WO2023043051A1 - 전력 전달 방법 및 상기 방법을 수행하는 전자 장치 - Google Patents

전력 전달 방법 및 상기 방법을 수행하는 전자 장치 Download PDF

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WO2023043051A1
WO2023043051A1 PCT/KR2022/011342 KR2022011342W WO2023043051A1 WO 2023043051 A1 WO2023043051 A1 WO 2023043051A1 KR 2022011342 W KR2022011342 W KR 2022011342W WO 2023043051 A1 WO2023043051 A1 WO 2023043051A1
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conversion circuit
input
battery
charging
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PCT/KR2022/011342
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차재덕
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삼성전자주식회사
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
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    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps

Definitions

  • the disclosure below relates to a power transfer method and an electronic device performing the method.
  • a power flow of an electronic device may be supplied from a power source such as an AC adapter to a load through a power divider such as a point of load (POL) DCDC converter.
  • a power source such as an AC adapter
  • a power divider such as a point of load (POL) DCDC converter.
  • Low-power operation of electronic devices is promoted by improving the switching method of the AC adapter, adopting the power saving mode of the POL DCDC converter, and applying the power management technology of the final stage load.
  • the magnitude of the voltage input to the second conversion circuit supplying power to the load can be controlled by determining the conversion ratio according to the magnitude of the voltage input to the first conversion circuit.
  • a power transfer method and an electronic device performing the power transfer method may be provided.
  • a power transmission method capable of determining a conversion ratio of a first conversion circuit in consideration of a minimum voltage required for a second conversion circuit and an electronic device performing the power transmission method are provided. can do.
  • An electronic device performing a power transfer method includes a battery, a charging circuit that converts an input voltage of the external power source into a charging voltage for charging the battery when external power is input, and discharging the battery.
  • a first conversion circuit converting any one of a voltage and the charging voltage into a supply voltage according to a conversion ratio, a second conversion circuit converting the supply voltage and supplying it to a load, and controlling the charging circuit and the first conversion circuit and a processor, wherein the processor causes the charging voltage to be input to the first conversion circuit when the external power is input, and the discharge voltage to the first conversion circuit when the external power is not input. can be entered.
  • An electronic device performing a power transfer method includes a battery, a charging circuit that provides a charging voltage using an input external power source, and a voltage transferred from the battery or the charging circuit to a supply voltage according to a conversion ratio.
  • a first conversion circuit for converting the supply voltage to a voltage required for a connected load a second conversion circuit for converting the supply voltage to a voltage required for a connected load, and a processor for controlling operations of the charging circuit and the first conversion circuit, wherein the processor: When power is input, the battery is charged using the charging voltage, the charging voltage is input to the first conversion circuit, and when the external power is not input, the discharge voltage output from the battery is It is input to the first conversion circuit, and the conversion ratio may be determined according to the magnitude of the charging voltage or the discharging voltage and the magnitude of the voltage required for the operation of the second conversion circuit.
  • a power delivery method includes an operation of converting an input voltage of the external power into a charging voltage for charging a battery when external power is input, a discharge voltage of the battery input to a first conversion circuit, or An operation of converting any one of the charging voltages into a supply voltage according to a conversion ratio and an operation of converting the supply voltage in a second conversion circuit and supplying it to a load, wherein the operation of converting the supply voltage into the external power supply
  • the charging voltage may be input to the first conversion circuit
  • the discharge voltage may be input to the first conversion circuit.
  • the input/output voltage conversion ratio of the second conversion circuit can be increased by controlling the magnitude of the voltage supplied to the second conversion circuit using the first conversion circuit. and can improve power efficiency.
  • the second conversion circuit by controlling the conversion ratio of the first conversion circuit according to the magnitude of the discharge voltage of the battery input to the first conversion circuit or the charge voltage converted from the external voltage, the second conversion circuit It is possible to improve power efficiency as the value of the input/output voltage conversion ratio of the second conversion circuit increases while guaranteeing the operation of the electronic device by supplying a voltage equal to or greater than the minimum voltage required for the conversion.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device in a network environment, according to various embodiments.
  • FIG. 2 is a block diagram of a power conversion module, a power management module, and a battery, in accordance with various embodiments.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operation of an electronic device according to various embodiments.
  • FIG. 4 is a schematic circuit diagram of an electronic device according to various embodiments.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of an electronic device operating on a motherboard according to various embodiments.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of a first conversion circuit according to various embodiments.
  • 7A, 7B, and 7C are circuit diagrams of a first conversion circuit having a conversion ratio of 2:1, according to various embodiments.
  • 8A, 8B, and 8C are circuit diagrams of a first conversion circuit having a conversion ratio of 3:1 and a first conversion circuit having a conversion ratio of 4:1 according to various embodiments.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a second conversion circuit according to various embodiments.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating a conversion ratio and a supply voltage of a first conversion circuit according to a magnitude of a charging voltage or a discharging voltage, according to various embodiments.
  • 11A and 11B are diagrams illustrating power efficiency as a supply voltage decreases, according to various embodiments.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an inductor current of a buck converter according to various embodiments.
  • FIG. 13 is a diagram showing an efficiency curve according to a voltage conversion ratio of a buck converter according to various embodiments.
  • 14A to 14H and 15 are diagrams illustrating power efficiency as the supply voltage decreases according to various embodiments.
  • 16 is a diagram illustrating a first conversion circuit operating on a motherboard according to various embodiments.
  • 17 is an operation flowchart of a power delivery method according to various embodiments.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 within a network environment 100, according to various embodiments.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 within a network environment 100, according to various embodiments.
  • an electronic device 101 communicates with an electronic device 102 through a first network 198 (eg, a short-range wireless communication network) or through a second network 199. It is possible to communicate with at least one of the electronic device 104 or the server 108 through (eg, a long-distance wireless communication network). According to one embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108 .
  • a first network 198 eg, a short-range wireless communication network
  • the server 108 e.g, a long-distance wireless communication network
  • the electronic device 101 includes a processor 120, a memory 130, an input module 150, an audio output module 155, a display module 160, an audio module 170, a sensor module ( 176), interface 177, connection terminal 178, haptic module 179, camera module 180, power management module 188, battery 189, communication module 190, subscriber identification module 196 , or the antenna module 197 may be included.
  • at least one of these components eg, the connection terminal 178) may be omitted or one or more other components may be added.
  • some of these components eg, sensor module 176, camera module 180, or antenna module 197) are integrated into a single component (eg, display module 160). It can be.
  • the processor 120 for example, executes software (eg, the program 140) to cause at least one other component (eg, hardware or software component) of the electronic device 101 connected to the processor 120. It can control and perform various data processing or calculations. According to one embodiment, as at least part of data processing or operation, the processor 120 transfers instructions or data received from other components (e.g., sensor module 176 or communication module 190) to volatile memory 132. , processing commands or data stored in the volatile memory 132 , and storing resultant data in the non-volatile memory 134 .
  • software eg, the program 140
  • the processor 120 transfers instructions or data received from other components (e.g., sensor module 176 or communication module 190) to volatile memory 132. , processing commands or data stored in the volatile memory 132 , and storing resultant data in the non-volatile memory 134 .
  • the processor 120 may include a main processor 121 (eg, a central processing unit or an application processor) or a secondary processor 123 (eg, a graphic processing unit, a neural network processing unit ( NPU: neural processing unit (NPU), image signal processor, sensor hub processor, or communication processor).
  • a main processor 121 eg, a central processing unit or an application processor
  • a secondary processor 123 eg, a graphic processing unit, a neural network processing unit ( NPU: neural processing unit (NPU), image signal processor, sensor hub processor, or communication processor.
  • NPU neural network processing unit
  • the secondary processor 123 may be implemented separately from or as part of the main processor 121 .
  • the secondary processor 123 may, for example, take the place of the main processor 121 while the main processor 121 is in an inactive (eg, sleep) state, or the main processor 121 is active (eg, running an application). ) state, together with the main processor 121, at least one of the components of the electronic device 101 (eg, the display module 160, the sensor module 176, or the communication module 190) It is possible to control at least some of the related functions or states.
  • the auxiliary processor 123 eg, image signal processor or communication processor
  • the auxiliary processor 123 may include a hardware structure specialized for processing an artificial intelligence model.
  • AI models can be created through machine learning. Such learning may be performed, for example, in the electronic device 101 itself where the artificial intelligence model is performed, or may be performed through a separate server (eg, the server 108).
  • the learning algorithm may include, for example, supervised learning, unsupervised learning, semi-supervised learning or reinforcement learning, but in the above example Not limited.
  • the artificial intelligence model may include a plurality of artificial neural network layers.
  • Artificial neural networks include deep neural networks (DNNs), convolutional neural networks (CNNs), recurrent neural networks (RNNs), restricted boltzmann machines (RBMs), deep belief networks (DBNs), bidirectional recurrent deep neural networks (BRDNNs), It may be one of deep Q-networks or a combination of two or more of the foregoing, but is not limited to the foregoing examples.
  • the artificial intelligence model may include, in addition or alternatively, software structures in addition to hardware structures.
  • the memory 130 may store various data used by at least one component (eg, the processor 120 or the sensor module 176) of the electronic device 101 .
  • the data may include, for example, input data or output data for software (eg, program 140) and commands related thereto.
  • the memory 130 may include volatile memory 132 or non-volatile memory 134 .
  • the program 140 may be stored as software in the memory 130 and may include, for example, an operating system 142 , middleware 144 , or an application 146 .
  • the input module 150 may receive a command or data to be used by a component (eg, the processor 120) of the electronic device 101 from the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the input module 150 may include, for example, a microphone, a mouse, a keyboard, a key (eg, a button), or a digital pen (eg, a stylus pen).
  • the sound output module 155 may output sound signals to the outside of the electronic device 101 .
  • the sound output module 155 may include, for example, a speaker or a receiver.
  • the speaker can be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback.
  • a receiver may be used to receive an incoming call. According to one embodiment, the receiver may be implemented separately from the speaker or as part of it.
  • the display module 160 may visually provide information to the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the display module 160 may include, for example, a display, a hologram device, or a projector and a control circuit for controlling the device.
  • the display module 160 may include a touch sensor set to detect a touch or a pressure sensor set to measure the intensity of force generated by the touch.
  • the audio module 170 may convert sound into an electrical signal or vice versa. According to one embodiment, the audio module 170 acquires sound through the input module 150, the sound output module 155, or an external electronic device connected directly or wirelessly to the electronic device 101 (eg: Sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or a headphone).
  • the audio module 170 acquires sound through the input module 150, the sound output module 155, or an external electronic device connected directly or wirelessly to the electronic device 101 (eg: Sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or a headphone).
  • the sensor module 176 detects an operating state (eg, power or temperature) of the electronic device 101 or an external environmental state (eg, a user state), and generates an electrical signal or data value corresponding to the detected state. can do.
  • the sensor module 176 may include, for example, a gesture sensor, a gyro sensor, an air pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an IR (infrared) sensor, a bio sensor, It may include a temperature sensor, humidity sensor, or light sensor.
  • the interface 177 may support one or more designated protocols that may be used to directly or wirelessly connect the electronic device 101 to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the interface 177 may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, an SD card interface, or an audio interface.
  • HDMI high definition multimedia interface
  • USB universal serial bus
  • SD card interface Secure Digital Card interface
  • audio interface audio interface
  • connection terminal 178 may include a connector through which the electronic device 101 may be physically connected to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the connection terminal 178 may include, for example, an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, or an audio connector (eg, a headphone connector).
  • the haptic module 179 may convert electrical signals into mechanical stimuli (eg, vibration or motion) or electrical stimuli that a user may perceive through tactile or kinesthetic senses.
  • the haptic module 179 may include, for example, a motor, a piezoelectric element, or an electrical stimulation device.
  • the camera module 180 may capture still images and moving images. According to one embodiment, the camera module 180 may include one or more lenses, image sensors, image signal processors, or flashes.
  • the power management module 188 may manage power supplied to the electronic device 101 .
  • the power management module 188 may be implemented as at least part of a power management integrated circuit (PMIC), for example.
  • PMIC power management integrated circuit
  • the battery 189 may supply power to at least one component of the electronic device 101 .
  • the battery 189 may include, for example, a non-rechargeable primary cell, a rechargeable secondary cell, or a fuel cell.
  • the communication module 190 is a direct (eg, wired) communication channel or a wireless communication channel between the electronic device 101 and an external electronic device (eg, the electronic device 102, the electronic device 104, or the server 108). Establishment and communication through the established communication channel may be supported.
  • the communication module 190 may include one or more communication processors that operate independently of the processor 120 (eg, an application processor) and support direct (eg, wired) communication or wireless communication.
  • the communication module 190 is a wireless communication module 192 (eg, a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module) or a wired communication module 194 (eg, : a local area network (LAN) communication module or a power line communication module).
  • a wireless communication module 192 eg, a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module
  • GNSS global navigation satellite system
  • wired communication module 194 eg, : a local area network (LAN) communication module or a power line communication module.
  • a corresponding communication module is a first network 198 (eg, a short-range communication network such as Bluetooth, wireless fidelity (WiFi) direct, or infrared data association (IrDA)) or a second network 199 (eg, legacy It may communicate with the external electronic device 104 through a cellular network, a 5G network, a next-generation communication network, the Internet, or a telecommunications network such as a computer network (eg, a LAN or a WAN).
  • a telecommunications network such as a computer network (eg, a LAN or a WAN).
  • These various types of communication modules may be integrated as one component (eg, a single chip) or implemented as a plurality of separate components (eg, multiple chips).
  • the wireless communication module 192 uses subscriber information (eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)) stored in the subscriber identification module 196 within a communication network such as the first network 198 or the second network 199.
  • subscriber information eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)
  • IMSI International Mobile Subscriber Identifier
  • the electronic device 101 may be identified or authenticated.
  • the wireless communication module 192 may support a 5G network after a 4G network and a next-generation communication technology, for example, NR access technology (new radio access technology).
  • NR access technologies include high-speed transmission of high-capacity data (enhanced mobile broadband (eMBB)), minimization of terminal power and access of multiple terminals (massive machine type communications (mMTC)), or high reliability and low latency (ultra-reliable and low latency (URLLC)).
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • mMTC massive machine type communications
  • URLLC ultra-reliable and low latency
  • -latency communications can be supported.
  • the wireless communication module 192 may support a high frequency band (eg, mmWave band) to achieve a high data rate, for example.
  • the wireless communication module 192 uses various technologies for securing performance in a high frequency band, such as beamforming, massive multiple-input and multiple-output (MIMO), and full-dimensional multiplexing. Technologies such as input/output (FD-MIMO: full dimensional MIMO), array antenna, analog beam-forming, or large scale antenna may be supported.
  • the wireless communication module 192 may support various requirements defined for the electronic device 101, an external electronic device (eg, the electronic device 104), or a network system (eg, the second network 199).
  • the wireless communication module 192 is a peak data rate for eMBB realization (eg, 20 Gbps or more), a loss coverage for mMTC realization (eg, 164 dB or less), or a U-plane latency for URLLC realization (eg, Example: downlink (DL) and uplink (UL) each of 0.5 ms or less, or round trip 1 ms or less) may be supported.
  • eMBB peak data rate for eMBB realization
  • a loss coverage for mMTC realization eg, 164 dB or less
  • U-plane latency for URLLC realization eg, Example: downlink (DL) and uplink (UL) each of 0.5 ms or less, or round trip 1 ms or less
  • the antenna module 197 may transmit or receive signals or power to the outside (eg, an external electronic device).
