스(202)는 처리 회로(208), 메인 충전기(212), 병렬 충전기(218), 전류 센서(222) 및 전력 저장 디바이스(224)를 포함할 수 있다. 처리 회로(208), 메인 충전기(212), 병렬 충전기(218) 및 전력 저장 디바이스(224)는 각각 도 1의 처리 회로(108), 메인 충전기(112), 병렬 충전기(118) 및 전력 저장 디바이스(124)와 유사한 동작을 수행할 수 있다.
도 2의 예에서, 병렬 충전기(218)는 제어기(220) 및 조절식 전력 변환기(226)를 포함할 수 있다. 조절식 전력 변환기(226)는 조절된 출력 전력 신호를 생성할 수 있는 임의의 유형의 전력 변환기일 수 있다. 일부 예에서, 조절식 전력 변환기(226)는 스위치 모드(switched-mode) 전력 변환기일 수 있다. 예를 들어, 조절식 전력 변환기(226)는 벅, 부스트, 벅-부스트, Cuk(두 인덕터 반전 변환기라고도 함), 플라이백 또는 임의의 다른 유형의 조절식 DC/DC 변환기일 수 있다.
제어기(220)는 조절식 전력 변환기(226)와 같은 병렬 충전기(218)의 하나 이상의 구성요소의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(220)는 하나 이상의 신호(예를 들어, 신호(228))를 조절식 전력 변환기(226)에 의해 공급되는 전류의 양(예를 들어, IPC)을 조절하는 조절식 전력 변환기(226)의 스위치들에 출력할 수 있다. 제어기(220)는 아날로그 및 디지털 제어기의 임의의 조합일 수 있다. 제어기(220)의 예는 하나 이상의 디지털 신호 프로세서(DSP), 범용 마이크로프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 로직 어레이(FPGA), 시스템 온 칩(SoC), 또는 기타 등가의 집적 또는 이산 논리 회로를 포함할 수 있다. 하나의 특정 예로서, 제어기(220)는 아날로그 보상기를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 개시의 하나 이상의 양태에 따르면, 제어기(220)는 전력 저장 디바이스(224)로 흐르는 전류의 양(예를 들어, IPSD)에 기초하여 조절식 전력 변환기(226)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(220)는 조절식 전력 변환기(226)에 의해 공급된 전류의 양이 다른 전기 부하에 의해 싱크(예를 들어, ILOAD로서 처리 회로(208)에 의해 싱크)되는 것과 관계없이, 지정된 충전 전류에서 전력 저장 디바이스(224)로 흐르는 전류의 양을 유지하기 위해 조절식 전력 변환기(226)의 전류 출력을 조절할 수 있다. 이와 같이, 제어기(220)는 조절식 전력 변환기(226)가 전력 저장 디바이스(224)에 흐르는 전류의 총량에 기초하여, 결정된 충전 전류에서 전력 저장 디바이스(224)를 충전하기 위한 전력 신호를 생성하게 할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 제어기(220)는 전력 저장 디바이스(224)에 흐르는 전류량에 기초하여 동작들을 수행할 수 있다. 제어기(220)는 전력 저장 디바이스(224)로 흐르는 총 전류량(예를 들어, IPSD)을 나타내는 전류 센서(222)로부터 수신된 신호에 기초하여 전력 저장 디바이스(224)로 흐르는 전류의 양을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 전류 센서(222)는 (예를 들어, 전력 저장 디바이스(224)로 흐르는 전류가 전류 센서(222)를 통해서도 흐르도록) 전력 저장 디바이스(224)와 직렬로 연결된 감지 저항(기)(sense resistor)을 포함할 수 있고, 제어기(220)는 감지 저항 양단의 전압 강하의 표현을 수신할 수 있다. 전류 센서(222)의 감지 저항 양단의 전압 강하는 감지 저항의 레지스턴스에 의해 감지 저항을 통해 흐르는 전류의 양에 비례하므로, 제어기(220)는 감지 저항 양단의 전압 강하 및 감지 저항의 레지스턴스에 기초하여 전력 저장 디바이스(224)로 흐르는 총 전류량을 결정할 수 있다. 전류 센서(222)의 감지 저항의 레지스턴스는 제어기(220)의 메모리에 저장되거나 제어기(220)에서 이용 가능할 수 있다
위에서 논의된 바와 같이, 제어기(220)는 조절식 전력 변환기(226)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(220)는 조절식 전력 변환기(226)의 스위치들의 동작을 제어하는 신호(228)를 출력할 수 있다. 일부 예에서, 신호(228)는 펄스 폭 변조(PWM) 신호일 수 있고 제어기(220)는 조절식 전력 변환기(226)에 의해 출력되는 전류의 양을 제어하기 위해 신호(228)의 듀티 사이클을 조정할 수 있다(예를 들어, IPC를 조정하기 위해 듀티 사이클을 조정함).
동작 중에, 모바일 디바이스(202)의 전기 부하는 병렬 충전기(218)에 의해 공급되는 전류의 일부를 싱크(sink)할 수 있다. 예를 들어, 처리 회로(208)는 ILOAD로 표시된 전류량을 싱크할 수 있다. 이와 같이, 조절식 전력 변환기(226)에 의해 생성된 모든 전류는 전력 저장 디바이스(224)로 흐르지 않을 수 있다(즉, IPC가 IPSD와 같지 않을 수 있음). 따라서, 제어기(220)가 조절식 전력 변환기(226)를 제어하여 전력 저장 디바이스(224)의 원하는 충전 전류와 동일하도록 IPC를 생성하는 경우, 전력 저장 디바이스(224)는 원하는 충전 전류로 지속적으로 충전되지 않을 수 있다. 이것은 위에서 논의된 바와 같이 다양한 문제(예를 들어, 전력 저장 디바이스(224)의 마모 증가, 충전 지속 시간 증가 등)를 나타낼 수 있다.
