KR20160140275A - 동적 전원 제어를 위한 전자 장치 및 그 방법 - Google Patents

동적 전원 제어를 위한 전자 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동적 전원 제어를 위한 전자 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
다양한 실시 예에 따른 동적 전원 제어를 위한 전자 장치는 전원 입력이 가능한 적어도 제1 포트 및 제2 포트를 포함하는 복수의 포트들; 상기 제1 포트에 연결되는 제1 외부 장치로부터 공급되는 제1 전원을 변환하는 제1 전원 변환부 및 상기 제2 포트에 연결되는 제2 외부 장치로부터 공급되는 제2 전원을 변환하는 제2 전원 변환부를 포함하는 전원 제어부; 및 상기 제1 전원과 상기 제2 전원을 가산하여 타겟 장치에 전원이 공급되도록 상기 전원 제어부를 제어하는 제어부를 포함한다. 또한 다른 실시 예들이 가능하다.

Description

동적 전원 제어를 위한 전자 장치 및 그 방법{ELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR DYNAMIC POWER CONTROL}
본 발명의 다양한 실시 예는 전원 입출력의 동적 제어에 관한 것이다.
일반적으로 노트 PC(Note PC), 랩탑(Laptop), 타블렛 PC(Tablet PC), 스마트폰(Smartphone)과 같은 전자 장치는 폼 팩터(Form Factor) 측면에서 이동성(Mobility)을 향상시키기 위해 점점 얇고 가벼워지고 있다. 이러한 전자 장치는 전원 입력을 위한 단일 전원 입력 포트를 구비하거나 USB 포트와 같이 데이터 통신 및 전원 입출력을 위한 하나 이상의 입출력 포트를 구비할 수 있다.
이러한 경향에 따라, 최근 USB-IF(USB Implementers Forum)에서는 상하 구별없이 장착 가능하도록 설계되고, 고속의 소형화된 새로운 USB 타입-C 커넥터(USB Type-C Connector) 및 케이블 규격을 표준화하였다. 이러한 USB 타입-C 커넥터 및 케이블은 최대 100W 급의 전력 공급을 가능하도록 USB PD(Power Delivery) 규격을 지원한다.
전자 장치의 전원 입력 포트에 대한 표준화가 추진되면서 전자 장치의 전원 공급 장치(예, AC/DC 어댑터)가 휴대성, 사용성, 설계 비용에 따라 USB 타입-C 형태로 구현될 가능성이 높아지고 있다.
상기와 같이 종래의 전자 장치는 단일 전원 입력 포트를 통해서 전원이 입력되거나 하나 이상의 입출력 포트를 통해서 데이터 통신 및 전원 입출력이 가능하다.
하지만 종래의 전자 장치는 하나 이상의 입출력 포트를 구비하더라도 전자 장치에서 필요로 하는 전력량에 따라 주로 외부의 단일 전원 입력 포트를 통해서 전원을 공급받기 때문에 전원 공급 장치의 크기가 커지고, 무게가 증가한다는 불편함이 있다.
따라서, 전자 장치의 휴대성 및 성능을 높이고, 사용 시간을 증가시키기 위해 전원 입출력의 효율적인 설계 및 제어가 필요하다.
본 발명의 다양한 실시 예에서는 동적 전원 제어를 위한 전자 장치 및 그 방법을 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위해 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 동적 전원 제어를 위한 전자 장치는 전원 입력이 가능한 적어도 제1 포트 및 제2 포트를 포함하는 복수의 포트들; 상기 제1 포트에 연결되는 제1 외부 장치로부터 공급되는 제1 전원을 변환하는 제1 전원 변환부 및 상기 제2 포트에 연결되는 제2 외부 장치로부터 공급되는 제2 전원을 변환하는 제2 전원 변환부를 포함하는 전원 제어부; 및 상기 제1 전원과 상기 제2 전원을 가산하여 타겟 장치에 전원이 공급되도록 상기 전원 제어부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면 동적 전원 제어를 위한 전자 장치에 대한 방법은 전원 입력이 가능한 제2 포트에 연결되는 제2 외부 장치로부터 제2 전원을 공급받는 동작; 상기 제1 전원 및 상기 제2 전원을 변환하는 동작; 및 상기 제1 전원과 상기 제2 전원을 가산하여 타겟 장치에 전원을 공급하는 동작;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서는 USB 전원 입출력 포트 및 전원 포트를 통해서 입력된 전원을 가산하여 전자 장치에서 필요로 하는 대용량의 전원을 공급할 수 있다.
또한 본 발명의 다양한 실시 예에서는 다수의 소형 랩탑, 태블릿 PC 또는 스마트폰과 같은 외부 장치로부터 입력되는 전원을 결합하여 전자 장치의 최대 성능을 위한 고용량의 전원을 공급하거나 전자 장치의 성능 또는 기능을 제한하지 않은 상태에서 전원을 공급받아 전자 장치에 구비된 배터리 충전 속도를 개선시킬 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 다양한 실시 예에서는 대용량의 AC/DC 어댑터를 이용하지 않더라도 타입-C 형태의 USB 전원 입출력 포트를 이용하여 언제 어디서나 쉽게 필요한 대용량의 전원을 확보할 수 있기 때문에 전자 장치의 휴대성을 향상시킬 수 있고, 설계 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른, 전자 장치를 포함하는 네트워크 환경(100)를 도시한다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치와 다수의 외부 장치를 포함하는 전원 입출력을 위한 시스템의 구성도이다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 세부 구성도이다.
도 4는 다양한 실시 예에 따라 DC 전원 포트에 대응하는 제1 전원 변환부의 세부 구성도이다.
도 5는 다양한 실시 예에 따라 제1 USB 입출력 포트에 대응하는 제2 전원 변환부의 세부 구성도이다.
도 6은 다양한 실시 예에 따라 USB 출력 포트에 대응하는 전원 변환부의 세부 구성도이다.
도 7은 다양한 실시 예에 따라 도 4, 도 5, 도 6의 전원 변환부들을 적용한 휴대 전자 장치의 세부 구성도이다.
도 8은 다양한 실시 예에 따라 전원 입출력 시 제어부에서 전원 입출력을 처리하는 과정을 설명하기 위한 흐름도들이다.
