KR102395442B1 - 계층 구조의 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 일 실시 예에 따른 전원 장치는, 부하 요소들로 전력을 공급할 수 있다. 전원 장치는, 메인 배터리를 포함하는 메인 전원 모듈, 메인 전원 모듈의 충전 및 방전을 제어하기 위한 메인 전원 컨트롤러, 부하 요소들과 각각 대응되는 서브 배터리들을 포함하는 서브 전원 모듈, 및 서브 전원 모듈의 충전 및 방전을 제어하기 위한 서브 전원 컨트롤러를 포함할 수 있다. 전원 장치는, 상기 메인 배터리의 잔여 용량 및 상기 서브 배터리들의 잔여 용량에 기초하여, 메인 전원 모듈과 서브 전원 모듈 모두에 대해 충전 및 방전이 가능한 제1 모드, 서브 전원 모듈에 대해서만 충전 및 방전이 가능한 제2 모드, 또는 메인 전원 모듈에 대해서만 충전 및 방전이 가능한 제3 모드로 선택 운용될 수 있다.

Description

계층 구조의 전원 장치{POWER SUPPLY APPARATUS HAVING HIERARCHICAL STRUCTURE}
본 발명은 전원 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 계층 구조의 전원 장치에 관한 것이다.
전원 소스와 전원 컨트롤러로 구성되는 전원 장치는, 전원 소스로부터 공급되는 전력을 변압함으로써 부하 요소에 전력을 공급할 수 있다. 전원 소스는 예로서, 배터리, AC 전원, USB 전원, 또는 에너지 하베스터(Energy Harvester)를 포함할 수 있다. 전원 컨트롤러는 예로서, SMPS(Switch Mode Power Supply) 타입 PMIC, LDO(Low Drop Out) 타입 PMIC, 배터리 충전기(Battery Charger), USB 충전기(USB Charger), 에너지 하베스터 회로(Energy Harvester Circuit), 배터리 충전 상태 모니터링 회로(Battery SOC(State of Charge) Monitoring Circuit), 또는 배터리 셀 밸런싱 회로(Battery Cells Balancing Circuit)를 포함할 수 있다.
스마트 폰, 노트북 등과 같은 휴대용 단말기기의 전원 장치는, 하나의 배터리와 여러 개의 전원 컨트롤러들로 구성되어 부하 요소에 전력을 공급할 수 있다. 전원 소스로 AC 전원, USB 전원, 에너지 하베스터 등이 사용될 수 있지만, 배터리가 메인 전력소스로 사용될 수 있다.
현재 휴대용 단말기기의 전원 장치는 하나의 메인 배터리로부터 여러 개의 부하 요소들로 전력을 공급하는 단층 구조이므로, 배터리 사용시간으로 인한 충전 횟수 증가와 서비스의 제한 문제가 발생될 수 있다. 또한, 배터리 용량의 한계, 안전성, 전력 공급에 필요한 부품수의 증가에 따른 면적 증가, 효율성, 및 가격 등과 같은 다양한 문제들이 발생되고 있다.
다양한 운용 모드들에 따라 효율적으로 동작하는 계층 구조의 전원 장치가 제공될 수 있다.
본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
부하 요소들로 전력을 공급하기 위한 전원 장치에 있어서, 메인 배터리를 포함하는 메인 전원 모듈, 상기 메인 전원 모듈의 충전 및 방전을 제어하기 위한 메인 전원 컨트롤러, 상기 부하 요소들과 각각 대응되는 서브 배터리들을 포함하는 서브 전원 모듈, 및 상기 서브 전원 모듈의 충전 및 방전을 제어하기 위한 서브 전원 컨트롤러를 포함하고, 상기 메인 전원 모듈과 상기 서브 전원 모듈 모두에 대해 충전 및 방전이 가능한 제1 모드, 상기 서브 전원 모듈에 대해서만 충전 및 방전이 가능한 제2 모드, 또는 상기 메인 전원 모듈에 대해서만 충전 및 방전이 가능한 제3 모드로 운용될 수 있다.