전술한 바와 같이 본 개시의 하나 이상의 기술에 따르면, 제어기(220)는 전력 저장 디바이스(224)로 흐르는 전력량이 비교적 일정하고 원하는 충전 전류와 거의 동일하도록 전기 부하의 동적 전력 사용량을 보상하기 위해 조절식 전력 변환기(226)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(220)는 전류 센서(222)에 의해 생성된 신호에 기초하여 전력 저장 디바이스(224)로 흐르는 전류의 양을 지속적으로 또는 주기적으로 모니터링할 수 있다. ILOAD가 증가하면 아마도 사용 중인 모바일 디바이스(202)의 디스플레이 또는 충전 중에 처리 회로(208)에 의해 수행되는 추가 계산으로 인해, IPSD가 원하는 충전 전류로부터 감소하기 시작할 수 있다. 제어기(220)는 ILOAD의 증가를 IPSD의 감소로서 감지할 수 있다. 제어기(220)는 조절식 전원 공급 장치(226)가 ILOAD의 변화를 보상하도록 듀티 사이클 또는 신호(228)의 다른 파라미터를 조정할 수 있다. 일 예로서, IPSD가 감소함에 따라(예를 들어, ILOAD가 증가하는 경우), 제어기(220)는 신호(228)의 듀티 사이클을 증가시켜 IPC를 증가시키고 그에 따라 IPSD를 증가시킬 수 있다. 다른 예로서, IPSD가 증가함에 따라(예를 들어, ILOAD가 감소하는 경우), 제어기(220)는 신호(228)의 듀티 사이클을 낮춰 IPD를 감소시키고 그에 따라 IPSD를 감소시킬 수 있다. 제어기(220)는 임의의 충분한 주파수에서 이 제어 루프를 구현할 수 있다. 하나의 특정 예로서, 제어기(220)는 100kHz에서 제어 루프를 구현할 수 있다(즉, IPSD에 기초한 조절식 전력 변환기(226)의 동작을 조정함).
도 3은 본 발명의 예에 따른 모바일 디바이스(302) 및 전원 어댑터(310)를 포함하는 시스템(300)의 예의 개략도이다. 일부 예에서, 시스템(300)은 도 1의 시스템(100) 및/또는 도 2의 시스템(200)의 예인 것으로 간주될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이. 도 3에 도시된 바와 같이, 모바일 디바이스(302)는 처리 회로(308), 메인 충전기(312), 병렬 충전기(318), 전류 센서(322), 전력 저장 디바이스(324), 무선 전력 모듈(336) 및 스위치(338)를 포함할 수 있다. 처리 회로(308), 메인 충전기(312), 병렬 충전기(318), 전류 센서(322) 및 전력 저장 디바이스(324)는 적어도 도 2의 처리 회로(208), 메인 충전기(212), 병렬 충전기(218), 전류 센서(222) 및 전력 저장 디바이스(224)와 유사한 동작을 수행할 수 있다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 모바일 디바이스(302)는 무선 전력 모듈(336) 및 유선 전력 인터페이스(340)를 포함할 수 있다. 무선 전력 모듈(336)은 무선 전력 모듈(336)로부터 또는 무선 전력 모듈(336)로의 유도 전력 전송을 이용하는 유도 전력 인터페이스와 같은 무선 전력 인터페이스일 수 있다. 무선 전력 모듈(336)은 유도 결합(inductive coupling), 공진 유도 결합, 용량 결합, 자기역학(magnetodynamic) 결합, 마이크로웨이브 결합 또는 광파(light wave) 결합을 사용할 수 있다. 무선 전력 모듈(336)은 외부 디바이스(342)로 또는 외부 디바이스로부터 전력을 전송하는데 사용될 수 있다. 유선 전력 인터페이스는 전력이 모바일 디바이스(302)로 또는 모바일 디바이스로부터 전송될 수 있는 임의의 유선 연결일 수 있다. 유선 전력 인터페이스(340)의 예에는 USB 포트(예를 들어, 마이크로 USB, USB C, 선더볼트 등), 전용 커넥터, 팁(tip) 및 슬리브(sleeve) 포트 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
모바일 디바이스(302)는 외부 디바이스(342)와 결합될 수 있다. 외부 디바이스(342)는 (예를 들어, 전원 어댑터(310) 대신에) 유선 전력 인터페이스(340)에 연결되거나 무선 전력 모듈(336)에 무선으로 결합될 수 있다. 외부 디바이스(342)는 컴퓨터에 연결된 USB 케이블 또는 유선 전원 인터페이스(340)를 통해 전원 어댑터(310)와 같은 프로그램 가능한 전원 공급 장치로 충전되는 전력 브릭(brick) 또는 USB 케이블과 같은 USB 케이블을 충전하기 위한 USB 충전기를 포함할 수 있다. 외부 디바이스(342)는 헤드셋, 플래시 썸(thumb) 드라이브 등과 같은 OTG(on-the-go) USB 로드, 또는 헤드셋 또는 무선 충전기와 같은 무선 디바이스일 수 있다.
