KR20220144381A - 스마트폰과 애드온 장치의 전력전달 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결합 데이터/파워 인터페이스를 통해 서로 스마트폰과 애드온 장치가 서로 결합되어 있는 시스템에 관한 것으로, 상기 스마트폰은 배터리 보호회로에 연결된 충전식 배터리를 포함하고 애드온 장치는 선택적으로 배터리에 연결된 충전식 배터리를 포함하는 시스템 보호회로뿐만 아니라, 결합 데이터/파워 인터페이스는: 스마트폰과 애드온 장치 사이에서 데이터를 전송하기 위한 하나 이상의 데이터핀; 하나 이상의 조정 전력전달 핀; 및 하나 이상의 보호된 배터리 전력전달 핀을 포함하고, 조정 전력전달 핀은 애드온 장치에 연결된 외부충전기로부터 스마트폰의 배터리를 충전하는데 사용되며, 배터리는 구성된 배터리 보호회로에 연결된다. 차단하여 배터리를 보호하거나 배터리 전극의 전류 또는 전압을 제한하기 위해 보호-배터리 전력전달 핀이 스마트폰 또는 애드온 장치의 배터리 보호회로에 연결된다. 전력전달 경로는: (1) 애드온 장치는 스마트폰의 배터리 보호회로의 출력에 연결된 보호-배터리 전력전달 핀을 통해 스마트폰의 배터리에 의해 전원이 공급되고, (2) 스마트폰은 애드온 장치의 배터리 보호회로의 출력에 연결된 보호-배터리 전력전달 핀을 통해 애드온 장치의 배터리에 의해 전원이 공급되며 (3) 스마트폰 및 애드온 장치의 배터리 보호회로 출력에 연결된 보호-배터리 전력전달 핀을 통해 배터리들이 각각 충전된다.

Description

스마트폰과 애드온 장치의 전력전달 시스템
본 발명은 스마트폰에 관한 것으로, 구체적으로는 스마트폰과 애드온 장치나 주변장치 사이의 전력전달에 관한 것이다.
현대의 휴대전화나 기타 유사한 이동통신기, 컴퓨터 또는 일반 휴대용 전자장치(이하 스마트폰)는 다양한 주변장치를 지원할 수 있다. 주변장치는 근거리 무선통신을 이용해 스마트폰에 연결되거나 도전접속을 통해 연결될 수 있다. 일반적으로 스마트폰에는 데이터핀과 파워핀을 모두 갖춘 표준 콘센트 커넥터인 결합 데이터/파워 인터페이스를 통한 단일 연결점이 있다. 오늘날 널리 사용되는 데이터/파워 결합 인터페이스로 USB 표준 인터페이스가 있다. 주변장치는 자체 독립전원(예: 배터리)을 갖거나 스마트폰 내부배터리에서 전기를 받을 수 있다. 결합 데이터/파워 인터페이스를 통해 스마트폰 내부 충전 배터리를 충전할 수 있다. 스마트폰과 주변장치 사이를 연결하는 결합 데이터/파워 인터페이스는 스마트폰으로 주변장치의 충전 배터리를 충전하거나 그 반대로 충전하는데 사용될 수 있다. 즉, 주변장치로 스마트폰 충전 배터리를 충전할 수도 있다. 스마트폰과 주변장치 모두의 충전은 그리드에 연결된 외부충전기로 할 수 있다.
주변장치가 소비하는 전력량은 다양할 수 있다. 휴대용 하드디스크, 휴대용 의료용 초음파(US)나 X-Ray 촬영기, 암호화된 통신장치용 보안 애드온 장치 등과 같은 일부 주변장치는 상당한 전력을 소비할 수 있다. 스마트폰이 전력을 많이 소비하는 주변장치에 전기를 공급하는 복합 시스템의 핵심 변수는 스마트폰 배터리의 내구성이다. 따라서, 본 발명의 목적은 최대 내구성(즉, 연속 충전 사이의 긴 사용 시간)을 보장하기 위해 스마트폰과 연결된 주변장치 모두에서 파워체인 효율을 증가시키데 있다.
USB C타입 커넥터를 포함한 결합 데이터/파워 인터페이스 USB 표준을 통해 효율적인 전력전달을 제공하기 위한 최신 기술의 예가 "COMBINING POWER FROM AN INTERNAL BATTERY AND AN EXTERNAL POWER STORAGE ADAPTER", Sultenfuss et al., 2018년 2월 6일 발행 Koki et al., 2018년 3월 27일 출원의 미국특허 9,887,571에 제시되어 있다.
발명의 요약
본 발명은 스마트폰에 관한 것으로, 구체적으로 스마트폰과 애드온 장치나 주변장치 사이의 전력전달에 관한 것이다.
본 발명은 결합 데이터/파워 인터페이스 주변장치를 통해 연결된 스마트폰과 주변장치의 시스템에서 높은 효율의 전력전달을 지원하기 위해 스마트폰과 주변장치를 디자인하거나 변조하는 방법을 제시한다. 본 발명의 일부 실시예의 양태에 따르면, 배터리 보호회로를 통해 배터리로부터 결합 데이터/파워 인터페이스에 직접적 전력전달이 된다.
본 발명은 스마트폰을 포함하는 시스템을 제공하고, 이 시스템은 충전식 배터리, 배터리 보호회로 및 결합 데이터/파워 인터페이스를 포함하는 스마트폰; 및 상기 스마트폰 결합 데이터/파워 인터페이스에 연결되는 애드온 장치를 포함하고, 결합 데이터/파워 인터페이스가 스마트폰과 애드온 장치 사이에서 데이터를 전송하기 위한 하나 이상의 데이터핀, 하나 이상의 조정 전력전달 핀, 및 하나 이상의 보호-배터리 전력전달 핀을 포함하며; 조정 전력전달 핀은 애드온 장치에 연결되었을 때 외부충전기로부터 스마트폰의 배터리를 충전하는데 사용되고, 배터리는 배터리 전극들의 전류나 전압의 차단이나 제한으로 배터리를 보호하는 배터리 보호회로에 연결되며, 보호-배터리 전력전달 핀은 스마트폰의 배터리 보호회로에 연결되고, 애드온 장치는 보호-배터리 전력전달 핀을 통해 스마트폰의 배터리에 의해 보호-배터리 전력전달 모드를 이용해 전기를 받는다.
결합 데이터/파워 인터페이스는 USB일 수 있다.
결합 데이터/파워 인터페이스가 USB C타입 커넥터를 포함할 수 있다.
또, 보호-배터리 전력전달 핀은 보호-배터리 전력전달 핀으로 사용되지 않을 때 데이터핀이나 조정 전력전달 핀으로 사용될 수 있다.
또, 이 배터리가 (1) 리튬-이온(Li-ion) 배터리, (2) 리튬-이온 폴리머(Li-ion polymer) 배터리, (3) 니켈-금속 수소화물 및 니켈 카드뮴(NiCd) 배터리 중의 하나이다.
또, 배터리가 착탈식이고 배터리 보호회로가 착탈식 배터리 케이스 내부에 있을 수 있다.
또, 배터리 보호회로가 (1) 배터리 전극들 사이의 전류 차단, (2) 배터리 전극들 사이의 전류 제한, 및 (3) 배터리 전극들 사이의 전압 제한 중의 하나나 임의의 조합을 수행한다.
또, 배터리 보호회로가 (1) 배터리 전류, (2) 배터리 전압, 및 (3) 배터리 온도 중의 하나나 임의의 조합일 수 있다.
또, 애드온 장치가 (1) 저장 장치, (2) 통신장치, (3) 암호화 장치, (4) 휴대용 의료 영상장치 중의 하나일 수 있다.
또, 결합 데이터/파워 인터페이스가 이 인터페이스를 구성하기 위해 스마트폰과 애드온 장치 사이의 통신에 사용될 협상 핀을 더 포함할 수 있다.
또, 보호-배터리 전력전달 핀이 스마트폰과 애드온 장치 사이의 협상에 따라 조정될 수 있다.
또, 이 시스템이 결합 데이터/파워 인터페이스의 체인을 통해 다수의 애드온 장치들을 서로 체인화하여 애드온 장치들를 연결할 수 있다.
또, 보호-배터리 전력전달 핀은 결합 데이터/파워 인터페이스에 의해 보호-배터리 전력전달 핀으로 사용되지 않을 때 데이터핀이나 조정 전력전달 핀으로 사용될 수 있다.
또, 결합 데이터/파워 인터페이스의 일부 핀이 조정 전력전달 핀으로서의 사용과 보호-배터리 전력전달 핀으로서의 사용 사이에서 동적으로 스위칭될 수 있다.
또, 스마트폰이 변조된 기존의 스마트폰이고 이런 변조는 보호-배터리 전력전달 모드에 대한 지원을 할 수 있다.
또, 스마트폰과 애드온 장치가 조정 전력전달과 보호-배터리 전력전달 사이에서 결합 데이터/파워 인터페이스의 핀의 전력전달 모드를 스위칭할 수 있다.
또, 스마트폰과 애드온 장치가 스마트폰에서 애드온 장치로 그리고 그 반대로 전력전달 방향을 스위칭할 수 있다.
또, 스마트폰의 운영체제가 (1) 안드로이드, (2) iOS, (4) 윈도우 폰, (5) 윈도우 모바일 및 크롬 OS 중의 하나일 수 있다.
또, 스마트폰이 (1) 휴대전화, (2) 노트북, (3) 태블릿, (4) PDA, (5) 통신 단말기, (6) 휴대용 미디어 플레이어 및 (7) 휴대용 배터리작동 전자장치 중의 하나일 수 있다.
본 발명은 애드온 장치를 작동시키는 스마트폰에 있어서: 배터리; 배터리 보호회로; 및 결합 데이터/파워 인터페이스;를 포함하고, 스마트폰이 결합 데이터/파워 인터페이스를 사용해 애드온 장치에 부착되며, 배터리는 배터리 전극들의 전류나 전압의 차단이나 제한으로 배터리를 보호하는 배터리 보호회로에 연결되며; 결합 데이터/파워 인터페이스는 스마트폰과 애드온 장치 사이에서 데이터를 전송하는 하나 이상의 데이터핀, 하나 이상의 조정 전력전달 핀, 및 하나 이상의 보호-배터리 전력전달 핀을 포함하고; 조정 전력전달 핀은 외부충전기로부터 스마트폰의 배터리를 충전하는데 사용되며, 보호-배터리 전력전달 핀은 스마트폰의 배터리 보호회로에 연결되고, 보호-배터리 전력전달 핀을 통해 스마트폰의 배터리에 의해 보호-배터리 전력전달 모드를 사용하여 애드온 장치에 전력을 공급하는 스마트폰에 관한 것이기도 하다.
결합 데이터/파워 인터페이스가 USB이거나, USB C타입 커넥터를 포함할 수 있다.
또, 보호-배터리 전력전달 핀이 보호-배터리 전력전달 핀으로 사용되지 않을 때 데이터핀이나 조정 전력전달 핀으로 사용된다.
배터리는 (1) 리튬이온(Li-ion) 배터리, (2) 리튬이온 폴리머(Li-ion polymer) 배터리, (3) 니켈-금속 수소화물(NiMH) 배터리 및 니켈 카드뮴(NiCd) 배터리 중의 하나이다.
배터리가 착탈식이고 배터리 보호회로는 착탈식 배터리 케이스 내부에 있을 수 있다.
또, 배터리 보호회로가 (1) 배터리 전극들 사이의 전류 차단, (2) 배터리 전극들 사이의 전류 제한, 및 (3) 배터리 전극들 사이의 전압 제한 중의 하나나 임의의 조합을 할 수 있다.
배터리 보호회로가 (1) 배터리 전류, (2) 배터리 전압, 및 (3) 배터리 온도 중의 하나나 임의의 조합을 감지한다.
결합 데이터/파워 인터페이스는 이 인터페이스를 구성하기 위해 스마트폰과 애드온 사이의 통신에 사용되는 협상 핀을 더 포함한다.
스마트폰과 애드온 장치 사이의 협상에 따라 보호-배터리 전력전달이 시작된다.
또, 보호회로 보호-배터리 전력전달 핀은 결합 데이터/파워 인터페이스에 의해 보호-배터리 전력전달 핀으로 사용되지 않을 때 데이터핀이나 조정 전력전달 핀으로 사용된다.
결합 데이터/파워 인터페이스의 일부 핀은 조정 전력전달 핀으로서의 사용과 보호-배터리 전력전달 핀으로서의 사용 사이에서 동적으로 스위칭된다.
스마트폰이 변조된 기존의 스마트폰이고 이 변조는 보호-배터리 전력전달 모드를 사용하기 위한 지원을 한다.
스마트폰이 조정 전력전달과 보호-배터리 전력전달 사이에서 결합 데이터/파워 인터페이스의 핀의 전력전달 모드를 스위칭할 수 있다.