도 9는 다양한 실시 예에 따라 전자 장치가 동작하지 않은 상태에서 전원 입출력 시 제어부에서 전원 입출력을 처리하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서,"가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서,"A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B 를 포함, 또는(3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 "제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자기기와 제 2 사용자기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~ 를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된)프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 문서의 다양한 실시 예들에 따른 전자장치는, 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동전화기(mobile phone), 영상전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearabledevice)중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드(skin pad) 또는 문신), 또는 생체 이식형(예: implantable circuit) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시 예들에서, 전자장치는 가전제품(home appliance)일 수 있다. 가전제품은, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기청정기, 셋톱박스(set-top box), 홈 오토매이션 컨트롤 패널(home automation control panel), 보안 컨트롤 패널(security control panel), TV 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자사전, 전자키, 캠코더(camcorder), 또는 전자액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에서, 전자 장치는, 각종의료기기(예:각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기등), 네비게이션(navigation)장치,위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트(infotainment)장치, 선박용 전자장비(예: 선박용 항법장치, 자이로콤파스 등),항공전자기기(avionics),보안기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 금융기관의 ATM(automatic teller's machine), 상점의 POS(point of sales), 또는 사물인터넷 장치(internet of things)(예: 전구, 각종 센서, 전기 또는 가스 미터기, 스프링클러 장치, 화재경보기, 온도조절기(thermostat), 가로등, 토스터(toaster), 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
어떤 실시 예에 따르면, 전자 장치는 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터(projector), 또는 각종 계측기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 전자장치는 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 어떤 실시 예에 따른 전자 장치는 플렉서블 전자 장치일 수 있다. 또한, 본 문서의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않으며, 기술 발전에 따른 새로운 전자 장치를 포함할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여, 다양한 실시 예에 따른 전자장치가 설명된다. 본 문서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
도 1을 참조하여, 다양한 실시 예에서의, 네트워크환경(100) 내의 전자 장치(101)가 기재된다. 전자 장치(101)는 버스(110), 프로세서(120), 메모리(130), 입출력 인터페이스(150), 디스플레이(160), 및 통신 인터페이스(170)를 포함할 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 전자장치(101)는, 구성요소들 중 적어도 하나를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 구비할 수 있다.
버스(110)는, 예를 들면, 구성요소들(110-170)을 서로 연결하고, 구성요소들 간의 통신(예: 제어 메시지 및/또는 데이터)을 전달하는 회로를 포함할 수 있다.
프로세서(120)는, 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 프로세서(120)는, 예를 들면, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
메모리(130)는, 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 예를 들면, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 메모리(130)는 소프트웨어 및/또는 프로그램(140)을 저장할 수 있다. 프로그램(140)은, 예를 들면, 커널(141), 미들웨어(143), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(application programming interface(API))(145), 및/또는 어플리케이션 프로그램(또는 "어플리케이션")(147) 등을 포함할 수 있다. 커널(141), 미들웨어(143), 또는 API(145)의 적어도 일부는, 운영 시스템(operating system(OS))으로 지칭될 수 있다.
커널(141)은, 예를 들면, 다른 프로그램들(예: 미들웨어(143), API(145), 또는 어플리케이션 프로그램(147))에 구현된 동작 또는 기능을 실행하는 데 사용되는 시스템 리소스들(예: 버스(110), 프로세서(120), 또는 메모리(130) 등)을 제어 또는 관리할 수 있다. 또한, 커널(141)은 미들웨어(143), API(145), 또는 어플리케이션 프로그램(147)에서 전자 장치(101)의 개별 구성요소에 접근함으로써, 시스템 리소스들을 제어 또는 관리할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.
미들웨어(143)는, 예를 들면, API(145) 또는 어플리케이션 프로그램(147)이 커널(141)과 통신하여 데이터를 주고받을 수 있도록 중개 역할을 수행할 수 있다.
또한, 미들웨어(143)는 어플리케이션 프로그램(147)으로부터 수신된 하나 이상의 작업 요청들을 우선 순위에 따라 처리할 수 있다. 예를 들면, 미들웨어(143)는 어플리케이션 프로그램(147) 중 적어도 하나에 전자 장치(101)의 시스템 리소스(예: 버스(110), 프로세서(120), 또는 메모리(130) 등)를 사용할 수 있는 우선 순위를 부여할 수 있다. 예컨대, 미들웨어(143)는 상기 적어도 하나에 부여된 우선 순위에 따라 상기 하나 이상의 작업 요청들을 처리함으로써, 상기 하나 이상의 작업 요청들에 대한 스케쥴링 또는 로드 밸런싱 등을 수행할 수 있다.
API(145)는, 예를 들면, 어플리케이션(147)이 커널(141) 또는 미들웨어(143)에서 제공되는 기능을 제어하기 위한 인터페이스로, 예를 들면, 파일 제어, 창 제어, 영상 처리, 또는 문자 제어 등을 위한 적어도 하나의 인터페이스 또는 함수(예: 명령어)를 포함할 수 있다.
입출력 인터페이스(150)는, 예를 들면, 사용자 또는 다른 외부 기기로부터 입력된 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 다른 구성요소(들)에 전달할 수 있는 인터페이스의 역할을 할 수 있다. 또한, 입출력 인터페이스(150)는 전자 장치(101)의 다른 구성요소(들)로부터 수신된 명령 또는 데이터를 사용자 또는 다른 외부 기기로 출력할 수 있다.
디스플레이(160)는, 예를 들면, 액정 디스플레이(liquid crystal display(LCD)), 발광 다이오드(light-emitting diode(LED)) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode(OLED)) 디스플레이, 또는 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical systems(MEMS)) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이(160)는, 예를 들면, 사용자에게 각종 콘텐츠(예: 텍스트, 이미지, 비디오, 아이콘, 또는 심볼 등)을 표시할 수 있다. 디스플레이(160)는, 터치스크린을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 전자 펜 또는 사용자의 신체의 일부를 이용한 터치, 제스쳐, 근접, 또는 호버링 입력을 수신할 수 있다.
통신 인터페이스(170)는, 예를 들면, 전자 장치(101)와 외부 장치(예: 제 1 외부 전자 장치(102), 제 2 외부 전자 장치(104), 또는 서버(106)) 간의 통신을 설정할 수 있다. 예를 들면, 통신 인터페이스(170)는 무선 통신 또는 유선 통신을 통해서 네트워크(162)에 연결되어 외부 장치(예: 제 2 외부 전자장치(104) 또는 서버(106))와 통신할 수 있다.
무선 통신은, 예를 들면, 셀룰러 통신 프로토콜로서, 예를 들면, LTE(long-term evolution), LTE-A(LTE Advance), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), WiBro(Wireless Broadband), 또는 GSM(Global System for Mobile Communications)등 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 또한, 무선 통신은, 예를 들면, 근거리 통신(164)을 포함할 수 있다. 근거리 통신(164)은, 예를 들면, WiFi(wireless fidelity), 블루투스(Bluetooth), NFC(near field communication), 또는 GNSS(global navigation satellite system)등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하, 본 문서에서는, "GPS"는 "GNSS"와 혼용되어 사용(interchangeably used)될 수 있다. 유선 통신은, 예를 들면, USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard232), 또는 POTS(plain old telephone service) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 네트워크(162)는 통신 네트워크(telecommunications network), 예를 들면, 컴퓨터 네트워크(computer network)(예: LAN 또는 WAN), 인터넷, 또는 전화망(telephone network) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 및 제 2 외부 전자 장치(102,104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 서버(106)는 하나 또는 그 이상의 서버들의 그룹을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 하나 또는 복수의 전자 장치(예: 전자장치(102, 104), 또는 서버(106)에서 실행될 수 있다. 한 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로 또는 요청에 의하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 그와 연관된 적어도 일부 기능을 다른 장치(예: 전자 장치(102,104), 또는 서버(106))에게 요청할 수 있다. 다른 전자 장치(예: 전자 장치(102,104), 또는 서버(106))는 요청된 기능 또는 추가 기능을 실행하고, 그 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 수신된 결과를 그대로 또는 추가적으로 처리하여 요청된 기능이나 서비스를 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치와 다수의 외부 장치를 포함하는 전원 입출력을 위한 시스템의 구성도이다.