  • the antenna module 197 may include an antenna including a radiator formed of a conductor or a conductive pattern formed on a substrate (eg, PCB).
  • the antenna module 197 may include a plurality of antennas (eg, an array antenna). In this case, at least one antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network 198 or the second network 199 is selected from the plurality of antennas by the communication module 190, for example. can be chosen A signal or power may be transmitted or received between the communication module 190 and an external electronic device through the selected at least one antenna.
  • other components eg, a radio frequency integrated circuit (RFIC) may be additionally formed as a part of the antenna module 197 in addition to the radiator.
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • the antenna module 197 may form a mmWave antenna module.
  • the mmWave antenna module includes a printed circuit board, an RFIC disposed on or adjacent to a first surface (eg, a lower surface) of the printed circuit board and capable of supporting a designated high frequency band (eg, mmWave band); and a plurality of antennas (eg, array antennas) disposed on or adjacent to a second surface (eg, a top surface or a side surface) of the printed circuit board and capable of transmitting or receiving signals of the designated high frequency band. can do.
  • peripheral devices eg, a bus, general purpose input and output (GPIO), serial peripheral interface (SPI), or mobile industry processor interface (MIPI)
  • signal e.g. commands or data
  • commands or data may be transmitted or received between the electronic device 101 and the external electronic device 104 through the server 108 connected to the second network 199 .
  • Each of the external electronic devices 102 or 104 may be the same as or different from the electronic device 101 .
  • all or part of operations executed in the electronic device 101 may be executed in one or more external electronic devices among the external electronic devices 102 , 104 , or 108 .
  • the electronic device 101 when the electronic device 101 needs to perform a certain function or service automatically or in response to a request from a user or another device, the electronic device 101 instead of executing the function or service by itself.
  • one or more external electronic devices may be requested to perform the function or at least part of the service.
  • One or more external electronic devices receiving the request may execute at least a part of the requested function or service or an additional function or service related to the request, and deliver the execution result to the electronic device 101 .
  • the electronic device 101 may provide the result as at least part of a response to the request as it is or additionally processed.
  • cloud computing distributed computing, mobile edge computing (MEC), or client-server computing technology may be used.
  • the electronic device 101 may provide an ultra-low latency service using, for example, distributed computing or mobile edge computing.
  • the external electronic device 104 may include an internet of things (IoT) device.
  • Server 108 may be an intelligent server using machine learning and/or neural networks. According to one embodiment, the external electronic device 104 or server 108 may be included in the second network 199 .
  • the electronic device 101 may be applied to intelligent services (eg, smart home, smart city, smart car, or health care) based on 5G communication technology and IoT-related technology.
  • FIG. 2 is a block diagram 200 of power conversion module 187 , power management module 188 , and battery 189 in accordance with various embodiments.
  • the power management module 188 may include a charging circuit 210 , a power regulator 220 , or a power gauge 230 .
  • the charging circuit 210 may charge the battery 189 using power supplied from an external power source for the electronic device 101 .
  • the charging circuit 210 may include a type of external power source (eg, a power adapter, USB or wireless charging), a size of power supplied from the external power source (eg, about 20 watts or more), or a battery (189 ), a charging method (eg, normal charging or rapid charging) may be selected based on at least some of the properties of the battery 189 and the battery 189 may be charged using the selected charging method.
  • the external power source may be connected to the electronic device 101 by wire, for example, through a connection terminal 178 or wirelessly through an antenna module 197 .
  • the power regulator 220 may generate a plurality of powers having different voltages or different current levels by, for example, adjusting a voltage level or a current level of power supplied from an external power source or the battery 189 .
  • the power regulator 220 may adjust the power of the external power supply or battery 189 to a voltage or current level suitable for each of some of the components included in the electronic device 101 .
  • the power regulator 220 may be implemented in the form of a low drop out (LDO) regulator or a switching regulator.
  • the power gauge 230 may measure usage state information (eg, capacity of the battery 189, number of charge/discharge cycles, voltage, or temperature) of the battery 189.
  • the power management module 188 uses, for example, the charging circuit 210, the voltage regulator 220, or the power gauge 230, based at least in part on the measured state of use information to determine the battery 189's Charging state information related to charging (eg, lifetime, overvoltage, undervoltage, overcurrent, overcharge, overdischarge, overheating, short circuit, or swelling) may be determined.
  • the power management module 188 may determine whether the battery 189 is normal or abnormal based at least in part on the determined state of charge information. When the state of the battery 189 is determined to be abnormal, the power management module 188 may adjust charging of the battery 189 (eg, reduce charging current or voltage, or stop charging). According to one embodiment, at least some of the functions of the power management module 188 may be performed by an external control device (eg, the processor 120).
  • the battery 189 may include a battery protection circuit module (PCM) 240 according to one embodiment.
  • the battery protection circuit 240 may perform one or more of various functions (eg, a pre-blocking function) to prevent deterioration or burnout of the battery 189 .
  • the battery protection circuit 240 is, additionally or alternatively, a battery management system (battery management system) capable of performing various functions including cell balancing, measuring the capacity of a battery, measuring the number of charge/discharge times, measuring temperature, or measuring voltage. BMS))).
  • At least a portion of the information on the state of use or the state of charge of the battery 189 is a corresponding sensor (eg, temperature sensor) of the sensor module 276, a power gauge 230, or a power management module. It can be measured using (188).
  • the corresponding sensor (eg, temperature sensor) of the sensor module 176 may be included as part of the battery protection circuit 240 or disposed adjacent to the battery 189 as a separate device.
  • the power conversion module 187 may include a first conversion circuit 250 , a second conversion circuit 260 , and a voltage comparator 270 .
  • the first conversion circuit 250 may receive a charging voltage from the charging circuit 210 or a discharging voltage of the battery from the battery 189 .
  • the first conversion circuit 250 may convert the input charging voltage or discharging voltage and supply the supply voltage to the second conversion circuit 260 .
  • a processor may cause the charging circuit 210 and/or the power regulator 220 of the power management module 188 to operate when external power is supplied.
  • the charging circuit 210 may include a semiconductor device (not shown) for controlling the direction of current input and output to the battery 189 .
  • the semiconductor device may allow current to flow from the charging circuit 210 to the battery 189 to charge the battery when external power is supplied, and discharge current to flow from the battery 189 when external power is not supplied. there is.
  • the second conversion circuit 260 may convert the input supply voltage and supply it to a load.
  • the second conversion circuit 260 may supply power to a load that finally consumes power in the electronic device.
  • the second conversion circuit 260 may be referred to as a point of load (POL) DCDC converter that is located right in front of the load and converts the input DC supply voltage.
  • POL point of load
  • the second conversion circuit 260 converts the normally input supply voltage and supplies it to the load, so that a voltage equal to or higher than the minimum voltage required for operation (eg, 3.3V) is the first conversion circuit 250. ) can be supplied from
  • power efficiency of the second conversion circuit 260 may vary according to an input/output voltage conversion ratio of the second conversion circuit 260 .
  • the input/output voltage conversion ratio may mean a value obtained by dividing the magnitude of the voltage output from the second conversion circuit 260 (or the magnitude of the voltage supplied to the load) by the magnitude of the supply voltage input to the second conversion circuit 260. there is.
  • the power efficiency of the second conversion circuit 260 may be high. Power efficiency according to the input/output voltage conversion ratio of the second conversion circuit 260 will be described in detail with reference to FIGS. 11 to 15 .
  • the voltage comparator 270 may compare the magnitude of the supply voltage or discharge voltage input to the first conversion circuit 250 with the magnitude of the set voltage.
  • the voltage comparator 270 may compare the level of the supply voltage or discharge voltage input to the first conversion circuit 250 with the set voltage level, and supply a control signal to the first conversion circuit 250. there is.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operation of an electronic device 101 according to various embodiments.
  • an electronic device 101 includes a charging circuit 210, a processor 120, a battery 189, a first conversion circuit 250, a second conversion circuit 260, A voltage comparator 270 may be included.
  • the adapter 305 may convert input AC power into DC power and supply it to the electronic device 101 .
  • the voltage and power of the DC power supplied from the adapter 305 to the electronic device 101 may vary.
  • the voltage level of the DC power supply may be 5/9/15/20V, and the power level may be various, such as 15/27/45/100W.
  • the adapter 305 may supply DC power of 20Vdc and 65W to the electronic device 101 .
  • the charging circuit 210 may convert an input voltage of an external power source into a charging voltage for charging a battery.
  • the charging circuit 210 may receive external power from the adapter 305 .
  • the charging circuit 210 may operate when external power is input.
  • the processor 120 may identify whether the adapter 305 has been inserted into the electronic device 101 .
  • the processor 120 may supply a control signal for the charging circuit 210 to operate to the charging circuit 210.
  • the charging voltage output as A from the charging circuit 210 may be supplied to the battery 189 to charge the battery 189 .
  • charging current may flow from A to battery 189 .
  • the charging voltage output as A from the charging circuit 210 may be supplied to the first conversion circuit 250 .
  • the charging voltage input to the first conversion circuit 250 can be supplied only when the adapter 305 is inserted into the electronic device 101 and the processor 120 controls the charging circuit 210 to operate.
  • the charging voltage at A output from the charging circuit 210 may depend on the voltage charged in the battery 189 .
  • the magnitude of the charging voltage at A may be the same as the magnitude of the voltage charged in the battery 189 .
  • the battery 189 may include four battery cells connected in series, and the voltage of each battery cell may be in a range of 3V or more and 4.35V or less depending on a state of charge.
  • a 4S battery in which four battery cells are connected in series may have a battery charging voltage of 12V or more and 17.4V or less depending on the state of charge.
  • the magnitude of the charging voltage output as A from the charging circuit 210 may be within a range of 12V or more and 17.4V or less, the same as the charging voltage of the 4S battery.
  • the voltage of the battery 189, the voltage of the battery cell, and the connection structure of the battery cell are not limited to the above examples and may be equally applied to 3S and 2S batteries.
  • the battery 189 may be charged according to the charging voltage converted by the charging circuit 210 when external power is input.
  • the battery 189 may discharge the charged voltage when external power is not input. Discharging the voltage at which the battery 189 is charged may be understood as supplying the charged power to the battery 189 .
  • the battery 189 may supply a discharge voltage according to the magnitude of the voltage charged in the battery 189 to the first conversion circuit 250 .
  • the discharge voltage may be applied to A.
  • the magnitude of the discharge voltage may vary according to the magnitude of the voltage charged in the battery. As described above, in the case of a 4S battery in which four battery cells are connected in series, the discharge voltage may be greater than or equal to 12V and less than or equal to 17.4V.
  • the first conversion circuit 250 may convert any one of an input charge voltage or discharge voltage into a supply voltage according to a conversion ratio.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be N:1.
  • N is an integer greater than or equal to 2 in the conversion ratio N:1
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 may vary (e.g., 2:1 , 3:1, 4:1, 5:1, 2.5:1, or 3.5:1).
  • the processor 120 of the electronic device 101 may input a charging voltage or a discharging voltage to the first conversion circuit 250 according to whether power is supplied from the outside. As described above, when the adapter 305 is inserted into the electronic device 101, the processor 120 may turn on the charging circuit 210 and supply the charging voltage to the first conversion circuit 250. there is. When the adapter 305 is not inserted into the electronic device 101, the processor 120 turns off the charging circuit 210 and converts the discharge voltage of the battery 189 to the first conversion circuit 250. can be supplied with
  • a range of a charging voltage or a discharging voltage input to the first conversion circuit 250 may be narrower than a range of a supply voltage converted and output by the first conversion circuit 250 .
  • the range of the voltage input to the first conversion circuit 250 may be in the range of 12V or more and 17.4V or less, and the range of the voltage output from the first conversion circuit 250 is the first conversion circuit 250 Depending on the conversion ratio of , it may be in the range of 4V or more and 5.8V or less, or 3V or more and 4.35V or less.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be determined according to the magnitude of the input charge voltage or discharge voltage.
  • the processor 120 may identify the magnitude of the charging voltage or the discharging voltage supplied to the first conversion circuit 250 .
  • the processor 120 may determine the conversion ratio of the first conversion circuit 250 by comparing the level of the charging voltage or the discharging voltage with the set voltage level.
  • the processor 120 may supply a control signal to the first conversion circuit 250 so that the first conversion circuit 250 operates according to the determined conversion ratio.
  • the voltage comparator 270 may identify the level of the charging voltage or the discharging voltage supplied to the first conversion circuit 250 .
  • the voltage comparator 270 may supply a control signal to the first conversion circuit 250 according to a result of comparing the magnitude of the charge voltage or discharge voltage with the set voltage magnitude (eg, the reference voltage (threshold value) of FIG. 3).
  • a conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be determined according to the control signal.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be determined according to the magnitude of the charge voltage or discharge voltage and the magnitude of the voltage required for the operation of the second conversion circuit 260 .
  • the second conversion circuit 260 may include an IC to convert the supply voltage and supply it to the load. Like the IC bias voltage for the operation of the IC, the second conversion circuit 260 needs to be supplied with a voltage equal to or higher than the voltage necessary for operation (eg, 3.3V or higher).
  • the conversion ratio may be determined such that the minimum level of the supply voltage output according to the conversion ratio in the first conversion circuit 250 is greater than the level of voltage required for the operation of the second conversion circuit.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 when the magnitude of the charge voltage or discharge voltage is 12V or more and 14V or less is 3:1, and when the magnitude is greater than 14V and 17.4V or more, the conversion ratio of the first conversion circuit 250 is 3:1. It could be 4:1.
  • the magnitude of the voltage at B in FIG. 3 can be determined according to the magnitude of the voltage at A and the conversion ratio, the magnitude of the voltage at B is greater than the magnitude of the minimum voltage required for the operation of the second conversion circuit 260.
  • the conversion ratio can be determined according to the magnitude of the voltage at A.
  • the second conversion circuit 260 may convert the supply voltage and supply it to the load.
  • the second conversion circuit 260 may receive the supply voltage output from the first conversion circuit 250 as an input. Since the second conversion circuit 260 converts the input supply voltage and supplies it to the load, the input/output voltage of the second conversion circuit 260 is converted compared to the case where the output voltage output from the charging circuit 210 is converted and supplied to the load. Rain may increase.
  • 4 is a schematic circuit diagram of an electronic device according to various embodiments. 4 shows a circuit diagram of an electronic device 101 including a battery 189 in which four battery cells are connected in series, among various embodiments.
  • an electronic device 101 includes a charging circuit 210, a processor 120, a battery 189, a first conversion circuit 250, a second conversion circuit 260, A voltage comparator 270 may be included.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a case in which an adapter 305 supplies external power of 20Vdc and 65W to a charging circuit 210 of an electronic device (eg, the electronic device 101 of FIG. 1 ) according to various embodiments.
  • the charging circuit 210 may include a narrow VDC (NVDC) charger 211 and a semiconductor device 212 .
  • NVDC narrow VDC
  • the NVDC charger 211 may convert an input voltage of external power into a charging voltage for charging the battery 189 .
  • the range of the charging voltage may be smaller than the range of the input voltage of the external power supply (eg, 12V or more and 17.4V or less).
  • the operation of the NVDC charger 211 may be controlled by the processor 120 .
  • the processor 120 may identify whether the adapter 305 is inserted into the electronic device 101 .
  • the NVDC charger 211 may supply a high ADT_SEL signal to the processor 120 .