스마트폰과 애드온 장치가 스마트폰에서 애드온 장치로 그리고 그 반대로 결합 데이터/파워 인터페이스의 핀의 전력전달 방향을 스위칭할 수 있다.
스마트폰의 운영체제가 (1) 안드로이드, (2) iOS, (4) 윈도우 폰, (5) 윈도우 모바일, 및 크롬 OS 중의 하나이다.
이런 스마트폰은 (1) 휴대폰, (2) 노트북, (3) 태블릿, (4) PDA, (5) 통신 단말기, (6) 휴대용 미디어 플레이어 및 (7) 휴대용 배터리작동 전자장치 중의 하나이다.
본 발명은 배터리, 배터리 보호회로, 및 결합 데이터/파워 인터페이스를 포함하는 기존의 스마트폰의 변조 방법에 있어서: 배터리가 배터리 보호회로에 연결되고, 결합 데이터/파워 인터페이스는 커넥터를 포함하며, 이 커넥터는 하나 이상의 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀들을 포함하고; 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀들을 배터리 보호회로의 전력포트에 연결하는 단계를 포함하는 방법도 제공한다.
본 발명은 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀들을 레거시 연결로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
결합 데이터/파워 인터페이스가 USB이고 결합 데이터/파워 인터페이스의 커넥터가 USB C타입 커넥터이다.
또, 변조 후 배터리 보호회로에 연결된 상기 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀들이 8개의 고속 데이터전송 핀인 USB C타입 커넥터의 A2, A3, A10, All, B2, B3, BIO 및 Bll 중의 하나 이상일 수 있다.
또, 변조 후 배터리 보호회로에 연결되는 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀들이 2개의 측대역 사용 핀인 USB C타입 커넥터의 A8 및 B8 중의 하나 이상일 수도 있다.
본 발명은 하나 이상의 데이터핀; 하나 이상의 조정 전력전달 핀; 및 하나 이상의 보호-배터리 전력전달 핀을 포함하는 스마트폰용 결합 데이터/파워인터페이스도 제공하고, 하나 이상의 데이터핀은 스마트폰과 애드온 장치 사이에서 데이터를 전송하는데 사용되고, 조정 전력전달 핀은 스마트폰을 충전하고 애드온 장치에 전력을 공급하는데 사용된다. 배터리 보호회로와 전압변환 및 조절 회로를 거쳐 스마트폰의 배터리에서 전원이 공급되고, 보호-배터리 전력전달 핀은 배터리 보호회로만 통과한 후 스마트폰의 배터리에서 애드온 장치에 전원을 공급하는데 사용된다.
본 발명은 충전식 배터리, 배터리 보호회로, 및 결합 데이터/파워 인터페이스를 포함하는 스마트폰; 및 충전식 배터리, 배터리 보호회로, 및 결합 데이터/파워 인터페이스를 포함하는 애드온 장치를 포함하고, 애드온 장치는 결합 데이터/파워 인터페이스를 사용하여 스마트폰에 결합되도록 구성되고, 여기서 결합된 데이터/ 전원 인터페이스는 스마트폰과 애드온 장치 사이에서 데이터를 전송하기 위한 하나 이상의 데이터핀을 포함하고, 하나 이상의 보호-배터리 전력전달 핀을 포함하고, 스마트폰의 배터리는 스마트폰의 배터리 보호회로에 연결되고, 차단에 의해 스마트폰의 배터리를 보호하거나 스마트폰의 배터리 전극의 전류 또는 전압을 제한하도록 구성되며, 애드온 장치의 배터리는 보호하도록 구성된 애드온 장치의 배터리 보호회로에 연결된다. 애드온 장치의 배터리를 차단하거나 애드온 장치의 배터리 전극에서 전류 또는 전압을 제한하면 보호-배터리 전력전달 핀이 연결된다. 스마트폰의 배터리 보호회로와 애드온 장치의 배터리 보호회로에 연결하고, 스마트폰과 애드온 장치 간의 협상에 따라 애드온 장치의 배터리가 스마트폰의 배터리를 충전하거나 스마트폰의 배터리는 보호-배터리 전력전달 핀을 통해 애드온 장치의 배터리를 충전한다.
본 발명에 때때로 스마트폰이나 애드온 장치가 모니터링 메시지를 전송하고, 이 메시지는 배터리 상태와 충전상태 정보를 포함한다.
도 1은 애드온 주변장치 시스템을 갖춘 종래의 스마트폰의 블록도;
도 2는 도 1의 시스템에 사용되는 USB C타입 커넥터핀 배치도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 애드온 주변장치 시스템을 갖춘 스마트폰의 블록도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 애드온 주변장치 시스템을 갖춘 스마트폰의 블록도;
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 애드온 주변장치 시스템을 갖춘 스마트폰의 간략화된 블록도;
도 6은 본 발명의 일부 다른 실시예에 따른 애드온 주변장치 시스템을 갖춘 스마트폰의 간략화된 블록도;
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 충전 배터리를 포함한 애드온 주변장치를 갖춘 스마트폰을 포함하는 시스템의 단순화된 블록도;
도 8은 본 발명에 따른 전력전달 모드 협상 및 셋업의 타임플로우; 및
도 9는 본 발명의 다른 양태에 따른 전력전달 모드 협상 및 셋업의 타임플로우이다.
본 발명은 스마트폰에 관한 것으로, 구체적으로는 스마트폰과 애드온 장치나 주변장치 사이의 전력전달에 관한 것이다.
현대 휴대전화나 기타 비슷한 이동통신기, 컴퓨터 또는 일반 전자장치(이하 스마트폰)는 다양한 주변장치를 지원할 수 있다. 주변장치는 도전접속, 즉 유선연결이나 근거리 무선통신을 통해 스마트폰에 연결될 수 있다. 본 발명은 데이터핀과 파워핀을 모두 갖춘 싱글커넥터를 사용한 도전접속을 통한 단일 접속점에 관한 것이다. 싱글커넥터는 결합 데이터/파워 인터페이스라 하고 스마트폰과 애드온 장치 사이에 데이터와 전력을 전달한다. 오늘날 스마트폰에 널리 사용되는 결합 데이터/파워 인터페이스로 USB 표준 인터페이스가 있다. 주변장치는 자체 독립전원(예: 배터리)을 갖거나 스마트폰 내부배터리에서 전기를 받을 수 있다. 결합 데이터/파워 인터페이스가 스마트폰 내부충전 배터리를 충전할 수도 있다. 스마트폰과 주변장치 사이를 연결하는 결합 데이터/파워 인터페이스를 스마트폰에서 주변장치의 충전식 배터리를 충전하는데 사용하거나, 그 반대, 즉 주변장치에서 스마트폰 충전식 배터리를 충전할 수도 있다. 스마트폰과 주변장치 둘다의 충전은 그리드에 연결된 외부 배터리 충전기로 할 수도 있다.
주변장치 소비전력은 다양하다. 휴대용 하드디스크, 휴대용 의료용 초음파(US)나 X-Ray 촬영기, 암호화된 통신장치용 보안 애드온 등과 같은 일부 주변장치는 소비전력이 상당하다. 스마트폰이 주변장치를 작동시키고 주변장치의 소비전력이 상당히 큰 복합 시스템의 주요 변수는 스마트폰 배터리 내구성이다. 따라서, 본 발명의 목적은 스마트폰과 연결 주변장치 둘다의 파워체인 효율을 높여 최대 내구성(즉, 충전 사이사이의 긴 사용시간)을 보장하는데 있다. 경우에 따라, 애드온 장치는 스마트폰에 전기를 공급하는 내부 충전식 배터리를 포함한다. 다른 애드온 장치로 스마트폰에 전기를 공급해 사용시간을 늘리는 휴대용 파워팩이 있다.
"스마트폰", "모바일 전자장치" 및 "휴대용 전자장치"란 이동전화, 스마트폰, 휴대전화, 셀폰과 같은 전화기, 랩톱컴퓨터, 노트북, 태블릿, PDA와 같은 컴퓨터, 모바일 터미널, 휴대용 미디어 플레이어/디스플레이 및 기타 유사한 휴대용 배터리타입 전자장치와 같은 데이터기 등을 의미한다. "스마트폰", "모바일 전자장치", "휴대용 전자장치"란 용어는 본원에서 교대로 사용되기도 한다.
"주변장치"와 "애드온 장치"란 스마트폰에 연결, 부착 또는 결합되어 외부데이터에 접근이나 저장하고, 대체 통신채널을 통해 통신하며, 데이터를 암호나 해독하고, 추가 입출력 유저 인터페이스를 제공하며, 휴대용 의료촬영같은 추가 감지나 컴퓨팅 기능을 제공하고, 휴대용 파워팩(외부배터리나 충전기)와 같은 추가 파워를 제공하는 모든 모바일/휴대용 장치를 의미한다. 외부 데이터, 스마트폰이 주변장치에 삽입되거나 주변장치로 일부나 전체가 감싸졌을 때 이 "주변장치"를 재킷이나 슬리브라고도 한다. "주변장치"와 "애드온 장치"는 서로 대등하게 교체하여 사용되기도 한다.
"결합 데이터/파워 인터페이스"란 스마트폰과 애드온 장치를 연결하는 핀과 같은 다수의 도전요소를 포함해 스마트폰측과 애드온 장치측 양쪽에서 결함되는 포트나 커넥터를 의미한다. 결합 데이터/파워 인터페이스는 스마트폰과 애드온 장치 사이에서 파워와 데이터 둘다 제공하고, 커넥터, 포트, 콘센트, 플러그, 결합되는 암수 배열, 핀 및 케이블과 같은 요소들을 포함하며, 때로는 데이터 및 핸드셰이킹 프로토콜과 표준 준수도 정의한다. 스마트폰에 사용되는 인기 있는 결합 데이터/파워 인터페이스로의 일례인 USB는 USB 1.0, USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 및 USB3.2와 같은 여러 버전의 표준을 포함하는 인터페이스이다. USB 인터페이스는 Type A, Type B, mini Type A, mini Type B, micro Type A, micro Type B, C타입을 포함한 여러 커넥터(플러그 앤 리셉터클)가 있다. Thunderbolt™, 모바일 고화질 링크(MHL), PCIe(Peripheral Component Interconnect Express), FireWire, HDMI 등의 기타 결합 데이터/파워 인터페이스도 모바일 전자장치에 사용될 수 있다. 현재 최신의 결합 데이터/파워 인터페이스는 USB C타입, 24핀 커넥터가 달린 USB 3.X이다. 본 발명의 실시예에서, USB C타입 커넥터를 갖춘 USB 3.X를 소정의 결합 데이터/파워 인터페이스로서 사용한다.
여기 사용된 "연결된"이란 중간 요소나 장치 없이 연결된 물건들 사이의 전기적/기계적 연결과 같은 직접 연결을 의미한다. 전기연결의 경우 "연결된"은 케이블, 커넥터, 전선, PCB 트레이스, 핀, 스위치 또는 물체들 간의 갈바닉 연결을 설정하는데 사용되는 기타 저저항 저항 요소를 통한 연결에도 사용할 수 있다.
"결합된"이나 "부착된"이란 하나 이상의 수동이나 능동 중간 요소나 장치들을 통한 간접 연결 또는 연결된 사물 간의 직접적인 전기기계적 연결과 같은 직접 또는 간접 연결을 의미한다.
"회로"란 원하는 하나 이상의 기능을 제공하기 위해 서로 협력하도록 배열되는 하나 이상의 수동 및/또는 능동 요소들을 의미한다.
주변장치가 결합 데이터/파워 인터페이스(예: USB C타입 커넥터)를 통해 전기를 받는 경우 인터페이스는 일반적으로 (스마트폰 배터리를 충전할) 유선 충전포트와 주변장치에 전기를 공급할 전원으로 기능한다. 주변장치가 결합 데이터/파워 인터페이스를 통해 스마트폰 배터리에서 전기를 받을 때 스마트폰 배터리에서 공급하는 전압을 결합 데이터/파워 인터페이스 표준이나 사양의 표준전압으로 변환해야 한다. 예를 들어 USB C타입 표준에서 정의한 전압은 +5볼트이다. 오늘날 일반적인 스마트폰 배터리의 공칭 전압은 +3.2볼트 내지 +4.4볼트이다. 배터리 전압을 USB C타입 표준 전압인 +5볼트로 높이기 위해 부스트 전력변환기가 사용된다. 스마트폰에서 부스트 컨버터를 사용하면 열과 전력 손실이 모두 발생하므로 일반적으로 변환된 에너지의 5% - 30%가 손실된다.