개시된 일 실시 예에 따른 전원 장치는, 높은 안전성을 유지하면서 배터리의 용량을 증가시킬 수 있으며 고효율, 저면적, 저가격으로 구현될 수 있다. 또한, 전원 장치는 장시간 사용 가능하며, 이로 인해 증강 현실을 접목한 게임과 같은 고도화된 서비스와 개인 맞춤형 서비스를 제공하는 것이 가능하다.
도1은 일 실시 예에 따른 전원 장치의 블록도를 나타낸다.
도2는 일 실시 예에 따라, 도1의 전원 장치가 제1운용 모드인 경우, 수행될 수 있는 동작들을 나타내기 위한 개념도이다.
도3은 일 실시 예에 따라, 도1의 전원 장치가 제2운용 모드인 경우, 수행될 수 있는 동작들을 나타내기 위한 개념도이다.
도4는 일 실시 예에 따라, 도1의 전원 장치가 제3운용 모드인 경우, 수행될 수 있는 동작들을 나타내기 위한 개념도이다.
도5는 일 실시 예에 따른 전원 장치의 상세한 블록도를 나타낸다.
도6은 일 실시 예에 따라, 도1의 전원 장치가 운용 모드를 결정하기 위한 방법을 나타내기 위한 흐름도이다.
아래에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들(이하, 통상의 기술자들)이 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록, 첨부되는 도면들을 참조하여 몇몇 실시 예가 명확하고 상세하게 설명될 것이다.
이하, 명세서에서 사용되는 "모듈"이라는 용어는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성 요소, 하드웨어 구성 요소들의 집합, 또는 회로를 의미할 수 있다.
도1은 일 실시 예에 따른 전원 장치의 블록도를 나타낸다.
전원 장치(1000)는 복수의 부하 요소들로 전력을 공급할 수 있다. 부하 요소들 각각은 예를 들어, AP 코어, 메모리, 주변 장치, 센서, 디스플레이, 및 입출력 포트 중 하나일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도1을 참조하면 전원 장치(1000)는, 메인 전원 모듈(1200), 메인 전원 컨트롤러(1400), 서브 전원 모듈(1600), 및 서브 전원 컨트롤러(1800)를 포함할 수 있다.
메인 전원 모듈(1200)은 외부로 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 전원 소스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메인 전원 모듈(1200)은 전원 소스로서 메인 배터리(1220)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따른 메인 전원 모듈(1200)은, USB 전원, AC 전원, 에너지 하베스터 등과 같은 다른 전원 소스들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 메인 전원 모듈(1200) 내의 다른 전원 소스들을 통해 공급되는 전력을 이용하여 메인 배터리(1220)가 충전되거나 서브 전원 모듈(1600) 및 부하 요소들로 전력이 공급될 수 있다.
메인 전원 컨트롤러(1400)는 메인 전원 모듈(1200)의 충전 및 방전 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 메인 전원 컨트롤러(1400)는 메인 배터리(1220)의 충전 상태를 모니터링하기 위한 배터리 SOC(State Of Charge) 모니터링 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 메인 전원 컨트롤러(1400)는 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전 전력을 제어하고 방전 전력을 서브 전원 모듈(1600) 또는 부하 요소들로 전달하기 위한 PMIC(Power Management IC, 미도시)를 포함할 수 있다. 메인 전원 컨트롤러(1400)에 포함되는 PMIC는 SMPS(Switch Mode Power Supply) 타입 또는 LDO(Low Drop Out) 타입일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
메인 전원 컨트롤러(1400)는 메인 배터리(1220)로부터 방전되는 전력을 적절하게 변압하고 변압된 전력을 서브 전원 모듈(1600) 및 부하 요소들로 전달할 수 있다. 또한, 메인 전원 컨트롤러(1400)는 메인 전원 모듈(1200)의 USB 전원, AC 전원, 에너지 하베스터 등과 같은 다른 전원 소스들을 통해 메인 배터리(1220)를 충전할 수 있다.