본 발명의 시스템은 다수의 외부 장치와 전자 장치를 포함하고, 특히 다수의 외부 장치는 대용량의 전원 공급을 위한 AC/DC 어댑터를 포함할 수 있다.
도 2에 따르면 시스템은 전원 포트(400a)를 구비하는 AC/DC 어댑터(400), 제1 USB 포트(410a)를 구비하는 제1 외부 장치(410), 제2 USB 포트(420a)를 구비하는 제2 외부 장치(420), 제3 USB 포트(430a)를 구비하는 제3 외부 장치(430) 및 전자 장치(500)를 포함할 수 있다.
AC/DC 어댑터(400)에 구비된 전원 포트(400a)는 배럴 잭(Barrel Jack) 형태로 구현되어 전자 장치(500)의 DC 잭(DC Jack) 형태의 전원 포트(510)와 연결될 수 있다.
제1 외부 장치(410)의 제1 USB 포트(410a)와 제2 외부 장치(420)의 제2 USB 포트(420a)는 USB PD를 지원하는 타입-C 형태로 구현되어 전자 장치(500)와의 양방향 데이터 통신 및 전원 입출력이 가능하도록 전자 장치(500)의 제1 USB 포트(520) 및 제2 USB 포트(530)와 연결될 수 있다.
제3 외부 장치(430)의 제3 USB 포트(430a)는 USB PD를 지원하는 타입-C 형태로 구현되어 전자 장치(500)와의 양방향 데이터 통신 및 전원 입력이 가능하도록 전자 장치(500)의 제3 USB 포트(540)와 연결될 수 있다.
전자 장치(500)는 AC 어댑터(400)의 전원 포트(400a)와 연결되는 DC 잭 형태의 DC 전원 포트(501), 제1 외부 장치(410)의 제1 USB 포트(410a)와 연결되는 제1 USB 입출력 포트(502), 제2 외부 장치(420)의 제2 USB 포트(420a)와 연결되는 제2 USB 입출력 포트(503), 제3 외부 장치(430)의 제3 USB 포트(430a)와 연결되는 USB 출력 포트(504)를 포함할 수 있다.
DC 전원 포트(501)는 AC 어댑터(400)의 전원 포트(400a)로부터 전원이 입력되고, 제1 USB 입출력 포트(502) 및 제2 USB 입출력 포트(503)는 양방향 데이터 통신 및 전원 입출력이 가능하며, USB 출력 포트(504)는 양방향 데이터 통신 및 전원 출력이 가능하다.
본 발명의 실시 예에서 USB 포트들은 기본적으로 USB PD 2.0 규격을 지원하도록 설계할 수 있다. 또한 이러한 USB 포트들은 비용, 복잡도 및 시스템의 사양에 따라 지원하는 기능 및 성능(Capacity) 등을 차별화할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 USB 포트들은 타입-C 풀 피처드 포트(Type-C Full Featured Port)로 구현되어 최대 전송 속도, BW(Bandwidth) 및 포트별로 최대 100W 입출력 전원처리가 가능하도록 할 수 있다.
전자 장치(500)는 DC 전원 포트(501), 제1 USB 입출력 포트(502), 제2 USB 입출력 포트(503), USB 출력 포트(504) 각각의 전원을 변환하기 위한 전원 변환부들(501a, 502a, 503a, 504a), 전원 변환부들(501a, 502a, 503a, 504a)로부터 입력된 전원을 가산(Aggregation)하여 출력하는 전원 제어부(505), 배터리(506)를 더 포함할 수 있다. 특히, 전원 제어부(505)는 전원 변환부들(501a, 502a, 503a, 504a)에 의해서 변환된 전원들을 가산하여 배터리(506)로 전달하거나 각 포트들로 전원을 전달할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 실시 예에서 각 구성들은 시스템의 전체 설계 사양에 따라 선별되어 다양하게 형성될 수 있다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 세부 구성도이다.
도 3에 따르면 전자 장치(500)는 DC 전원 포트(501), 제1 USB 입출력 포트(502), 제2 USB 입출력 포트(503), 제3 USB 출력 포트(504), 전원 제어부(505), 배터리(506), 장치 전원 제어부(507), 배터리 전원 변환부(508), 시스템 장치 전원 변환부(509), 제어부(510), 상태 표시부(511)를 포함할 수 있다. 이때, 전원 제어부(505)는 제1 전원 변환부(501a), 제2 전원 변환부(502a), 제3 전원 변환부(503a), 제4 전원 변환부(504a)를 포함할 수 있다.
DC 전원 포트(501)는 AC 어댑터로부터 입력된 입력 전원을 전원 제어부(505)의 제1 전원 변환부(501a)로 전달할 수 있다.
제1 USB 입출력 포트(502)는 제1 외부 장치로부터 입력된 입력 전원을 전원 제어부(550)의 제2 전원 변환부(502a)로 전달하고, 제2 전원 변환부(502a)로부터 입력된 출력 전원을 제1 외부 장치로 전달할 수 있다.
제2 USB 입출력 포트(503)는 제2 외부 장치로부터 입력된 입력 전원을 전원 제어부(505)의 제3 전원 변환부(503a)로 전달하고, 제3 전원 변환부(503a)로부터 입력된 출력 전원을 제2 외부 장치로 전달할 수 있다.
USB 출력 포트(504)는 제4 전원 변환부(504a)로부터 입력된 출력 전원을 제3 외부 장치로 전달할 수 있다.
전원 제어부(505)는 DC 전원 포트(501), 제1 USB 입출력 포트(502), 제2 USB 입출력 포트(503), USB 출력 포트(504)를 통해서 입력된 입력 전원들을 가산하여 출력할 수 있다. 특히, 전원 제어부(505)는 DC 전원 포트(501)를 통해서 입력된 입력 전원의 전압(Vad)을 변환하는 제1 전원 변환부(501a), 제1 USB 입출력 포트(502)를 통해서 입력된 입력 전원의 전압(Vbus1)을 변환하는 제2 전원 변환부(502a), 제2 USB 입출력 포트(503)를 통해서 입력된 입력 전원의 전압(Vbus2)을 변환하는 제3 전원 변환부(503a), 출력 전원의 전압을 전압(Vbus3)으로 변환하는 제4 전원 변환부(504a)를 포함할 수 있다. 또한 전원 제어부(505)는 스위치를 더 구비하여 전원 입력 시 가산된 입력 전원을 전달하거나 전원 출력을 위해 출력 전원을 각 전원 변환부(501a, 502a, 503a, 504a)로 전달할 수 있다.