결합된 주변장치는 공급된 전압을 주변장치 회로에 필요한 더 낮은 전압으로 다시 변환한다. 이 변환은 일반적으로 5% - 30%의 에너지손실을 겪는 벅 컨버터로 이루어진다. 전반적으로 전압강하 변환과 함께 전압상승 변환은 주변에서 소비되는 에너지의 10% ~ 60%를 열로 분산시킨다. 결과적으로 이런 원치않는 전압변환으로 인해 배터리 내구성이 이론적인 배터리 내구성보다 훨씬 낮아질 수 있다.
애드온 장치가 결합된 스마트폰에서 생기는 다른 문제는 결합된 주변장치에 공급되는 파워가 스마트폰에 의해 온/오프될 수 있다는 것이다. 일부 주변장치에는 연속 전원이 있어야 하므로 이런 유형의 불연속 전원은 주변장치 기능을 손상시킬 수 있다. 이에 의거해 본 발명의 목적은 다음과 같다:
1. 스마트폰 배터리와 결합 데이터/파워 인터페이스 사이의 직접적 전력 흐름(전압 상승이나 강하 변환 없음).
2. 스마트폰 배터리 전압으로 직접 주변장치 구동(전압변환 없음).
3. 본 발명을 구현한 실시예에서 스마트폰 배터리가 손상되지 않게 보호, 과열, 과전압 역류 및 기타 안전문제 방지.
4. 본 발명을 구현한 스마트폰으로 본 발명을 구현하지 않는 주변장치 정상 기능.
5. 본 발명을 구현한 스마트폰에서, 본 발명을 구현하는 주변장치가 스마트폰의 전원 상태나 모드(예, 배터리 절약모드)와 무관한 지속적 전력공급을 받음.
6. 내부 배터리를 포함하고 전압 상승이나 강하 변환 없이 스마트폰에 전력을 공급하는 애드온 장치들 사이의 직접적 전력 흐름.
"충전식 배터리"나 간단히 "배터리"란 리튬-이온 배터리, 리튬-이온 폴리머 배터리, 니켈금속 수소화물(NiMH) 배터리, 니켈카드뮴(NiCd) 배터리, 납산 배터리, 그래핀 배터리, 슈퍼 커패시터, 아연공기 배터리, 알루미늄공기 배터리, 탄소이온 배터리, 나트륨-이온 배터리, 레독스 흐름 배터리 처럼 충전될 수 있는 휴대용 전자장치의 모든 전원을 의미한다. 배터리는 특정 전지 구조에서 특정 화학물을 갖는 하나 이상의 전지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리는 4병렬-2직렬 구조의 8개의 리튬이온 전지를 포함할 수 있다.
애드온 장치가 있는 스마트폰을 포함한 종래의 시스템
도 1은 스마트폰(8)에서 주변장치(50)가 전기공급을 받는 종래의 시스템(100)의 블록도이다. 전술한 바와 같이, 스마트폰(8)은 휴대폰, 태블릿, 휴대용 컴퓨터 또는 기타 배터리 구동 전자장치이고, 결합 데이터/파워 인터페이스(150)를 포함한다. 스마트폰(8)에 결합된 데이터/파워 인터페이스(150)는 산업표준 USB3.0 이상을 준수한다. 스마트폰(8)에 USB C타입 커넥터(10)가 있다. 주변장치(50)에 대응 USB C타입 커넥터(51)가 있다. 결합 데이터/파워 인터페이스(150)을 사용하면 외부충전기로 스마트폰(8)을 충전할 수 있을 뿐만 아니라 스마트폰(8)에서 주변장치(50)로 데이터를 전송할 수 있고, 그 반대도 마찬가지다.
종래의 스마트폰
스마트폰(8) 전원인 충전식 배터리(40)는 일반적으로 단일/다중 리튬폴리머나 리튬이온 전지이고, 그 40 전압은 전지의 화학적성질과 직렬로 연결된 전지수에 따라 다르다. 일반적으로 완충된 배터리의 경우 +4.4V, 완전히 방전된 배터리의 경우 +3.3V의 전압이 배터리에서 전달된다. 배터리 본체에 부착될 수도 있는 배터리 보호회로(31)는 과열, 단락, 과전류, 저전압 등과 같은 위험한 상태에서 배터리를 보호하고, 그 전력 출력은 일반적으로 VBAT로 표시된 내부 파워버스(30)를 구동한다. VBAT 버스는 파워라인(26)과 같은 다양한 소자전압을 생성하고 관리하는 스마트폰(8) PMIC(Power Management Integrated Circuit)(39)에 연결된다.
올웨이즈온 저전력 마이크로컨트롤러(24)는 전원, 배터리 및 기타 주요서비스를 관리한다. 이 마이크로컨트롤러는 직렬 PC(동기식, 멀티-마스터, 멀티-슬레이브, 패킷스위치드, 싱글-엔디드, 직렬 컴퓨터 버스)(22)를 구동하고, 이 PC에 의해 마이크로컨트롤러(24)는 PMIC(39)는 물론 스마트폰(8)내 다른 요소들을 모니터하고 관리한다. PD(Power Delivery) 컨트롤러(21)는 USB 인터페이스의 전력전달 모드를 다루는 집적회로(IC)로, USB C타입 커넥터(10)에 결합된 표준 CC 라인인 CC1(14) 및 CC2(12)에 연결된다. 커넥터(10)는 스마트폰(8)과 주변장치(50) 사이에서 데이터전송과 전력전달을 하는 결합 데이터/파워 인터페이스(150)의 일례로, 커넥터(10) 핀이 도 2에 자세히 나와 있다.
PD 컨트롤러(21)는 일반적으로 I2C 버스(22)를 통해 올웨이즈온 저전력 마이크로컨트롤러(24)에 의해 관리되고, 이를 통해 스마트폰(8)이 주변장치(50)의 파워와 데이터 체계를 식별하고 관리하도록 한다. PD 컨트롤러(21)는 파워버스, VBUS(15)에 연결되어 서로 다른 파워위상 동안 버스(15)의 전압을 감지하기도 한다. 커넥터(10)의 레거시 USB 2.0 라인(11)은 스마트폰 어플 프로세서(17)에 연결된다. USB C타입 커넥터(10)의 8개의 고속핀(18)은 어플 프로세서(17)에 추가로 연결된 고속 데이터 멀티플렉서(16)에 연결되어 다양한 데이터와 비디오 기능들을 라우팅한다.
VBUS 파워스위치(20)는 주로 VBUS 파워버스(15)를 라우팅하는 하나 이상의 FET(전계효과 트랜지스터)로 구성된다. 이 스위치는 이산신호를 통해 또는 올웨이즈온 저전력 마이크로컨트롤러(24)에 의해 I2C버스(21)를 통해 제어된다. 스마트폰(8)이 USB C타입 커넥터(10)를 통해 충전기에 연결되면, VBUS 파워스위치(20)가 좌측에 위치하여 파워를 배터리 충전기(29)로 직접 라우팅한다. 배터리 충전기(29)는 공급전류, 공급전압, 온도, 배터리 상태 등을 고려한 소프트웨어 충전체계를 구현하고, VBAT 버스(30)를 통해 배터리에 연결된다. 외부충전기가 USB C타입 커넥터(10)에서 분리되면, 파워버스 VBUS(15)의 전압이 강하한다. 이런 전압강하는 버스 상태를 모니터링하는 PD 컨트롤러(21)에 의해 감지되고, 올웨이즈온 저전력 마이크로컨트롤러(24)로 전송되머, 마이크로컨트롤러는 VBUS 파워스위치(20) 위치를 우측상태로 바꾼다. 이 위치에서, 파워버스 VBUS(15)는 부스트 컨버터(28)에 의해 가동되고, 부스트 컨버터(28)는 VBAT 전력(30)을 USB C타입 어플에 필요한 안정된 +5볼트로 변환한다.
스마트폰(8)이 커넥터(10)를 가동하면, 연결될 모든 주변장치가 배터리(40)로의 전류를 소비할 수 있다. 전력가용성은 스마트폰(8)에서 실행되는 어플 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(8)이 꺼지면 올웨이즈온 저전력 마이크로컨트롤러(24)는 I2C 버스(22)를 통해 부스트 컨버터(28)를 차단해 모든 외부파워를 꺼서 배터리를 보전할 수 있다.
종래의 애드온 장치
종래의 주변장치(50)는 스마트폰(8)에 영구적으로나 일시적으로 부착될 수 있다. 스마트폰(8)은 주변장치(50)의 정상작동을 위한 전원을 제공한다. 주변장치(50)에 대한 파워는 스마트폰(8)과 주변장치(50) 모두에 전력을 공급하는 스마트폰의 배터리(40)에서 제공된다. 주변장치(50)는 USB 2.0 데이터핀(11)에 결합되어 스마트폰(8) 어플 프로세서(17)와 주변장치(50) 어플 프로세서(72) 사이에 직렬통신을 제공한다. 주변장치(50)는 결합 커넥터(51)를 통해 스마트폰(8) USB C타입 커넥터(10)에 연결된다. 이 경우, 결합 커넥터(51)는 USB C타입 플러그이다. 커넥터(51)는 스마트폰(8)과 주변장치(50) 사이의 데이터전송과 전력전달을 하는 결합 데이터/파워 인터페이스(150)의 일례이다.
USB C타입 커넥터(10)의 CC1 라인(14)과 CC2 라인(12) 및 결합 커넥터(51)는 주변장치(50)의 호스트 PD 컨트롤러(53)에 연결된다. 호스트 PD 컨트롤러(53)는 I2C 버스(55)를 통해 주변장치(50)의 올웨이즈온 마이크로컨트롤러(56)에 연결되고, 올웨이즈온 마이크로컨트롤러(56)는 USB C타입 커넥터(10)의 CC 라인들(14,12)을 통해 스마트폰(8)의 PD 컨트롤러(21)와 작용해 전력협상을 하고 주변장치(50)를 작동시키도록 VBUS(15)를 설정한다. VBUS(15)는 커넥터(10)에서 결합커넥터(51)와 주변장치(50)내 VBUS 라인(62)에 연결된다. 다이오드(64)는 입력 USB C타입 +5 볼트 VBUS를 하나 이상의 더 낮거나 높은 전압으로 변환하는 PMIC(68)를 통해 로컬 회로에 전력을 전달한다. PMIC(68)에는 주변장치(50)내 로컬 전력소비에 필요한 여러 LDO(Low Drop-Out Regulators), 벅 컨버터 및 부스트 컨버터들이 있을 수 있다. 다른 다이오드(67)가 주변장치(50)의 USB C타입 커넥터(57)에 연결된다. 커넥터(57)는 결합 시스템(100)을 충전하고 USB 인터페이스(미도시)를 통해 어플 프로세서(72)와의 통신하는데 사용된다. USB C타입 충전기가 USB C타입 커넥터(57)에 연결되면 파워라인 VBUS(61)가 커넥터(57)에서 전기를 받는다. 이 전압은 호스트 PD 컨트롤러(53)와 PD 컨트롤러(21) 사이에 필요한 협상을 시작하도록 올웨이즈온 마이크로컨트롤러(56)에 의해 감지된다. 이 협상이 성공적으로 완료되면, VBUS 스위치(60)가 라인 VBUS_EN(65)을 어써트(assert)하는 올웨이즈온 마이크로컨트롤러(56)에 의해 닫힌다. 또는 VBUS 스위치(60)가 I2C 버스(55)에 의해 제어된다. VBUS 스위치(60)가 닫히면, 연결된 전원의 전력이 결합 커넥터(51)을 통해 스마트폰(8) 배터리 충전기(29)로 흘러 배터리(40)를 충전한다. 다이오드(67)은 시스템(100)이 충전중일 때 또는 스마트폰(8) VBUS 버스(15)가 꺼지고 있는 전이상태인 동안 다이오드(67)가 PMIC(68)에 전기를 공급한다.
Aux PD 컨트롤러(54)는 USB C타입 커넥터(57)에 연결된 외부장치와 전력과 데이터 협상을 하도록 I2C 버스(55)를 통해 올웨이즈온 마이크로컨트롤러(56)에 연결된다. CC1(58)과 CC2(59)를 통해 상호작용이 된다. 종래의 시스템(100)의 단점은 아래와 같다:
- +5볼트 전압을 받았을 때 부스트 컨버터(28)와 PMIC(68)에서 상당한 전력손실이 있어 전력 효율이 최적이 아니다. 전력절감을 위해 일부 요소들을 제거하는 당 스마트폰(8)을 조정해도 주변장치(50)에 전기를 공급하면 시스템 배터리(40)의 수명이 짧아진다.
- 로컬 배터리를 주변장치(50)에 설치하지 않는 한 스마트폰(8)이 꺼질 때마다 또는 전원이 전환되는 동안(예: 충전기가 제거될 때) 어플 프로세서(72)에 대한 전기공급이 중단된다. 일부 어플 프로세서는 이런 중단에 매우 민감할 수 있다.