서브 전원 모듈(1600)은 서브 배터리들(1620)을 포함할 수 있다. 서브 배터리들(1620)은 부하 요소들과 각각 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1서브 배터리(SUB_B#1)와 제2서브 배터리(SUB_B#2)는 제1부하 요소(LOAD#1)와 제2부하 요소(LOAD#2)에 각각 전력을 공급할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 서브 배터리들(1620) 각각은 동작 전압과 저장 용량이 고정될 수 있다. 또는, 서브 배터리들(1620) 각각은 대응되는 부하 요소에 특화되도록 동작 전압과 저장 용량이 가변될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
서브 전원 컨트롤러(1800)는 서브 전원 모듈(1600)의 충전 및 방전 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 서브 전원 컨트롤러(1800)는 서브 배터리들(1620) 각각의 충전 상태를 모니터링하기 위한 배터리 SOC 모니터링 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브 전원 컨트롤러(1800)는 서브 전원 모듈(1600)로부터 방전되는 전력을 제어하고 방전된 전력을 부하 요소들로 전달하기 위한 PMIC 를 포함할 수 있다. 서브 전원 컨트롤러(1800)에 포함되는 PMIC 는 SMPS 타입 또는 LDO 타입일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
서브 전원 컨트롤러(1800)는 서브 배터리들(1620) 각각으로부터 방전되는 전력을 적절하게 변압하고 변압된 전력을 부하 요소들에게 전달할 수 있다. 또한, 서브 전원 컨트롤러(1800)는 서브 배터리들(1620) 각각의 충전 상태를 모니터링 함으로써, 서브 배터리들(1620) 간의 상호 충전이 수행되도록 서브 전원 모듈(1600)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 충전 상태가 임계치 이하인 제2서브 배터리(SUB_B#2)는 충전 용량에 여유가 있는 제3서브 배터리(SUB_B#3)를 이용하여 충전될 수 있다. 이러한 경우, 서브 전원 컨트롤러(1800)는 제3서브 배터리(SUB_B#3)로부터의 방전 전력을 제2서브 배터리(SUB_B#2)로 공급함으로써 제2서브 배터리(SUB_B#2)를 충전할 수 있다.
일 실시 예에 따른 메인 전원 컨트롤러(1400)와 서브 전원 컨트롤러(1800)는, ASIC, FPGA, 임베디드 프로세서, 마이크로 프로세서, 하드웨어 제어 로직, 하드웨어 유한 상태 기계(FSM), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
전원 장치(1000)는 전력 운용의 효율성을 위해 복수의 운용 모드들에 따라 운용될 수 있다. 복수의 운용 모드들은, 메인 전원 모듈(1200)과 서브 전원 모듈(1600) 모두를 사용하는 제1운용 모드(또는, 계층 구조 배터리 운용관리 모드(Hierarchy Battery Operation Management Mode)라고도 함), 메인 전원 모듈(1200)과 서브 전원 모듈(1600) 중에서 서브 전원 모듈(1600)만을 사용하는 제2운용 모드(또는, 서브 배터리 운용관리 모드(Sub Battery Operation Management Mode)라고도 함), 및 메인 전원 모듈(1200)과 서브 전원 모듈(1600) 중에서 메인 전원 모듈(1200)만을 사용하는 제3운용 모드(또는, 메인 배터리 운용관리 모드(Main Battery Operation Management Mode)라고도 함)를 포함할 수 있다. 전원 장치(1000)는 메인 배터리(1200)의 잔여 용량과 서브 배터리들(1600)의 잔여 용량에 기반하여 제1운용 모드, 제2운용 모드, 및 제3운용 모드 중 하나를 현재의 운용 모드로 결정할 수 있다. 이하, 각 운용 모드들에 따라 전원 장치(1000)에서 수행될 수 있는 동작들이 도2 내지 6을 참조하여 상세히 후술된다.