제1 전원 변환부(501a)는 입력 전원의 전압(Vad)을 변환시켜 제1 전원(Ii1)을 출력할 수 있다.
제2 전원 변환부(502a)는 입력 전원의 전압(Vbus1)을 변환시켜 제2 전원(Ii2)을 출력할 수 있다.
제3 전원 변환부(503a)는 입력 전원의 전압(Vbus2)을 변환시켜 제3 전원(Ii3)을 출력할 수 있다.
제4 전원 변환부(504a)는 출력 전원(Io4)의 전압을 변환시켜 제4 전압(Vbus3)을 가지는 제4 전원을 출력할 수 있다.
배터리(506)는 결합된 입력 전원을 공급받거나 공급된 입력 전원을 출력할 수 있다.
장치 전원 제어부(507)는 가산된 입력 전원을 출력하기 위해 제1 스위치(505-1)의 온오프를 제어하거나 출력 전원을 전원 변환부들로 전달하기 위해 제2 스위치(505-2)의 온오프를 제어할 수 있다. 또한 배터리로부터 출력된 전원을 시스템 장치 전원 변환부(509)로 전달하기 위해 제3 스위치(506-1)의 온오프를 제어할 수 있다.
배터리 전원 변환부(508)는 배터리(506)로 입력되는 입력 전원(I_chg)을 변환하여 배터리(506)로 전달할 수 있다.
시스템 장치 전원 변환부(509)는 배터리(506)로부터 전달된 입력 전원을 전자 장치(500)의 각 구성요소로 전달할 수 있다.
제어부(510)는 DC 전원 포트(501), 제1 USB 입출력 포트(502), 제2 USB 입출력 포트(503)를 통해서 개별적으로 입력된 입력 전원을 가산하기 위한 입력 전원의 전압 변환, 충전 및 외부 장치로의 전원 출력, 시스템 성능 감지(Monitoring) 및 제어를 수행할 수 있다.
구체적으로, 제어부(510)는 DC 전원 포트(501), 제1 USB 입출력 포트(502), 제2 USB 입출력 포트(503)를 통해서 입력된 입력 전원들의 전압을 각 전원 변환부를 통해서 변환하고, 각 전원 변환부로부터 출력된 입력 전원들을 가산하여 배터리(510), 제3 USB 출력 포트에 연결된 제3 외부 장치, 전자 장치(500)의 내부 장치들(예: CPU, GPU, LCD 등) 등과 같은 타겟 장치로 전달되도록 전원 제어부(505)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 전원 제어부(505)는 전원 입력 및 전원 출력을 모니터링하기 위한 모니터링 신호(Vio_monitor)를 제어부(510)로 전달할 수 있다. 전원 제어부(505)는 DC 전원 포트(501), 제1 USB 입출력 포트(502), 제2 USB 입출력 포트(503)를 통해서 각 전원 변환부로 입력되는 입력 전원이 있는지 감지하거나 각 전원 변환부에서 제1 USB 입출력 포트(502), 제2 USB 입출력 포트(503), 제3 USB 출력 포트(504)로 출력되는 출력 전원이 있는지 감지하여 이에 대한 응답 신호를 제어부(510)로 전달할 수 있다.
제어부(510)는 전원 입력 및 출력 제어를 위한 입출력 제어 신호(Vio_control)를 전원 제어부(505)로 전달하여 DC 전원 포트(501), 제1 USB 입출력 포트(502), 제2 USB 입출력 포트(503)를 통해서 입력된 입력 전원의 전압을 변환하여 가산하거나 출력 신호의 전압을 변환하여 DC 전원 포트(501), 제1 USB 입출력 포트(502), 제2 USB 입출력 포트(503), 제3 USB 출력 포트(504)로 전달하도록 전원 제어부(505)를 제어할 수 있다.
제어부(510)는 DC 전원 포트(501)를 통해서 입력된 제1 입력 전원, 제1 USB 입출력 포트(502)로부터 입력된 제2 입력 전원, 제2 USB 입출력 포트(503)를 통해서 입력된 제3 입력 전원을 감지되면 제1 입력 전원, 제2 입력 전원, 제3 입력 전원의 각 전압을 변환하고, 전압이 변환된 제1 입력 전원, 제2 입력 전원, 제3 입력 전원을 가산하도록 전원 제어부(505)를 제어할 수 있다. 이러한 입력 전원들의 전압에 대한 변환은 전자 장치(500)의 배터리에 대한 고속 충전 및 전체 충전이 필요한지 여부, 외부 장치로의 전원 공급이 필요한지 여부, 전자 장치(500)의 성능 향상을 위한 추가 전원이 필요한지 여부, 전자 장치(500)의 동작 수행을 위한 추가 전원이 필요한지 여부 등과 같은 변환 조건에 따라 결정될 수 있다.
이에 대해서 구체적으로 살펴보면, 예를 들어, DC 전원 포트(501)를 통해서 입력된 제1 입력 전원의 전압이 20V이고, 제1 USB 입출력 포트(502)로부터 입력된 제2 입력 전원의 전압이 5V이며, 제2 USB 입출력 포트(503)를 통해서 입력된 제3 입력 전원의 전압이 12V인 경우 제어부(510)는 변환 조건에 따라 각 입력 전원들의 전압을 특정 전압으로 변환할지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, USB 입출력 포트에서 제공하는 전원의 전압은 5V, 9V, 12V, 20V로 설명하지만 이러한 전압은 다양한 전압으로 설정될 수 있다.
만약 전자 장치(500)의 배터리(506)에 대한 고속 충전 또는 외부 장치로의 전원 공급이 필요하다고 판단되면 제어부(510)는 제1 입력 전원, 제2 입력 전원, 제3 입력 전원의 각 전압을 고속 충전 또는 최대 전원을 위한 최적의(Optimized) 전압(Vio)으로 변환하도록 전원 제어부(505)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리(506)에 대한 고속 충전이 필요한 경우 제어부(510)는 Vio를 배터리(510)의 전압(Vbatt)인 20V으로 결정하고, 제2 전원, 제3 전원의 전압을 20V로 승압시키고, 제1 전원, 제2 전원, 제3 전원을 가산하여 출력하도록 전원 제어부(505)를 제어할 수 있다.
만약 전자 장치(500)의 배터리(506)에 대한 고속 충전 또는 외부 장치로의 전원 공급 이외에 전자 장치(500)의 성능 향상 또는 동작을 위한 전원 공급이 필요하다고 판단되면 제어부(510)는 제1 입력 전원, 제2 입력 전원, 제3 입력 전원의 각 전압을 최고 성능을 위한 최적의 전압(Vio)으로 변환하도록 전원 제어부(505)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 성능 향상을 위해 필요한 추가 전원의 전압이 5V인 경우 제어부(510)는 Vio를 5V로 결정하고, 제1 전원의 전원을 5V로 강압시키고, 제3 전원의 전압을 5V로 강압시키며, 제1 전원, 제2 전원, 제3 전원을 가산하여 출력하도록 전원 제어부(505)를 제어할 수 있다.
