KR20230061149A - 이종의 usb 장치들과 연결되는 차량용 인포테인먼트 시스템 및 상기 usb 장치들을 중간 매개체로 이용하는 상기 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법 - Google Patents

이종의 usb 장치들과 연결되는 차량용 인포테인먼트 시스템 및 상기 usb 장치들을 중간 매개체로 이용하는 상기 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법 Download PDF

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Abstract

USB 케이블에 의해 USB 장치와 연결된 차량용 인포테인먼트 시스템이 개시된다. 이 차량용 인포테인먼트 시스템은, 저속 충전을 위한 내부 전원을 출력하는 USB 충전부; 고속 충전을 위한 외부 전원을 출력하는 스위치부; 및 상기 USB 케이블을 통해, 상기 USB 장치로부터 수신한 커넥터 식별 신호에 따라, 상기 USB 장치의 USB 커넥터 타입을 판단하고, 상기 USB 커넥터 타입의 판단 결과에 따라, 상기 내부 전원 또는 상기 외부 전원을 상기 USB 케이블을 통해 상기 USB 장치로 전달하도록, 상기 USB 충전부와 상기 스위치부의 동작을 제어하는 마이크로 컨트롤러 유닛;을 포함한다.

Description

이종의 USB 장치들과 연결되는 차량용 인포테인먼트 시스템 및 상기 USB 장치들을 중간 매개체로 이용하는 상기 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법{In-vehicle infotainment system connected to different types of USB devices and charging method performed by the infotainment system using a USB device as an intermediate medium}
본 발명은 이종의 USB 장치들 중간 매개체로 이용하는 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 기술에 관한 것이다.
최근 출시되는 차량들은 차량용 인포테인먼트(In-Vehicle Infotainment: IVI) 시스템을 필수적으로 구비하고 있다. 이러한 인포테인먼트 시스템은 오디오 기능, 비디오 기능 및 내비게이션 기능 이외에 외부 기기의 충전 기능을 더 제공할 수도 있다.
외부 기기의 충전 기능을 제공하기 위해, 인포테인먼트 시스템은 젠더(gender) 역할을 하는 USB 장치를 통해 외부 기기와 연결될 수 있다. 즉, 외부 기기에 내장된 배터리는 USB 장치와 같은 중간 매개체를 경유하여, 인포테인먼트 시스템으로부터 공급되는 전력에 의해 충전될 수 있다.
젠더(gender) 역할을 하는 USB 장치는 충전 기능을 가지고 있지 않으며, 단순히 인포테인먼트 시스템으로부터 공급되는 전력 및 충전과 관련된 데이터를 바이패스(bypass) 시키는 역할을 한다.
[종래 기술의 문제점]
인포테인먼트 시스템과 USB 장치는 USB 케이블에 의해 연결되는데, 이 USB 케이블에 의한 전압 강하(voltage drop)에 의해 3암페어(A) 이상의 고속 충전이 어렵다.
또한, 외부 기기의 충전을 위해, 외부 기기와 USB 장치는 주로 USB TYPE C의 충전 케이블에 의해 연결된다. 이에 따라, USB 장치는 USB TYPE C의 충전 케이블과 연결 가능한 USB TYPE C의 커넥터를 갖도록 설계된다. 그런데, USB TYPE C의 커넥터의 경우, 고속 충전을 위한 3암페어(A) 이상의 충전 전류 규격을 만족시키지 못한다.
상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 USB 장치의 커넥터 타입에 관계없이, 이종의 USB 장치와 연결되어 사용자가 원하는 고속 또는 저속 충전을 제공할 수 있는 차량용 인포테인먼트 시스템 및 상기 인포테인먼트 시스템에 이종의 USB 장치를 연결하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법은, 저속 충전을 위한 내부 전원을 USB 케이블을 통해 USB 장치로 전달하는 USB 충전부 및 고속 충전을 위한 외부 전원을 상기 USB 케이블을 통해 상기 USB 장치로 전달하는 스위치부를 포함하는 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법으로서, 차량용 인포테인먼트 시스템에 포함된 마이크로 컨트롤러 유닛이, 상기 USB 장치로부터 수신한 커넥터 식별 신호에 따라, 상기 USB 장치의 USB 커넥터 타입을 판단하는 단계; 및 상기 마이크로 컨트롤러 유닛이, 상기 