  • the processor 120 may supply I_CHG, V_CHG and high CHE_EN signals to the NVDC charger 211.
  • the NVDC charger 211 may operate (ON) according to the high CHE_EN signal.
  • the NVDC charger 211 may supply a low ADT_SEL signal to the processor 120 .
  • the processor 120 may supply a low CHE_EN signal to the NVDC charger 211 .
  • the NVDC charger 211 may stop (OFF) its operation.
  • the semiconductor device 212 may control a direction of current input/output to the battery 189 .
  • the semiconductor device 212 may allow a charging current to flow from A to the battery 189 when a charging voltage is supplied to A from the NVDC charger 211 .
  • the semiconductor device 212 may allow current due to discharge of the battery 189 to flow from the battery 189 to A when the NVDC charger 211 does not operate because the adapter 305 is removed.
  • the processor 120 may identify information about the battery 189 .
  • the processor 120 may identify information about the battery 189 of at least one of voltage, current, temperature, relative state of capacity (RSOC), charge/discharge cycle count, status, manufacturer access, and alarm.
  • RSOC relative state of capacity
  • charge/discharge cycle count status
  • manufacturer access and alarm.
  • the processor 120 may identify information about the battery 189 of at least one of device name, chemistry, design capacity (DC), and full charge capacity (FCC).
  • RSOC may mean Remaining Capacity / FCC
  • ASOC may mean Remaining Capacity / Design Capacity.
  • the processor 120 may be connected to identify information of the battery 189 .
  • the processor 120 may be connected to the battery 189 through SMBus to identify information about the battery 189 .
  • the processor 120 may control the operation of the charging circuit 210 .
  • the processor 120 may control the charging voltage V_CHG and the charging current I_CHG supplied from the charging circuit 120 to the battery 189 .
  • the processor 120 may set the charging voltage and charging current based on the voltage range of the battery cells of the battery 189 and the serial/parallel structure to which the battery cells are connected.
  • the processor 120 may supply control signals such as I_CHG and V_CHG signals to the NVDC charger 211 based on the set charging voltage and charging current.
  • the processor 120 may perform constant voltage constant current control in the process of charging the battery 189 using a control signal.
  • the magnitude of the voltage at A in FIG. 3 may be determined according to the battery 189 .
  • the voltage applied to A may be a charging voltage output from the NVDC charger 211 or a discharging voltage of the battery 189 .
  • the charging voltage applied to A is controlled by the processor 120 and may be determined according to characteristics of the battery 189, such as a series/parallel structure of the battery 189 and a voltage of a battery cell.
  • the discharge voltage applied to A may be determined according to characteristics of the battery 189, such as a series/parallel structure of the battery 189, a voltage of the battery cell, and a state of charge of the battery 189.
  • the first conversion circuit 250 may convert the input charge voltage or discharge voltage into a supply voltage according to a conversion ratio.
  • FIG. 4 shows a first conversion circuit 250 that converts a charging or discharging voltage (VDC1) of 12V or more and 17.4V or less into a supply voltage of 3.5V or more and 4.67V or less according to a conversion ratio.
  • VDC1 charging or discharging voltage
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be determined according to the magnitude of the charging voltage or the discharging voltage. For example, the conversion ratio when the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage is equal to or greater than the set voltage level may be smaller than the conversion ratio when the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage is less than the set voltage level.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 when the magnitude of the voltage at A is greater than the set magnitude may be smaller than the conversion ratio of the first conversion circuit 250 when the magnitude of the voltage at A is less than the set magnitude.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be a value obtained by dividing the magnitude of the voltage at B by the magnitude of the voltage at A.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be determined to be 4:1, and the supply voltage range is greater than 3.5V and 4.35V. may be below.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be determined to be 3:1, and the range of the supply voltage may be greater than or equal to 4V and less than or equal to 4.67V. there is.
  • the supply voltage VDC2 at B output from the first conversion circuit 250 may be in the range of 3.5V or more and 4.67V or less.
  • the conversion ratio may be determined according to the magnitude of the charging voltage or the discharging voltage and the magnitude of the voltage required for the operation of the second conversion circuit 260 .
  • the level of voltage required for the operation of the second conversion circuit 260 may be greater than or equal to 3.3V.
  • the conversion ratio of 3:1 or 4:1 determined in the above example may be determined in consideration of the magnitude of the charge voltage or discharge voltage and the supply voltage equal to or greater than the magnitude of the voltage necessary for the operation of the second conversion circuit 260.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be determined by the processor 120 or the voltage comparator 270 .
  • the processor 120 may determine a conversion ratio by comparing the level of the identified charge voltage or discharge voltage with a set voltage level, and may supply a control signal to the first conversion circuit 250 .
  • the voltage comparator 270 may determine a conversion ratio by comparing the magnitude of the charge voltage or discharge voltage with a set reference voltage (eg, Ref 14V). The voltage comparator 270 may supply a control signal to the first conversion circuit 250 .
  • the second conversion circuit 260 may convert the supply voltage and supply it to the load.
  • FIG. 4 describes the case of an electronic device including a 4S battery in which the voltage of each battery cell is 3V or more and 4.35V or less, but is not limited thereto.
  • the battery 189 may be described with a different conversion ratio even when the number of battery cells connected in series is different or the voltage of each battery cell is different, such as a 2S battery or a 3S battery other than a 4S battery.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of an electronic device (eg, the electronic device 101 of FIG. 1 ) operating on a motherboard according to various embodiments.
  • an electronic device eg, the electronic device 101 of FIG. 1
  • FIG. 5 is a circuit diagram of an electronic device (eg, the electronic device 101 of FIG. 1 ) operating on a motherboard according to various embodiments.
  • an electronic device operating on a motherboard may include a buck converter 213, a semiconductor device 212, a battery 189, a charging controller 214, and a processor 120. .
  • the buck converter 213 may convert an input voltage of input power input from the adapter 305 into a charging voltage.
  • the converted charging voltage VDC1 may be supplied to the battery 189 through the semiconductor device 212 .
  • the charging voltage may be supplied to the first conversion circuit (eg, the first conversion circuit 250 of FIG. 2 ).
  • VSYS may be connected to the first conversion circuit.
  • the voltage charged in the battery 189 is discharged, and the discharge voltage passes through the semiconductor device 212 to the first conversion circuit (eg, the first conversion circuit 250 of FIG. 2) and It can be supplied to the connected VSYS.
  • the first conversion circuit eg, the first conversion circuit 250 of FIG. 2
  • the charge controller 214 identifies the amount of current I_CHG input and output to the battery 189 and/or the amount of current I_SYS input from the adapter 305, and the buck converter 213 and the semiconductor device 212 ) can be controlled. For example, the charge controller 214 identifies I_CHG and/or I_SYS, transmits information about the charging state to a processor (eg, processor 120 of FIG. 1) connected via SMBus, and transmits information about the charging state to the processor's control signal. The operation of the charging circuit can be controlled accordingly.
  • a processor eg, processor 120 of FIG. 1
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of the first conversion circuit 250 according to various embodiments.
  • the first conversion circuit 250 converts the input charging voltage (VDC1 in FIG. 6) into a supply voltage (VDC2 in FIG. 6) according to a conversion ratio (N: 1) can do.
  • a conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be determined according to a control signal. 6 shows a conversion ratio determined to be 3:1 when the control signal input to the first conversion circuit 250 is High and 4:1 when the control signal is Low according to an embodiment.
  • control signal input to the first conversion circuit 250 may be determined by comparing the magnitude of the charging voltage input to the first conversion circuit 250 with the magnitude of the set voltage.
  • the first conversion circuit 250 may include a capacitor divider including a plurality of capacitors and a plurality of switches.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 may be determined according to a control signal and may be referred to as an active capacitor divider.
  • 7A, 7B, and 7C are circuit diagrams of a first conversion circuit 250-1 having a conversion ratio of 2:1 according to various embodiments.
  • the first conversion circuit 250 may include a plurality of switches and a plurality of capacitors.
  • the first conversion circuit 250 may charge a plurality of capacitors with a supply voltage according to the operation of a plurality of switches, and output the supply voltage charged in the plurality of capacitors.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit 250 is the supply voltage charged in each of the plurality of capacitors of the first conversion circuit 250 and the charge voltage or discharge voltage input to the first conversion circuit 250. It can mean the ratio of the size of
  • a plurality of switches of the first conversion circuit 250 may operate according to a control signal of a processor.
  • FIG. 7A shows the first conversion circuit 250-1 having a conversion ratio of 2:1
  • FIGS. 7B and 7C show capacitors Cfly and Cout at 1 of the voltage magnitude of the charging voltage Vin according to the conversion ratio of 2:1. It is a diagram showing the operation of charging with a voltage of /2.
  • the first conversion circuit 250-1 having a conversion ratio of 2:1 converts an input charging voltage (Vin in FIG. 7) to a supply voltage according to a conversion ratio of 2:1. (Vout in FIG. 7).
  • the switches M1 and M2 are turned on to charge the Cfly and Cout capacitors with a voltage of Vin/2, respectively.
  • a supply voltage Vout of a magnitude of Vin/2 which is half the magnitude of the charge voltage Vin, may be applied.
  • the ratio of Vin:Vout may be a conversion ratio of 2:1.
  • the voltage output from Vout which is the output terminal of the first conversion circuit 250-1, is the supply voltage charged in the capacitor Cfly or the supply voltage charged in the capacitor Cout, or the capacitor Cfly and the capacitor connected in parallel. It can be understood that the supply voltage of Cout is output.
  • FIG. 8A, 8B, and 8C show a first conversion circuit 250-2 having a conversion ratio of 3:1 and a first conversion circuit 250-3 having a conversion ratio of 4:1 according to various embodiments. is the circuit diagram of
  • FIG. 8A is a diagram showing a first conversion circuit 250-2 having a conversion ratio of 3:1, similar to the description of FIGS. 7A, 7B, and 7C, according to the operation of the switch, the capacitors CB, CA, and Cout.
  • a voltage obtained by converting a supply voltage that is, a charging voltage VIN according to a conversion ratio of 3:1 may be charged.
  • a voltage corresponding to the supply voltage charged in the respective capacitors CB, CA, and Cout, that is, VIN/3, may be applied to the VOUT terminal output from the first conversion circuit 250-2.
  • FIG 8B is a diagram showing the first conversion circuit 250-3 having a conversion ratio of 4:1, similar to the contents described in FIGS. 7A, 7B and 7C, capacitors C, CB, CA according to the operation of the switch , Cout may be charged with a voltage obtained by converting a supply voltage, that is, a charging voltage VIN according to a conversion ratio of 4:1.
  • a voltage corresponding to the supply voltage charged in the respective capacitors C, CB, CA, and Cout, that is, VIN/4, may be applied to the VOUT terminal output from the first conversion circuit 250-3.
  • FIG. 8C is a diagram showing determining the conversion ratio of the first conversion circuit 250 according to the operation of a plurality of switches.
  • a processor may determine a conversion ratio of the first conversion circuit 250 by controlling operations of a plurality of switches.
  • the drawing on the left in FIG. 8C is a circuit diagram of the first conversion circuit 250-3 having a conversion ratio of 4:1.
  • the first conversion circuit 250-3 having a conversion ratio of 4:1 turns on the switch Q1 (ST) and turns off the switch Q3 (SH1) according to a control signal from a processor (eg, the processor 120 of FIG. 1). can make it
  • switch Q1 and switch Q3 are turned on and off, respectively, in the first conversion circuit 250-3 having a conversion ratio of 4:1
  • the conversion ratio of 3:1 is shown in the right circuit of FIG. 8(c). 1 can operate in the same way as the conversion circuit 250-2.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of the second conversion circuit 260 according to various embodiments.
  • the second conversion circuit 260 may convert a supply voltage and supply the converted voltage to a load.
  • the supply voltage (VDC2 in FIG. 9 ) input to the second conversion circuit 260 may be 3.5V or more and 4.67V or less.
  • the second conversion circuit 260 may convert the supply voltage using a buck step down converter 261 and supply the converted voltage to a load.
  • the magnitude of the voltage (Vout in FIG. 9) supplied to the load may be about 1.0V.
  • the magnitude of the voltage supplied to the load may vary depending on the load.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit is the magnitude of the voltage required for the operation of the second conversion circuit 260 and the magnitude of the voltage input to the first conversion circuit. can be determined according to
  • the magnitude of the voltage input to the first conversion circuit may be greater than or equal to 12V and less than or equal to 17.4V.
  • the level of voltage (eg, IC bias voltage) required for the operation of the second conversion circuit 260 may be 3.3V or more.
  • the processor sets the conversion ratio of the first conversion circuit to 3 so that the magnitude of the supply voltage input to the second conversion circuit is greater than or equal to 3.5V. :1 can be determined.
  • the processor may determine the conversion ratio of the first conversion circuit to be 4:1 when the magnitude of the voltage input to the first conversion circuit is greater than 14V and less than or equal to 17.4V.
  • the magnitude of the voltage input to the first conversion circuit may be greater than or equal to 9V and less than or equal to 13.05V.
  • the processor requires that the magnitude of the supply voltage be greater than or equal to the voltage required for the operation of the second conversion circuit 260 (eg, 3.3V). above), the conversion ratio can be determined as 2:1 or 3:1.
  • FIG. 10A and 10B are diagrams illustrating a conversion ratio and a supply voltage of a first conversion circuit according to a magnitude of a charging voltage or a discharging voltage, according to various embodiments.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a supply voltage of an electronic device (eg, the electronic device 101 of FIG. 1 ) including a 4S battery having a voltage range of 12V or more and 17.4V or less according to various embodiments.
  • the voltage range of the battery and the serial/parallel connection structure of the battery are not limited to the above examples.
  • FIG. 10A shows a second conversion circuit (eg, the first conversion circuit 250 of FIG. 2 ) as the battery (eg, the battery 189 of FIG. 1 ) is discharged according to various embodiments.
  • a processor may determine a conversion ratio of the first conversion circuit by comparing a discharge voltage level of the battery with a set voltage level.
  • the processor may determine the conversion ratio of the first conversion circuit to be 4:1 when the discharge voltage exceeds the preset voltage level of 14V. For example, in FIG. 10A , the processor may determine the conversion ratio of the first conversion circuit to be 3:1 when the discharge voltage is equal to or less than the set voltage level of 14V.
  • the discharge voltage of the fully charged battery may be supplied to the first conversion circuit.
  • the discharge voltage of the fully charged battery is 17.4V
  • the processor may determine the conversion ratio of the first conversion circuit to be 4:1.
  • the magnitude of the supply voltage supplied to the second conversion circuit may be 4.35V.
  • the processor may determine the change ratio of the first conversion circuit to be 3:1.
  • the processor may control the conversion ratio of the first conversion circuit to be 3:1, and the conversion ratio is 3:1.
  • the size of the supply voltage according to may be 4.67V.
  • the discharge voltage of the battery may decrease to 12V and the supply voltage to 4.0V as the battery discharges.
  • 10B shows a second conversion circuit (eg, from the first conversion circuit 250 in FIG. 2 ) as the battery (eg, the battery 189 of FIG. 1 ) is charged according to various embodiments.
  • FIG. 10B shows the magnitude of the supply voltage as a fully discharged battery is charged.
  • the charging voltage supplied to the first conversion circuit may increase from 12V to 14V as the battery is charged.