상기에서는 DC 전원 포트(501)를 통해서 입력된 전원을 포함하는 실시 예를 설명하였으나, DC 전원 포트(501)를 통한 전원 입력 없이 둘 이상의 USB 입출력 포트를 통해서 입력되는 전원의 전압을 최적의 전압으로 변환하여 가산한 후 출력할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 장치 전원 제어부(507)와 제어부(510)를 별도로 구성되는 것을 설명하였으나, 장치 전원 제어부(507)와 제어부(510)가 하나로 구성되거나 제어부(510) 내에 장치 전원 제어부(507)가 포함되어 구성될 수도 있다.
또한 본 발명의 실시 예에서 각 USB 포트들은 타입-C USB 규격(예: USB Type-C Spec 1.0 및 Spec. PD 2.0)에 따라 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 전자 장치에 장착된 각 개별 USB 포트들의 전원 입력 감지, 입력 전원의 전압/전류 레벨 감지 및 입력 전원(Vbus) 제어 등과 같은 동작은 CC 신호선(Configuration Channel)을 통해 이루어질 수 있다. 또한 이러한 동작은 기본적으로 USB PD 규격과 호환될 수 있고, AC/DC 어뎁터와 같이 USB PD 규격을 따르지 않은 레거시(Legacy) 전원 입력은 별도의 신호선을 통해서 가능할 수 있다.
상태 표시부(511)는 전자 장치(500)의 배터리 상태, 전자 포트 및 USB 포트의 상태를 표시할 수 있다. 구체적으로, 상태 표시부(511)는 각 포트들의 입력 및 출력 상태, 전자 장치(500)의 전체 전원 상태(예: 외부 전원 입력이 없음, 전제 충전, 충전 중, 성능 향상을 위한 추가 전원 입력 중 등) 등과 같은 전자 장치(500)의 전원 및 성능 상태를 표시할 수 있다. 이러한 상태 표시부(511)는 소프트웨어, LED 등을 이용한 하드웨어, 소프트웨어와 하드웨어를 결합하여 구현 가능하다.
도 4는 다양한 실시 예에 따라 DC 전원 포트에 대응하는 제1 전원 변환부의 세부 구성도이다.
도 4에 따라 전원이 입력되면 DC 전원 포트(501)는 입력된 전원을 제1 전원 제어부(501a)로 전달한다. 이때, DC 전원 포트(501)는 제어부(510)와 연결된 신호선을 통해서 감지 신호를 제어부(510)로 전달할 수 있다.
감지 신호를 수신한 제어부(510)는 입력된 전원의 전압을 변환하여 출력하도록 제1 전원 변환부(501a)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(510)는 입력된 전원이 제1 전원 변환부(501a)의 입력 전원 변환부(501-1)로 전달되도록 스위치(501-2)의 온오프를 제어할 수 있다.
제1 전원 변환부(501a)에 구비된 입력 전원 변환부(501-1)는 입력된 전원의 전압을 전자 장치(500)에서 사용할 수 있는 전압으로 변환하여 출력할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 AC 어댑터로부터 전원 입력이 있으면 AC 어댑터로부터 입력된 전압을 디폴트 입력 전압으로 설정하고, 다른 타입-C 형태의 USB 포트로부터 입력된 전원의 전압을 AC 전압으로 변환되도록 제1 전원 변환부(501a)를 구성할 수도 있다.
도 6은 다양한 실시 예에 따라 제1 USB 입출력 포트에 대응하는 제2 전원 변환부의 세부 구성도이다.
도 6에 따라 전원이 입력되면 제1 USB 입출력 포트(502)는 입력된 전원을 제2 전원 변환부(501a)로 전달한다. 이때, DC 전원 포트(501)는 제어부(510)와 연결된 CC 신호선을 통해서 감지 신호를 제2 전원 변환부(502a)의 신호 감지부(502-3)로 전달하고, 신호 감지부(502-3)는 감지 신호를 제어부(510)로 전달할 수 있다.
감지 신호를 수신한 제어부(510)는 입력된 전원의 전압을 변환하여 출력하도록 제2 전원 변환부(502a)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(510)는 입력된 전원이 제2 전원 변환부(502a)의 입력 전원 변환부(502-1)로 전달되도록 스위치(502-4)의 온오프를 제어할 수 있다.
제2 전원 제어부(502a)에 구비된 입력 전원 변환부(502-1)는 입력된 전원의 전압을 전자 장치(500)에서 사용할 수 있는 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 특히, 입력 전원 변환부(502-1)는 입력된 전원의 전압을 변환 조건에 따라 결정된 최적의 전원(Vio)으로 변환할 수 있다.
전원 출력에 대한 감지 신호가 수신되면 제어부(510)는 출력 전원의 전압을 변환하여 출력하도록 제2 전원 제어부(502a)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(510)는 출력 전원이 제1 USB 입출력 포트(502)로 전달되도록 스위치(502-5)의 온오프를 제어할 수 있다.
출력 전원이 입력되면 제2 전원 제어부(502a)는 제2 외부 장치로 출력하기 위해 출력 전원 변환부(502-2)를 통해서 출력 전원의 전압을 변환하여 제1 USB 입출력 포트(502)로 전달할 수 있다. 특히, 제2 전원 제어부(502a)의 출력 전원 변환부(502-2)는 출력 전원의 전압을 제1 USB 입출력 포트(502)와 연결된 제2 외부 장치에서 사용 가능한 전압으로 변환할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 세부 출력 전압 레벨 및 전류는 USB PD 규격을 기반으로 결정될 수 있다.
도 7은 다양한 실시 예에 따라 USB 출력 포트에 대응하는 전원 제어부의 세부 구성도이다.
도 7에 따라 전원 출력에 대한 감지 신호가 수신되면 제어부(510)는 출력 전원의 전압을 변환하여 출력하도록 제4 전원 제어부(504a)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(510)는 출력 전원이 제3 USB 출력 포트(504a)로 전달되도록 스위치(504-3)의 온오프를 제어할 수 있다.
출력 전원이 입력되면 제4 전원 제어부(502a)는 제3 외부 장치로 출력하기 위해 출력 전원 변환부(504-1)를 통해서 출력 전원의 전압을 변환하여 제3 USB 출력 포트(504)로 전달할 수 있다. 특히, 제4 전원 제어부(504a)의 출력 전원 변환부(504-1)는 출력 전원의 전압을 제3 USB 출력 포트(504)와 연결된 제3 외부 장치에서 사용 가능한 전압으로 변환할 수 있다.
상기와 같이 설명된 각 전원 변환부들은 도 9와 같이 전자 장치 내에 구현되어 상기의 도 5에서 설명한 바와 같은 동작들을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 입출력 포트들은 적용하고자 하는 시스템의 설계 비용 및 사양에 따라 선택적으로 결정될 수 있는데, 예를 들어, 하기의 표와 같이 AC/DC 전원 포트 및 USB 포트에 대한 구성을 나타낼 수 있다.