도 1에서는 편의상 소정 보호 소자들은 생략했다. 일반적인 스마트폰에는 외부 인터페이스 라인에 연결된 여러 과전압, 과전류, 돌입전류 및 기타 보호 소자들이 있다. 과도전압억제기(TVS), 커패시터, 배리스터, 클램핑 다이오드, 애벌랜치 다이오드 및 제너 다이오드와 같은 소자들이 사용된다.
도 2는 USB C타입 커넥터핀 배치도이다. USB C타입 커넥터에는 24개의 핀이 A와 B 2행으로 배열되어 있다. 우측 핀 A12, B1과 좌측 핀 A1, B12는 접지용이다. 중앙 핀 A6, A7, B6, B7은 레거시 USB 2.0 데이터전송에 사용된다. 8개의 핀 A2, A3, A10, All, B2, B3, B10 및 Bll 은 고속 데이터전송에 사용된다. 4개의 핀 A4, A9, B4 및 B9는 USB 버스 전력전달에 사용되며 VBUS 핀으로 지정된다. VBUS 공칭 전압은 +5V이다. 핀 A5(CC1) 및 B5(CC2)는 CC(configuration channel) 핀이며 구성과 전력전달 협상에 사용된다. 핀 A8(SBU1) 및 B8(SBU2)은 측대역 사용 핀이며 확장된 non-USB 인터페이스에 사용된다.
USB C타입 커넥터가 있는 USB C타입 장치는 USB C타입 표준에 맞게 소자감지, 인터페이스 구성, 통신, 및 전력전달 메커니즘을 지원할 수 있다. USB 전력전달 사양은 4가지 표준화된 전압 레벨, +5V DC, +9V DC, +15V DC 및 +20V DC를 규정하지만, 전원은 특정 전력전달 모드에 따라 0.5W ~ 100W의 전력과 0.1A ~ 5.0A의 전류를 제공할 수 있다. USB C타입 장치는 양방향으로 전력을 전송하고 전원이나 파워싱크로 동작한다.
USB C타입 장치는 전력전달 모드를 설정하기 위해 협상 프로세스를 수행할 수 있다. 전력전달 모드는 재협상 프로세스에 의해 바뀌지 않는 한 계속 유효하다.
도 3은 고효율 파워회로를 통해 개조된 스마트폰(8a)에서 주변장치(50a)가 전기를 받는 시스템(100a)의 블록도이다.
스마트폰(8a)은 주변장치(50a)에 전기를 공급하되, 여기서는 USB C타입 커넥터(10)의 핀이 배터리 보호회로(31)의 출력에서 직접 전력을 전달한다. USB C타입 커넥터(10)의 8개의 고속 데이터핀들인 A2, A3, A10, All, B2, B3, B10, Bll은 내부 파워버스 VBAT(30)에서 전력을 받도록 개조되었다. 이런 개조는 USB C타입 커넥터(10)의 8개의 고속 데이터핀인 A2, A3, A10, A11, B2, B3, B10, B11에 8개의 라인들(18a)과 도체(80)를 연결하는 직렬 요소들을 gksWHr에서 VBAT(30)까지 없애거나 트레이스를 절단해 이루어진다. 이런 개조로 고속통신이 비활성화되지만 주변장치는 고속통신 없이 정상속도 통신으로 여전히 적절하게 통신하고 작동한다. 표준 USB C타입 충전기는 개조된 스마트폰(8a)을 정상적으로 충전할 수 있다.
배터리 보호회로(31)를 통해서만 배터리(40)로부터 애드온 장치로 전력을 직접 전달하는데 사용되는 USB C타입 커넥터(10)의 핀 수는 애드온 장치의 예상 전력소비에 따라 증감될 수 있다. 또는 A2, A3, B10, Bll 핀만 전력전달에 사용되고 A10, All, B2, B3 핀은 고속 데이터 전환에 사용된다. 또는, 전력전달에 A10, A11, B2, B3 핀만 사용되고 고속 데이터 전환에 A2, A3, B10, B11 핀이 사용되거나, SBU1(핀 A8)이나 SBU2(핀 B8)이나 둘다를 사용하여 배터리(40)에서 애드온 장치(50a)에 전력을 전달할 수도 있다. 커넥터(10)와 커넥터(51)는 바뀌지 않지만, 결합 데이터/파워 인터페이스(150a)는 도 1의 결합 데이터/파워 인터페이스(150)와 다르다. 고속 데이터통신이 불능화되고, 배터리로부터 직접 새로운 비조절 전력전달이 이런 개조된 결합 데이터/파워 인터페이스(150a)에서 활성화된다.
"보호-배터리 전력전달(PBPD; protected-battery power delivery)"이란 배터리 보호회로를 통해 배터리로부터 직접 공급되는 결합 데이터/파워 인터페이스의 전력전달 핀들을 통한 전력전달을 의미하고, 전압변환 회로나 어떤 전압조정 회로도 통하지 않는다. 보호-배터리 전력전달 모드에서의 전력전달 핀의 전압은 배터리 전압에 가깝고 배터리 보호회로에서의 미미한 전압강하와 배터리와 전력전달 핀들 사이의 도체의 저항요소에서의 전압강하만 다르다. "PBPD"는 "보호-배터리 전력전달"의 약어다. "배터리 보호회로"란 (1) 배터리 전극들 사이의 전류 컷오프, (2) 배터리 전극들 사이의 전류 제한, 및 (3) 배터리 전극들 사이의 전압 제한의 임의의 조합을 통해 배터를 보호하도록 구성된 (1) 배터리 전류, (2) 배터리 전압 및 (3) 배터리 온도의 임의의 조합으로 조절되는 회로를 말한다.
"보호-배터리 전력전달 모드"란 여러 전력전달 모드 중 결합 데이터/파워 인터페이스를 통해 연결된 소자들 사이에 보호-배터리 전력전달을 적용하는 결합 데이터/파워 인터페이스의 소정 전력전달 모드를 말한다. "직접 보호-배터리 전력전달" 및 "직접 보호-배터리 전력전달 모드"는 각각 "보호-배터리 전력전달" 및 "보호-배터리 전력전달 모드"와 기본적으로 동일하며, 배터리 보호회로 이후의 배터리와 결합 데이터/파워 인터페이스의 전력전달 핀들 사이에 직접적 전력 흐름을 강조할 때 사용된다.
"전력전달 핀"이란 전력전달에 사용되는 결합 데이터/파워 인터페이스의 커넥터에 있는 핀을 말한다. 전력전달 핀은 모든 전압과 전류 사양으로 모든 유형의 전력을 전달할 수 있다. 구체적으로, 전력전달 핀은 DC 고정 조정 전압, 즉 조정 전력전달 모드, 보호-배터리 전력전달 모드, 비보호 및 미조정, 배터리 직접 연결, 전력전달 모드, DC 전력전달 모드, AC 전력전달 모드, 또는 장치 간에 전력을 전달하는 양측 간의 다양한 시간 변동 유형 및 다양한 회로 설정에서 전압 및 전류의 기타 조합과 같은 많은 전달 모드로 전력을 전달할 수 있다. 전력전달 핀은 특정 전력전달 모드에 대해 영구적으로 사용되도록 정적으로 설정되거나 다른 시간에 다른 전달 모드에서 전력을 전달하기 위해 동적으로 사용될 수 있다. 또는, 전력전달 핀은 전력을 전달하는 것이 아니라 결합 데이터/파워 인터페이스 구성 협상 등에 사용되는 데이터를 전달하는데 사용될 수도 있다. 또는, 전력전달 핀이 데이터를 전송하는데 사용되거나 전력전송과 동시에 구성 셋업에 사용될 수도 있다.
커넥터(57)는 결합 시스템(100a)을 충전하고 USB 인터페이스(미도시)를 통해 어플 프로세서(72)나 어플 프로세서(17)와 통신하는데 사용된다. 이 커넥터(57)는 도 1의 결합 데이터/파워 인터페이스(150)의 실시예이다.
주변장치(50a)도 도 1의 종래의 주변장치(50)에 비해 개조되었다. 도 1의 다이오드(64,67)는 생략되고, PMIC(68a)의 피워입력은 라인(64a)을 통해 커넥터(51)의 8개 고속 라인들에 직접 연결된다. 주변장치(50a)의 PMIC(68a)는 종래의 주변장치(50)의 PMIC(68)와 같은 IC나 회로이지만, 다른 회로나 IC도 사용할 수 있다. 또는, 주변장치(50a)가 스마트폰(8a)에 사용하도록 명시적으로 설계된다.
본 발명의 시스템(100a)은 종래의 시스템(100)과 비슷해 보이지만, 시스템(100a)의 전력소비 및 방열과 관련하여 PBPD를 사용할 때의 성능향상이 대단하다. 시스템(100a)에 PBPD를 사용하면 시스템(100)에 비해 배터리 내구도가 20%에서 40%까지 증가할 수 있다. 주변장치(50a)의 전력소비가 높을수록 성능향상이 높아진다. 보호-배터리 전력전달의 개조된 전력 경로는 전압변환 전력손실을 모두 낮춤은 물론 추가적인 방열을 일으키는 전압 조정 전력 경로의 다른 기생저항으로 인한 전력손실도 줄인다.
본 발명에서, 배터리(40)는 교체가능하고 배터리 보호회로(31)는 착탈식 배터리 케이스 안에 있다. 이 경우, 파워버스 VBAT(30)은 착탈식 배터리(40)와 전화기의 나머지 부분을 연결하는 커넥터의 핀에 제공된다.
도 4는 개조되거나 원래 설계된 스마트폰(8b)에서 파워버스 VBAT(30)을 통해 주변장치(50b)가 전기를 받는 시스템(100b)의 블록도이다.
시스템(100a)과 비슷한, 변조된 스마트폰(8b)은 결합된 장치(50b)에 전기를 공급하지만, 이 경우 스마트폰(8b)은 파워버스 VBUS(15b)가 스위치(20b)와 파워라인(33)을 통해 파워버스 VBAT(30)에 결합되도록 하는 3-위치 파워스위치(20b)를 포함한다. PD 컨트롤러(21)는 호스트 PD 컨트롤러(53)로 전력전달 모드를 감지하고 협상할 수 있다. 양측이 보호-배터리 전력전달 모드에 동의하면, PD 컨트롤러(21)는 스위치(20b)를 통해 커넥터(10)의 VBUS 핀들을 파워버스 VBAT(30)에 연결한다. 애드온 장치(50b)가 감지되고 USB C타입 커넥터(57b)에 연결된 외부충전기가 없을 때 파워스위치(20b)는 파워버스 VBAT(30)를 선택한다. 이때 배터리(40)가 배터리 보호회로(31)를 통해 버스 파워버스 VBUS(15b)에 그리고 다이오드(64)를 통해 주변장치(50b)의 PMIC(68b)에 전기를 공급한다. 외부충전기가 USB C타입 커넥터(57b)에 연결되면 커넥터(57b)의 VBUS 핀들(A4,A9,B4,B9)에서 다이오드(67)를 통해 PMIC(68b)에 전기가 흐른다.
커넥터(57b)는 USB 인터페이스(미도시)를 통해 결합 시스템(100b)을 충전하고 어플 프로세서(72)나 어플 프로세서(17)와 통신하는데 사용된다. 결합 데이터/파워 인터페이스(150b)는 1군데만 빼고 도 1의 결합 데이터/파워 인터페이스(150)와 비슷하다. 변조된 곳은 인터페이스(150b) 파워라인 VBUS가 부스트 전압조정기(28)로부터 조정 전압이나, 파워버스 VBAT(30)로부터 미조정 보호-배터리 전압을 전달할 수 있는데 있다. 보호-배터리 전압ㅇ(도와k정되지 않은 보호-배터리 전압을 전달할 수 있다는 것이다. 전력전달 핀(15)의 전압이나 전력의 유형은 PD 컨트롤러(21)와 호스트 PD 컨트롤러(53) 간의 협상으로 결정된다. 결합 데이터/파워 인터페이스(150c)는 도 1의 결합 데이터/파워 인터페이스(150)와 같거나 인터페이스(150a,150b)에 제시된 표준 인터페이스의 개정판일 수 있다. 본 발명의 실시예의 결합 데이터/파워 인터페이스(150c)는 전술한 결합 데이터/파워 인터페이스와는 다르다. 결합 데이터/파워 인터페이스(150c)가 USB 2.0 인터페이스이고 커넥터(57b)는 B형 마이크로 USB 리셉터클, 또는 PoE(Power-Over-Ethemet) 인터페이스 를 실행하는 Thunderbolt, RJ45 커넥터와 같은 non-USB 인터페이스일 수 있다..