도2는 일 실시 예에 따른 전원 장치(1000)가 제1운용 모드로 운용되는 경우, 수행될 수 있는 동작들을 나타내기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해, 도2에서 메인 전원 컨트롤러(1400)와 서브 전원 컨트롤러(1800)는 생략되었다.
일 실시 예에 따라, 제1운용 모드에서, 부하 요소로 인가되는 전력은 서브 전원 모듈(1600)로부터 우선 공급될 수 있다. 서브 전원 모듈(1600)의 잔여 용량이 부족한 경우, 메인 전원 모듈(1200)로부터 방전되는 전력으로 서브 배터리들(1620)이 충전되거나, 서브 배터리들(1620) 간의 상호 충전이 수행될 수 있다.
도2를 참조하면, 전원 장치(1000)는 메인 배터리(1220)를 충전하는 동작(2200), 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전 전력을 사용하여 서브 배터리들(1620)을 충전하는 동작(2400), 서브 배터리들(1620) 간의 상호 충전 동작(2600), 및 서브 전원 모듈(1600)로부터 방전되는 전력을 부하 요소들로 공급하는 동작(2800) 중 적어도 하나의 동작을 수행할 수 있다.
도3은 일 실시 예에 따른 전원 장치(1000)가 제2운용 모드로 운용되는 경우, 수행될 수 있는 동작들을 나타내기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해, 도3에서 메인 전원 컨트롤러(1400)와 서브 전원 컨트롤러(1800)는 생략되었다.
일 실시 예에 따라, 제2운용 모드에서, 부하 요소들로 인가되는 전력은 서브 전원 모듈(1600)로부터 공급될 수 있다. 특정 서브 배터리의 잔여 용량이 부족한 경우, 서브 배터리들(1620) 간의 상호 충전이 수행될 수 있다.
도3을 참조하면, 전원 장치(1000)가 제2운용 모드에서 운용되는 경우, 전원 장치(1000)는 서브 배터리들(1620) 간의 상호 충전 동작(3200), 및 서브 전원 모듈(1600)로부터 방전되는 전력을 부하 요소에 공급하는 동작(3400) 중 적어도 하나의 동작을 수행할 수 있다. 제2운용 모드는 메인 전원 모듈(1200)이 사용되지 않는 모드이므로 메인 배터리(1220)의 충전 또는 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전은 수행되지 않는다.
도4는 일 실시 예에 따른 전원 장치(1000)가 제2운용 모드로 운용되는 경우, 수행될 수 있는 동작들을 나타내기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해, 도4에서 메인 전원 컨트롤러(1400)와 서브 전원 컨트롤러(1800)는 생략되었다.
일 실시 예에 따라, 제3운용 모드에서, 부하 요소들로 인가되는 전력은 메인 전원 모듈(1200)로부터 공급될 수 있다. 메인 배터리(1220)의 잔여 용량이 부족한 경우, AC 전원, USB 전원, 에너지 하베스터 전원을 통해 메인 배터리(1220)가 충전될 수 있다.
도4를 참조하면, 전원 장치(1000)가 제3운용 모드에서 운용되는 경우, 전원 장치(1000)는 메인 배터리(1220)를 충전하는 동작(4200) 및 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전 전력을 부하 요소들로 공급하는 동작(4400) 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 제3운용 모드는 서브 전원 모듈(1600)이 사용되지 않는 모드이므로 서브 배터리들(1620)의 충전 또는 방전은 수행되지 않는다.
도5은 일 실시 예에 따른 전원 장치의 상세한 블록도를 나타낸다.