동적 구성 전원 제1 포트
AC/DC 포트 제1 타입-C
1 입력 없음 전원 출력
2 전원 입력
3 DC 입력 전원 출력
4 전원 입력
상기의 [표 1]은 하나의 전원 포트와 하나의 타입-C 포트를 구비하는 전자 장치의 예를 보여주는 것으로, 이러한 전자 장치는 초경박 및 초경량의 장치로서 얇은 클램쉘(Clamshell) 및 태블릿 형태의 제품을 포함할 수 있다.
동적 구성 전원 제2 포트 제1 포트
AC/DC 포트 제2 타입-C 제1 타입-C
1 입력 없음 전원 출력 전원 출력
2 전원 출력 전원 입력
3 전원 입력 전원 출력
4 전원 입력 전원 입력
5 DC 입력 전원 출력 전원 출력
6 전원 출력 전원 입력
7 전원 입력 전원 출력
8 전원 입력 전원 입력
상기의 [표 2]는 하나의 전원 포트와 두 개의 타입-C 포트를 구비하는 전자 장치의 예를 보여주는 것으로, 제3 동적 구성의 예와 같이 AC/DC 전원 포트를 통해서 전원 입력이 없는 경우에도 2개의 포트를 통해서 외부 장지로부터 전원 공급을 받으면서 제1 포트를 통해서 다른 외부 장치로 전원을 공급할 수 있다. 추가적으로, 제4 동적 구성의 예에서는 제1 포트와 제2 포트를 통해서 동시에 입력된 두 개의 전원을 결합하여 대용량의 입력 전원을 장치의 성능 또는 사용성을 높이기 위해 효과적으로 사용할 수 있다.
동적 구성 전원 제3 포트 제2 포트 제1 포트
AC/DC 포트 제3 타입-C 제2 타입-C 제1 타입-C
1 입력 없음 전원 출력 전원 출력 전원 출력
2 전원 출력 전원 출력 전원 입력
3 전원 출력 전원 입력 전원 출력
4 전원 출력 전원 입력 전원 입력
5 전원 입력 전원 출력 전원 출력
6 전원 입력 전원 출력 전원 입력
7 전원 입력 전원 입력 전원 출력
8 전원 입력 전원 입력 전원 입력
9 DC 입력 전원 출력 전원 출력 전원 출력
10 전원 출력 전원 출력 전원 입력
11 전원 출력 전원 입력 전원 출력
12 전원 출력 전원 입력 전원 입력
13 전원 입력 전원 출력 전원 출력
14 전원 입력 전원 출력 전원 입력
15 전원 입력 전원 입력 전원 출력
16 전원 입력 전원 입력 전원 입력
상기의 [표 3]은 하나의 전원 포트와 세 개의 타입-C 포트를 구비하는 전자 장치의 예를 보여주는 것으로, 향후 타입-C 형태의 포트에 대한 적용이 확대되면서 노트PC와 같은 IT 제품에서는 복수의 타입-C 포트를 적용하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 배럴 잭을 사용하는 전원 입력을 설명하였으나, 배럴 잭을 사용하는 대신에 USB PD를 지원하는 타입-A 및 타입-C 형태의 포트를 통해서 전원이 입력될 수 있다.
도 8은 다양한 실시 예에 따라 전원 입출력 시 제어부에서 전원 입출력을 처리하는 과정을 설명하기 위한 흐름도들이다.
도 8을 살펴보면 600동작에서 제어부(510)는 전원 포트 또는 USB 포트에 외부 장치가 연결되었는지 판단하여 외부 장치와 연결되어 있으면 601동작을 수행하고, 외부 장치와 연결되어 있지 않으면 605동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제어부(510)는 AC/DC 어댑터가 전원 포트에 연결되거나 타입-C 형태의 USB 포트에 외부 장치가 장착되는 이벤트가 감지되는지 판단하여 이벤트가 감지되면 601동작 이하의 동작들을 수행할 수 있다.
601동작에서 제어부(510)는 전원 출력이 필요한지 판단하여 전원 출력이 필요하면 602단계로 진행하여 전원을 출력하고, 전원 출력이 필요하지 않으면 603동작을 진행한다. 구체적으로, 제어부(510)는 연결된 외부 장치로 전원 공급이 필요한 경우 출력 전원을 외부 장치와 연결된 USB 포트로 전달하여 외부 장치로 전원을 공급할 수 있다.
603동작에서 제어부(510)는 전원 포트 또는 USB 포트를 통해서 전원이 입력되는지 판단하여 전원이 입력되면 605동작을 진행하고, 전원이 입력되지 않으면 604동작에서 외부 장치와의 데이터 통신을 수행한 후 600동작으로 진행하여 600~612동작을 수행할 수 있다. 이때, USB 포트에 연결되는 외부 장치가 USB PD를 지원하지 않은 경우 전원 입력 처리를 수행하지 않고, 데이터 송수신 및 USB 규격에 규정된 전원을 출력할 수 있다. 또한 USB 포트에 연결되는 외부 장치가 USB PD를 지원하는 경우 USB PD 프로토콜을 이용하여 605동작 이하의 동작들을 수행할 수 있다.
605동작에서 제어부(510)는 배터리(510)의 전체가 충전되었는지 판단하여 배터리(510)의 전체가 충전되면 606동작으로 진행하고, 배터리(510)의 전체가 충전되지 않으면 609동작을 수행할 수 있다.
606동작에서 제어부(510)는 장치 동작을 위한 추가 전원이 필요한지 판단하여 추가 전원이 필요하면 608동작으로 진행하고, 추가 전원이 필요하지 않으면 607동작으로 진행하여 상태 표시부(511)를 통해서 배터리(607)가 전체 충전 상태임을 알릴 수 있다.
608동작에서 제어부(510)는 전자 장치(500)의 CPU 및 GPU 성능의 증가 및 LCD 밝기 증가 등과 같은 추가 동작을 수행하기 위한 추가 전원이 필요하면 전자 장치(500)의 최고 성능을 위한 입력 전원의 전압을 결정한 후 614동작으로 진행할 수 있다.
예를 들어, CPU에서 사용 가능한 전원의 전압이 12V인 경우 제어부(510)는 최적의 전압(Vio)을 12V로 결정할 수 있다.
609동작에서 제어부(510)는 전자 장치(500)의 배터리(510)에 대한 고속 충전이 필요한지 판단하여 고속 충전이 필요하면 제어부(510)는 610동작으로 진행하여 고속 충전을 위한 입력 전원의 전압을 결정하고, 고속 충전이 필요하지 않으면 611동작으로 진행할 수 있다. 구체적으로, 제어부(510)는 입력 전원의 전압을 배터리(511)에서 사용 가능한 전원의 전압으로 결정할 수 있다. 만약 배터리(511)에서 사용 가능한 전원의 전압이 20V인 경우 제어부(510)는 최적의 전압(Vio)을 20V로 결정할 수 있다.