  • the processor may determine a conversion ratio of the first conversion circuit to be 3:1 when the magnitude of the charging voltage is greater than or equal to 12V and less than 14V. For example, when the magnitude of the charging voltage becomes 14V or higher as charging progresses, the processor may change the conversion ratio of the first conversion circuit to 4:1.
  • the electronic device determines a conversion ratio of a first conversion circuit, so that a supply voltage having a magnitude greater than or equal to a predetermined voltage level (eg, 3.3V or greater) is converted to a second voltage. It can be supplied to the conversion circuit.
  • a predetermined voltage level eg, 3.3V or greater
  • 11 to 15 are diagrams illustrating power efficiency as a supply voltage decreases, according to various embodiments.
  • 11A and 11B are diagrams showing efficiency according to the magnitude of a supply voltage (Vin in FIG. 11) input to a second conversion circuit (eg, the second conversion circuit 260 in FIG. 2).
  • the second conversion circuit (eg, the second conversion circuit 260 of FIG. 2 ) according to various embodiments may include a buck converter.
  • the triangular wave of A with a low I/O conversion ratio has a higher current than when the conversion ratio is C with a high conversion ratio. It can be seen that the value is large.
  • Equation 1 is the loss due to the inductor coil of the buck converter, is the inductor current, may mean the series equivalent resistance of the inductor.
  • the loss due to the winding (copper) of the inductor is the square of the RMS value of the current Since it is proportional to , it can be seen from FIG. 12 that the loss of A with a low input/output voltage conversion ratio is greater than the loss of C.
  • FIG. 13 is a diagram showing an efficiency curve according to a voltage conversion ratio of a buck converter according to various embodiments.
  • Equation 2 above is the conduction loss power of the buck converter, is the output current of the buck converter, is the on time of the switching period, is the off time of the switching period, is the on resistance of the silver FET, is the reverse recovery charge of the silver FET, is the input voltage of Buck converter, may mean a switching frequency.
  • Means the duty ratio of the buck converter can be is the top switch of the buck converter, may mean the lower switch of the buck converter.
  • is the on resistance of the upper switch FET is the on-time of the upper switch switching cycle, is the off-time of the upper switch switching cycle, May mean the amount of reverse recovery charge of the lower switch FET.
  • the efficiency is high when the input voltage V is around 12V, that is, when the input/output voltage conversion ratio is close to 1, and as the value of the input voltage V increases, the input/output voltage conversion ratio increases. It can be seen that the efficiency gradually decreases as the size decreases.
  • the second conversion circuit may convert the supply voltage and supply it to the load, and the magnitude of the voltage supplied to the load is smaller than the magnitude of the supply voltage.
  • the second conversion circuit operates in a region where the conversion ratio is smaller than 1.
  • the total MOSFET loss of the second conversion circuit decreases as the conversion ratio increases in a region smaller than 1, and the efficiency of the second conversion circuit increases when the conversion ratio is 1. It can be seen that it increases as the area becomes larger in a smaller area.
  • the magnitude of total power loss occurring in the first conversion circuit may be smaller than the magnitude of power loss in the second conversion circuit, which is reduced by supplying the supply voltage from the first conversion circuit to the second conversion circuit.
  • FIG. 14 and 15 are diagrams showing the efficiency measured according to the magnitude (Vin) of the input voltage input to each second conversion circuit (eg, the second conversion circuit 260 of FIG. 2).
  • the efficiency is high when the magnitude of the supply voltage (VIN) input to the OLED driver is small.
  • An electronic device may supply a supply voltage obtained by converting a charging voltage or a discharging voltage in a first conversion circuit according to a conversion ratio to a second conversion circuit.
  • An electronic device may increase an input/output voltage conversion ratio of the second conversion circuit by supplying a supply voltage to the second conversion circuit.
  • the input/output voltage conversion ratio is that the supply voltage converted in the first conversion circuit is the second conversion ratio. It may be lower than the input/output voltage conversion ratio when applied as an input of the conversion circuit.
  • power may be consumed in the first conversion circuit of the electronic device.
  • the amount of power consumed in the first conversion circuit may be smaller than the amount of power improved as the input/output voltage conversion ratio of the second conversion circuit increases.
  • 16 is a diagram illustrating a first conversion circuit operating on a motherboard according to various embodiments.
  • a first conversion circuit may include a plurality of capacitors and a plurality of switches.
  • the first conversion circuit shown in FIG. 16 integrates a plurality of capacitors and a plurality of switches.
  • a battery, a charging circuit, a first conversion circuit, a second conversion circuit, and a processor of an electronic device are arranged and connected on the motherboard of the electronic device, and are used as respective loads. power can be transmitted.
  • 17 is an operation flowchart of a power delivery method according to various embodiments.
  • an electronic device eg, the electronic device 101 of FIG. 1
  • an electronic device may identify whether external power is input in operation S1701. For example, when external power is input through an adapter (eg, the adapter 305 of FIG. 3 ), a charging circuit (eg, the charging circuit 210 of FIG. 2 ) to a processor (eg, the processor 120 of FIG. 1 ) ), a signal such as ADT_SEL (Active High) can be transmitted.
  • an adapter eg, the adapter 305 of FIG. 3
  • a charging circuit eg, the charging circuit 210 of FIG. 2
  • a processor eg, the processor 120 of FIG. 1
  • ADT_SEL Active High
  • An electronic device may convert an input voltage of external power into a charging voltage using a charging circuit (eg, the charging circuit 210 of FIG. 2 ) when external power is input in operation S1702 .
  • a charging circuit eg, the charging circuit 210 of FIG. 2
  • the charging voltage output from the charging circuit may depend on the voltage of a battery (eg, the battery 189 of FIG. 1 ).
  • the electronic device may input the charging voltage to the first conversion circuit (eg, the first conversion circuit 250 of FIG. 2 ) when external power is input in operation S1703 .
  • the charging voltage may be simultaneously applied to the battery and the first conversion circuit.
  • a charging voltage applied to the battery may charge the battery.
  • the electronic device may input the discharge voltage of the battery to the first conversion circuit when external power is not input in operation S1704.
  • a discharge voltage of a battery may be understood as the same as a voltage charged in the battery.
  • the electronic device may convert the charging voltage or the discharging voltage into the supply voltage according to the conversion ratio in the first conversion circuit in operation S1705.
  • the conversion ratio of the first conversion circuit may be N:1.
  • the conversion ratio N:1 of the first conversion circuit is the magnitude of the charge voltage or discharge voltage supplied to the first conversion circuit and the voltage for the second conversion circuit (eg, the second conversion circuit 260 of FIG. 2) to operate. can be determined according to the size of For example, when the range of charge voltage or discharge voltage is 14V or more and 17.4V or less, and the magnitude of the voltage for operating the second conversion circuit is 3.3V or more, the conversion ratio may be determined as 3:1 or 4:1. there is.
  • An electronic device may determine a conversion ratio of the first conversion circuit. For example, the electronic device may determine the conversion ratio of the first conversion circuit according to the magnitude of the charge voltage or discharge voltage input to the first conversion circuit and the magnitude of the set voltage. For example, the electronic device may determine a conversion ratio of 4:1 when the charge voltage or discharge voltage input to the first conversion circuit is greater than or equal to 14V and 3:1 when the magnitude of the discharge voltage is less than 14V.
  • the electronic device may convert the supply voltage in the second conversion circuit and supply the converted voltage to the load in operation S1706.
  • the input/output voltage conversion ratio of the second conversion circuit can be increased.
  • power efficiency of the second conversion circuit may be high.
  • An electronic device for example, the electronic device 101 of FIG. 1 performing the power transfer method according to various embodiments may, when a battery (for example, the battery 189 of FIG. 1 ) or external power is input, the external power
  • a charging circuit e.g., the charging circuit 210 of FIG. 2 converts the input voltage of to a charging voltage for charging the battery 189, and converts any one of the discharge voltage and the charging voltage of the battery 189.
  • a first conversion circuit that converts the supply voltage according to the ratio eg, the first conversion circuit 250 of FIG. 2
  • a second conversion circuit that converts the supply voltage and supplies it to a load (eg, the second conversion circuit of FIG. 2 ) circuit 260) and a processor (eg, processor 120 of FIG. 1) controlling the charging circuit 210 and the first conversion circuit 250, wherein the processor 120, the external power supply
  • the charging voltage may be input to the first conversion circuit 250, and when the external power is not input, the discharge voltage may be input to the first conversion circuit 250.
  • the processor 120 may determine the conversion ratio by identifying the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage and comparing the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage with a set voltage magnitude.
  • the processor 120 determines that the conversion ratio when the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage is equal to or greater than the set voltage level is smaller than the conversion ratio when the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage is less than the set voltage level.
  • the first conversion circuit 250 includes a plurality of switches and a plurality of capacitors, and the processor 120 charges each of the plurality of capacitors with the supply voltage, and the plurality of capacitors are charged with the supply voltage. Operations of the plurality of switches may be controlled to output voltage.
  • the processor 120 may determine the conversion ratio by controlling operations of the plurality of switches.
  • the electronic device 101 performing the power transfer method includes a battery 189, a charging circuit 210 that provides a charging voltage using an input external power source, the battery 189 or the charging circuit 210.
  • a first conversion circuit 250 converting the voltage transmitted from the circuit 210 into a supply voltage according to a conversion ratio
  • a second conversion circuit 260 converting the supply voltage into a voltage required for a connected load
  • the conversion ratio may be determined according to the magnitude of the charging voltage or the discharging voltage and the magnitude of the voltage required for the operation of the second conversion circuit 260.
  • the processor 120 may determine the conversion ratio by identifying the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage and comparing the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage with a set voltage magnitude.
  • the first conversion circuit 250 includes a plurality of switches and a plurality of capacitors, and the processor 120 charges each of the plurality of capacitors with the supply voltage, and the plurality of capacitors are charged with the supply voltage. Operations of the plurality of switches may be controlled to output voltage.
  • the electronic device 101 performing the power transfer method includes a battery 189, a charging circuit 210 that provides a charging voltage using an input external power, and transfer from the battery or the charging circuit.
  • An active cap divider 250 converts the supplied voltage into a supply voltage
  • a DCDC converter 260 converts the supply voltage into a voltage required for a connected load, the charging circuit, and the active cap divider.
  • a processor 120 for controlling the operation of wherein the processor charges the battery using the charging voltage when the external power is input, and causes the charging voltage to be input to the active capacitor voltage divider, When the external power is not input, the discharge voltage output from the battery may be input to the active capacitor voltage divider, and the active capacitor voltage divider may be controlled according to the magnitude of the charge voltage or the discharge voltage.
  • the processor 120 may determine the conversion ratio of the active capacitor voltage divider by identifying the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage and comparing the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage with a set voltage magnitude.
  • the active cap divider 250 includes a plurality of switches and a plurality of capacitors, and the processor charges the plurality of capacitors with the supply voltage, and the plurality of capacitors are charged with the supply voltage. Operation of the plurality of switches may be controlled to output a supply voltage.
  • a power delivery method includes an operation of converting an input voltage of the external power into a charging voltage for charging the battery 189 when external power is input, and input to the first conversion circuit 250
  • the conversion to the supply voltage may cause the charging voltage to be input to the conversion circuit when the external power is input, and the discharge voltage to be input to the conversion circuit when the external power is not input. there is.
  • the power transfer method may further include an operation of identifying a magnitude of the discharge voltage or the charge voltage, and the converting to the supply voltage may include comparing the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage with a set voltage magnitude, and conversion ratio can be determined.
  • the conversion ratio when the magnitude of the discharge voltage or the charging voltage is equal to or greater than the set voltage magnitude is less than the conversion ratio when the magnitude of the discharge voltage or the charge voltage is less than the set voltage magnitude.
  • the first conversion circuit 250 includes a plurality of switches and a plurality of capacitors, and the operation of converting the supply voltage is an operation of charging the plurality of capacitors with the supply voltage by controlling the plurality of switches. , and controlling the plurality of switches to output the supply voltage charged in the plurality of capacitors.
  • the operation of converting the supply voltage may determine the conversion ratio by controlling operations of the plurality of switches.
  • Electronic devices may be devices of various types.
  • the electronic device may include, for example, a portable communication device (eg, a smart phone), a computer device, a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance.
  • a portable communication device eg, a smart phone
  • a computer device e.g., a smart phone
  • a portable multimedia device e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a camera
  • a wearable device e.g., a smart bracelet
  • first, second, or first or secondary may simply be used to distinguish a given component from other corresponding components, and may be used to refer to a given component in another aspect (eg, importance or order) is not limited.
  • a (e.g., first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (e.g., second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively.”
  • the certain component may be connected to the other component directly (eg by wire), wirelessly, or through a third component.
  • module used in various embodiments of this document may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and is interchangeable with terms such as, for example, logic, logical blocks, parts, or circuits.
  • a module may be an integrally constructed component or a minimal unit of components or a portion thereof that performs one or more functions.
  • the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • a storage medium eg, internal memory 136 or external memory 138
  • a machine eg, electronic device 101
  • a processor eg, the processor 120
  • a device eg, the electronic device 101
  • the one or more instructions may include code generated by a compiler or code executable by an interpreter.
  • the device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • the storage medium is a tangible device and does not contain a signal (e.g. electromagnetic wave), and this term refers to the case where data is stored semi-permanently in the storage medium. It does not discriminate when it is temporarily stored.
  • a signal e.g. electromagnetic wave
  • the method according to various embodiments disclosed in this document may be included and provided in a computer program product.
  • Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities.
  • a computer program product is distributed in the form of a device-readable storage medium (e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)), or through an application store (e.g. Play StoreTM) or on two user devices (e.g. It can be distributed (eg downloaded or uploaded) online, directly between smart phones.
  • a device-readable storage medium e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)
  • an application store e.g. Play StoreTM
  • two user devices e.g. It can be distributed (eg downloaded or uploaded) online, directly between smart phones.
  • at least part of the computer program product may be temporarily stored or temporarily created in a device-readable storage medium such as a manufacturer's server, an application store server, or a relay server's memory.
  • each component (eg, module or program) of the above-described components may include a single object or a plurality of entities, and some of the plurality of entities may be separately disposed in other components. there is.
  • one or more components or operations among the aforementioned corresponding components may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • a plurality of components eg modules or programs
  • the integrated component may perform one or more functions of each of the plurality of components identically or similarly to those performed by a corresponding component of the plurality of components prior to the integration. .
  • the actions performed by a module, program, or other component are executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the actions are executed in a different order, or omitted. or one or more other actions may be added.

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Abstract

전력 전달 방법 및 상기 방법을 수행하는 전자 장치가 개시된다. 다양한 실시예들에 따른 전력 전달 방법을 수행하는 전자 장치는, 배터리, 외부 전원이 입력될 때, 상기 외부 전원의 입력 전압을 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전 전압으로 변환하는 충전회로, 상기 배터리의 방전 전압 및 상기 충전 전압 중 어느 하나를 변환비에 따라 공급 전압으로 변환하는 제1 변환회로, 상기 공급 전압을 변환하여 부하로 공급하는 제2 변환회로 및 상기 충전회로 및 상기 제1 변환회로를 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 외부 전원이 입력될 때, 상기 충전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 하고, 상기 외부 전원이 입력되지 않을 때, 상기 방전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 할 수 있다.

Description

전력 전달 방법 및 상기 방법을 수행하는 전자 장치
아래의 개시는 전력 전달 방법 및 상기 방법을 수행하는 전자 장치에 관한 것이다.