전원 장치(5000)는 도1을 참조하여 상술한 전원 장치(1000)의 상세한 실시 예를 나타낸다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도1의 메인 전원 모듈(1200), 메인 전원 컨트롤러(1400), 서브 전원 모듈(1600), 및 서브 전원 컨트롤러(1800)에 관하여 기술된 내용은 도5의 메인 전원 모듈(5200), 메인 전원 컨트롤러(5400), 서브 전원 모듈(5600), 및 서브 전원 컨트롤러(5800)에도 적용될 수 있다.
도5를 참조하면, 전원 장치(5000)는 도1의 전원 장치(1000)와 비교하여, 제1선택기(5500) 및 제2선택기(5900)를 더 포함할 수 있다.
제1선택기(5500)는 메인 전원 컨트롤러(5400)로부터 방전되는 전력과 서브 전원 컨트롤러(5800)로부터 방전되는 전력을 수신하고 하나의 전력을 서브 전원 모듈(5600)로 선택적으로 출력할 수 있다. 제1선택기(5500)로부터 서브 전원 모듈(5600)로 출력된 전력은 서브 배터리들(5620)을 충전하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1선택기(6500)는 멀티플렉서(multiplexer)로 구현될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
일 실시 예에 따라, 전원 장치(5000)가 메인 전원 모듈(5200)이 사용되지 않는 제2운용 모드로 운용되는 경우, 제1선택기(5500)는 수신된 제어 신호 하에, 서브 전원 컨트롤러(5800)로부터 수신된 전력을 출력할 수 있다. 이러한 경우, 서브 배터리들(5620) 각각은 메인 전원 모듈(5200)로부터의 방전 전력을 이용하지 않고, 서브 배터리들(5620) 간의 상호 충전만을 이용하여 충전될 수 있다.
제2선택기(5900)는 메인 전원 컨트롤러(5400)로부터 방전되는 전력과 서브 전원 컨트롤러(5800)로부터 방전되는 전력을 수신하고 하나의 전력을 부하 요소들로 선택적으로 출력할 수 있다. 제2선택기(5900)는 부하 요소들과 각각 대응되는 멀티플렉서들(5910, 5920, 5930, 5940)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 멀티플렉서(5910)는 서브 전원 컨트롤러(5800)로부터 방전되는 전력과 메인 전원 컨트롤러(5400)로부터 방전되는 전력 중 하나의 전력을 부하 요소(LOAD#1)로 출력할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 전원 장치(5000)가 서브 전원 모듈(5600)이 사용되지 않는 제3운용 모드로 운용되는 경우, 제2선택기(5900)의 멀티플렉서들(5910, 5920, 5930, 5940) 각각은 수신된 제어 신호 하에, 메인 전원 컨트롤러(5400)로부터 수신된 전력을 출력할 수 있다. 이러한 경우, 부하 요소들은 메인 전원 모듈(5200)로부터 전력을 공급받게 된다.
도6은 일 실시 예에 따라, 도1의 전원 장치(1000)가 운용 모드를 결정하기 위한 방법을 나타내기 위한 흐름도이다.
단계 S6100에서, 전원 장치(1000)는 제1운용 모드에 따른 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 제1운용 모드는 전원 장치(1000)의 기본 운용 모드일 수 있다. 전원 장치(1000)는 제1 내지 6 동작 모드 중 하나의 동작 모드에서 동작할 수 있다. 이하, 동작 모드는 메인 배터리(1220)와 서브 배터리들(1620)의 잔여 용량 및 부하 요소들의 대기/동작 상태에 따라 결정될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
제1동작 모드(계층구조 배터리 방전 동작 모드(Hierarchy Battery Discharging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 메인 배터리(1220)를 충전함과 동시에 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전 전력을 서브 전원 모듈(1600)로 공급하고, 서브 전원 모듈(1600)로부터의 방전 전력을 부하 요소들로 공급할 수 있다.