611동작에서 제어부(510)는 성능 향상을 위한 추가 전원이 필요한지 판단하여 추가 전원이 필요하면 612동작으로 진행하여 최대 전원을 위한 입력 전원의 전압을 결정하고, 추가 전원이 필요하지 않으면 614동작으로 진행할 수 있다. 예를 들어, CPU 성능을 향상시키기 위해 필요한 전원의 전압이 5V인 경우 제어부(510)는 최적의 전압(Vio)을 5V로 결정할 수 있다.
613동작에서 제어부(510)는 최고 효율을 위한 입력 전원의 전압을 결정할 수 있다. 예를 들어, 최고 효율을 위해 필요한 전원의 전압이 9V인 경우 제어부(510)는 최적의 전압(Vio)을 9V로 결정할 수 있다.608, 610, 612, 613 동작에서 614동작으로 진행한 제어부(510)는 입력 전원의 전압을 결정된 전압으로 변경하도록 각 전원 변환부를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 USB 입출력 포트(502)를 통해서 입력되는 제2 전원(Vbus2)의 전압이 12V이고, 제2 USB 입출력 포트(602)를 통해서 입력되는 제3 전원(Vbus3)의 5V이며, 결정된 최적의 전압(Vio)이 9V인 경우 제어부(510)는 12V를 9V로 강압시키고, 5V를 9V로 승압시키도록 각 전원 변환부를 제어할 수 있다.
고속 충전을 위해 결정된 최적의 전압(Vio)이 20V인 경우 제어부(510)는 12V를 20V로 승압시키고, 5V를 20V로 승압시키도록 각 전원 변환부를 제어할 수 있다.
성능 향상을 위해 결정된 최적의 전압(Vio)이 최적의 전압(Vio)이 5V인 경우 제어부(510)는 12V를 5V로 강압시키도록 각 전원 변환부를 제어할 수 있다.
615동작에서 제어부(510)는 전압이 변환된 입력 전원들을 가산하여 출력하도록 전원 제어부(505)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(510)는 제1 USB 입출력 포트(502)를 통해서 입력된 제2 전원(Vbus2)과 제2 USB 입출력 포트(602)를 통해서 입력된 제3 전원(Vbus3)을 가산하여 배터리(506) 또는 전자 장치의 내부 장치로 전달하거나 외부 장치로 전달되도록 전원 제어부(505)를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 저용량의 AC/DC 어댑터를 제공받더라도 전자 장치(500)의 추가 전원이 필요할 시 복수의 타입-C 형태의 USB 포트를 통해서 전원을 공급받기 때문에 전자 장치(500)의 휴대성(Mobility) 및 사용성을 높일 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 전자 장치(500)에 내장된 배터리(506)에 대한 급속 충전이 필요한 경우 USB 포트를 통해 추가적으로 전원을 공급받을 수 있기 때문에 전자 장치(500)의 내부 성능 또는 기능을 제한하지 않은 상태에서 충전 속도를 향상시킬 수 있다.
도 9는 다양한 실시 예에 따라 전자 장치가 동작하지 않은 상태에서 전원 입출력 시 제어부에서 전원 입출력을 처리하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 살펴보면 700동작에서 제어부(510)는 전원 포트 또는 USB 포트에 외부 장치가 연결되었는지 판단하여 외부 장치와 연결되어 있으면 701동작을 수행하고, 외부 장치와 연결되어 있지 않으면 704동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제어부(510)는 AC/DC 어댑터가 전원 포트에 연결되거나 타입-C 형태의 USB 포트에 외부 장치가 장착되는 이벤트가 감지되는지 판단하여 이벤트가 감지되면 701동작 이하의 동작들을 수행할 수 있다.
701동작에서 제어부(510)는 전원 출력이 필요한지 판단하여 전원 출력이 필요하면 702단계로 진행하여 전원을 출력하고, 전원 출력이 필요하지 않으면 703동작을 진행한다. 구체적으로, 제어부(510)는 연결된 외부 장치로 전원 공급이 필요한 경우 출력 전원을 외부 장치와 연결된 USB 포트로 전달하여 외부 장치로 전원을 공급할 수 있다.
703동작에서 제어부(510)는 전원 포트 또는 USB 포트를 통해서 전원이 입력되는지 판단하여 전원이 입력되면 704동작을 진행하고, 전원이 입력되지 않으면 700동작으로 진행하여 외부 장치가 연결되었는지 판단하여 701~710동작을 수행할 수 있다.
704동작에서 제어부(510)는 배터리(510)의 전체가 충전되었는지 판단하여 배터리(510)의 전체가 충전되면 705동작으로 진행하여 상태 표시부(511)를 통해서 배터리(607)가 전체 충전 상태임을 알리고, 배터리(510)의 전체가 충전되지 않으면 706동작을 수행할 수 있다.
706동작에서 제어부(510)는 전자 장치(500)의 배터리(510)에 대한 고속 충전이 필요한지 판단하여 고속 충전이 필요하면 제어부(510)는 707동작으로 진행하여 고속 충전을 위한 입력 전원의 전압을 결정하고, 고속 충전이 필요하지 않으면 708동작으로 진행할 수 있다. 구체적으로, 제어부(510)는 입력 전원의 전압을 배터리(511)에서 사용 가능한 전원의 전압으로 결정할 수 있다. 만약 배터리(511)에서 사용 가능한 전원의 전압이 20V인 경우 제어부(510)는 최적의 전압(Vio)을 20V로 결정할 수 있다.
708동작에서 제어부(510)는 최고 효율을 위한 입력 전원의 전압을 결정할 수 있다. 예를 들어, 최고 효율을 위해 필요한 전원의 전압이 12V인 경우 제어부(510)는 최적의 전압(Vio)을 12V로 결정할 수 있다.
707, 708 동작에서 709동작으로 진행한 제어부(510)는 입력 전원의 전압을 결정된 전압으로 변경하도록 각 전원 변환부를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 USB 입출력 포트(502)를 통해서 입력되는 제2 전원(Vbus2)의 전압이 12V이고, 제2 USB 입출력 포트(602)를 통해서 입력되는 제3 전원(Vbus3)의 5V이며, 고속 충전을 위해 결정된 최적의 전압(Vio)이 20V인 경우 제어부(510)는 12V를 20V로 승압시키고, 5V를 20V로 승압시키도록 각 전원 변환부를 제어할 수 있다. 또한 최고 효율을 위해 결정된 최적의 전압(Vio)이 최적의 전압(Vio)이 12V인 경우 제어부(510)는 5V를 12V로 승압시키도록 전원 변환부를 제어할 수 있다.
710동작에서 제어부(510)는 전압이 변환된 입력 전원들을 가산하여 출력하도록 전원 제어부(505)를 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에서는 USB 전원 입출력 포트 및 전원 포트를 통해서 입력된 전원을 가산하여 전자 장치에서 필요로 하는 대용량의 전원을 공급할 수 있다.