시스템(100a)과 시스템(100b)에서, 애드온 장치의 전원이 PBPD일 때, 애드온 장치로의 전력전달은 예컨대 변조된 스마트폰(8a)이나 스마트폰(8b)의 전력모드에 완전히 좌우된다. 배터리(40)가 유용한 전력을 공급하는 한 어플 프로세서(72)는 작동한다. 스마트폰(8a)이나 스마트폰(8b)은 충방전이나 온오프되지만, 애드온 장치(50a 또는 50b)는 여전히 배터리(40)로부터 전력을 공급받는다. 이런 전력전달 독립성은 어플 프로세서(72)에서 실행되는 중요한 프로세스에 필수적일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, PD 컨트롤러(21)와 호스트 PD 컨트롤러(53) 사이의 협상 프로토콜은 PD 컨트롤러(21)가 호스트 PD 컨트롤러(53)에 한 요청으로 시작한다. 복귀된 정보는 애드온 장치(50b) 전력소비 니즈, 보호-배터리 전력전달을 받을 애드온 장치 능력, 및 이런 PBPD 모드에서 받을 수 있는 전압범위를 포함할 수 있다. 수신된 정보의 상태로, PD 컨트롤러(21)는 호스트 PD 컨트롤러(53)로부터 보호-배터리 전력전달 모드로 들어갈 것을 요청할 수 있고, PD 컨트롤러(53)가 메시지를 받으면 PD 컨트롤러(21)는 전력전달 모드 변경을 개시한다. 보호-배터리 전력전달 핀은 보호-배터리 전력전달 핀으로 사용되지 않을 때 데이터핀이나 조절전력전달 핀으로 사용된다. 결합 데이터/파워 인터페이스는 결합 데이터/파워 인터페이스를 구성하기 위해 스마트폰과 애드온 간의 통신을 설정하는데 사용되는 협상 핀을 포함한다. 또, 스마트폰과 애드온 장치 간의 협상에 따라 보호-배터리 전력전달이 시작된다.
도 5는 결합 데이터/파워 인터페이스(250)를 통한 애드온 장치와 스마트폰 간의 전력전달 개념을 나타내는 블록도이다. 애드온 장치(220)는 스마트폰(210)에 의해 작동된다. 스마트폰(210)과 애드온 장치(220)는 결합 데이터/파워 인터페이스(250)를 이용해 서로 간에 전력과 데이터를 전송한다. 스마트폰(210)의 결합 데이터/파워 인터페이스(250)는 커넥터(212)를 포함한다 결합 데이터/파워 인터페이스(250)의 커넥터(222)는 커넥터(212)에 대한 매칭 커넥터이다.
스마트폰(210)의 충전 배터리(40)의 전극은 배터리 보호회로(31)에 연결되고, 이 보호회로는 배터리(40) 전극의 전류나 전압을 차단하거나 제한해 배터리(40)를 보호한다. 과전압, 과전류, 스위치온 또는 돌입 전류, 배터리 과열 등의 이벤트로부터 보호한다. 배터리 보호회로(31)는 일반적으로 배터리에 손상을 입히고 특히 배터리 과열 및 배터리 폭발을 야기할 모든 상황을 방지한다.
결합 데이터/파워 인터페이스(250) 커넥터들(212,222)은 각각 4 그룹의 핀(252,254,256,258)으로 구분된 다수의 매칭 핀들을 갖는다. 핀(252)은 전원의 회로를 닫는 접지핀이고 데이터신호에 대한 복귀로를 제공한다. 핀(258)은 스마트폰(210)과 애드온 장치(220) 사이에서 데이터를 전송하기 위한 데이터핀이다. 데이터는 예를 들어 스마트폰(210)의 회로(219)의 어플 프로세서와 애드온 장치(220)의 회로(229) 사이에서 전송된다. 전력전달 핀들은 하나 이상의 조정 전력전달 핀(256)과 하나 이상의 미조정 직접 보호-배터리 전력전달 핀(254)으로 나눠진다. 조정 전력전달 핀(256)은 스마트폰(210)의 파워스위치(20)에 연결된다. 가용 전력(즉, 충분히 높은 전압)이 조정 전력전달 핀(256)에 있을 경우, 스위치(20)는 VBAT로 지정된 배터리 파워버스(30)에 충전기(29)를 연결한다. VBAT(30)는 배터리 보호회로(31)에 연결된다. 정상작동 중의 배터리 보호회로(31)의 전압강하는 매우 낮고 본질적으로 VBAT 전압은 배터리(40) 전압과 동일하다. 배터리(40) 충전시에는 VBAT 전압이 배터리(40) 전압보다 약간 높고, 방전시, 즉 배터리(40)가 스마트폰(210)이나 애드온 장치(220)에 전기를 공급할 때는 VBAT 전압이 배터리(40) 전압보다 약간 낮을 것이다. 충전시, 충전기(29) 출력 포트는 적절한 충전전압과 충전전류를 파워버스(VBUS, 30)에 인가해 배터리 보호회로(31)를 통해 배터리(40)를 충전한다.
조정 전력전달 핀(256)은 애드온 장치(220)의 커넥터(224)에 연결된 외부충전기로부터 스마트폰(210)의 배터리(40)를 충전하는데 사용된다. 커넥터(224)는 커넥터(212)와 같은 타입이고 스마트폰(210)과 애드온 장치(220) 사이에 사용되는 결합 데이터/파워 인터페이스(250)를 구현하지만, 커넥터(224)가 다른 커넥터일 수도 있다. 본 발명의 실시예에서, 커넥터(224)는 전력 전용 커넥터이거나, 스마트폰(210)과 애드온 장치(220) 사이에 사용되는 것과 다른 표준이나 프로토콜을 갖는 결합 데이터/파워 인터페이스의 커넥터이다. 외부충전기가 애드온 장치(220)의 커넥터(224)에 연결될 때, 외부충전기의 전력이 조정 전력전달 핀(256)과 스위치(20), 충전기(29) 및 배터리 보호회로(31)를 통해 배터리(40)로 흐른다. 조정 전력전달 핀(256)의 상태를 감지하고 이에 반응하는 센서와 컨트롤러를 갖춘 회로(219)에서 스위치(20) 제어신호가 구동된다. 편의상, 이런 소자들과 회로들은 도시되지 않았다.
조정 전력전달 핀(256)이 외부전원에 연결되지 않은 경우, 스위치(20)가 핀(256)을 스마트폰(210)의 전압조정기(218)에 연결할 수도 있다. 이 경우, 배터리(40)의 전압이 조정되어, VBAT(30) 전압이 상승이나 하강 변환되거나, VBAT 공칭 전압과 비슷한 공칭 전압으로 안정화된다. 전압조정기(218)의 출력 전압은 스위치(20), 커넥터(212,222)의 핀(256) 및 라인(228)을 통해 커넥터(224)로 흐른다. 또는 다른 애드온 장치가 커넥터(224)를 통해 전기공급받을 수 있다. 본 발명에서, 시스템은 결합 데이터/파워 인터페이스의 체인을 통해 다수의 애드온 장치들을 서로 체인화하여 애드온 장치들을 연결한다.
보호-배터리 전력전달 핀(254)은 애드온 장치(220)에 효율적이고 중단없이 전기를 공급하는데 사용된다. 커넥터(212)의 보호-배터리 전력전달 핀(254)은 파워버스 VBAT(30), 즉 스마트폰(210) 배터리(40)의 배터리 보호회로(31)에 연결된다. 커넥터(214)의 보호-배터리 전력전달 핀(254)은 애드온 장치(220)의 전원(227)에 연결된다. 전원(227)은 애드온 장치(220)의 회로(229)에 전력을 공급한다. 이 전원(227)은 싱글-전압 전압조정기이거나 멀티-전압 전압조정기이거나, 도 1의 PMIC(68)와 비슷한 전력관리 직접회로인 PMIC일 수도 있다. 애드온 장치(220)는 보호-배터리 전력전달 핀(254)을 통해 스마트폰의 배터리에서 전기를 받는다. 또, 애드온 장치(220)의 일부 회로는 조정 전력전달 핀(256)을 통해 전기를 받을 수 있다. (체인에서 두번째의) 다른 애드온 장치는 보호-배터리 전력전달 핀(254) 및 커넥터(224)의 다른 핀을 통해 스마트폰 배터리에서 전기를 받을 수 있다.
결합 데이터/파워 인터페이스(250)의 보호-배터리 전력전달 핀(254)은 배터리 보호회로와 직접 전력을 주고받는 전용 핀이지만, 결합 데이터/파워 인터페이스(250)에 의해 사용되지 않는 핀이거나, PBPD 모드에 사용되지 않을 때 확장 데이터전송 채널, 비필수 조정 전원, 소자들 간의 비필수 협상 등과 같은 다른 비필수 기능에 사용되는 핀일 수도 있다.
본 발명에 따른 결합 데이터/파워 인터페이스(250)의 보호-배터리 전력전달 핀(254)을 지원하도록 기존의 스마트폰을 변조할 수 있다. 변조 방법은 (1) 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀(254)의 기존 연결을 분리하고, (2) 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀(254)을 배터리 보호회로(31)에 연결하는 2단계를 포함한다.
또, 본 발명에 따라 결합 데이터/파워 인터페이스(250)의 보호-배터리 전력전달 핀(254)을 지원하도록 기존의 애드온 장치를 변조할 수 있다. 변조 방법은 보호-배터리 전력전달 핀(254)의 레거시 연결을 분리하고 이 보호-배터리 전력전달 핀(254)을 기존의 애드온 장치의 레거시 전원/PMIC에 연결하는 단계를 포함한다. 또는, 기존의 애드온 장치의 전원/PMIC를 교체하는 단계가 추가될 수도 있다. 새롭게 할당된 보호-배터리 전력전달 핀(254)을 배터리 보호회로(31)에 연결하는 단일 단계로 결합 데이터/파워 인터페이스(250)의 보호-배터리 전력전달 핀(254)을 지원하도록 기존의 스마트폰을 변조할 수 있다. 이 경우 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀(254)이 사용되지 않거나, 보호-배터리 전력전달과 그 원래 기능 모두에 동시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 데이터신호가 AC 커플링되었을 때 전력전달을 위해 고속 데이터핀들이 동시에 사용되어, 전원과 파워싱크 사이에 DC 전력을 공급전달하고 그동안 AC 데이터신호는 한편으로는 파워싱크에 의해 필터링되거나 데이터신호원들과 파워싱크로부터의 AC 커플링에 의해 필터링되게 할 수도 있다.
도 6은 결합 데이터/파워 인터페이스(350)를 통해 스마트폰과 애드온 장치 사이에 전력전달을 하는 다른 개념을 보이는 블록도이다. 스마트폰(310) 및 애드온 장치(320)를 갖춘 시스템(300)의 애드온 장치(320)는 스마트폰(310)에서 전기를 받는다. 스마트폰(310)과 애드온 장치(320)는 결합 데이터/파워 인터페이스(350)를 사용하여 서로 간에 전력과 데이터를 전송한다. 스마트폰(310)의 결합 데이터/파워 인터페이스(350)는 커넥터(312)를 포함한다. 애드온 장치(320)의 결합 데이터/파워 인터페이스(350)는 커넥터(322)를 포함한다. 커넥터(322)는 커넥터(312)에 대한 매칭 커넥터이다.
스마트폰(310)은 종래의 시스템(100) 및 본 발명의 시스템(100a~b,200)과 유사한 충전 배터리(40), 배터리 보호회로(31), VBAT 버스(30) 및 충전기(29)를 포함한다.
결합 데이터/파워 인터페이스(350) 커넥터(312,322)는 각각 4그룹의 핀(352,354,356,358)으로 나눠진 다수의 매칭 핀을 포함한다. 핀(352)은 전원 회로를 닫기위한 접지핀이고, 데이터신호에 대한 복귀로를 제공한다. 핀(356)은 스마트폰(310)과 애드온 장치(320) 사이에서 데이터를 전송하기 위한 데이터핀이다. 데이터는 커넥터(312,322)를 통해 스마트폰(310)의 회로(319)와 애드온 장치(320)의 회로(329) 사이에서 전송된다. 결합 데이터/파워 인터페이스(350)에 맞는 커넥터(322)의 데이터핀(356)은 회로(329)에 연결되고, 이 회로(329)는 애드온 장치(320)의 커넥터(324)의 데이터핀(355)에 연결된다. 이런 구성에서, 커넥터(324)를 통해 연결된 다른 애드온 장치와 애드온 장치(320) 및 스마트폰(310) 사이에서 결합 데이터/파워 인터페이스(350) 프로토콜을 이용해 데이터전송을 할 수 있다.
협상 핀(358)은 결합 데이터/파워 인터페이스(350) 협상, 셋업 및 구성 기능에 사용된다. 스마트폰(310)의 인터페이스 컨트롤러(311)는 커넥터(312,322)를 사용해 구현된 결합 데이터/파워 인터페이스(350)의 핀들의 구성과 사용을 셋업하도록 애드온 장치(320)의 인터페이스 컨트롤러(321)와 통신한다. 구성 과정에서 결합 데이터/파워 인터페이스(350)의 여러 변수들을 셋업할 수 있다. 예를 들어, 협상으로 통신데이터 속도, 지원되는 표준버전, 중재 방식, 어느 쪽이 마스터이고 어느 쪽이 슬레이브인지와 같은 중재 방식 등을 설정할 수 있다. 구체적으로, 협상과 구성이 전력전달 모드나 전력전달을 위한 핀 할당에 있을 수 있다.