제2동작 모드(계층구조 배터리 충전 동작 모드(Hierarchy Battery Charging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 메인 전원 모듈(1200)의 방전 전력을 이용하여 서브 전원 모듈(1600)을 충전할 수 있다. 예를 들어, 서브 배터리들(1620)은 메인 배터리(1220), AC 전원, USB 전원, 또는 에너지 하베스터 전원을 통해 충전될 수 있다. 이 때, 메인 배터리(1220)에 대한 충전이나 부하 요소들에 대한 전력 공급은 수행되지 않는다.
제3동작 모드(계층구조 배터리 충전/방전 동작모드(Hierarchy Battery Charging/Discharging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 메인 전원 모듈(1200)의 방전 전력을 이용하여 서브 배터리들(1620)을 충전함과 동시에 서브 전원 모듈(1600)로부터의 방전 전력을 부하 요소들에게 공급할 수 있다.
제4동작 모드(서브 배터리 단독 방전 동작 모드(Sub Battery Stand-alone Discharging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 서브 전원 모듈(1600)로부터의 방전 전력을 부하 요소들에게 공급할 수 있다. 이 때, 메인 배터리(1220)와 서브 배터리들(1620)에 대한 충전 및 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전은 수행되지 않는다.
제5동작 모드(서브 배터리 단독 충전 동작 모드(Sub Battery Stand-alone Charging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 서브 전원 모듈(1600)의 서브 배터리들(1620) 간의 상호 충전을 수행할 수 있다. 이 때, 메인 배터리(1220)의 충전 및 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전은 수행되지 않으며, 부하 요소들로 전력이 공급되지 않는다.
제6동작 모드(서브 배터리 단독 충전/방전 동작모드(Sub Battery Stand-alone Charging/Discharging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 서브 배터리들(1620) 간의 상호 충전을 수행함과 동시에 서브 전원 모듈(1600)로부터의 방전 전력을 부하 요소들에게 공급할 수 있다. 이 때, 메인 배터리(1220)의 충전 및 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전은 수행되지 않는다.
상술한 제1 내지 6 동작 모드들은, 제1운용 모드의 전원 장치(1000)에서 가능한 다양한 동작 모드들의 예일 뿐 이에 제한되지 않는다.
단계 S6200 에서, 전원 장치(1000)는 메인 배터리(1220)의 잔여 용량이 제1임계치보다 작은지 판단할 수 있다. 메인 배터리(1220)의 잔여 용량이 제1임계치보다 작다면(Yes), 전원 장치(1000)는 현재의 운용 모드를 메인 전원 모듈(1200)을 사용하지 않는 제2운용 모드로 결정하고 단계 S6300에서 제2운용 모드에서의 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 메인 배터리(1220)의 잔여 용량이 제1임계치보다 작지 않으면(No), 전원 장치(1000)는 단계 S6400 에서 다른 조건을 판단할 수 있다.
단계 S6300 에서, 전원 장치(1000)는 제2운용 모드에 따른 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전원 장치(1000)는 제7 내지 9 동작 모드 중 하나의 동작 모드에서 동작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제2운용 모드는 메인 전원 모듈(1200)이 사용되지 않는 모드이므로 메인 배터리(1220)의 충전 및 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전은 수행되지 않는다.
제7동작 모드(서브 배터리 단독 방전 동작 모드(Sub Battery Stand-alone Discharging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 서브 전원 모듈(1600)로부터의 방전 전력을 부하 요소들에게 공급할 수 있다. 이 때, 서브 배터리들(1620) 간의 상호 충전은 수행되지 않는다.
제8동작 모드(서브 배터리 단독 충전 동작 모드(Sub Battery Stand-alone Charging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 서브 배터리들(1620) 간의 상호 충전을 수행할 수 있다. 이 때, 부하 요소들로 전력이 공급되지 않는다.
제9동작 모드(서브 배터리 단독 충전/방전 동작 모드(Sub Battery Stand-alone Charging/Discharging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 서브 배터리들(1620) 간의 상호 충전을 수행함과 동시에 서브 전원 모듈(1600)로부터의 방전 전력을 부하 요소들에게 공급할 수 있다.