도 3의 예에서, 병렬 충전기(318)는 도 2의 병렬 충전기(218)의 예와 비교할 때 추가 구성요소 및/또는 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 예에서. 병렬 충전기(318)는 양방향 조절식 전력 변환기로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 병렬 충전기(318)는 외부 전력 소스로부터 소싱(공급)되는(예를 들어, 유선 전원 인터페이스(340)를 통해 전원 어댑터(310)로부터 소싱되는) 전력을 사용하여 전력 저장 디바이스(324)를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 선택적으로 생성하고 및/또는 (예를 들어, 전력 저장 디바이스(324)로부터 소싱되는 전기 에너지를 사용하여) 모바일 디바이스(302)에 결합된 외부 디바이스(342)에 전력을 제공하기 위해 제2 전력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
병렬 충전기(318)는 병렬 충전기(318)와 외부 컴포넌트(구성요소) 사이의 전기 에너지 흐름을 지시하도록 구성된 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 병렬 충전기(318)는 전력 스위치 구조(330)를 포함할 수 있다. 도 3의 예에 도시된 바와 같이, 전력 스위치 구조(330)는 2개의 백-투-백 부하 스위치(332) 및 백-투-백 부하 스위치(334)를 포함할 수 있다. 부하 스위치(332, 334)는 조절식 전력 변환기(326)에 의해 생성된 전력 신호가 다양한 목적지(예를 들어, 무선 전력 모듈(336) 또는 유선 전력 인터페이스(340)를 통해 전력 저장 디바이스(324) 및 외부 디바이스(342))로 선택적으로 라우팅되고 그리고 조절식 전력 변환기(326)가 다양한 소스(예를 들어, 전원 어댑터(310) 및 외부 디바이스(342))로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 전력 신호를 생성할 수 있게 하는 멀티플렉서로서 작용할 수 있다. 일 예로서, 부하 스위치(332)는 조절식 전력 변환기(326)가 유선 전력 인터페이스(340)를 통해 전원 어댑터(310)로부터 전기 에너지를 선택적으로 소싱하도록 할 수 있다. 다른 예로서, 부하 스위치(334)는 조절식 전력 변환기(326)가 외부 디바이스(342)로부터 선택적으로 전기 에너지를 소싱하거나 외부 디바이스(342)에 전기 에너지를 제공할 수 있게 할 수 있다. 부하 스위치(332, 334)의 예는 트랜지스터(예를 들어, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)), 진공관, 논리 게이트 또는 네트워크 스위치를 포함한다. 각각이 2개의 스위치를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 일부 예에서 부하 스위치(332 및 334) 각각은 단일 스위치를 포함할 수 있다.
모바일 디바이스(302)가 외부 소스(예를 들어, 전원 어댑터(310)로부터 유선 전원 인터페이스(340)를 통해)로부터 전력을 수신하고, 모바일 디바이스(302)가 외부 디바이스로 전력을 제공하고, 그리고 모바일 디바이스(302)가 동시에 외부 소스로부터 전력을 수신하고 외부 디바이스로 전력을 제공하는 두 가지 시나리오를 포함하는 다양한 충전 시나리오에서 모바일 디바이스(302)가 동작하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 시나리오에서의 전력 전송은 무선(예를 들어, Qi 표준을 사용한 무선 충전을 포함하는 유도 무선 충전) 및 유선 링크(예를 들어, USB-PD(USB Power Delivery)를 포함한 범용 직렬 버스(USB))를 비롯하여 다양한 연결 유형에서 발생할 수 있다. 메인 충전기(312)와 병렬 충전기(318) 모두 양방향 전력 전송이 가능할 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 모바일 디바이스(302)는 각각의 충전 시나리오를 가장 효율적으로 처리하기 위해 메인 충전기(312) 및 병렬 충전기(318)에 동작을 할당할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 모바일 디바이스(302)의 스위치(338)는 무선 전력 모듈(336)에 대한 메인 충전기(312)의 선택적인 연결을 가능하게 할 수 있다. 메인 충전기(312) 및 병렬 충전기(318)는 공존(co-existence) 사용 사례에서 케이블 충전, USB OTG/헤드셋, 무선 충전, 역방향 무선 충전 및 충전 전력 저장 디바이스(324)와 같은 충전 외부 디바이스(342)의 충전을 처리할 수 있다. 메인 충전기(312)는 또한 스위치(338)를 통해 외부 디바이스를 충전하거나 병렬 충전기(318)는 전력 스위치 구조(330)의 부하 스위치들(334)을 통해 외부 디바이스(342)를 충전할 수 있다. 일 예에서, 메인 충전기(312)는 전력 저장 디바이스(324)의 표준 케이블 충전 및 무선 충전을 처리할 수 있는 반면, 병렬 충전기(318)는 전력 저장 디바이스(324)의 고속 케이블 충전을 처리하고 전력 스위치 구조(330)를 통해 외부 디바이스(예를 들어, USB OTG/헤드셋 또는 역방향 무선 충전)에 전력을 공급할 수 있다. 도 3의 예에서, 여기에는 모든 내부 및 외부 충전 및 사용 사례를 다중화하기 위한 3개의 부하 스위치(332, 334 및 338)가 있다.
표 1은 메인 충전기(312)와 병렬 충전기(318)의 가능한 충전 시나리오 및 대응하는 동작들의 목록을 나타낸다. 아래의 논의에서, 약어 USB CHG는 컴퓨터 또는 파워 브릭에 연결된 USB 케이블과 같은 USB 케이블 충전을 위해 메인 충전기를 사용하는 것을 나타낸다. 병렬 CHG는 전원 어댑터(310)와 같은 프로그램 가능한 전원 공급 장치로 USB 케이블 충전을 위해 병렬 충전기(318)를 사용하는 것을 나타낸다. OTG는 헤드셋, 플래시 썸 드라이브 등과 같은 OTG(on-the-go) USB 로드를 나타낸다. WLC Rx는 일반적인 무선 충전을 위한 무선 수신기를 나타낸다. WTx는 역방향 무선 충전을 위한 무선 송신기를 나타낸다.