커넥터(312,322)의 전력전달 핀(354)은 스마트폰(310)과 애드온 장치(320) 사이의 전력전달에 사용된다. 예컨대 인터페이스 컨트롤러들(311,321) 사이의 성공적인 협상후에 전압, 전력 흐름 방향, 최대 전달 전력 등을 동적으로 바꿀 수 있도록 핀(354)을 구성할 수 있다. 또는, 커넥터(312,322)상의 전력전달 핀들(354)의 위치들을 동적으로 할당할 수도 있다. 보호-배터리 전력전달 핀들은 결합 데이터/파워 인터페이스에 의해 전력전달핀으로 사용되지 않을 때는 데이터핀이나 조정 전력전달 핀으로 사용된다. 스마트폰과 애드온 장치는 결합 데이터/파워 인터페이스의 핀들의 전력전달 방향을 스마트폰에서 애드온 장치로의 전력 방향과 그 반대 방향 사이에서 전환할 수 있다.
인터페이스 컨트롤러(321)는 커넥터(322)의 핀(358)에 연결되고, 커넥터(324)의 협상 핀(359)에도 연결되어, 애드온 장치(320)에 연결되는 다른 주변장치와 모드 셋업을 할 수 있다. 이 셋업으로, 2번째 체인의 주변장치와 스마트폰(310) 사이에 보호-배터리 전력전달 모드나 데이터전송 모드를 구성할 수 있다.
스마트폰(310)은 애드온 장치(320)의 인터페이스 컨트롤러(321)와의 협상시 조건인 인터페이스 컨트롤러(311) 결정에 따라 여러 모드로 전력전달 핀(354)을 사용할 수 있다. 일례로, 스마트폰(310)은 가변 전압조정기(318)를 포함한다. 가변 전압조정기(318)는 출력단에서 다른 조정 전압, 예컨대 +3.3V나 +5V를 제공할 수 있다. 여기서는 가변 전압조정기(318)가 0.1V씩 +0.5V와 +10V 사이의 전압을 제공할 수 있다. 또, 가변 전압조정기(318)가 다수의 출력단을 갖고, 출력단마다 다른 전압이 할당될 수 있다. 가변 전압조정기(318)는 인터페이스 컨트롤러(311)에 의해 제어된다.
스마트폰(310)의 스위치(20c)는 전력전달 핀(354)과 가변 전압조정기(318) 출력, 충전기(29) 출력 및 파워버스 VBAT(30) 사이의 전력 라우팅을 선택한다. 즉, 배터리 보호회로(31) 양방향 전력포트인 스위치(20c)가 인터페이스 컨트롤러(311)에 의해 제어된다. 이 스위치(20c)는 전력전달 핀(354)에 연결되고 스마트폰(310)은 아래 3가지 전력전달 모드 중 하나일 수 있다: (1) 가변 전압조정기(318)의 조정전력(핀의 공칭 전압은 협상시 변할 수 있음)을 전력전달 핀(354)과 애드온 장치(a)에 전달, (2) 전력전달 핀(354)에서 전달된 전력으로 충전기(29)를 사용해 배터리(40) 충전, 및 (3) 파워버스 VBAT(30)에서 직접 오는 보호-배터리 전력을 전달.
스위치(20c)가 멀티포트 스위치인 전력스위치 매트릭스여서, 다양한 파워라인들을 통해 여러 하위그룹의 전력전달 핀(354)에 동시에 라우팅할 수도 있다. 예를 들어, 인터페이스 컨트롤러들(311,321) 사이의 협상 성공시, 인터페이스 컨트롤러(311)는 (1) 하나의 전력전달 핀(354)을 +5V로 설정하고 이 핀에 가변 전압조정기(318)를 연결하도록 스위치를 설정, (2) 다른 전력전달 핀(354)을 전력충전으로 설정하고 이 핀에 충전기(29)를 연결하도록 스위치(20cc)를 설정, (3) 나머지 전력전달 핀(354), 예컨대 4개의 핀을 보호-배터리 전력전달 핀으로 설정하고 이들 핀에 파워버스 VBAT(30)을 연결하도록 스위치를 설정한다. 이 경우, 애드온 장치(320)의 일부 회로가 스마트폰(310) 전기를 공급받고 애드온 장치의 나머지 회로들은 파워버스 VBAT(30)에서 전기를 받는 동안 외부충전기의 전력으로 배터리를 충전할 수 있다.
외부충전기가 인터페이스 컨트롤러들(321,311) 사이의 협상에 따라 조정된 애드온 장치(320)의 커넥터(324)에 연결될 때, 외부충전기의 전력은 커넥터(324)의 전력전달 핀들, 라인(328), 전력전달 핀(354), 스위치(20c), 충전기(29) 및 배터리 보호회로(31)를 통해 배터리(40)로 흐른다.
고전력 보호-배터리 전력전달 모드를 받을 수 있는 애드온 장치(320)가 인터페이스 컨트롤러들(321,311) 사이의 협상으로 조정된 스마트폰(310)의 커넥터(312)에 연결되면, 애드온 장치(320)를 위한 전력이 배터리(40)에서 배터리 보호회로(31), 스위치(20c), 전력전달 핀(354) 및 애드온 장치 전원(327)을 통해 회로(329)로 흐른다. 이 경우, 원치않는 상승하강 전압변환이 방지된다. 보호-배터리 전력전달 핀(254)은 애드온 장치(320)에 효율적이고 중단없이 전력을 전달하는데 사용된다. 커넥터(312)의 전력전달 핀(354)은 보호-배터리 전력전달 모드를 제공하는 보호-배터리 전력전달 핀이 되도록 동적으로 설정된다. 전원(327)는 이 경우 전력전달의 미조정 특성에 대처하고 애드온 장치(320)의 회로(329)에 전력을 효율적으로 제공하도록 구성된다. 이 전원(327)은 싱글-전압 전압조정기, 다중-전압 전압조정기, 또는 도 1과 같은 PMIC일 수 있다.
다른 애드온 장치(체인내 두 번째)는 보호-배터리 전력전달 모드에서 전력전달 핀(354)을 통해 스마트폰의 배터리에서 전기를 받을 수 있다. 이런 방식은 커넥터(324)의 협상 핀(359)을 사용하여 이 애드온 장치를 대신하여 인터페이스(321)에 의해 협상된다.
결합 데이터/파워 인터페이스(250)의 전력전달 핀(354)은 데이터핀과 같은 비전력 핀이지만, 협상중에는 이 기능이 불필요거나 결합 데이터/파워 인터페이스내 협상당사자의 적어도 한쪽이 이 기능을 지원하지 않아 전력전달 핀(354)이나 보호-배터리 전력전달 핀으로 할당되었다.
도 7은 도 6과 같은 스마트폰(310)과 다른 버전의 애드온 장치(420)를 갖춘 시스템(400)을 보여준다. 애드온 장치(420)의 충전 배터리(440)가 스마트폰(310)에 전기를 공급한다. 애드온 장치(420)는 휴대형 파워팩이거나, 또는 스마트폰(310) 사용 시간을 늘리기 위한 디자인과 주변장치 자체 소비를 모두 지원하기에 충분한 배터리 용량을 갖는 주변장치일 수 있다. 배터리 보호회로(431)를 갖춘 애드온 장치(420)는 과열, 단락, 과전류, 저전압 등과 같은 위험한 상태로부터 배터리(440)를 보호한다. 배터리 보호회로(431)의 출력전력이 VBAT_AO로 지정된 내부 파워버스(430)를 구동한다. 또, 애드온 장치(420)는 배터리(440)를 충전시킬 충전기(439)를 갖는다. 충전기(439)는 충전전류, 배터리(440)를 충전할 배터리 전압과 같은 적절한 충전 프로세스 변수를 제어한다. 충전기(439)는 충전을 중단할 배터리 임계전압을 설정한다. 충전기는 최적의 충전 변수를 설정하기 위해 배터리 및 시스템으로부터 받은 다양한 충전관련 변수나 기타 작동 변수를 모니터링할 수 있다.
스마트폰(310), 커넥터(312), 커넥터(422), 회로(429), 커넥터(424) 및 선택적으로 다른 외부 애드온 장치 사이의 데이터전송 기능은 시스템(300)과 비슷하다. 스마트폰(310)과 애드온 장치(420)에 하나씩 배터리가 2개인 시스템(400)의 다른 전력경로를 지원하기 위해 새로운 전력 매트릭스(480)가 애드온 장치(420)에 추가된다.
전력 매트릭스(480)의 6개의 전력포트는 (1) 스마트폰(310)에서 애드온 장치(420)나 그 반대로 전력을 전달할 수 있는 커넥터(422)의 전력전달 핀(354)에 연결된 양방향 전력포트, (2) 체인내 다른 주변장치나 외부 충전기에 대해 전력을 주고받을 수 있는 커넥터(450)의 전력전달 핀에 연결된 파워라인(428)에 연결된 양방향 전력포트, (3) 애드온 전원(427) 출력으로부터의 입력 전력포트, (4) 애드온 전원(427) 입력포트를 구동하기 위한 출력 전력포트, (5) 애드온 충전기(439) 입력포트를 구동하기 위한 출력 전력포트, (6) 파워버스, VBAT_AO(430)에 연결된 양방향 전력포트이다. 또, 전력 매트릭스(480)는 인터페이스 컨트롤러(421)에 의해 제어되는 제어포트를 갖는다.
시스템(400)의 전력모드는 다양하다. 외부충전기를 사용한 표준 충전은 스마트폰(310)의 배터리(40)와 애드온 장치(420)의 배터리(440) 모두에 가능하다. 또, 애드온 전원(427)의 조정 전압을 사용한 스마트폰(310) 배터리(40)의 충전이나 스마트폰의 가변 전압조정기(318)의 조정 전압을 사용한 애드온 장치(420) 배터리(440)의 충전도 가능하다. 그러나, 배터리(440)와 배터리(40) 사이 또는 그 반대로의 효율적인 전력전달을 위해, 보호-배터리 전력전달 모드가 시스템(400)에 제공된다. 보호-배터리 전력전달 모드에서, 배터리(440)의 전력이 배터리 보호회로(431), 파워버스(VBAT_AO, 430), 커넥터(422)의 전력전달 핀(354), 핀(354)을 파워버스 VBAT(30)에 연결하는 스위치(20c) 및 배터리 보호회로(31)를통해 배터리(40)에 전달된다. 이 경로에서는 전압변환이 없고, 배터리 보호회로(31,431) 및 스위치(20c,480)내의 개방채널 전력 FET 등에 의한 배터리(40,400) 사이의 저항만 있는데 이 저항은 보통 아주 낮고, 스마트폰(310), 결합 데이터/파워 인터페이스(350) 및 애드온 장치(420)의 경로에 있는 도전소자들의 저항도 있다. 이런 전력전달이 배터리들 사이의 가장 효율적인 전력전달이다. 이 충전 경로가 활성화되면 전력은 고전압 배터리에서 저전압 배터리로 흐르고, 충분한 시간 방치하면 배터리전압들이 평형이 될 때까지 전류가 계속 흐른다. 전압 차이가 너무 크면, 배터리들 사이에 큰 전류가 흐를 수 있지만 이런 전류가 배터리 보호회로(31)나 배터리 보호회로(431)의 한계를 넘으면 배터리 보호회로(31,431)가 전류를 제한하거나 단속적으로 차단해, 배터리(40,440)를 손상되지 않게 보호한다. 배터리 보호회로(31,431)를 제한 요소로 사용하면 가장 빠르고 효율적이면서도 안전한 충전을 할 수 있다.
직접적 배터리 충전에 대한 제어는 인터페이스 컨트롤러(311)와 인터페이스 컨트롤러(421) 간의 협상으로 행해진다. 스마트폰과 애드온 장치 간의 이런 유형의 충전 모드로 많은 시나리오와 제어 체계를 사용할 수 있고, 이하 휴대용 파워팩을 스마트폰에 부착하고 스마트폰(310)의 배터리(40)를 최대한 빨리 완충상태로 충전하는 시나리오에 대해 설명한다. 필수적 변조가 포함된 다른 시나리오도 당업자에게는 명백할 것이다.