전자 장치의 소모전력을 감소시킴으로써, 외부 전력을 사용하는 AC 모드에서 대기전력을 저감하고, 내장 전원(예: 배터리)를 사용하는 DC 모드에서 배터리의 사용시간을 개선할 수 있다.
전자 장치의 전력 흐름(power flow)은 AC 어댑터와 같은 파워소스로부터 POL(point of load) DCDC Converter와 같은 전력 분배기를 거쳐 부하(load)로 전력이 공급될 수 있다.
AC 어댑터의 스위칭 방식 개선, POL DCDC Converter의 전력 저감(power saving) 모드 채택, 최종단 부하의 전력 관리(power management) 기술을 적용하여 전자 장치의 저전력 동작을 도모하고 있다.
본 문서에 개시되는 다양한 실시예들에 따르면, 제1 변환회로에 입력되는 전압의 크기에 따라 변환비를 결정하여, 부하에 전력을 공급하는 제2 변환회로에 입력되는 전압의 크기를 제어할 수 있는 전력 전달 방법 및 전력 전달 방법을 수행하는 전자 장치를 제공할 수 있다.
본 문서에 개시되는 다양한 실시예들에 따르면, 제2 변환회로에 필요한 최소 전압의 크기를 고려하여 제1 변환회로의 변환비를 결정할 수 있는 전력 전달 방법 및 전력 전달 방법을 수행하는 전자 장치를 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전력 전달 방법을 수행하는 전자 장치는, 배터리, 외부 전원이 입력될 때, 상기 외부 전원의 입력 전압을 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전 전압으로 변환하는 충전회로, 상기 배터리의 방전 전압 및 상기 충전 전압 중 어느 하나를 변환비에 따라 공급 전압으로 변환하는 제1 변환회로, 상기 공급 전압을 변환하여 부하로 공급하는 제2 변환회로 및 상기 충전회로 및 상기 제1 변환회로를 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 외부 전원이 입력될 때, 상기 충전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 하고, 상기 외부 전원이 입력되지 않을 때, 상기 방전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전력 전달 방법을 수행하는 전자 장치는, 배터리, 입력된 외부 전원을 이용하여 충전 전압을 제공하는 충전회로, 상기 배터리 또는 상기 충전회로로부터 전달된 전압을 변환비에 따라 공급 전압으로 변환하는 제1 변환회로, 상기 공급 전압을 연결된 부하에 필요한 전압으로 변환하는 제2 변환회로, 상기 충전회로 및 상기 제1 변환회로의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 외부 전원이 입력될 때, 상기 충전 전압을 이용하여 상기 배터리를 충전시키고, 상기 충전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 하고, 상기 외부 전원이 입력되지 않을 때, 상기 배터리로부터 출력되는 방전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 하고, 상기 변환비는, 상기 충전 전압 또는 상기 방전 전압의 크기와 상기 제2 변환회로의 동작에 필요한 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전력 전달 방법은, 외부 전원이 입력될 때, 상기 외부 전원의 입력 전압을 배터리를 충전시키기 위한 충전 전압으로 변환하는 동작, 제1 변환회로에 입력되는 상기 배터리의 방전 전압 또는 상기 충전 전압 중 어느 하나를 변환비에 따라 공급 전압으로 변환하는 동작 및 제2 변환회로에서 상기 공급 전압을 변환하여 부하로 공급하는 동작을 포함하고, 상기 공급 전압으로 변환하는 동작은, 상기 외부 전원이 입력될 때, 상기 충전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 하고, 상기 외부 전원이 입력되지 않을 때, 상기 방전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 할 수 있다.
본 문서에 개시되는 다양한 실시예들에 따르면, 제1 변환회로를 이용하여 제2 변환회로에 공급되는 전압의 크기를 제어함으로써, 제2 변환회로의 입출력 전압 변환비(voltage conversion ratio)를 높일 수 있고, 전력 효율을 개선할 수 있다.
본 문서에 개시되는 다양한 실시예들에 따르면, 제1 변환회로에 입력되는 배터리의 방전 전압 또는 외부 전압을 변환한 충전 전압의 크기에 따라 제1 변환회로의 변환비를 제어함으로써, 제2 변환회로에 필요한 전압의 최소 크기 이상의 전압을 공급하여 전자 장치의 동작을 보장하면서, 제2 변환회로의 입출력 전압 변환비의 값이 커짐에 따라 전력 효율을 개선할 수 있다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는, 다양한 실시예들에 따른, 전력 변환 모듈, 전력 관리 모듈 및 배터리에 대한 블럭도이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른, 전자 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른, 전자 장치의 개략적인 회로도이다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른, 마더보드 상에서 동작하는 전자 장치의 회로도이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른, 제1 변환회로의 동작을 나타내는 도면이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 다양한 실시예들에 따른, 2:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로의 회로도이다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 다양한 실시예들에 따른 3:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로 및 4:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로의 회로도이다.
도 9은 다양한 실시예들에 따른, 제2 변환회로의 회로도이다.
도 10a 및 도 10b는 다양한 실시예들에 따른, 충전 전압 또는 방전 전압의 크기에 따른 제1 변환회로의 변환비와 공급 전압을 나타낸 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 다양한 실시예들에 따른, 공급 전압이 감소함에 따른 전력 효율을 나타낸 도면이다.
도 12는 다양한 실시예들에 따른 Buck Converter의 인덕터 전류를 나타낸 도면이다.
도 13은 다양한 실시예들에 따른 Buck Converter의 전압 변환비에 따른 효율 곡선을 나타낸 도면이다.
도 14a 내지 도14h 및 도 15는 다양한 실시예들에 따른, 공급 전압이 감소함에 따른 전력 효율을 나타낸 도면이다.
도 16은 다양한 실시예들에 따른, 마더보드 상에서 동작하는 제1 변환회로를 나타낸 도면이다.
도 17은 다양한 실시예들에 따른 전력 전달 방법의 동작 흐름도이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108) 중 적어도 하나 와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 저장하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능 모델이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(150)은, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(160)은 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰)를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제 2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일실시예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제 1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제 2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부의 전자 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일실시예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제 2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
도 2는, 다양한 실시예들에 따른, 전력 변환 모듈(187), 전력 관리 모듈(188) 및 배터리(189)에 대한 블럭도(200)이다.
도 2은, 다양한 실시예들에 따른, 전력 관리 모듈(188) 및 배터리(189)에 대한 블럭도(200)이다. 도 2를 참조하면, 전력 관리 모듈(188)은 충전 회로(210), 전력 조정기(220), 또는 전력 게이지(230)를 포함할 수 있다. 충전 회로(210)는 전자 장치(101)에 대한 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리(189)를 충전할 수 있다. 일실시예에 따르면, 충전 회로(210)는 외부 전원의 종류(예: 전원 어댑터, USB 또는 무선충전), 상기 외부 전원으로부터 공급 가능한 전력의 크기(예: 약 20와트 이상), 또는 배터리(189)의 속성 중 적어도 일부에 기반하여 충전 방식(예: 일반 충전 또는 급속 충전)을 선택하고, 상기 선택된 충전 방식을 이용하여 배터리(189)를 충전할 수 있다. 외부 전원은 전자 장치(101)와, 예를 들면, 연결 단자(178)을 통해 유선 연결되거나, 또는 안테나 모듈(197)를 통해 무선으로 연결될 수 있다.
전력 조정기(220)는, 예를 들면, 외부 전원 또는 배터리(189)로부터 공급되는 전력의 전압 레벨 또는 전류 레벨을 조정함으로써 다른 전압 또는 다른 전류 레벨을 갖는 복수의 전력들을 생성할 수 있다. 전력 조정기(220)는 상기 외부 전원 또는 배터리(189)의 전력을 전자 장치(101)에 포함된 구성 요소들 중 일부 구성 요소들 각각의 구성 요소에게 적합한 전압 또는 전류 레벨로 조정할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 조정기(220)는 LDO(low drop out) regulator 또는 switching regulator의 형태로 구현될 수 있다. 전력 게이지(230)는 배터리(189)에 대한 사용 상태 정보(예: 배터리(189)의 용량, 충방전 횟수, 전압, 또는 온도)를 측정할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, 충전 회로(210), 전압 조정기(220), 또는 전력 게이지(230)를 이용하여, 상기 측정된 사용 상태 정보에 적어도 일부 기반하여 배터리(189)의 충전과 관련된 충전 상태 정보(예: 수명, 과전압, 저전압, 과전류, 과충전, 과방전(over discharge), 과열, 단락, 또는 팽창(swelling))를 결정할 수 있다. 전력 관리 모듈(188)은 상기 결정된 충전 상태 정보에 적어도 일부 기반하여 배터리(189)의 정상 또는 이상 여부를 판단할 수 있다. 배터리(189)의 상태가 이상으로 판단되는 경우, 전력 관리 모듈(188)은 배터리(189)에 대한 충전을 조정(예: 충전 전류 또는 전압 감소, 또는 충전 중지)할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)의 기능들 중 적어도 일부 기능은 외부 제어 장치(예: 프로세서(120))에 의해서 수행될 수 있다.
배터리(189)는, 일실시예에 따르면, 배터리 보호 회로(protection circuit module(PCM))(240)를 포함할 수 있다. 배터리 보호 회로(240)는 배터리(189)의 성능 저하 또는 소손을 방지하기 위한 다양한 기능(예: 사전 차단 기능)들 중 하나 이상을 수행할 수 있다. 배터리 보호 회로(240)은, 추가적으로 또는 대체적으로, 셀 밸런싱, 배터리의 용량 측정, 충방전 횟수 측정, 온도 측정, 또는 전압 측정을 포함하는 다양한 기능들을 수행할 수 있는 배터리 관리 시스템(battery management system(BMS))의 적어도 일부로서 구성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리(189)의 상기 사용 상태 정보 또는 상기 충전 상태 정보의 적어도 일부는 센서 모듈(276) 중 해당하는 센서(예: 온도 센서), 전원 게이지(230), 또는 전력 관리 모듈(188)을 이용하여 측정될 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 센서 모듈(176) 중 상기 해당하는 센서(예: 온도 센서)는 배터리 보호 회로(240)의 일부로 포함되거나, 또는 이와는 별도의 장치로서 배터리(189)의 인근에 배치될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전력 변환 모듈(187)은 제1 변환회로(250), 제2 변환회로(260), 전압 비교기(270)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 제1 변환회로(250)는 충전 회로(210)로부터 충전 전압을 입력 받거나, 배터리(189)로부터 배터리의 방전 전압을 입력 받을 수 있다. 제1 변환회로(250)는 입력된 충전 전압 또는 방전 전압을 변환하여, 공급 전압을 제2 변환회로(260)으로 공급할 수 있다.
일례로, 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))는 외부 전원이 공급되는 경우 전력 관리 모듈(188)의 충전 회로(210) 및/또는 전력 조정기(220)이 동작하도록 할 수 있다.
일례로, 충전 회로(210)는 배터리(189)로 입출력 되는 전류의 방향을 제어하기 위한 반도체 소자(미도시)를 포함할 수 있다. 반도체 소자는 외부 전원이 공급되는 경우 배터리를 충전시키기 위하여 충전 회로(210)로부터 배터리(189)로 전류가 흐르도록 하고, 외부 전원이 공급되지 않는 경우 배터리(189)로부터 방전 전류가 흐르도록 할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 제2 변환회로(260)는 입력된 공급 전압을 변환하여 부하로 공급할 수 있다. 제2 변환회로(260)는 전자 장치 내에서 최종적으로 전력을 소모하는 부하로 전력을 공급할 수 있다. 일례로, 제2 변환회로(260)는 부하의 바로 앞단에 위치하고, 입력된 직류의 공급 전압을 변환하는 POL(point of load) DCDC 컨버터(converter)로 호칭될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제2 변환회로(260)는 정상적으로 입력된 공급 전압을 변환하여 부하에 공급하기 위하여, 동작에 필요한 최소 전압 크기(예: 3.3V) 이상의 전압이 제1 변환회로(250)로부터 공급될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제2 변환회로(260)의 전력 효율은 제2 변환회로(260)의 입출력 전압 변환비(voltage conversion ratio)에 따라 달라질 수 있다. 입출력 전압 변환비는 제2 변환회로(260)에서 출력되는 전압의 크기(또는 부하에 공급되는 전압의 크기)를 제2 변환회로(260)에 입력되는 공급 전압의 크기로 나눈 값을 의미할 수 있다.
일례로, 제2 변환회로(260)의 입출력 전압 변환비가 클 때, 제2 변환회로(260)의 전력 효율이 높을 수 있다. 제2 변환회로(260)의 입출력 전압 변환비에 따른 전력 효율은 도 11 내지 도 15에서 구체적으로 설명한다.
다양한 실시예들에 따른 전압 비교기(270)(voltage comparator)는 제1 변환회로(250)에 입력되는 공급 전압 또는 방전 전압의 크기와 설정된 전압 크기를 비교할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전압 비교기(270)는 제1 변환회로(250)에 입력되는 공급 전압 또는 방전 전압의 크기와 설정된 전압 크기를 비교하여, 제1 변환회로(250)에 제어 신호를 공급할 수 있다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른, 전자 장치(101)의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)는 충전회로(210), 프로세서(120), 배터리(189), 제1 변환회로(250), 제2 변환회로(260), 전압 비교기(270)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 어댑터(305)는 입력된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 전자 장치(101)로 공급할 수 있다. 어댑터(305)가 전자 장치(101)로 공급하는 직류 전원의 전압의 크기 및 전력의 크기는 다양할 수 있다. 예를 들어, 직류 전원의 전압의 크기는 5/9/15/20V, 전력의 크기는 15/27/45/100W와 같이 다양할 수 있다. 일례로, 어댑터(305)는 20Vdc, 65W의 직류 전원을 전자 장치(101)로 공급할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 충전회로(210)는 외부 전원의 입력 전압을 배터리를 충전시키기 위한 충전 전압으로 변환할 수 있다. 충전회로(210)는 어댑터(305)로부터 외부 전원을 입력 받을 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 충전회로(210)는 외부 전원이 입력될 때 동작할 수 있다. 일례로, 프로세서(120)는 어댑터(305)가 전자 장치(101)로 삽입되었는지 여부를 식별할 수 있다. 프로세서(120)는 어댑터(305)가 전자 장치(101)에 삽입된 경우, 충전회로(210)가 동작하기 위한 제어 신호를 충전회로(210)로 공급할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 충전회로(210)에서 A로 출력된 충전 전압은 배터리(189)로 공급되어 배터리(189)를 충전시킬 수 있다. 배터리(189)가 충전될 때, A로부터 배터리(189)로 충전 전류가 흐를 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 충전회로(210)에서 A로 출력된 충전 전압은 제1 변환회로(250)로 공급될 수 있다. 제1 변환회로(250)로 입력되는 충전 전압은 어댑터(305)가 전자 장치(101)에 삽입되어, 프로세서(120)에서 충전회로(210)가 동작하도록 제어하는 경우에만 공급될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 충전회로(210)에서 출력되는 A에서의 충전전압은 배터리(189)에 충전된 전압에 종속될 수 있다. 달리 말해, A에서의 충전전압의 크기는 배터리(189)에 충전된 전압의 크기와 동일할 수 있다.