USB 충전기가 모바일 디바이스(302)에 결합되고 전력 저장 디바이스(324)가 "방전(dead) 배터리"(예를 들어, < ~2.6V)인 시나리오 1에서, 병렬 충전기(318)는 유선 전력 인터페이스(340)와 같은 USB 충전을 통해 전력 저장 디바이스(324)를 충전하는데 사용된다. 저전력 저장 디바이스 전압으로 인해 외부 디바이스(들)(342)의 충전이 발생하지 않는다.
USB 충전기가 모바일 디바이스(302)에 결합되고 사용자가 역방향 무선 충전을 사용하고자 하는 시나리오 2에서, 메인 충전기(312)는 전력 저장 디바이스(324)를 충전하는데 사용될 수 있고 병렬 충전기(318)는 무선 전력 모듈(336)을 통한 역방향 무선 충전을 위해 사용될 수 있다.
무선 충전기가 모바일 디바이스(302)에 결합되는 시나리오 3에서, 메인 충전기(312)는 무선 전력 모듈(336) 및 스위치(338)를 통해 전력 저장 디바이스(324)를 충전하는데 사용될 수 있다.
무선 충전기가 모바일 디바이스(302) 및 USB OTG(on-the-go) 외부 디바이스에 결합되는 시나리오 4에서, 메인 충전기(312)는 무선 전력 모듈(336) 및 스위치(338)를 통해 무선으로 충전할 수 있는 반면 병렬 충전기(318)는 스위치(338)를 통해 OTG 디바이스에 전력을 공급한다.
USB OTG 디바이스가 모바일 디바이스(302)에 결합되는 시나리오 5-1에서, 병렬 충전기(318)는 OTG 디바이스에 전력을 공급할 수 있다. 그러나, 메인 충전기(312)는 시나리오 5-2에 도시된 바와 같이 OTG 디바이스에 전력을 공급하기 위해 병렬 충전기(318)와 번갈아 사용될 수 있다.
역방향 무선 충전기 디바이스가 모바일 디바이스(302)에 결합되는 시나리오 6-1에서, 메인 충전기(312)는 역방향 무선 충전기에 전력을 공급할 수 있다. 그러나, 병렬 충전기(318)는 시나리오 6-2에 도시된 바와 같이 역방향 무선 충전기에 전력을 공급하기 위해 메인 충전기(312)와 번갈아 사용될 수 있다.
역방향 무선 충전기 디바이스 및 USB OTG 디바이스가 모바일 디바이스(302)에 결합되는 시나리오 7-1에서, 메인 충전기(312)는 역방향 무선 충전기에 전력을 공급할 수 있고 병렬 충전기(318)는 OTG 디바이스에 전력을 공급할 수 있다. 그러나, 병렬 충전기(318)는 메인 충전기와 교번하여 시나리오 7-2에 도시된 바와 같이 USB OTG 디바이스에 전력을 공급하기 위해 역방향 무선 충전기와 메인 충전기에 전력을 공급할 수 있다.
시나리오 8은 전원 어댑터(310)를 포함하여 결합된 디바이스가 없는 시나리오를 디스플레이한다.
공존 사용 사례
사용 사례 USB 충전 USB OTG 무선 충전 무선 TX 메인 충전기 병렬 충전기
1 Y N X N 소진 배터리 USB CHG
2 Y N N Y USB CHG WTx 7.5V
3 N N Y N WLC Rx OFF
4 N Y Y N WLC Rx OTG 5V
5-1 N Y N N OFF OTG 5V
5-2 N Y N N OTG 5V OFF
6-1 N N N Y WTx 7.5V OFF
6-2 N N N Y OFF WTx 7.5V
7-1 N Y N Y WTx 7.5V OTG 5V
7-2 N Y N Y OTG 5V WTx 7.5V
8 N N N N OFF OFF
도 4는 본 개시의 예에 따른 하나 이상의 전력 저장 디바이스에 대한 전하를 제공하는 병렬 충전기 회로의 예시적인 동작을 나타내는 흐름도이다. 설명의 목적을 위해, 도 4에 도시된 동작들은 도 3의 모바일 디바이스(302)와 관련하여 설명된다. 그러나 다른 모바일 디바이스도 도 4의 동작들을 수행할 수 있다.
제1 기간 동안, 모바일 디바이스(302)의 메인 충전기(312)는 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 전력 저장 디바이스(324)를 충전하기 위해 제1 전력 신호를 생성할 수 있다(402). 예를 들어, USB 충전기가 모바일 디바이스(302)에 연결되고 사용자가 역방향 무선 충전을 사용하려는 경우, 메인 충전기(312)는 전력 저장 디바이스(324)를 충전하는데 사용될 수 있고 병렬 충전기(318)는 무선 전력 모듈(336)을 통한 역방향 무선 충전에 사용될 수 있으며, 메인 충전기(312)는 유선 전력 인터페이스(340)를 통해 전원 어댑터(310)로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 전력 저장 디바이스(324)를 충전하기 위한 전력 신호를 생성할 수 있다.