상술한 제7 내지 9 동작 모드 들은, 제2운용 모드의 전원 장치(1000)에서 가능한 동작 모드들의 예일 뿐 이에 제한되지 않는다.
단계 S6400 에서, 전원 장치(1000)는 서브 배터리들(1600) 중 적어도 하나의 잔여 용량이 제2임계치보다 작은지 판단할 수 있다. 서브 배터리들(1600) 중 적어도 하나의 잔여 용량이 제2임계치보다 작으면(Yes), 전원 장치(1000)는 단계 S6500 에서 제3운용 모드에서의 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 모든 서브 배터리들(1600)의 잔여 용량이 제2임계치보다 크거나 같으면(No) 전원 장치(1000)는 계속 제1운용 모드에서 동작(S6100)할 수 있다.
단계 S6500 에서, 전원 장치(1000)는 제3운용 모드에 따른 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전원 장치(1000)는 제10 내지 12 동작 모드 중 하나의 동작 모드에서 동작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제3운용 모드는 서브 전원 모듈(1600)이 사용되지 않는 모드이므로 서브 배터리들(1620)의 충전 또는 방전은 수행되지 않는다.
제10동작 모드(메인 배터리 단독 방전 동작 모드(Main Battery Stand-alone Discharging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전 전력을 부하 요소들로 공급할 수 있다. 이 때, 메인 배터리(1220)의 충전은 수행되지 않는다.
제11동작 모드(메인 배터리 단독 충전 동작 모드(Main Battery Stand-alone Charging Operation Mode)라고도 함)에서, 전원 장치(1000)는 메인 배터리(1220)를 충전할 수 있다. 예를 들어, 메인 전원 컨트롤러(1400)는 AC 전원, USB 전원, 에너지 하베스터 전원을 이용하여 메인 배터리(1220)를 충전할 수 있다. 이 때, 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전은 수행되지 않는다.
제12동작 모드(메인 배터리 단독 충전/방전 동작 모드(Main Battery Stand-alone Charging/Discharging Operation Mode)라고도 함)에서, 메인 배터리(1220)가 충전됨과 동시에 메인 전원 모듈(1200)로부터의 방전 전력이 부하 요소들로 공급될 수 있다.
상술한 제10 내지 12 동작 모드 들은, 제3운용 모드의 전원 장치(1000)에서 가능한 동작 모드들의 예일 뿐 이에 제한되지 않는다.
위 설명들은 본 발명을 구현하기 위한 예시적인 구성들 및 동작들을 제공하도록 의도된다. 본 발명의 기술 사상은 위에서 설명된 실시 예들뿐만 아니라, 위 실시 예들을 단순하게 변경하거나 수정하여 얻어질 수 있는 구현들도 포함할 것이다. 또한, 본 발명의 기술 사상은 위에서 설명된 실시 예들을 앞으로 용이하게 변경하거나 수정하여 달성될 수 있는 구현들도 포함할 것이다.