일례로, 배터리(189)는 배터리 셀 4개가 직렬 연결될 수 있고, 각각의 배터리 셀의 전압은 충전 상태에 따라 3V 이상 4.35V 이하의 범위일 수 있다. 배터리 셀 4개가 직렬 연결된 4S 배터리는 충전 상태에 따라 12V 이상 17.4V 이하의 배터리 충전 전압을 가질 수 있다. 충전회로(210)에서 A로 출력되는 충전 전압의 크기는 4S 배터리의 충전 전압과 동일하게 12V 이상 17.4V 이하의 범위 이내일 수 있다. 배터리(189)의 전압, 배터리 셀의 전압, 배터리 셀의 연결 구조는 상기의 예시에 한정되지 않고 3S, 2S 배터리와 같은 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 배터리(189)는, 외부 전원이 입력되는 경우 충전회로(210)에서 변환된 충전 전압에 따라 충전될 수 있다. 배터리(189)는 외부 전원이 입력되지 않는 경우 충전된 전압을 방전시킬 수 있다. 배터리(189)가 충전된 전압을 방전시키는 것은 배터리(189)에 충전된 전력을 공급하는 것으로 이해될 수 있다. 배터리(189)는 외부 전원이 입력되지 않는 경우 제1 변환회로(250)로 배터리(189)에 충전된 전압의 크기에 따라 방전 전압을 공급할 수 있다.
일례로, 배터리(189)가 제1 변환회로(250)으로 방전 전압을 공급하는 경우, A에 방전 전압이 인가될 수 있다.
일례로, 방전 전압의 크기는 배터리에 충전된 전압의 크기에 따라 달라질 수 있다. 상기와 같이, 배터리 셀 4개가 직렬 연결된 4S 배터리의 경우, 방전 전압의 크기는 12V 이상 17.4V 이하일 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 제1 변환회로(250)는 입력되는 충전 전압 또는 방전 전압 중 어느 하나를 변환비에 따라 공급 전압으로 변환할 수 있다. 일례로, 제1 변환회로(250)의 변환비는 N:1일 수 있다. 이하의 설명에서 변환비 N:1에서 N은 2 이상의 정수인 경우로 설명하나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 이에 한정되지 않고 제1 변환회로(250)의 변환비는 다양하게(예: 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 2.5:1, 또는 3.5:1) 결정될 수 있다.
일례로, 전자 장치(101)의 프로세서(120)는 외부로부터 전원이 공급되는지 여부에 따라, 제1 변환회로(250)으로 충전 전압 또는 방전 전압이 입력되도록 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 어댑터(305)가 전자 장치(101)에 삽입되는 경우, 프로세서(120)는 충전회로(210)를 동작(ON) 시키고, 충전 전압을 제1 변환회로(250)로 공급할 수 있다. 어댑터(305)가 전자 장치(101)에 삽입되지 않는 경우, 프로세서(120)는 충전회로(210)를 동작을 중단(OFF) 시키고, 배터리(189)의 방전 전압을 제1 변환회로(250)로 공급할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제1 변환회로(250)에 입력되는 충전 전압 또는 방전 전압의 범위는 제1 변환회로(250)에서 변환되어 출력되는 공급 전압의 범위보다 좁을 수 있다. 예를 들어, 제1 변환회로(250)에 입력되는 전압의 범위는 12V 이상 17.4V 이하의 범위일 수 있고, 제1 변환회로(250)에서 출력되는 전압의 범위는 제1 변환회로(250)의 변환비에 따라 4V 이상 5.8V 이하, 또는 3V 이상 4.35V 이하의 범위일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제1 변환회로(250)의 변환비는 입력되는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다.
일례로, 프로세서(120)는 제1 변환회로(250)에 공급되는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기를 식별할 수 있다. 프로세서(120)는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기를 설정된 전압 크기와 비교하여, 제1 변환회로(250)의 변환비를 결정할 수 있다. 프로세서(120)는 결정된 변환비에 따라 제1 변환회로(250)가 동작하도록 제어 신호를 제1 변환회로(250)로 공급할 수 있다.
일례로, 전압 비교기(270)는 제1 변환회로(250)에 공급되는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기를 식별할 수 있다. 전압 비교기(270)는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기를 설정된 전압 크기(예: 도 3의 기준전압(임계값))와 비교한 결과에 따라 제1 변환회로(250)로 제어 신호를 공급할 수 있다. 제어 신호에 따라 제1 변환회로(250)의 변환비를 결정할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제1 변환회로(250)의 변환비는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기와 제2 변환회로(260)의 동작에 필요한 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 변환회로(260)는 공급 전압을 변환하여 부하로 공급하기 위하여 IC를 포함할 수 있다. IC가 동작하기 위한 IC bias 전압과 같이, 제2 변환회로(260)는 동작에 필요한 전압의 크기(예: 3.3V 이상) 이상의 전압이 공급될 필요가 있다.
제1 변환회로(250)에서 변환비에 따라 출력되는 공급 전압의 최소 크기가 제2 변환회로의 동작에 필요한 전압의 크기보다 크도록 변환비가 결정될 수 있다. 예를 들어, 충전 전압 또는 방전 전압의 크기가 12V 이상 14V 이하인 경우 제1 변환회로(250)의 변환비는 3:1, 14V 초과 17.4V 이상인 경우에 제1 변환회로(250)의 변환비는 4:1이 될 수 있다.
즉, 도 3의 B에서의 전압의 크기는 A에서의 전압의 크기와 변환비에 따라 결정될 수 있으므로, B에서의 전압의 크기가 제2 변환회로(260)의 동작에 필요한 최소 전압의 크기보다 크도록, A에서의 전압의 크기에 따라 변환비를 결정할 수 있다.
제2 변환회로(260)는 공급 전압을 변환하여 부하로 공급할 수 있다. 제2 변환회로(260)는 제1 변환회로(250)에서 출력되는 공급 전압을 입력 받을 수 있다. 제2 변환회로(260)가 입력된 공급 전압을 변환하여 부하로 공급함으로써, 충전회로(210)에서 출력되는 출력 전압을 변환하여 부하로 공급하는 경우보다 제2 변환회로(260)의 입출력 전압 변환비가 커질 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른, 전자 장치의 개략적인 회로도이다. 도 4는 다양한 실시예들 중 배터리 셀 4개가 직렬 연결된 배터리(189)를 포함하는 전자 장치(101)의 회로도를 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)는 충전회로(210), 프로세서(120), 배터리(189), 제1 변환회로(250), 제2 변환회로(260), 전압 비교기(270)를 포함할 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따라 어댑터(305)가 20Vdc, 65W의 외부 전원을 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))의 충전회로(210)로 공급하는 경우를 나타낸 도면이다.
다양한 실시예들에 따른 충전회로(210)는 NVDC(narrow VDC) 충전기(charger)(211), 반도체 소자(212)를 포함할 수 있다.
일례로, NVDC 충전기(211)는 입력되는 외부 전원의 입력 전압을 배터리(189)를 충전시키기 위한 충전 전압으로 변환할 수 있다. 일례로, 충전 전압의 범위는 외부 전원의 입력 전압의 범위보다 작을 수 있다(예: 12V 이상 17.4V 이하).
일례로, NVDC 충전기(211)는 프로세서(120)에 의해 동작이 제어될 수 있다. 프로세서(120)는 전자 장치(101)에 어댑터(305)가 삽입되었는지 여부를 식별할 수 있다. 어댑터(305)가 삽입된 경우, NVDC 충전기(211)는 프로세서(120)로 high의 ADT_SEL 신호를 공급할 수 있다. 프로세서(120)는 I_CHG, V_CHG와 high의 CHE_EN 신호를 NVDC 충전기(211)로 공급할 수 있다. high의 CHE_EN 신호에 따라 NVDC 충전기(211)가 동작(ON)할 수 있다.
어댑터(305)가 제거된 경우, NVDC 충전기(211)는 low의 ADT_SEL 신호를 프로세서(120)로 공급할 수 있다. 프로세서(120)는 low의 CHE_EN 신호를 NVDC 충전기(211)로 공급할 수 있다. low의 CHE_EN 신호에 따라 NVDC 충전기(211)가 동작을 중단(OFF)할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 반도체 소자(212)는 배터리(189)로 입출력 되는 전류의 방향을 제어할 수 있다. 일례로, 반도체 소자(212)는 NVDC 충전기(211)에서 충전 전압이 A로 공급될 때, A로부터 배터리(189)로 충전 전류가 흐르도록 할 수 있다. 일례로, 반도체 소자(212)는 어댑터(305)가 제거되어 NVDC 충전기(211)가 동작하지 않는 경우, 배터리(189)로부터 A로 배터리(189)의 방전에 의한 전류가 흐르도록 할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 프로세서(120)는 배터리(189)에 관한 정보를 식별할 수 있다. 일례로, 프로세서(120)는 전압, 전류, 온도, RSOC(relative state of capacity), 충방전 Cycle Count, Status, Manufacturer Access, 알람 중에서 적어도 어느 하나의 배터리(189)에 관한 정보를 식별할 수 있다. 일례로, 프로세서(120)는 배터리(189) 삽입 연결 시에, Device Name, Chemistry, DC (design capacity), FCC (full charge capacity) 중 적어도 어느 하나의 배터리(189)에 관한 정보를 식별할 수 있다. 일례로, RSOC는 Remaining Capacity / FCC, ASOC는 Remaining Capacity / Design Capacity를 의미할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 프로세서(120)는 배터리(189)의 정보를 식별하기 위하여 연결될 수 있다. 일례로, 프로세서(120)는 SMBus로 배터리(189)와 연결되어 배터리(189)에 관한 정보를 식별할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 프로세서(120)는 충전회로(210)의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(120)는 충전회로(120)에서 배터리(189)로 공급되는 충전 전압(V_CHG) 및 충전 전류(I_CHG)를 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 프로세서(120)는 배터리(189)의 배터리 셀의 전압 범위, 배터리 셀이 연결되는 직병렬 구조에 기초하여, 충전 전압과 충전 전류를 설정할 수 있다. 프로세서(120)는 설정된 충전 전압과 충전 전류에 기초하여, I_CHG, V_CHG 신호와 같은 제어 신호를 NVDC 충전기(211)로 공급할 수 있다. 프로세서(120)는 제어 신호를 이용하여, 배터리(189)를 충전하는 과정에서 정전압 정전류 제어가 이루어지도록 할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 도 3의 A에서의 전압의 크기는 배터리(189)에 따라 결정될 수 있다. A에 인가되는 전압은, NVDC 충전기(211)에서 출력되는 충전 전압 또는 배터리(189)의 방전 전압이 인가될 수 있다. A에 인가되는 충전 전압은 프로세서(120)에 의해 제어되며, 배터리(189)의 직병렬 구조, 배터리 셀의 전압과 같은 배터리(189)의 특성에 따라 결정될 수 있다. A에 인가되는 방전 전압은 배터리(189)의 직병렬 구조, 배터리 셀의 전압, 배터리(189)의 충전 상태와 같은 배터리(189)의 특성에 따라 결정될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제1 변환회로(250)는 입력된 충전 전압 또는 방전 전압을 변환비에 따라 공급 전압으로 변환할 수 있다. 도 4는 12V 이상 17.4V 이하의 충전 전압 또는 방전 전압(VDC1)을 변환비에 따라 3.5V 이상 4.67V 이하의 공급 전압으로 변환하는 제1 변환회로(250)을 도시하고 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제1 변환회로(250)의 변환비는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다. 일례로, 방전 전압 또는 충전 전압의 크기가 설정된 전압 크기 이상일 때의 변환비가, 방전 전압 또는 충전 전압의 크기가 설정된 전압 크기 미만일 때의 변환비보다 작을 수 있다.
달리 말해, A에서의 전압의 크기가 설정된 크기보다 큰 경우 제1 변환회로(250)의 변환비가 A에서의 전압의 크기가 설정된 크기 미만인 경우의 제1 변환회로(250)의 변환비보다 작을 수 있다. 제1 변환회로(250)의 변환비는 B에서의 전압의 크기를 A에서의 전압의 크기로 나눈 값일 수 있다.
일례로, A에서의 충전 전압 또는 방전 전압의 크기가 14V 초과 17.4V 이하인 경우, 제1 변환회로(250)의 변환비는 4:1로 결정될 수 있고, 공급 전압의 범위는 3.5V 초과 4.35V 이하일 수 있다.
일례로, A에서의 충전 전압 또는 방전 전압의 크기가 12V 이상 14V 미만인 경우, 제1 변환회로(250)의 변환비는 3:1로 결정될 수 있고, 공급 전압의 범위는 4V 이상 4.67V 이하일 수 있다.
A에서의 전압이 14V인 경우는, 직전 A에서의 변환비가 4:1인지 또는 3:1인지 여부에 따라 3.5V 또는 4.67V가 될 수 있다. 제1 변환회로(250)에서 출력되는 B에서의 공급 전압(VDC2)은 3.5V 이상 4.67V 이하의 범위일 수 있다.
일례로, 변환비는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기와 제2 변환회로(260)의 동작에 필요한 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 변환회로(260)의 동작에 필요한 전압의 크기는 3.3V 이상일 수 있다. 상기의 예시에서 결정된 변환비 3:1 또는 4:1은 충전 전압 또는 방전 전압의 크기와 제2 변환회로(260)의 동작에 필요한 전압의 크기 이상의 공급 전압을 고려하여 결정될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전술한 바와 같이 제1 변환회로(250)의 변환비는 프로세서(120) 또는 전압 비교기(270)에 의하여 결정될 수 있다. 도 4에서, 프로세서(120)는 식별한 충전 전압 또는 방전 전압의 크기를 설정된 전압 크기와 비교하여 변환비를 결정하고, 제어 신호를 제1 변환회로(250)로 공급할 수 있다. 도 4에서, 전압 비교기(270)는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기와 설정된 기준 전압(예: Ref 14V)와 비교하여 변환비를 결정할 수 있다. 전압 비교기(270)는 제어 신호를 제1 변환회로(250)로 공급할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 제2 변환회로(260)는 공급 전압을 변환하여 부하로 공급할 수 있다.
이상에서의 도 4에 관한 설명은 각 배터리 셀의 전압이 3V 이상 4.35V 이하인 4S 배터리를 포함하는 전자 장치의 경우에 관하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 배터리(189)는 4S 배터리 외의 2S 배터리, 3S 배터리와 같이 직렬로 연결된 배터리 셀의 개수가 다르거나, 배터리 셀 각각의 전압이 다른 경우에도 변환비를 달리하여 설명될 수 있다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른, 마더보드 상에서 동작하는 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))의 회로도이다.
도 5를 참조하면, 마더보드 상에서 동작하는 전자 장치는 벅 컨버터(213), 반도체 소자(212), 배터리(189), 충전 컨트롤러(charging controller)(214), 프로세서(120)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 어댑터(305)가 전자 장치에 삽입되는 경우 벅 컨버터(213)는 어댑터(305)로부터 입력되는 입력 전원의 입력 전압을 충전 전압으로 변환할 수 있다. 변환된 충전 전압(VDC1)은 반도체 소자(212)를 통해 배터리(189)로 공급될 수 있다. 또한, 충전 전압은 제1 변환회로(예: 도 2의 제1 변환회로(250))로 공급될 수 있다. 도 5에서 VSYS는 제1 변환회로와 연결될 수 있다.
어댑터(305)가 제거되는 경우, 배터리(189)에 충전된 전압이 방전되어, 방전 전압이 반도체 소자(212)를 통해 제1 변환회로(예: 도 2의 제1 변환회로(250))와 연결되는 VSYS로 공급될 수 있다.