(예를 들어, 제1 기간과 상이하고 겹치지 않는) 제2 기간 동안, 모바일 디바이스(302)의 병렬 충전기(318)가 전력 저장 디바이스(324)를 충전하기 위해 전력 신호를 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, USB 충전기가 모바일 디바이스(302)에 결합되고 전력 저장 디바이스(324)가 "방전 배터리"인 경우, 병렬 충전기(318)는 유선 전력 인터페이스(340)와 같은 USB 충전을 통해 전력 저장 디바이스(324)를 충전하는데 사용될 수 있으며, 이는 모바일 디바이스(302)의 병렬 충전기(318)가 전력 저장 디바이스(324)를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 제2 전력 신호를 생성하기 위해, 병렬 충전기(318)는 전력 저장 디바이스(324)를 충전할 충전 전류를 결정할 수 있다(404). 예를 들어, 병렬 충전기(318)의 제어기(320)는 IPSD에 대한 원하는 값을 결정할 수 있다. 일 예로서, 제어기(320)는 위에서 논의된 바와 같은 1C 충전율(charge rate)과 같은 전력 저장 디바이스(324)의 용량에 기초하여 충전 전류를 결정할 수 있다. 일부 예에서, 제어기(320)에 의해 결정된 충전 전류는 제1 기간 동안 메인 충전기(312)에 의해 제공되는 충전 전류와 동일할 수 있다. 일부 예에서, 제어기(320)에 의해 결정된 충전 전류는 제1 기간 동안 메인 충전기(312)에 의해 제공된 충전 전류와 상이할 수 있다.
병렬 충전기(318)는 전기 부하에 의해 싱크된 전류보다 병렬 충전기(318)에 의해 소싱(공급)된 전류를 포함하는 전력 저장 디바이스(324)로 흐르는 전류의 총량을 결정할 수 있다(406). 예를 들어, 제어기(320)는 전력 저장 디바이스(324)로 흐르는 전류의 총량(예를 들어, IPSD)을 나타내는 전류 센서(322)로부터 수신된 신호에 기초하여 전력 저장 디바이스(324)로 흐르는 전류의 양을 결정할 수 있다.
병렬 충전기(318)는 제 기간과 겹치지 않는 제2 기간 동안, 전력 소스(310)로부터 수신된 전기 에너지를 사용하고 상기 결정된 총 전류량에 기초하여 상기 결정된 충전 전류로 전력 저장 디바이스(324)를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성할 수 있다(408). 예를 들어, 제어기(320)는 IPSD를 상기 결정된 충전 전류에 더 가깝게 만들기 위해 IPC를 증가시키거나 감소시키도록 병렬 충전기(318)의 조절식 전력 변환기(326)의 하나 이상의 스위치의 듀티 사이클을 조정할 수 있다.
제3 기간 동안(예를 들어, 제2 기간과 상이하고 겹치지 않음), 모바일 디바이스(302)의 병렬 충전기(318)가 외부 디바이스(예를 들어, 도 3의 외부 디바이스(342))에 제공될 전력 신호를 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 무선 충전기가 모바일 디바이스(302) 뿐만 아니라 USB OTG 외부 디바이스에 결합되는 경우, 메인 충전기(312)는 무선 전력 모듈(336) 및 스위치(338)를 통해 무선으로 충전할 수 있는 반면, 병렬 충전기(318)는 스위치(338)를 통해 OTG 디바이스에 전력을 공급할 수 있으며, 모바일 디바이스(302)의 병렬 충전기(318)가 외부 디바이스(342)(예를 들어, OTG 디바이스)로 출력될 제3 전력 신호를 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같이, 병렬 충전기(318)는 제2 기간과 겹치지 않는 제3 기간 동안, 전력 저장 디바이스(324)로부터 공급되는 전기 에너지를 사용하여 디바이스에 결합된 외부 디바이스에 전력을 공급하기 위한 제3 전력 신호를 생성할 수 있다(410).
도 5는 본 개시의 예에 따른 모바일 디바이스 및 전원 어댑터의 예를 도식적으로 나타낸 도면이다. 일부 예에서, 시스템(500)은 도 1의 시스템(100) 및/또는 도 2의 시스템(200) 및/또는 도 3의 시스템(300)의 예인 것으로 간주될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 모바일 디바이스(502)는 처리 회로(508), 메인 충전기(512), 병렬 충전기(518), 전류 센서(522), 전력 저장 디바이스(524), 무선 전력 모듈(536) 및 스위치(538)를 포함할 수 있다. 처리 회로(508), 메인 충전기(512), 병렬 충전기(518), 전류 센서(522) 및 전력 저장 디바이스(524)는 적어도 각각 도 2의 처리 회로(208), 메인 충전기(212), 병렬 충전기(218), 전류 센서(222) 및 전력 저장 디바이스(224) 및 도 3의 처리 회로(308), 메인 충전기(312), 병렬 충전기(318), 전류 센서(322) 및 전력 저장 디바이스(324)와 유사한 동작을 수행할 수 있다. 모바일 디바이스(502)는 외부 디바이스(542)와 결합될 수 있다.
모바일 디바이스에서 과전압 보호(OVP)는 충전 동안과 같이 USB 경로에서 특히 유용할 수 있다. 이와 같이, 일부 모바일 디바이스는 USB 경로에 OVP 스위치와 같은 OVP 보호 구성요소를 포함할 수 있다. 이러한 OVP 스위치를 포함하면 부품 수 및 보드 공간 사용 증가와 같은 단점들 중 하나가 더 나타날 수 있다. 본 개시의 하나 이상의 기술에 따르면, 부하 스위치(532/534)의 스위치가 OVP 보호를 제공할 수 있도록 모바일 디바이스(502)를 통한 전력 흐름이 구성될 수 있다. 이와 같이, 모바일 디바이스(502)는 추가적인 OVP 보호 구성요소를 포함할 필요 없이 OVP 보호를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 부하 스위치들(532)의 스위치(544)는 OVP 기능을 제공할 수 있다.