Claims (17)

  1. 부하 요소들로 전력을 공급하기 위한 전원 장치에 있어서,
    메인 배터리를 포함하는 메인 전원 모듈;
    상기 메인 전원 모듈의 충전 및 방전을 제어하기 위한 메인 전원 컨트롤러;
    상기 부하 요소들과 각각 대응되는 서브 배터리들을 포함하는 서브 전원 모듈; 및
    상기 서브 전원 모듈의 충전 및 방전을 제어하기 위한 서브 전원 컨트롤러를 포함하고,
    상기 메인 배터리의 잔여 용량 및 상기 서브 배터리들의 잔여 용량에 기초하여, 상기 메인 전원 모듈과 상기 서브 전원 모듈 모두에 대해 충전 및 방전이 가능한 제1모드, 상기 서브 전원 모듈에 대해서만 충전 및 방전이 가능한 제2모드, 또는 상기 메인 전원 모듈에 대해서만 충전 및 방전이 가능한 제3모드로 선택 운용되고,
    상기 메인 전원 컨트롤러는, 상기 제1모드에서, 상기 메인 전원 모듈로부터 방전되는 전력을 변압하고, 상기 변압된 전력을 상기 서브 전원 모듈로 공급하는 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전원 모듈은, USB 전원, AC 전원, 및 에너지 하베스터 전원 중 적어도 하나의 전원을 더 포함하고,
    상기 메인 전원 컨트롤러는, 상기 적어도 하나의 전원으로부터 방전되는 전력을 이용하여 상기 메인 배터리를 충전하는 전원 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전원 컨트롤러는, 상기 변압된 전력을 상기 부하 요소들로 더 공급하는 전원 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서브 배터리들 각각은, 상기 서브 배터리들 각각과 대응하는 부하 요소의 특성에 따라 동작 전압과 저장 용량이 결정되는 전원 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서브 전원 컨트롤러는, 상기 서브 배터리들로부터 방전되는 전력을 변압하고, 상기 변압된 전력을 상기 부하 요소들로 공급하는 전원 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서브 배터리들은 제1서브 배터리와 제2서브 배터리를 포함하고,
    상기 서브 전원 컨트롤러는, 상기 제1서브 배터리로부터 방전되는 전력을 이용하여 상기 제2서브 배터리를 충전하는 전원 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 배터리의 잔여 용량이 제1임계치 이상이고, 상기 서브 배터리들 각각의 잔여 용량이 제2임계치 이상인 경우, 상기 제1모드로 운용되는 전원 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1모드로 운용되는 경우, 상기 메인 배터리의 충전 동작, 상기 서브 배터리들의 충전 동작, 및 상기 부하 요소들로 전력을 공급하는 동작 중 적어도 하나의 동작이 수행되고,
    상기 서브 배터리들의 충전 동작은 상기 서브 배터리들 간의 상호 충전 동작을 포함하는 전원 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메인 배터리의 잔여 용량이 제1임계치보다 낮은 경우, 상기 제2모드로 운용되는 전원 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2모드로 운용되는 경우, 상기 서브 배터리들 간의 상호 충전 동작 및 상기 부하 요소들로 전력을 공급하는 동작 중 적어도 하나의 동작이 수행되는 전원 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전원 컨트롤러로부터 방전되는 전력과 상기 서브 전원 컨트롤러로부터 방전되는 전력 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 전력을 상기 서브 전원 모듈로 출력하기 위한 제1선택기를 더 포함하는 전원 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2모드로 운용되는 경우, 상기 제1선택기는 수신된 제어 신호 하에, 상기 서브 전원 컨트롤러로부터 방전되는 전력을 선택하는 전원 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 서브 배터리들 중 적어도 하나의 잔여 용량이 제2임계치보다 낮은 경우, 상기 제3모드로 운용되는 전원 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제3모드로 운용되는 경우, 상기 메인 배터리의 충전 동작 및 상기 부하 요소들로 전력을 공급하는 동작 중 적어도 하나의 동작이 수행되는 전원 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전원 컨트롤러로부터 방전되는 전력과 상기 서브 전원 컨트롤러로부터 방전되는 전력 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 전력을 상기 부하 요소들로 출력하기 위한 제2선택기를 더 포함하고,
    상기 제2선택기는, 상기 부하 요소들과 각각 대응되는 멀티플렉서들을 포함하는 전원 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제3모드로 운용되는 경우, 상기 제2선택기는 수신된 제어 신호 하에, 상기 메인 전원 컨트롤러로부터 방전되는 전력을 선택하는 전원 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 부하 요소들 각각은, AP 코어, 메모리, 주변 장치, 센서, 디스플레이, 또는 입출력 포트를 포함하는 전원 장치.
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