인터페이스 컨트롤러(421)는 배터리(40) 충전을 위해 인터페이스 컨트롤러(311)를 제공한다. 충전에 동의하면, 인터페이스 컨트롤러(421)는 배터리(40) 변수 및 배터리(40) 현재전압, 공칭 전체용량 및 현재 전력용량과 같은 배터리(40) 현재상태 정보를 인터페이스 컨트롤러(311)에 문의한다. 효율적인 배터리-배터리 직접 충전을 위한 조건이 충족되면, 인터페이스 컨트롤러(421)는 배터리-배터리 직접 충전을 수행할 능력과 의지를 인터페이스 컨트롤러(311)에 문의한다. 이 충전 모드가 인터페이스 컨트롤러(311)에 의해 수락되면, 인터페이스 컨트롤러(421)는 파워버스(430)를 전력전달 핀(354)에 연결하도록 전력스위치(480)에 지시하며 직접 충전모드가 시작한다. 양측은 진행 상황을 모니터링하고 배터리(40,400) 상태에 관한 정보를 교환한다. 배터리(40)가 완충되면, 인터페이스 컨트롤러(311,421)는 직접 충전 모드를 종료하고 기본 전력전달 모드로 돌아간다. 모니터링하는 동안 배터리(400)와 배터리(40) 사이의 전압차가 특정 임계값(예: 10mV, 50m V, 100mV 등) 아래로 떨어지거나 충전 전류가 특정 임계값(예: 1A, 0.5A, 0.1A) 아래로 떨어지면, 양측 각각은 직접 충전 모드를 중지하고 표준 충전 모드로 변경하는 요청을 시작할 수 있다. 이 모드에서 인터페이스 컨트롤러(421)는 파워버스(430)를 애드온 전원(427)에 연결하도록 전력 매트릭스(480)에 지시한다. 애드온 전원(427)은 배터리(400) 전압을 +5V와 같은 공칭 조정 전압으로 부스트한다. 또, 인터페이스 컨트롤러(421)는 애드온 전원(427)의 전력 출력포트를 커넥터(422)의 전력전달 핀(354)에 연결하도록 전력 매트릭스(480)에 지시한다. 인터페이스 컨트롤러(421)는 커넥터(312)의 전력전달 핀(354)을 충전기(29) 입력 포트에 연결하도록 스위치(20c)에 지시한다. 이 경우, 충전기(29)는 배터리(400)로부터 배터리(40)를 충전한다. 그러나, 이 충전경로는 직접충전의 5% 미만에 비해 공급된 전력의 10%-50%를 애드온 전원(427)과 충전기(29)의 열로 낭비하는 애드온 전원(427)에서의 전압상승 변환과 충전기(29)에서의 전압강하 변환을 포함한다. 결합 데이터/파워 인터페이스의 일부 핀들은 조정 전력전달 핀으로서의 사용과 보호-배터리 전력전달 핀으로서의 사용 사이에서 동적으로 스위칭될 수 있다. 애드온 장치(420)는 여러 스마트폰 및/또는 애드온 장치에 동시에 전력을 공급하기 위해 다수의 결합 데이터/파워 인터페이스들을 가질 수도 있다.
도 8은 본 발명의 전력전달 모드 협상과 셋업의 타임플로우를 보여준다. 시간은 위에서 아래로 흐른다. 3개 당사자가 참여한다: (a) 스마트폰, 구체적으로 PD 컨트롤러(21)나 인터페이스 컨트롤러(311), (2) 결합 데이터/파워 인터페이스, 구체적으로 인터페이스(150a,150b,250,350), (3) 애드온 장치, 구체적으로 50a, 50b, 220, 320 및 420. 시작 시간에 기본 전력전달(510)이 결합 데이터/파워 인터페이스에 의해 제공된다. 이 경우, 스마트폰 측에서 애드온 장치 측으로 파단선 화살표로 표시된 대로 전력이 전달된다. 일반적으로 이 전력전달 모드는 하나 이상의 조정 +5V 전력전달 핀에 의해 제공된다. 어떤 시점에서 스마트폰은 속성 문의메시지(520)를 애드온 장치에 보낸다. 애드온 장치 속성은 일반적으로 스마트폰과 애드온 장치 간의 협력과 관련된 애드온 장치에 대한 어떤 데이터도 가능하다. 구체적으로, 애드온 장치의 전력소비, 지원되는 전력전달 모드처럼 전력전달 모드와 관련된 모든 데이터는 스마트폰에서 문의하여 애드온 장치에서 응답으로 보낼 수 있는 속성이다. 문의(520)에 대한 응답으로, 애드온 장치가 응답메시지(530)로 응답한다. 이 경우, 응답메시지(530)는 애드온 장치의 속성을 포함하는데, 이런 속성들은 무엇보다도 10W의 평균 전력소비와 직접 보호-배터리 전력전달 모드 지원 표시자를 포함한다. 메시지(530)의 데이터 전달시, 스마트폰은 표준 전력전달 모드에서 직접 보호-배터리 전력전달 모드로 전환하는 것이 더 효율적이라고 결정한다. 스마트폰 결정은 애드온 장치의 전력소비, 고유 전압 작동 등을 고려하여 한다. 이에 따라 전력전달 모드 변경 요청 메시지(540)가 보내진다. 메시지(540)는 전력전달 모드 변경을 위해 사용될 핀, 전달될 예측 전압 범위 등과 같은 모든 필요한 정보를 포함한다. 대신에, 애드온 장치는 메시지(550)를 주고받는다. 메시지(550)를 받은 스마트폰은 전력전달 변경 모드 명령(560)을 보낸다. 명령(560)은 안전한 전력전달 변경 모드를 보장할 몇몇 변수들을 가질 수 있다. 구체적으로, 이런 변수로 전력전달 모드 전환시 양측이 동일한 핀에 전력을 전달하는 상황과 같이 손상을 일으키는 상황을 피하는 명령어 등이 있다. 명령(560)에 이어, 데이터/파워 결합 인터페이스의 양쪽에서: 스마트폰과 애드온 장치가 직접 보호-배터리 전력전달 모드(580)로 전환한다. 이런 변경은 전력전달 중단이 최소로 일어나거나 일어나지 않도록 한다. 예를 들어, 이 경우 동력 전달 방향의 변경은 일어나지 않는다. 모드 변경 전과 후의 전력전달 모드(510,580) 모두에서, 전력은 파단선 화살표로 표시된 것처럼 스마트폰에서 애드온 장치로 흐른다. 전력전달 모드를 변경하기 위해 스마트폰은 동작 570a를 수행하고 애드온 장치는 동작 570b를 수행한다. 동작 570a는 결합 데이터/파워 인터페이스의 전력전달 핀을 배터리 보호회로(31)의 출력포트에 연결하는 것을 포함한다. 동작 570a는 결합 데이터/파워 인터페이스의 전력전달 핀의 전압 감지와, 필요하다면 추가로 애드온 장치의 전압강하 감지를 포함한다. 애드온 장치 회로의 나머지에 전원을 공급하는 전력전달 회로로 전환한다.
도 9는 본 발명의 다른 양태에 따른 전력전달 모드 협상 및 셋업의 타임플로우이다. 시간은 위에서 아래로 흐른다. 참여하는 세 개체는 도 8과 비슷하지만 여기서는 스마트폰을 충전할 수 있는 배터리가 포함된 파워팩 장치가 애드온 장치다.
시작 시간에, 애드온 장치는 결합 데이터/파워 인터페이스를 통해 스마트폰(610a)에 연결되고 이 시점에서는 결합 데이터/파워 인터페이스를 통해 전력전달(610b)이 되지 않는다.
애드온 장치의 부착을 감지한 스마트폰은 속성 문의메시지(620)를 애드온 장치에 보낸다. 애드온 장치 속성은 일반적으로 스마트폰과 애드온 장치 간의 협력과 관련된 애드온 장치에 대한 모든 데이터로, 구체적으로 애드온 장치의 전력소비, 지원되는 전력전달 모드와 같은 데이터이고, 모든 데이터는 스마트폰에서 문의하고 애드온에서 응답으로 보낼 수 있는 속성이다.
문의(620)에 대한 응답으로, 애드온 장치, 즉 파워팩 장치는 응답메시지(630)로 응답한다. 여기서는 파워팩 배터리의 고유 전압, 파워팩의 전력 용량 및 파워팩이 직접 보호-배터리 전력전달 모드를 지원한다는 표시가 포함된다. 메시지(630)로 데이터의 전달시, 배터리(440) 전압이 스마트폰의 배터리(40)보다 높으면 스마트폰은 직접 보호-배터리 전력전달 모드를 사용하여 배터리(40)를 효율적으로 충전하기로 결정한다. 이에 따라 전력전달 모드 명령 메시지(640)가 보내지기 시작한다. 메시지(640)는 이런 전력전달 모드를 수행하기 위해 사용될 핀 등과 같은 모든 필요한 정보를 포함한다. 또, 명령(640)은 안전한 전력전달 변경 모드를 보장할 변수를 포함할 수도 있다.
명령(640)에 이어, 결합 데이터/파워 인터페이스의 양쪽에서: 스마트폰과 애드온 장치는 직접 보호-배터리 전력전달 모드(660)로 전환한다. 이 경우 전력전달 방향은 애드온 장치에서 스마트폰을 향한다. 전력전달 모드를 변경하기 위해 스마트폰은 동작 650a를 수행하고 애드온 장치는 동작 650b를 수행한다. 동작 650a는 결합 데이터/파워 인터페이스의 전력전달 핀의 파워버스 VBAT(30)로의 연결을 포함한다. 동작 650b는 결합 데이터/파워 인터페이스의 전력전달 핀의 전압 감지를 포함하고, 스파트폰의 배터리(40)의 전압을 감지하면 파워버스 VBAT_AO(430)을 연결한다.
스마트폰이 모니터링 메시지(670)를 애드온 장치로 보내고, 애드온 장치는 모니터링 메시지(680)를 스마트폰으로 보낼 수도 있다. 모니터링 메시지의 감지 기능 및 데이터에는 배터리의 전압, 배터리의 각 셀의 전압, 전류 흐름의 방향 및 배터리로/로부터 흐르는 전류의 크기, 배터리의 에너지 레벨, 배터리의 온도, 배터리의 각 전지의 온도 등이 포함될 수 있다. 애드온 장치로부터 모니터링 메시지(680a)를 받은 스마트폰은 애드온 장치로부터 직접 보호-배터리 전력전달을 중단하기로 결정한다. 배터리가 거의 완충인지 충전전류가 소정의 임계값 아래로 떨어지거나, 임의의 배터리의 온도가 소정 임계값을 초과하는지에 기초하여 결정을 할 수 있다. 보호-배터리 전력전달을 중지하기 위해 중지 명령 메시지(690)가 스마트폰에서 애드온 장치로 보내진다. 전력전달을 중지하고 노 전력전달 모드(610c)로 돌아가기 위해 스마트폰은 동작 650c를 수행하고 애드온 장치는 동작 650d를 수행한다. 동작(650c)은 파워버스(VBAT 30)로부터의 결합 데이터/파워 인터페이스의 전력전달 핀 분리를 포함한다. 작동(650b)은 결합 데이터/파워 인터페이스의 전력전달 핀으로부터의 파워버스 VBAT_AO(430)의 분리를 포함한다.
도 8~9는 스마트폰에서 애드온 장치나 그 반대로 전력을 공급/충전하기 위해 보호-배터리 전력전달 모드가 사용되는 2가지 간단한 시나리오를 보여주지만, 이 모드를 이루기 위한 다른 시나리오나 상황이나 협상 메시지나 프로토콜도 사용될 수 있다. 본 발명의 스마트폰의 운영 체제는 (1) Android, (2) iOS, (4) Windows Phone, (5) Windows Mobile, Chrome OS 중의 어느 것도 가능하다.