도 5의 예에서, 유선 전력 인터페이스(540)를 통해 수신된 전력에 대해, 전원 어댑터(510)와 모바일 디바이스(502) 사이의 전체 전력 흐름은 이제 병렬 충전기(518)를 통과한다. 전원 어댑터(510)로부터 유선 전력 인터페이스(540)를 통과하는 전류는 OVP 스위치(54)를 통과한다. 무선 충전기가 모바일 디바이스(502)에 결합되는 위의 시나리오 3과 유사한 예시적인 상황에서, 메인 충전기(512)는 무선 전력 모듈(536) 및 스위치(538)를 통해 전력 저장 디바이스(524)를 충전하는데 사용될 수 있다. USB 충전기가 모바일 디바이스(502)에 결합되고 사용자가 외부 디바이스(542)에 대해 역방향 무선 충전을 사용하고자 하는 위의 시나리오 2와 같은 예시적인 상황에서, 메인 충전기(512)는 유선 전력 인터페이스(540)로부터의 전력을 OVP 스위치(544)를 통해 메인 충전기(512)로, 이어서 전력 저장 디바이스(524)로 라우팅함으로써 전력 저장 디바이스(524)를 충전하는데 사용될 수 있다. 병렬 충전기(518)는 부하 스위치(534)를 통해 무선 전력 모듈(336)로 그리고 나서 무선으로 외부 디바이스(542)로 역방향 무선 충전을 위해 사용될 수 있다.
전원 어댑터(510)는 제1 쌍의 부하 스위치들(532)에 있는 OVP 스위치(544)에서 병렬 충전기(518)에 직접 결합될 수 있다. OVP 스위치(540)를 통과한 후, IBUS_IN은 조절식 전력 변환기(526)를 통해 전력 저장 디바이스(524)로 통과할 수 있다. 또는, IBUS_IN은 전력 저장 디바이스(524) 및 외부 디바이스(542)의 충전에 관해 위에서 논의된 시나리오에 따라 병렬 충전기(518)를 통해 메인 충전기(512)로 통과할 수 있다.
다음의 넘버링된 예들은 본 개시의 하나 이상의 양태를 설명할 수 있다:
예 1. 디바이스는 전력 저장 디바이스와; 전기 부하와; 제1 기간 동안 디바이스 외부의 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 생성하도록 구성된 구성요소들을 포함하는 제1 조절식 전력 변환기와; 그리고 전력 저장 디바이스를 충전할 충전 전류를 결정하고, 전기 부하에 의해 싱크된 전류보다 적은 제2 조절식 전력 변환기에 의해 공급된 전류를 포함하는 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하고, 그리고 결정된 총 전류량에 기초하여 상기 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 제1 기간과 중복되지 않는 제2 기간 동안, 상기 결정된 충전 전류로 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하도록 구성된 구성요소들을 포함하는 제2 조절식 전력 변환기를 포함한다.
예 2. 예 1에 있어서, 제2 조절식 전력 변환기는 양방향 조절식 전력 변환기를 포함하고, 양방향 조절식 전력 변환기의 구성요소는 제2 기간과 겹치지 않는 제3 기간 동안 전력 저장 디바이스로부터 공급되는 전기 에너지를 사용하여, 디바이스에 결합된 외부 디바이스에 전력을 공급하기 위한 제3 전력 신호를 생성하도록 추가로 구성된다.
예 3. 예 1에 있어서, 제2 조절식 전력 변환기는 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하도록 구성된 벅(buck) 컨버터와; 그리고 벅 컨버터가 상기 결정된 충전 전류 및 상기 전기 부하에 의해 싱크된 전류와 동일한 양의 전류로 제2 전력 신호를 생성하도록 상기 결정된 총 전류량에 기초하여 벅 컨버터의 듀티 사이클을 제어하는 벅 컨버터에 전기적으로 결합된 제어기를 더 포함한다.
예 4. 예 3에 있어서, 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 전류 센서를 더 포함하고, 제어기는 전류 센서에 의해 생성된 신호에 기초하여 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하도록 구성된다.
예 5. 예 3 또는 4에 있어서, 제어기는 1Hz 내지 100KHz 사이의 주파수에서 벅 컨버터의 듀티 사이클을 업데이트한다.
예 6. 예 2 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 제2 조절식 전력 변환기와 전력 소스 사이에 전기적으로 결합된 하나 이상의 부하 스위치의 제1 세트와; 그리고 제2 조절식 전력 변환기와 외부 디바이스 사이에 전기적으로 결합된 하나 이상의 부하 스위치의 제2 세트를 더 포함한다.
예 7. 예 6에 있어서, 부하 스위치의 제1 세트는 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 제2 조절식 전력 변환기로 보내도록 구성되고; 그리고 부하 스위치의 제2 세트는 제2 조절식 전력 변환기로부터의 제3 전력 신호를 외부 디바이스로 보내도록 구성된다.
예 8. 예 6에 있어서, 부하 스위치의 제1 세트의 특정 스위치는 과전압 보호 스위치로서 동작하도록 구성되고, 그리고 제1 전력 신호를 생성하기 위해 제1 조절식 전력 변환기에 의해 사용되는 전기 에너지는 상기 특정 스위치를 통해 흐른다
예 9. 예 2 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 유선 전력 인터페이스와, 상기 제1 전력 신호를 생성하기 위해 제1 조절식 전력 변환기에 의해 사용되는 전기 에너지는 유선 전력 인터페이스를 통해 흐르고; 그리고 무선 전력 모듈을 더 포함하고,상기 제3 전력 신호는 무선 전력 모듈을 통해 외부 디바이스로 출력된다.