USB 커넥터 타입의 판단 결과에 따라, 상기 내부 전원 또는 상기 외부 전원을 상기 USB 케이블을 통해 상기 USB 장치로 전달하도록, 상기 USB 충전부와 상기 스위치부의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일면에 따른 차량용 인포테인먼트 시스템은, 저속 충전을 위한 내부 전원을 출력하는 USB 충전부; 고속 충전을 위한 외부 전원을 출력하는 스위치부; 및 상기 USB 케이블을 통해, 상기 USB 장치로부터 수신한 커넥터 식별 신호에 따라, 상기 USB 장치의 USB 커넥터 타입을 판단하고, 상기 USB 커넥터 타입의 판단 결과에 따라, 상기 내부 전원 또는 상기 외부 전원을 상기 USB 케이블을 통해 상기 USB 장치로 전달하도록, 상기 USB 충전부와 상기 스위치부의 동작을 제어하는 마이크로 컨트롤러 유닛을 포함한다.
실시 예에서, 상기 USB 충전부는, 상기 USB 커넥터 타입이 상기 저속 충전을 지원하는 USB A 타입으로 판단된 경우, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로부터의 인에이블 신호에 따라 인에이블 되고, 상기 인에이블 된 USB 충전부는, 상기 내부 전원을 상기 USB 케이블에 포함된 전원 공급 라인을 통해 상기 USB 장치로 전달한다.
실시 예에서, 상기 스위치부는, 상기 USB 커넥터 타입이 상기 저속 충전을 지원하는 USB A 타입으로 판단된 경우, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로부터의 제어 신호에 따라 턴-오프 동작을 수행하여, 상기 외부 전원과 상기 USB 케이블에 포함된 전원 공급 라인 사이의 연결을 차단한다.
실시 예에서, 상기 USB 충전부는, 상기 USB 커넥터 타입이 상기 고속 충전을 지원하는 USB C 타입으로 판단된 경우, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로부터의 디스에이블 신호에 따라 디스인에이블 되고, 상기 디스인에이블 된 USB 충전부의 동작 모드는, 충전 동작을 수행하지 않는 바이패스 모드로 전환된다.
실시 예에서, 상기 스위치부는, 상기 USB 커넥터 타입이 상기 고속 충전을 지원하는 USB C 타입으로 판단된 경우, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로부터의 제어 신호에 따라 턴-온 동작을 수행하여, 상기 외부 전원을 상기 USB 케이블에 포함된 전원 공급 라인으로 전달한다.
실시 예에서, 상기 USB 케이블에 의해 상기 USB 장치와 연결되는 커넥터; 및 상기 USB 충전부에 연결되는 양극 단자와 상기 커넥터에 연결되는 음극 단자를 포함하는 이상적인 다이오드를 더 포함하고, 상기 이상적인 다이오드는, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 제어에 따라, 상기 스위치부로부터 출력되는 상기 외부 전원이 상기 음극 단자와 상기 커넥터를 연결하는 전원 공급 라인에 전달되는 경우, 상기 USB 충전부로 흐르는 전류를 차단하여, 상기 외부 전원에 의해 상기 USB 충전부가 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다.
실시 예에서, 상기 USB 케이블에 포함된 전원 공급 라인에 흐르는 전류값을 센싱하는 전류 센서를 더 포함하고, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛은,
상기 전류값을 기반으로, 상기 USB 케이블에 의한 상기 USB 장치의 커넥터와 상기 인포테인먼트 시스템의 커넥터 사이의 커넥터 연결 상태를 진단한다.
실시 예에서, 상기 USB 케이블은, USB 2.0 케이블이다.
본 발명에 따르면, 차량용 인포테인먼트 시스템이, 이종의 USB 장치들의 커넥터 타입(또는 충전 타입)에 관계없이, 이종의 USB 장치들에 연결된 외부 장치(예, 스마트 폰)에 대해 사용자가 원하는 저속 또는 고속 충전을 자유롭게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전체 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전체 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이종의 USB 장치들을 중간 매개체로 이용하는 상기 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법을 나태는 흐름도이다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전체 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전체 시스템(300)은 차량용 인포테인먼트(In-Vehicle Infotainment) 시스템(100, 이하, '인포테인먼트 시스템'이라 함) 및 USB 장치(200)를 포함한다.