Claims (41)

  1. 스마트폰을 포함하는 시스템에 있어서:
    충전식 배터리, 배터리 보호회로 및 결합 데이터/파워 인터페이스를 포함하는 스마트폰; 및
    상기 스마트폰 결합 데이터/파워 인터페이스에 연결되는 애드온 장치;를 포함하고,
    상기 결합 데이터/파워 인터페이스가 스마트폰과 애드온 장치 사이에서 데이터를 전송하기 위한 하나 이상의 데이터핀, 하나 이상의 조정 전력전달 핀, 및 하나 이상의 보호-배터리 전력전달 핀을 포함하며;
    상기 조정 전력전달 핀은 애드온 장치에 연결되었을 때 외부충전기로부터 스마트폰의 배터리를 충전하는데 사용되고, 배터리는 배터리 전극들의 전류나 전압의 차단이나 제한으로 배터리를 보호하는 배터리 보호회로에 연결되며, 보호-배터리 전력전달 핀은 스마트폰의 배터리 보호회로에 연결되고, 애드온 장치는 보호-배터리 전력전달 핀을 통해 스마트폰의 배터리에 의해 보호-배터리 전력전달 모드를 이용해 전기를 받는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합 데이터/파워 인터페이스가 USB인 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결합 데이터/파워 인터페이스가 USB C타입 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보호-배터리 전력전달 핀이 보호-배터리 전력전달 핀으로 사용되지 않을 때 데이터핀이나 조정 전력전달 핀으로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배터리가 (1) 리튬-이온(Li-ion) 배터리, (2) 리튬-이온 폴리머(Li-ion polymer) 배터리, (3) 니켈-금속 수소화물 및 니켈 카드뮴(NiCd) 배터리 중의 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 배터리가 착탈식이고 배터리 보호회로가 착탈식 배터리 케이스 내부에 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 배터리 보호회로가 (1) 배터리 전극들 사이의 전류 차단, (2) 배터리 전극들 사이의 전류 제한, 및 (3) 배터리 전극들 사이의 전압 제한 중의 하나나 임의의 조합을 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 배터리 보호회로가 (1) 배터리 전류, (2) 배터리 전압, 및 (3) 배터리 온도 중의 하나나 임의의 조합을 감지하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 애드온 장치가 (1) 저장 장치, (2) 통신장치, (3) 암호화 장치, (4) 휴대용 의료 영상장치 중의 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 결합 데이터/파워 인터페이스가 이 인터페이스를 구성하기 위해 스마트폰과 애드온 장치 사이의 통신에 사용될 협상 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 보호-배터리 전력전달 핀이 스마트폰과 애드온 장치 사이의 협상에 따라 조정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 시스템이 결합 데이터/파워 인터페이스의 체인을 통해 다수의 애드온 장치들을 서로 체인화하여 애드온 장치들를 연결하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 보호-배터리 전력전달 핀은 결합 데이터/파워 인터페이스에 의해 보호-배터리 전력전달 핀으로 사용되지 않을 때 데이터핀이나 조정 전력전달 핀으로 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 결합 데이터/파워 인터페이스의 일부 핀이 조정 전력전달 핀으로서의 사용과 보호-배터리 전력전달 핀으로서의 사용 사이에서 동적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 스마트폰이 변조된 기존의 스마트폰이고 상기 변조는 보호-배터리 전력전달 모드에 대한 지원을 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 스마트폰과 애드온 장치가 조정 전력전달과 보호-배터리 전력전달 사이에서 결합 데이터/파워 인터페이스의 핀의 전력전달 모드를 스위칭하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 스마트폰과 애드온 장치가 스마트폰에서 애드온 장치로 그리고 그 반대로 전력전달 방향을 스위칭하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 스마트폰이 (1) 안드로이드, (2) iOS, (4) 윈도우 폰, (5) 윈도우 모바일 및 크롬 OS 중의 하나의 운영체제를 실행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 스마트폰이 (1) 휴대전화, (2) 노트북, (3) 태블릿, (4) PDA, (5) 통신 단말기, (6) 휴대용 미디어 플레이어 및 (7) 휴대용 배터리작동 전자장치 중의 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 애드온 장치를 작동시키는 스마트폰에 있어서:
    배터리;
    배터리 보호회로; 및
    결합 데이터/파워 인터페이스;를 포함하고,
    상기 스마트폰이 결합 데이터/파워 인터페이스를 사용해 애드온 장치에 부착되며, 상기 배터리는 배터리 전극들의 전류나 전압의 차단이나 제한으로 배터리를 보호하는 배터리 보호회로에 연결되며;
    상기 결합 데이터/파워 인터페이스는 스마트폰과 애드온 장치 사이에서 데이터를 전송하는 하나 이상의 데이터핀, 하나 이상의 조정 전력전달 핀, 및 하나 이상의 보호-배터리 전력전달 핀을 포함하고;
    상기 조정 전력전달 핀은 외부충전기로부터 스마트폰의 배터리를 충전하는데 사용되며, 보호-배터리 전력전달 핀은 스마트폰의 배터리 보호회로에 연결되고, 보호-배터리 전력전달 핀을 통해 스마트폰의 배터리에 의해 보호-배터리 전력전달 모드를 사용하여 애드온 장치에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  21. 제20항에 있어서, 상기 결합 데이터/파워 인터페이스가 USB인 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  22. 제20항에 있어서, 상기 결합 데이터/파워 인터페이스가 USB C타입 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  23. 제20항에 있어서, 상기 보호-배터리 전력전달 핀이 보호-배터리 전력전달 핀으로 사용되지 않을 때 데이터핀이나 조정 전력전달 핀으로 사용되는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  24. 제20항에 있어서, 상기 배터리가 (1) 리튬이온(Li-ion) 배터리, (2) 리튬이온 폴리머(Li-ion polymer) 배터리, (3) 니켈-금속 수소화물(NiMH) 배터리 및 니켈 카드뮴(NiCd) 배터리 중의 하나인 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  25. 제20항에 있어서, 상기 배터리가 착탈식이고 배터리 보호회로는 착탈식 배터리 케이스 내부에 있는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  26. 제20항에 있어서, 상기 배터리 보호회로가 (1) 배터리 전극들 사이의 전류 차단, (2) 배터리 전극들 사이의 전류 제한, 및 (3) 배터리 전극들 사이의 전압 제한 중의 하나나 임의의 조합을 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  27. 제20항에 있어서, 상기 배터리 보호회로가 (1) 배터리 전류, (2) 배터리 전압, 및 (3) 배터리 온도 중의 하나나 임의의 조합을 감지하는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  28. 제20항에 있어서, 상기 결합 데이터/파워 인터페이스가 이 인터페이스를 구성하기 위해 스마트폰과 애드온 사이의 통신에 사용되는 협상 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  29. 제20항에 있어서, 상기 스마트폰과 애드온 장치 사이의 협상에 따라 보호-배터리 전력전달이 시작되는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  30. 제20항에 있어서, 보호회로 보호-배터리 전력전달 핀은 결합 데이터/파워 인터페이스에 의해 보호-배터리 전력전달 핀으로 사용되지 않을 때 데이터핀이나 조정 전력전달 핀으로 사용되는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  31. 제20항에 있어서, 상기 결합 데이터/파워 인터페이스의 일부 핀이 조정 전력전달 핀으로서의 사용과 보호-배터리 전력전달 핀으로서의 사용 사이에서 동적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  32. 제20항에 있어서, 상기 스마트폰이 변조된 기존의 스마트폰이고 이 변조는 보호-배터리 전력전달 모드를 사용하기 위한 지원을 제공하는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  33. 제20항에 있어서, 상기 스마트폰이 조정 전력전달과 보호-배터리 전력전달 사이에서 결합 데이터/파워 인터페이스의 핀의 전력전달 모드를 스위칭할 수 있는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  34. 제20항에 있어서, 상기 스마트폰과 애드온 장치가 스마트폰에서 애드온 장치로 그리고 그 반대로 결합 데이터/파워 인터페이스의 핀의 전력전달 방향을 스위칭할 수 있는 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  35. 제20항에 있어서, 상기 스마트폰의 운영체제가 (1) 안드로이드, (2) iOS, (4) 윈도우 폰, (5) 윈도우 모바일, 및 크롬 OS 중의 하나인 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  36. 제20항에 있어서, 상기 스마트폰은 (1) 휴대폰, (2) 노트북, (3) 태블릿, (4) PDA, (5) 통신 단말기, (6) 휴대용 미디어 플레이어 및 (7) 휴대용 배터리작동 전자장치 중의 하나인 것을 특징으로 하는 스마트폰.
  37. 배터리, 배터리 보호회로, 및 결합 데이터/파워 인터페이스를 포함하는 기존의 스마트폰의 변조 방법에 있어서:
    상기 배터리가 배터리 보호회로에 연결되고, 결합 데이터/파워 인터페이스는 커넥터를 포함하며, 이 커넥터는 하나 이상의 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀들을 포함하고;
    상기 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀들을 배터리 보호회로의 전력포트에 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀들을 레거시 연결로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제37항에 있어서, 결합 데이터/파워 인터페이스가 USB이고 결합 데이터/파워 인터페이스의 커넥터가 USB C타입 커넥터인 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제37항에 있어서, 변조 후 배터리 보호회로에 연결된 상기 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀들이 8개의 고속 데이터전송 핀인 USB C타입 커넥터의 A2, A3, A10, All, B2, B3, BIO 및 Bll 중의 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제37항에 있어서, 변조 후 배터리 보호회로에 연결되는 상기 새로 할당된 보호-배터리 전력전달 핀들이 2개의 측대역 사용 핀인 USB C타입 커넥터의 A8 및 B8 중의 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023148557A1 (en) * 2022-02-01 2023-08-10 High Sec Labs Ltd. Method and apparatus for securing power delivery side channel

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7603139B1 (en) 1999-03-25 2009-10-13 Kantan Inc. Methods and apparatus for a flexible wireless communication and cellular telephone system
FI114180B (fi) 2001-06-12 2004-08-31 Nokia Corp Parannettu menetelmä ja laitejärjestely tietojen siirron salaamiseksi radioverkon päätelaitteen sisältämässä rajapinnassa sekä radioverkon päätelaite
JP3558059B2 (ja) * 2001-08-10 2004-08-25 セイコーエプソン株式会社 電源制御回路及び電子機器
US20030068034A1 (en) 2001-10-09 2003-04-10 Silvester Kelan C. Upgrading cellular telephones
JP2003263245A (ja) * 2002-03-07 2003-09-19 Fuji Xerox Co Ltd Ｕｓｂ装置
GB2401258B (en) * 2003-04-29 2005-06-22 Research In Motion Ltd Multiple function current-sharing charging system and method
JP5016783B2 (ja) * 2004-08-11 2012-09-05 株式会社東芝 情報処理装置およびその電源制御方法
US7673338B1 (en) 2007-07-26 2010-03-02 Dj Inventions, Llc Intelligent electronic cryptographic module
US8237414B1 (en) * 2009-03-06 2012-08-07 Pericom Semiconductor Corporation Multi-mode charger device
US8555067B2 (en) 2010-10-28 2013-10-08 Apple Inc. Methods and apparatus for delivering electronic identification components over a wireless network
KR101273704B1 (ko) 2011-12-26 2013-06-17 콘셉투리얼 주식회사 저장 장치 및 이를 이용한 디바이스 연결 제어 방법
US9310868B2 (en) * 2012-04-16 2016-04-12 Texas Instruments Incorporated Charging a provider/consumer with a dead battery via USB power delivery
US9026187B2 (en) 2012-09-01 2015-05-05 Morphie, Inc. Wireless communication accessory for a mobile device
US9048665B2 (en) * 2013-01-04 2015-06-02 Otter Products, Llc Electronic device case
US8844817B2 (en) * 2013-01-05 2014-09-30 Otter Products, Llc Electronic device case for mobile point of sale
US9507398B2 (en) * 2014-02-28 2016-11-29 Infineon Technologies Austria Ag Communication over identification line
US10008870B2 (en) * 2014-03-20 2018-06-26 Otter Products, Llc Powered case for portable electronic device
US9431841B2 (en) * 2014-03-24 2016-08-30 Nokia Technologies Oy Device to device charging via USB type-C interfaces
US9158325B1 (en) * 2014-04-22 2015-10-13 Infineon Technologies Ag Cable quality detection and power consumer devices
US11016543B2 (en) * 2014-06-04 2021-05-25 Moduware Pty Ltd Battery-powered platform for interchangeable modules
US10079496B2 (en) * 2014-09-03 2018-09-18 Mophie Inc. Systems for managing charging devices based on battery health information
US9501118B2 (en) * 2014-11-19 2016-11-22 Dell Products L.P. Information handling system multi-purpose connector guide pin structure
US9632555B2 (en) * 2014-12-09 2017-04-25 Intel Corporation Techniques to route power to a USB host in dead battery condition
US10283975B1 (en) * 2016-03-28 2019-05-07 Amazon Technologies, Inc. Smart diagnostics for hot-pluggable battery systems
US20170293335A1 (en) * 2016-04-08 2017-10-12 Robert A. Dunstan Adjustable power delivery apparatus for universal serial bus (usb) type-c
JP6900232B2 (ja) * 2017-04-27 2021-07-07 Ｄｙｎａｂｏｏｋ株式会社 電子機器および方法
US9887571B1 (en) 2017-06-23 2018-02-06 Dell Products L.P. Combining power from an internal battery and an external power storage adapter
WO2019097511A1 (en) * 2017-11-15 2019-05-23 High Sec Labs Ltd. Cellular phone security pack method and apparatus
US11126235B2 (en) * 2018-03-21 2021-09-21 Intel Corporation Detection of transmission medium state for power delivery
US10747284B2 (en) 2018-03-27 2020-08-18 Intel Corporation Supplemental power reception by bypassing voltage regulator
US11100034B1 (en) * 2020-02-21 2021-08-24 Cypress Semiconductor Corporation Dual integrated gate-driver with reverse current fault protection for USB Type-C and USB power delivery
US20220407344A1 (en) * 2021-06-18 2022-12-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Power charging system and power charging method using adapter with built-in battery

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