도 5에서, 충전 컨트롤러(214)는 배터리(189)로 입출력 되는 전류의 크기 I_CHG, 및/또는 어댑터(305)로부터 입력되는 전류의 크기 I_SYS를 식별하고, 벅 컨버터(213) 및 반도체 소자(212)의 동작을 제어할 수 있다. 일례로, 충전 컨트롤러(214)는 I_CHG, 및/또는 I_SYS를 식별하여, SMBus를 통해 연결된 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))로 충전 상태에 관한 정보를 송신하고, 프로세서의 제어 신호에 따라 충전 회로의 동작을 제어할 수 있다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른, 제1 변환회로(250)의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 제1 변환회로(250)은 입력된 충전 전압(도 6의 VDC1)을 변환비(N:1)에 따라 공급 전압(도 6의 VDC2)으로 변환할 수 있다.
일례로, 제1 변환회로(250)의 변환비는 제어 신호에 따라 결정될 수 있다. 도 6은 일 실시 예에 따른 제1 변환회로(250)에 입력되는 제어 신호가 High인 경우 3:1, Low인 경우 4:1로 결정되는 변환비를 나타내고 있다.
일례로, 전술한 바와 같이, 제1 변환회로(250)에 입력되는 제어 신호는 제1 변환회로(250)에 입력되는 충전 전압의 크기와 설정된 전압의 크기를 비교하여 결정될 수 있다.
일례로, 제1 변환회로(250)는 복수개의 커패시터와 복수개의 스위치를 포함하는 커패시터 분압기(capacitor divider)를 포함할 수 있다. 제1 변환회로(250)의 변환비는 제어 신호에 따라 결정될 수 있어, 능동형 커패시터 분압기(active capacitor divider)로 호칭될 수 있다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 다양한 실시예들에 따른, 2:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-1)의 회로도이다.
다양한 실시예들에 따른 제1 변환회로(250)는 복수의 스위치 및 복수의 커패시터를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 변환회로(250)는 복수의 스위치의 동작에 따라 복수의 커패시터를 각각 공급 전압으로 충전시키고, 복수의 커패시터에 충전된 공급 전압을 출력할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 변환회로(250)의 변환비는 제1 변환회로(250)의 복수의 커패시터 각각에 충전되는 공급 전압과 제1 변환회로(250)에 입력되는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기의 비를 의미할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 제1 변환회로(250)의 복수의 스위치는, 프로세서의 제어 신호에 따라 동작할 수 있다.
도 7a는 2:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-1)를 나타내고, 도 7b 및 도 7c는 커패시터 Cfly, Cout에 변환비 2:1에 따라 각각 충전 전압 Vin의 전압 크기의 1/2의 전압으로 충전하는 동작을 나타낸 도면이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c를 참조하면, 2:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-1)는 입력되는 충전 전압(도 7의 Vin)을 2:1 변환비에 따라 공급 전압(도 7의 Vout)으로 변환할 수 있다.
도 7b에서 스위치 M1, M2를 on 시켜 Cfly, Cout 커패시터에 각각 Vin/2 크기의 전압을 충전시킬 수 있다. 도 7c에서 M2, M3 스위치를 on 시켜서 공급 전압 Vout의 크기는 충전 전압 Vin 크기의 절반인 Vin/2 크기의 전압이 인가될 수 있다. Vin : Vout의 비는 변환비 2:1이 될 수 있다.
일례로, 도 7에서 제1 변환회로(250-1)의 출력 단자인 Vout에서 출력되는 전압은 커패시터 Cfly에 충전된 공급 전압 또는 커패시터 Cout에 충전된 공급 전압이 출력되거나, 병렬 연결된 커패시터 Cfly와 커패시터 Cout의 공급 전압이 출력되는 것으로 이해될 수 있다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 다양한 실시예들에 따른 3:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-2) 및 4:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-3)의 회로도이다.
도 8a는 3:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-2)를 나타낸 도면으로, 도 7a, 도 7b 및 도 7c에서 설명한 내용과 유사하게 스위치의 동작에 따라 커패시터 CB, CA, Cout에 각각 공급 전압, 즉 충전 전압 VIN을 변환비 3:1에 따라 변환한 전압이 충전될 수 있다. 제1 변환회로(250-2)에서 출력되는 VOUT 단자에는 각각의 커패시터 CB, CA, Cout에 충전된 공급 전압의 크기, 즉 VIN/3의 크기의 전압이 인가될 수 있다.
도 8b는 4:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-3)를 나타낸 도면으로, 도 7a, 도 7b 및 도 7c에서 설명한 내용과 유사하게 스위치의 동작에 따라 커패시터 C, CB, CA, Cout에 각각 공급 전압, 즉 충전 전압 VIN을 변환비 4:1에 따라 변환한 전압이 충전될 수 있다. 제1 변환회로(250-3)에서 출력되는 VOUT 단자에는 각각의 커패시터 C, CB, CA, Cout에 충전된 공급 전압의 크기, 즉 VIN/4의 크기의 전압이 인가될 수 있다.
도 8c는 복수의 스위치의 동작에 따라 제1 변환회로(250)의 변환비를 결정하는 것을 나타낸 도면이다. 도 8c를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 프로세서는 복수의 스위치의 동작을 제어하여 제1 변환회로(250)의 변환비를 결정할 수 있다.
도 8c에서 좌측 도면은 4:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-3)의 회로도이다. 4:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-3)는 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))의 제어신호에 따라 스위치 Q1(ST)을 on, 스위치 Q3(SH1)를 off 시킬 수 있다. 4:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-3)에서 스위치 Q1과 스위치 Q3를 각각 on, off 시키면, 도 8의 (c)의 우측 회로와 같이 3:1의 변환비를 갖는 제1 변환회로(250-2)와 동일하게 동작할 수 있다.
도 9은 다양한 실시예들에 따른, 제2 변환회로(260)의 회로도이다.
도 9를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 제2 변환회로(260)는 공급 전압을 변환하여 부하로 공급할 수 있다. 도 9에서 제2 변환회로(260)에 입력되는 공급 전압(도 9의 VDC2)의 크기는 3.5V 이상, 4.67V 이하일 수 있다.
일례로, 제2 변환회로(260)는 벅 스텝 다운 컨버터(261)(buck step down converter)를 이용하여 공급 전압을 변환하여 부하로 공급할 수 있다. 일례로, 부하로 공급되는 전압(도 9의 Vout)의 크기는 약 1.0V일 수 있다. 부하로 공급되는 전압의 크기는 부하에 따라 달라질 수 있다.
일례로, 제1 변환회로(예: 도 2의 제1 변환회로(250))의 변환비는 제2 변환회로(260)의 동작에 필요한 전압의 크기와 제1 변환회로에 입력되는 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 4S 배터리를 포함하는 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))의 경우, 제1 변환회로에 입력되는 전압의 크기는 12V 이상, 17.4V 이하일 수 있다. 제2 변환회로(260)의 동작에 필요한 전압의 크기(예: IC bias 전압)는 3.3V 이상일 수 있다.
일례로, 프로세서는 제1 변환회로에 입력되는 전압의 크기가 12V 이상 14V 이하인 경우, 제2 변환회로에 입력되는 공급 전압의 크기가 3.5V이상인 전압이 인가되도록 제1 변환회로의 변환비를 3:1로 결정할 수 있다.
일례로, 프로세서는 제1 변환회로에 입력되는 전압의 크기가 14V 초과, 17.4V 이하인 경우, 제1 변환회로의 변환비를 4:1로 결정할 수 있다.
상기의 예시에서 배터리(예: 도 1의 배터리(189))가 3S 배터리인 경우, 제1 변환회로에 입력되는 전압의 크기는 9V 이상 13.05V 이하일 수 있다. 일례로, 프로세서는 제1 변환회로(250)에 입력되는 전압의 크기가 9V 이상 13.05V 이하인 경우, 공급 전압의 크기가 제2 변환회로(260)의 동작에 필요한 전압 크기 이상(예: 3.3V 이상)이 되도록, 변환비를 2:1 또는 3:1로 결정할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 다양한 실시예들에 따른, 충전 전압 또는 방전 전압의 크기에 따른 제1 변환회로의 변환비와 공급 전압을 나타낸 도면이다. 도 10은 다양한 실시예들에 따른 배터리의 전압 범위가 12V 이상, 17.4V 이하인 4S 배터리를 포함하는 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))의 공급 전압을 나타낸 도면이다. 배터리의 전압 범위, 배터리의 직병렬 연결 구조는 상기의 예시에 한정되지 않는다.
도 10a는 다양한 실시예들에 따른, 배터리(예: 도 1의 배터리(189))가 방전됨에 따라 제1 변환회로(예: 도 2의 제1 변환회로(250))로부터 제2 변환회로(예: 도 2의 제2 변환회로(260))에 공급되는 공급 전압의 크기를 나타낸 도면이다.
시간의 흐름에 따라 배터리가 방전될수록, 배터리의 방전 전압은 감소할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))는 배터리의 방전 전압의 크기가 설정된 전압 크기와 비교하여 제1 변환회로의 변환비를 결정할 수 있다.
일례로, 도 10a에서 프로세서는 방전 전압의 크기가 설정된 전압 크기인 14V를 초과하는 경우, 제1 변환회로의 변환비를 4:1로 결정할 수 있다. 일례로, 도 10a에서 프로세서는 방전 전압의 크기가 설정된 전압 크기인 14V 이하일 때, 제1 변환회로의 변환비를 3:1로 결정할 수 있다.
도 10a를 참조하면, 충전이 완료된 배터리의 방전 전압이 제1 변환회로에 공급될 수 있다. 일례로, 충전이 완료된 배터리의 방전 전압은 17.4V이고, 프로세서는 제1 변환회로의 변환비를 4:1로 결정할 수 있다. 제2 변환회로에 공급되는 공급 전압의 크기는 4.35V일 수 있다.
배터리의 방전이 진행됨에 따라 배터리의 방전 전압이 감소하여 14V 이하일 때, 프로세서는 제1 변환회로의 변화비를 3:1로 결정할 수 있다. 도 10a에서 배터리의 방전 전압이 14V 이하로 감소하여 공급 전압의 크기가 3.5V 이하가 될 때, 프로세서는 제1 변환회로의 변환비를 3:1로 제어할 수 있고, 3:1의 변환비에 따른 공급 전압의 크기는 4.67V가 될 수 있다.
제1 변환회로의 변환비가 3:1로 변경된 이후, 배터리의 방전이 진행됨에 따라 배터리의 방전 전압은 12V, 공급 전압은 4.0V로 감소할 수 있다.
도 10b는 다양한 실시예들에 따른, 배터리(예: 도 1의 배터리(189))가 충전됨에 따라 제1 변환회로(예: 도 2의 제1 변환회로(250))로부터 제2 변환회로(예: 도 2의 제2 변환회로(260))에 공급되는 공급 전압의 크기를 나타낸 도면이다.
도 10b는 도 10a와 반대로, 완전 방전된 배터리가 충전됨에 따른 공급 전압의 크기를 나타낸 것이다. 제1 변환회로에 공급되는 충전 전압은 배터리가 충전됨에 따라 12V에서 14V로 커질 수 있다.
일례로, 프로세서는 충전 전압의 크기가 12V 이상 14V 미만인 경우, 제1 변환회로의 변환비를 3:1로 결정할 수 있다. 일례로, 충전이 진행됨에 따라 충전 전압의 크기가 14V 이상이 될 때, 프로세서는 제1 변환회로의 변환비를 4:1로 변경할 수 있다.
상기의 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 제1 변환회로의 변환비를 결정함으로써, 크기가 일정 전압 크기 이상(예: 3.3V 이상)인 공급 전압을 제2 변환회로에 공급할 수 있다.
도 11 내지 도 15는 다양한 실시예들에 따른, 공급 전압이 감소함에 따른 전력 효율을 나타낸 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 제2 변환회로(예: 도 2의 제2 변환회로(260))에 입력되는 공급 전압(도 11의 Vin)의 크기에 따른 효율을 나타낸 도면이다.
도 11a를 참조하면, IDLE MODE와 PWM MODE에서 공급 전압(Vin)의 크기가 7V일 때의 효율이 12V, 24V일 때의 효율보다 높은 것을 확인할 수 있다.
도 11b를 참조하면, PWM 모드와 Burst mode operation에서 공급 전압(Vin)의 크기가 3.6V일 때의 효율이 12V일 때의 효율보다 높은 것을 확인할 수 있다.
도 12는 다양한 실시예들에 따른 Buck Converter의 인덕터 전류를 나타낸 도면이다. 다양한 실시예들에 따른 제2 변환회로(예: 도 2의 제2 변환회로(260))는 Buck converter를 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 입출력 변환비가 낮은 A의 삼각파가 변환비가 높은 C일 때보다 전류
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000001
값이 큰 것을 확인할 수 있다.
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000002
상기 수학식 1에서,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000003
는 Buck converter의 인덕터 코일(coil)에 의한 손실,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000004
은 인덕터 전류,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000005
은 인덕터의 직렬 등가 저항을 의미할 수 있다.
상기 수학식 1을 참조하면, 인덕터의 권선(copper)에 의한 손실인
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000006
는 전류의 RMS 값의 제곱인
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000007
에 비례하므로, 도 12에서 입출력 전압 변환비가 낮은 A의 손실이 C의 손실보다 더 큰 것을 알 수 있다.
도 13은 다양한 실시예들에 따른 Buck Converter의 전압 변환비에 따른 효율 곡선을 나타낸 도면이다.
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000008
상기 수학식 2에서,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000009
은 Buck converter의 도통(conduction) 손실 전력,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000010
은 Buck converter의 출력 전류,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000011
은 스위칭 주기의 온 타임(on time),
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000012
는 스위칭 주기의 오프 타임(off time),
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000013
은 FET의 on 저항,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000014
은 FET의 역회복 전하량,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000015
은 Buck converter의 입력 전압,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000016
는 스위칭 주파수를 의미할 수 있다.
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000017
은 Buck converter의 듀티 비(duty ratio)를 의미하고,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000018
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000019
일 수 있다.
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000020
은 Buck converter의 상단 스위치,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000021
는 Buck converter의 하단 스위치를 의미할 수 있다. 예를 들어,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000022
은 상단 스위치 FET의 on 저항,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000023
은 상단 스위치 스위칭 주기의 온 타임,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000024
는 상단 스위치 스위칭 주기의 오프 타임,
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000025
는 하단 스위치 FET의 역회복 전하량을 의미할 수 있다.
도 13은 상기 수학식 2의 Buck Converter의 스위치(예: MOSFET)의 도통 손실(conduction loss, 또는 전도 손실)
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000026
, 스위칭 손실(switching loss)
Figure PCTKR2022011342-appb-img-000027
에 따른 효율을 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, Buck converter의 출력 전압 Vout이 12V일 때, 입력 전압 V가 12V 부근, 즉 입출력 전압 변환비가 1과 가까울 때 효율이 높고, 입력 전압 V의 값이 커짐에 따라 입출력 전압 변환비가 작아지면 효율이 점점 감소함을 확인할 수 있다.
일례로, 제2 변환회로는 공급 전압을 변환하여 부하로 공급할 수 있고, 부하로 공급되는 전압의 크기는 공급 전압의 크기보다 작다. 도 13을 참조하면, 제2 변환회로는 변환비가 1보다 작은 영역에서 동작하는 것으로 이해될 수 있다. 도 13을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 제2 변환회로의 총 전력 손실(total MOSFET loss)는 변환비가 1보다 작은 영역에서 커질수록 감소하고, 제2 변환회로의 효율(efficiency)는 변환비가 1보다 작은 영역에서 커질수록 증가함을 확인할 수 있다.