또한 본 발명의 다양한 실시 예에서는 다수의 소형 랩탑, 태블릿 PC 또는 스마트폰과 같은 외부 장치로부터 입력되는 전원을 결합하여 전자 장치의 최대 성능을 위한 고용량의 전원을 공급하거나 전자 장치의 성능 또는 기능을 제한하지 않은 상태에서 전원을 공급받아 전자 장치에 구비된 배터리 충전 속도를 개선시킬 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 다양한 실시 예에서는 대용량의 AC/DC 어댑터를 이용하지 않더라도 타입-C 형태의 USB 전원 입출력 포트를 이용하여 언제 어디서나 쉽게 필요한 대용량의 전원을 확보할 수 있기 때문에 전자 장치의 휴대성을 향상시킬 수 있고, 설계 비용을 절감할 수 있다.
110: 버스
120: 프로세서
130: 메모리
140: 입출력 인터페이스
150: 디스플레이
160: 통신 인터페이스
170: 제어 모듈

Claims (15)

  1. 전원 입력이 가능한 적어도 제1 포트 및 제2 포트를 포함하는 복수의 포트들;
    상기 제1 포트에 연결되는 제1 외부 장치로부터 공급되는 제1 전원을 변환하는 제1 전원 변환부 및 상기 제2 포트에 연결되는 제2 외부 장치로부터 공급되는 제2 전원을 변환하는 제2 전원 변환부를 포함하는 전원 제어부; 및
    상기 제1 전원과 상기 제2 전원을 가산하여 타겟 장치에 전원이 공급되도록 상기 전원 제어부를 제어하는 제어부를 포함하는 동적 전원 제어를 위한 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 전원의 전압과 상기 제2 전원의 전압 중 적어도 하나의 전압에 대한 변환이 필요한지 판단하고, 상기 변환이 필요한 경우 상기 적어도 하나의 전압을 변환하도록 상기 전원 제어부를 제어하는 동적 전원 제어를 위한 전자 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 타겟 장치가 전원을 공급받는 배터리인 경우 상기 배터리의 충전이 필요한지 여부를 판단하여 상기 배터리의 충전이 필요하면 상기 제1 전원의 전압과 상기 제2 전원의 전압 중 적어도 하나의 전압을 상기 배터리의 전압으로 변환하도록 상기 전원 제어부를 제어하는 동적 전원 제어를 위한 전자 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 타겟 장치가 제3 외부 장치인 경우 상기 제3 외부 장치로의 전원 공급이 필요한지 여부를 판단하여 상기 제3 외부 장치로의 전원 공급이 필요하면 상기 제1 전원의 전압과 상기 제2 전원의 전압 중 적어도 하나의 전압을 상기 제3 외부 장치의 전압으로 변환하도록 상기 전원 제어부를 제어하는 동적 전원 제어를 위한 전자 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 타겟 장치가 상기 전자 장치의 내부 장치인 경우 상기 내부 장치로의 추가 전원 공급이 필요한지 여부를 판단하여 상기 내부 장치로의 추가 전원 공급이 필요하면 상기 제1 전원의 전압과 상기 제2 전원의 전압 중 적어도 하나의 전압을 상기 내부 장치의 전압으로 변환하도록 상기 전원 제어부를 제어하는 동적 전원 제어를 위한 전자 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 제1 포트 및 제2 포트는,
    전원 공급 장치, USB 입출력 포트, USB 입력 포트, USB 출력 포트 중 적어도 두 개를 포함하는 동적 전원 제어를 위한 전자 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 USB 입출력 포트는,
    USB 타입-C 형태로 구현되는 동적 전원 제어를 위한 전자 장치.
  8. 전원 입력이 가능한 제1 포트에 연결되는 제1 외부 장치로부터 제1 전원을 공급받는 동작;
    전원 입력이 가능한 제2 포트에 연결되는 제2 외부 장치로부터 제2 전원을 공급받는 동작;
    상기 제1 전원 및 상기 제2 전원을 변환하는 동작; 및
    상기 제1 전원과 상기 제2 전원을 가산하여 타겟 장치에 전원을 공급하는 동작;을 포함하는 동적 전원 제어를 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 전원 및 상기 제2 전원을 변환하는 동작은,
    상기 제1 전원의 전압과 상기 제2 전원의 전압 중 적어도 하나의 전압에 대한 변환이 필요한지 판단하는 동작; 및
    상기 변환이 필요한 경우 상기 적어도 하나의 전압을 변환하는 동작;을 포함하는 동적 전원 제어를 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전압에 대한 변환이 필요한지 판단하는 동작은,
    상기 타겟 장치가 전원을 공급받는 배터리인 경우 상기 배터리의 충전이 필요한지 여부를 판단하는 동작; 및
    상기 배터리의 충전이 필요하면 상기 제1 전원의 전압과 상기 제2 전원의 전압 중 적어도 하나의 전압을 상기 배터리의 전압으로 변환하는 동작;을 포함하는 동적 전원 제어를 위한 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전압에 대한 변환이 필요한지 판단하는 동작은,
    상기 타겟 장치가 제3 외부 장치인 경우 상기 제3 외부 장치로의 전원 공급이 필요한지 여부를 판단하는 동작; 및
    상기 제3 외부 장치로의 전원 공급이 필요하면 상기 제1 전원의 전압과 상기 제2 전원의 전압 중 적어도 하나의 전압을 상기 제3 외부 장치의 전압으로 변환하는 동작;을 포함하는 동적 전원 제어를 위한 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전압에 대한 변환이 필요한지 판단하는 동작은,
    상기 타겟 장치가 상기 전자 장치의 내부 장치인 경우 상기 내부 장치로의 추가 전원 공급이 필요한지 여부를 판단하는 동작; 및
    상기 내부 장치로의 추가 전원 공급이 필요하면 상기 제1 전원의 전압과 상기 제2 전원의 전압 중 적어도 하나의 전압을 상기 내부 장치의 전압으로 변환하는 동작;을 포함하는 동적 전원 제어를 위한 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제1 포트 및 상기 제2 포트는,
    전원 공급 장치, USB 입출력 포트, USB 입력 포트, USB 출력 포트 중 적어도 두 개를 포함하는 동적 전원 제어를 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 USB 입출력 포트는,
    USB 타입-C 형태로 구현되는 동적 전원 제어를 위한 방법.
  15. 컴퓨터로 판독 가능한, 명령어들을 저장하고 있는 기록 매체에 있어서,
    전원 입력이 가능한 제1 포트에 연결되는 제1 외부 장치로부터 제1 전원을 공급받는 동작;
    전원 입력이 가능한 제2 포트에 연결되는 제2 외부 장치로부터 제2 전원을 공급받는 동작;
    상기 제1 전원 및 상기 제2 전원을 변환하는 동작; 및
    상기 제1 전원과 상기 제2 전원을 가산하여 타겟 장치에 전원을 공급하는 동작;을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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