예 10. 예 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 전기 부하는 처리 회로 및 디스플레이 중 하나 이상을 포함한다.
예 11. 예 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 전력 저장 디바이스는 제1 전력 저장 디바이스 및 그 제1 전력 저장 디바이스와 병렬로 전기적으로 결합된 제2 전력 저장 디바이스를 포함하고, 제2 전력 저장 디바이스는 제1 전력 저장 디바이스와 상이한 전력 저장 용량을 갖는다.
예 12. 방법은 제1 기간 동안 제1 조절식 전력 변환기에 의해, 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 생성하는 단계와; 제2 조절식 전력 변환기에 의해, 전력 저장 디바이스를 충전할 충전 전류를 결정하는 단계와; 제2 조절식 전력 변환기에 의해, 전기 부하에 의해 싱크된 전류보다 적은 제2 조절식 전력 변환기에 의해 공급된 전류를 포함하는 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하는 단계와; 그리고 제2 조절식 전력 변환기에 의해, 결정된 총 전류량에 기초하여 상기 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 제1 기간과 중복되지 않는 제2 기간 동안, 상기 결정된 충전 전류로 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
예 13. 예 12에 있어서, 양방향 조절식 전력 변환기를 포함하는 제2 조절식 전력 변환기에 의해, 제2 기간과 겹치지 않는 제3 기간 동안 전력 저장 디바이스로부터 공급되는 전기 에너지를 사용하여, 디바이스에 결합된 외부 디바이스에 전력을 공급하기 위한 제3 전력 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
예 14. 예 12 또는 13에 있어서, 제2 조절식 전력 변환기는 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하도록 구성된 벅 컨버터를 더 포함하고; 그리고 벅 컨버터에 전기적으로 결합된 제어기에 의해, 벅 컨버터가 상기 결정된 충전 전류 및 상기 전기 부하에 의해 싱크된 전류와 동일한 양의 전류로 제2 전력 신호를 생성하도록 상기 결정된 총 전류량에 기초하여 벅 컨버터의 듀티 사이클을 제어하는 단계를 더 포함한다.
예 15. 예 14에 있어서, 전류 센서에 의해, 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 나타내는 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고, 제어기는 전류 센서에 의해 생성된 신호에 기초하여 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하도록 구성된다.
예 16. 예 14 또는 15에 있어서, 제어기에 의해, 1Hz 내지 100KHz의 주파수에서 벅 컨버터의 듀티 사이클을 업데이트하는 단계를 더 포함한다.
예 17. 예 14에 있어서, 제2 조절식 전력 변환기와 전력 소스 사이에 전기적으로 결합된 하나 이상의 부하 스위치의 제1 세트에 의해, 외부 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 제2 조절식 전력 변환기로 보내는 단계와; 그리고 제2 조절식 전력 변환기와 하나 이상의 외부 디바이스 사이에 전기적으로 결합된 하나 이상의 부하 스위치의 제2 세트에 의해, 전력 저장 디바이스로부터의 신호를 제3 전력 신호를 하나 이상의 외부 디바이스로 보내는 단계를 더 포함한다.
예 18. 예 1 내지 17의 임의의 조합.
전술한 설명은 설명을 위해 특정 구현을 참조하여 설명되었다. 그러나, 위의 예시적인 논의는 개시된 주제의 구현을 개시된 정확한 형태로 제한하거나 철저하게 하기 위한 것이 아니다. 위의 교시의 관점에서 많은 수정 및 변형이 가능하다. 구현들은 개시된 주제 및 그 실제 적용의 구현 원리를 설명하기 위해 선택되고 설명되었으며, 따라서 당업자가 이러한 구현뿐만 아니라 고려되는 특정 사용에 적합할 수 있는 다양한 수정을 갖는 다양한 구현을 활용할 수 있도록 한다.

Claims (20)

  1. 디바이스로서,
    전력 저장 디바이스;
    전기 부하;
    제1 기간 동안 디바이스 외부의 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 생성하도록 구성된 구성요소들을 포함하는 제1 조절식(regulated) 전력 변환기; 및
    전력 저장 디바이스를 충전할 충전 전류를 결정하고,
    전기 부하에 의해 싱크된 전류보다 적은 제2 조절식 전력 변환기에 의해 공급된 전류를 포함하는 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하고, 그리고
    제1 기간과 중복되지 않는 제2 기간 동안, 상기 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하고 상기 결정된 총 전류량에 기초하여, 상기 결정된 충전 전류로 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하도록 구성된 구성요소들을 포함하는 제2 조절식 전력 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 조절식 전력 변환기는 양방향 조절식 전력 변환기를 포함하고,
    상기 양방향 조절식 전력 변환기의 구성요소는,
    제2 기간과 겹치지 않는 제3 기간 동안 전력 저장 디바이스로부터 공급되는 전기 에너지를 사용하여, 디바이스에 결합된 외부 디바이스에 전력을 공급하기 위한 제3 전력 신호를 생성하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 조절식 전력 변환기는,
    전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하도록 구성된 벅(buck) 컨버터; 및
    벅 컨버터가 상기 결정된 충전 전류 및 상기 전기 부하에 의해 싱크된 전류와 동일한 양의 전류로 제2 전력 신호를 생성하도록 상기 결정된 총 전류량에 기초하여 벅 컨버터의 듀티 사이클을 제어하는 벅 컨버터에 전기적으로 결합된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 전류 센서를 더 포함하고,
    상기 제어기는 전류 센서에 의해 생성된 신호에 기초하여 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 1Hz 내지 100KHz 사이의 주파수에서 벅 컨버터의 듀티 사이클을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  6. 제2항에 있어서,
    제2 조절식 전력 변환기와 전력 소스 사이에 전기적으로 결합된 하나 이상의 부하 스위치의 제1 세트; 및