일례로, 제1 변환회로에서 발생하는 총 전력 손실의 크기는, 제1 변환회로에서 공급 전압을 제2 변환회로에 공급함으로써 감소하는 제2 변환회로의 전력 손실의 크기보다 작을 수 있다.
도 14 및 도 15는 각각의 제2 변환회로(예: 도 2의 제2 변환회로(260))에 입력되는 입력 전압의 크기(Vin)에 따라 측정된 효율을 나타낸 도면이다.
도 14a 내지 도14h를 참조하면, 제2 변환회로에 입력되는 공급 전압(Vin)의 크기가 작을 때, 다양한 크기의 전압을 부하로 공급하는 제2 변환회로의 효율이 높음을 확인할 수 있다.
도 15를 참조하면, OLED 드라이버에 입력되는 공급 전압(VIN)의 크기가 작을 때, 효율이 높음을 확인할 수 있다.
상기의 도 11 내지 도 15를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 제2 변환회로의 입출력 전압 변환비가 커짐에 따라 전력 효율이 높아짐을 확인할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 제1 변환회로에서 충전 전압 또는 방전 전압을 변환비에 따라 변환한 공급 전압을 제2 변환회로에 공급할 수 있다. 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 공급 전압을 제2 변환회로에 공급함으로써, 제2 변환회로의 입출력 전압 변환비를 높일 수 있다.
예를 들어, 충전 전압 또는 방전 전압이 제1 변환회로의 변환비에 따라 변환되지 않고 제2 변환회로의 입력으로 인가되는 경우의 입출력 전압 변환비는 제1 변환회로에서 변환된 공급 전압이 제2 변환회로의 입력으로 인가되는 경우의 입출력 전압 변환비보다 낮을 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치의 제1 변환회로에서 전력이 소모될 수 있다. 제1 변환회로에서 소모되는 전력의 크기는 제2 변환회로의 입출력 전압 변환비가 커짐에 따라 개선되는 전력의 크기보다 작을 수 있다.
도 16은 다양한 실시예들에 따른, 마더보드 상에서 동작하는 제1 변환회로를 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 제1 변환회로는 복수의 커패시터 및 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 도 16에 도시된 제1 변환회로는 복수의 커패시터 및 복수의 스위치를 집적화(integrated)한 것이다.
도 5 및 도 16을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 배터리, 충전 회로, 제1 변환회로, 제2 변환회로 및 프로세서는 전자 장치의 마더보드 상에서 배치 및 연결되어, 각각의 부하로 전력을 전달할 수 있다.
도 17은 다양한 실시예들에 따른 전력 전달 방법의 동작 흐름도이다.
도 17을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))는 동작 S1701에서 외부 전원이 입력되는지 여부를 식별할 수 있다. 일례로, 어댑터(예: 도 3의 어댑터(305))를 통해 외부 전원이 입력될 때, 충전 회로(예: 도 2의 충전 회로(210))에서 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))로 ADT_SEL(Active High)와 같은 신호를 전송할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 동작 S1702에서 외부 전원이 입력될 때 충전 회로(예: 도 2의 충전 회로(210))를 이용하여 외부 전원의 입력 전압을 충전 전압으로 변환할 수 있다. 일례로, 충전 회로에서 출력되는 충전 전압은 배터리(예: 도 1의 배터리(189))의 전압에 종속될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 동작 S1703에서 외부 전원이 입력될 때, 충전 전압을 제1 변환회로(예: 도 2의 제1 변환회로(250))로 입력할 수 있다. 일례로, 충전 전압은 배터리와 제1 변환회로에 동시에 인가될 수 있다. 배터리에 인가된 충전 전압은 배터리를 충전시킬 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 동작 S1704에서 외부 전원이 입력되지 않을 때, 배터리의 방전 전압을 제1 변환회로로 입력할 수 있다. 배터리의 방전 전압은 배터리에 충전된 전압과 동일하게 이해될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 동작 S1705에서 제1 변환회로에서 변환비에 따라 충전 전압 또는 방전 전압을 공급 전압으로 변환할 수 있다. 일례로, 제1 변환회로의 변환비는 N:1일 수 있다. 제1 변환회로의 변환비 N:1은 제1 변환회로에 공급되는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기와, 제2 변환회로(예: 도 2의 제2 변환회로(260))가 동작하기 위한 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 충전 전압 또는 방전 전압의 범위가 14V 이상, 17.4V 이하이고, 제2 변환회로가 동작하기 위한 전압의 크기가 3.3V이상인 경우, 변환비는 3:1 또는 4:1로 결정될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 제1 변환회로의 변환비를 결정할 수 있다. 일례로, 전자 장치는 제1 변환회로에 입력되는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기와 설정된 전압의 크기에 따라 제1 변환회로의 변환비를 결정할 수 있다. 일례로, 전자 장치는 제1 변환회로에 입력되는 충전 전압 또는 방전 전압의 크기가 14V 이상인 경우의 변환비를 4:1, 14V 미만인 경우의 변환비를 3:1로 결정할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 동작 S1706에서 제2 변환회로에서 공급 전압을 변환하여 부하로 공급할 수 있다. 제1 변환회로에서 변환비에 따라 변환한 공급 전압을 제2 변환회로에 공급함으로써, 제2 변환회로의 입출력 전압 변환비가 높아질 수 있다. 입출력 전압 변환비가 높을 때 제2 변환회로의 전력 효율은 높을 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전력 전달 방법을 수행하는 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))는 배터리(예: 도 1의 배터리(189)), 외부 전원이 입력될 때, 상기 외부 전원의 입력 전압을 상기 배터리(189)를 충전시키기 위한 충전 전압으로 변환하는 충전회로(예: 도 2의 충전회로(210)), 상기 배터리(189)의 방전 전압 및 상기 충전 전압 중 어느 하나를 변환비에 따라 공급 전압으로 변환하는 제1 변환회로(예: 도 2의 제1 변환회로(250)), 상기 공급 전압을 변환하여 부하로 공급하는 제2 변환회로(예: 도 2의 제2 변환회로(260)) 및 상기 충전회로(210) 및 상기 제1 변환회로(250)를 제어하는 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))를 포함하고, 상기 프로세서(120)는, 상기 외부 전원이 입력될 때, 상기 충전 전압이 상기 제1 변환회로(250)에 입력되도록 하고, 상기 외부 전원이 입력되지 않을 때, 상기 방전 전압이 상기 제1 변환회로(250)에 입력되도록 할 수 있다.
상기 프로세서(120)는, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 식별하고, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 설정된 전압 크기와 비교하여 상기 변환비를 결정할 수 있다.
상기 프로세서(120)는, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기가 설정된 전압 크기 이상일 때의 상기 변환비가, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기가 설정된 전압 크기 미만일 때의 상기 변환비보다 작도록 결정할 수 있다.
상기 제1 변환회로(250)는, 복수의 스위치 및 복수의 커패시터를 포함하고, 상기 프로세서(120)는, 상기 복수의 커패시터를 각각 상기 공급 전압으로 충전시키고, 상기 복수의 커패시터에 충전된 상기 공급 전압을 출력하도록 상기 복수의 스위치의 동작을 제어할 수 있다.
상기 프로세서(120)는, 상기 복수의 스위치의 동작을 제어하여 상기 변환비를 결정할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전력 전달 방법을 수행하는 전자 장치(101)는, 배터리(189), 입력된 외부 전원을 이용하여 충전 전압을 제공하는 충전회로(210), 상기 배터리(189) 또는 상기 충전회로(210)로부터 전달된 전압을 변환비에 따라 공급 전압으로 변환하는 제1 변환회로(250), 상기 공급 전압을 연결된 부하에 필요한 전압으로 변환하는 제2 변환회로(260), 상기 충전회로(210) 및 상기 제1 변환회로(250)의 동작을 제어하는 프로세서(120)를 포함하고, 상기 프로세서(120)는, 상기 외부 전원이 입력될 때, 상기 충전 전압을 이용하여 상기 배터리(189)를 충전시키고, 상기 충전 전압이 상기 제1 변환회로(250)에 입력되도록 하고, 상기 외부 전원이 입력되지 않을 때, 상기 배터리로부터 출력되는 방전 전압이 상기 제1 변환회로(250)에 입력되도록 하고, 상기 변환비는, 상기 충전 전압 또는 상기 방전 전압의 크기와 상기 제2 변환회로(260)의 동작에 필요한 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다.
상기 프로세서(120)는, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 식별하고, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 설정된 전압 크기와 비교하여 상기 변환비를 결정할 수 있다.
상기 제1 변환회로(250)는, 복수의 스위치 및 복수의 커패시터를 포함하고, 상기 프로세서(120)는, 상기 복수의 커패시터를 각각 상기 공급 전압으로 충전시키고, 상기 복수의 커패시터에 충전된 상기 공급 전압을 출력하도록 상기 복수의 스위치의 동작을 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전력 전달 방법을 수행하는 전자 장치(101)는, 배터리(189), 입력된 외부 전원을 이용하여 충전 전압을 제공하는 충전회로(210), 상기 배터리 또는 상기 충전회로로부터 전달된 전압을 공급 전압으로 변환하는 능동형 커패시터 분압기(active cap divider)(250), 상기 공급 전압을 연결된 부하에 필요한 전압으로 변환하는 DCDC 컨버터(DCDC converter)(260), 상기 충전회로 및 상기 능동형 커패시터 분압기의 동작을 제어하는 프로세서(120)를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 외부 전원이 입력될 때, 상기 충전 전압을 이용하여 상기 배터리를 충전시키고, 상기 충전 전압이 상기 능동형 커패시터 분압기에 입력되도록 하고, 상기 외부 전원이 입력되지 않을 때, 상기 배터리로부터 출력되는 방전 전압이 상기 능동형 커패시터 분압기에 입력되도록 하고, 상기 충전 전압 또는 상기 방전 전압의 크기에 따라 능동형 커패시터 분압기를 제어할 수 있다.
상기 프로세서(120)는, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 식별하고, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 설정된 전압 크기와 비교하여 상기 능동형 커패시터 분압기의 변환비를 결정할 수 있다.
상기 능동형 커패시터 분압기(active cap divider)(250)는, 복수의 스위치 및 복수의 커패시터를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 복수의 커패시터를 각각 상기 공급 전압으로 충전시키고, 상기 복수의 커패시터에 충전된 상기 공급 전압을 출력하도록 상기 복수의 스위치의 동작을 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전력 전달 방법은, 외부 전원이 입력될 때, 상기 외부 전원의 입력 전압을 배터리(189)를 충전시키기 위한 충전 전압으로 변환하는 동작, 제1 변환회로(250)에 입력되는 상기 배터리(189)의 방전 전압 또는 상기 충전 전압 중 어느 하나를 변환비에 따라 공급 전압으로 변환하는 동작 및 제2 변환회로(260)에서 상기 공급 전압을 변환하여 부하로 공급하는 동작을 포함하고, 상기 공급 전압으로 변환하는 동작은, 상기 외부 전원이 입력될 때, 상기 충전 전압이 상기 변환회로에 입력되도록 하고, 상기 외부 전원이 입력되지 않을 때, 상기 방전 전압이 상기 변환회로에 입력되도록 할 수 있다.
상기 전력 전달 방법은, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 식별하는 동작을 더 포함하고, 상기 공급 전압으로 변환하는 동작은, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 설정된 전압 크기와 비교하여 상기 변환비를 결정할 수 있다.
상기 공급 전압으로 변환하는 동작은, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기가 설정된 전압 크기 이상일 때의 상기 변환비가, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기가 설정된 전압 크기 미만일 때의 상기 변환비보다 작도록 결정할 수 있다.
상기 제1 변환회로(250)는, 복수의 스위치 및 복수의 커패시터를 포함하고, 상기 공급 전압을 변환하는 동작은, 상기 복수의 스위치를 제어하여 상기 복수의 커패시터를 각각 상기 공급 전압으로 충전시키는 동작, 상기 복수의 스위치를 제어하여 상기 복수의 커패시터에 충전된 상기 공급 전압을 출력하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 공급 전압을 변환하는 동작은, 상기 복수의 스위치의 동작을 제어하여 상기 변환비를 결정할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (10)

  1. 전력 전달 방법을 수행하는 전자 장치에 있어서,
    배터리;
    외부 전원이 입력될 때, 상기 외부 전원의 입력 전압을 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전 전압으로 변환하는 충전회로;
    상기 배터리의 방전 전압 및 상기 충전 전압 중 어느 하나를 변환비에 따라 공급 전압으로 변환하는 제1 변환회로;
    상기 공급 전압을 변환하여 부하로 공급하는 제2 변환회로 및
    상기 충전회로 및 상기 제1 변환회로를 제어하는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 외부 전원이 입력될 때, 상기 충전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 하고, 상기 외부 전원이 입력되지 않을 때, 상기 방전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 하는, 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 식별하고, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 설정된 전압 크기와 비교하여 상기 변환비를 결정하는, 전자 장치.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기가 설정된 전압 크기 이상일 때의 상기 변환비가, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기가 설정된 전압 크기 미만일 때의 상기 변환비보다 작도록 결정하는, 전자 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 변환회로는, 복수의 스위치 및 복수의 커패시터를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 커패시터를 각각 상기 공급 전압으로 충전시키고, 상기 복수의 커패시터에 충전된 상기 공급 전압을 출력하도록 상기 복수의 스위치의 동작을 제어하는, 전자 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 스위치의 동작을 제어하여 상기 변환비를 결정하는, 전자 장치.
  6. 외부 전원이 입력될 때, 상기 외부 전원의 입력 전압을 배터리를 충전시키기 위한 충전 전압으로 변환하는 동작;
    제1 변환회로에 입력되는 상기 배터리의 방전 전압 또는 상기 충전 전압 중 어느 하나를 변환비에 따라 공급 전압으로 변환하는 동작 및
    제2 변환회로에서 상기 공급 전압을 변환하여 부하로 공급하는 동작
    을 포함하고,
    상기 공급 전압으로 변환하는 동작은,
    상기 외부 전원이 입력될 때, 상기 충전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 하고, 상기 외부 전원이 입력되지 않을 때, 상기 방전 전압이 상기 제1 변환회로에 입력되도록 하는, 전력 전달 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 식별하는 동작을 더 포함하고,
    상기 공급 전압으로 변환하는 동작은,
    상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기를 설정된 전압 크기와 비교하여 상기 변환비를 결정하는, 전력 전달 방법.
  8. 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 전압으로 변환하는 동작은,
    상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기가 설정된 전압 크기 이상일 때의 상기 변환비가, 상기 방전 전압 또는 상기 충전 전압의 크기가 설정된 전압 크기 미만일 때의 상기 변환비보다 작도록 결정하는, 전력 전달 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 변환회로는, 복수의 스위치 및 복수의 커패시터를 포함하고,
    상기 공급 전압을 변환하는 동작은,
    상기 복수의 스위치를 제어하여 상기 복수의 커패시터를 각각 상기 공급 전압으로 충전시키는 동작;
    상기 복수의 스위치를 제어하여 상기 복수의 커패시터에 충전된 상기 공급 전압을 출력하는 동작
    을 포함하는, 전력 전달 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 전압을 변환하는 동작은,
    상기 복수의 스위치의 동작을 제어하여 상기 변환비를 결정하는, 전력 전달 방법.
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