    제2 조절식 전력 변환기와 외부 디바이스 사이에 전기적으로 결합된 하나 이상의 부하 스위치의 제2 세트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부하 스위치의 제1 세트는 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 제2 조절식 전력 변환기로 보내도록 구성되고; 그리고
    상기 부하 스위치의 제2 세트는 제2 조절식 전력 변환기로부터의 제3 전력 신호를 외부 디바이스로 보내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 부하 스위치의 제1 세트의 특정 스위치는 과전압 보호 스위치로서 동작하도록 구성되고, 그리고
    상기 제1 전력 신호를 생성하기 위해 제1 조절식 전력 변환기에 의해 사용되는 전기 에너지는 상기 특정 스위치를 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  9. 제2항에 있어서,
    유선 전력 인터페이스와, 상기 제1 전력 신호를 생성하기 위해 제1 조절식 전력 변환기에 의해 사용되는 전기 에너지는 유선 전력 인터페이스를 통해 흐르고; 그리고
    무선 전력 모듈을 더 포함하고,상기 제3 전력 신호는 무선 전력 모듈을 통해 외부 디바이스로 출력되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전기 부하는 처리 회로 및 디스플레이 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전력 저장 디바이스는 제1 전력 저장 디바이스 및 그 제1 전력 저장 디바이스와 병렬로 전기적으로 결합된 제2 전력 저장 디바이스를 포함하고,
    상기 제2 전력 저장 디바이스는 제1 전력 저장 디바이스와 상이한 전력 저장 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  12. 방법으로서,
    제1 기간 동안 제1 조절식 전력 변환기에 의해, 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 생성하는 단계;
    제2 조절식 전력 변환기에 의해, 전력 저장 디바이스를 충전할 충전 전류를 결정하는 단계;
    제2 조절식 전력 변환기에 의해, 전기 부하에 의해 싱크된 전류보다 적은 제2 조절식 전력 변환기에 의해 공급된 전류를 포함하는 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하는 단계; 및
    제2 조절식 전력 변환기에 의해, 제1 기간과 중복되지 않는 제2 기간 동안, 상기 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하고 상기 결정된 총 전류량에 기초하여, 상기 결정된 충전 전류로 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    양방향 조절식 전력 변환기를 포함하는 제2 조절식 전력 변환기에 의해, 제2 기간과 겹치지 않는 제3 기간 동안 전력 저장 디바이스로부터 공급되는 전기 에너지를 사용하여, 디바이스에 결합된 외부 디바이스에 전력을 공급하기 위한 제3 전력 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 조절식 전력 변환기는 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하도록 구성된 벅 컨버터를 더 포함하고; 그리고
    벅 컨버터에 전기적으로 결합된 제어기에 의해, 벅 컨버터가 상기 결정된 충전 전류 및 상기 전기 부하에 의해 싱크된 전류와 동일한 양의 전류로 제2 전력 신호를 생성하도록 상기 결정된 총 전류량에 기초하여 벅 컨버터의 듀티 사이클을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    전류 센서에 의해, 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 나타내는 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제어기는 전류 센서에 의해 생성된 신호에 기초하여 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    제어기에 의해, 1Hz 내지 100KHz의 주파수에서 벅 컨버터의 듀티 사이클을 업데이트하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    제2 조절식 전력 변환기와 전력 소스 사이에 전기적으로 결합된 하나 이상의 부하 스위치의 제1 세트에 의해, 외부 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 제2 조절식 전력 변환기로 보내는 단계; 및
    제2 조절식 전력 변환기와 하나 이상의 외부 디바이스 사이에 전기적으로 결합된 하나 이상의 부하 스위치의 제2 세트에 의해, 전력 저장 디바이스로부터의 신호를 제3 전력 신호를 하나 이상의 외부 디바이스로 보내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 디바이스로서,
    전력 저장 디바이스;
    전기 부하;
    제1 기간 동안 디바이스 외부의 전원으로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제1 전력 신호를 생성하는 제1 회로; 및
    전력 저장 디바이스를 충전할 충전 전류를 결정하고,
    전기 부하에 의해 싱크된 전류보다 적은 제2 조절식 전력 변환기에 의해 공급된 전류를 포함하는 전력 저장 디바이스로 흐르는 총 전류량을 결정하고, 그리고
    제1 기간과 중복되지 않는 제2 기간 동안, 상기 전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하고 상기 결정된 총 전류량에 기초하여, 상기 결정된 충전 전류로 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하는 제2 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 회로는,
    제2 기간과 겹치지 않는 제3 기간 동안 전력 저장 디바이스로부터 공급되는 전기 에너지를 사용하여, 디바이스에 결합된 외부 디바이스에 전력을 공급하기 위한 제3 전력 신호를 생성하는 제3 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 회로는,
    전력 소스로부터 수신된 전기 에너지를 사용하여, 전력 저장 디바이스를 충전하기 위한 제2 전력 신호를 생성하는 제3 회로; 및
    제3 회로가 상기 결정된 충전 전류 및 상기 전기 부하에 의해 싱크된 전류와 동일한 양의 전류로 제2 전력 신호를 생성하도록 상기 결정된 총 전류량에 기초하여 제3 회로의 듀티 사이클을 제어하는 제3 회로에 전기적으로 결합된 제4 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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