인포테인먼트 시스템(100)은 차량의 대시보드(dashboard)에 내장된 시스템으로, 'AVN(Audio, Video, Navigation) 유닛' 또는 '헤드 유닛'이라 불릴 수 있다.
인포테인먼트 시스템(100)은, 오디오 기능, 비디오 기능, 내비게이션 기능 외에 차량 운전과 관련된 조작 기능과 충전 기능 등을 제공하며, 본 발명은 인포테인먼트 시스템(100)에서 제공하는 기능 들 중에서 충전 기능에 초점을 두고 있다.
USB 장치(200)는 스마트폰과 같은 외부 장치와 차량용 인포테인먼트 시스템(100)을 연결하는 일종의 USB 젠더(USB gender)로 불릴 수 있다. USB 장치(200)는 인포테인먼트 시스템(100)로부터 공급되는 충전 전력을 외부 장치(예, 스마트 폰)에 전달한다.
USB 장치(200)는 외부 장치와 연결되는 커넥터 타입에 따라 고속 충전 또는 저속 충전을 지원한다. 예를 들어, USB 커넥터 타입이 USB A TYPE인 경우, USB 장치(200)는 저속 충전을 지원하고, USB 커넥터 타입이 USB C TYPE인 경우, USB 장치(200)는 고속 충전을 지원한다.
인포테인먼트 시스템(100)은, 설계의 변경 없이, 고속 충전 및 저속 충전 중에서 어느 하나의 충전 방식을 선택적으로 지원할 수 있다. 즉, USB 장치(200)의 커넥터 타입(외부 장치와 연결되는 커넥터 타입)에 관계없이, 고속 충전 및 저속 충전을 모두 지원할 수 있다.
이를 위해, 인포테인먼트 시스템(100)은 중앙 처리 유닛(CPU, Central　Processing　Unit)(110), 전원부(120), USB 충전부(130), 이상적인 다이오드(140, Ideal diode), 스위치부(150), 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controller Unit)(160), 전류 센서(170) 및 커넥터(180)를 포함할 수 있다.
중앙 처리 유닛(110)은 주변 구성들(120~180) 중에서 적어도 하나의 구성의 동작을 제어 및 관리한다. 이를 위해, 중앙 처리 유닛(110)은 상기 적어도 하나의 구성과 데이터를 교환하며, 상기 적어도 하나의 구성으로부터 수신한 데이터를 처리한다.
전원부(120)는 USB 장치(200)를 경유하여, USB 장치(200)에 연결된 외부 장치(예, 스마트 폰)의 저속 충전을 위한 전원을 출력는 장치로서, 예를 들면, 저속 충전을 위한 5V의 전원을 출력할 수 있다.
USB 충전부(130)는 MCU(160)로부터의 인에이블(EA, enable) 신호 또는 디스에이블(DA, disable) 신호에 따라 인에이블되거나 디스에이블 된다.
USB 충전부(130)가 인에이블 된 경우, USB 충전부(130)는 전원부(120)로부터 공급되는 전원(예, 저속 충전을 위한 5V의 전원)을 전달하는 동시에, 중앙 처리 유닛(110)으로부터 전달된 USB 통신 데이터(예, 충전과 관련된 데이터)를 USB 장치(200)를 경유하여, USB 장치(200)의 USB 커넥터(240)에 연결된 외부 장치(도시하지 않음)에 전달한다. 여기서, USB 충전부(130)는 저속 충전 또는 고속 충전 시에 제공할 수 최대 충전 전류와 관련된 정보를 포함하도록 USB 통신 데이터를 구성하여 외부 장치에 전달할 수 있다.
USB 충전부(130)는, 도시하지는 않았으나, 예를 들면, 전력 변환기(power converter)와 전력 변환기를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
전력 변환기는, 컨트롤러의 제어에 따라, 전원부(120)로부터 출력되는 저속 충전을 위한 전원을 승압 또는 강압한다. 컨트롤러는, 전력 변환기를 제어하는 동시에, 중앙 처리 유닛(110)으로부터 전달된 USB 통신 데이터를 적절히 처리하여, USB 장치(200)를 경유하여 외부 장치에 전달하는 역할을 한다. 이때, 컨트롤러는 최대 충전 전류와 관련된 정보를 포함하도록 USB 통신 데이터를 구성하여, 이를 USB 장치(200)를 경유하여 외부 장치에 전달함으로써, 외부 장치에게 USB 충전부가 공급할 수 있는 최대 충전 전류를 알리는 역할을 한다.
USB 충전부(130)가 디스에이블 된 경우, USB 충전부(130)는 충전 동작(예, 저속 충전 동작)을 수행하지 않으며, USB 장치(200) 또는 USB 장치(200)의 USB 커넥터(240)에 연결된 외부 장치(240)와 교환하는 충전과 관련된 데이터를 바이패스 한다. 즉, 디스에이블 된 USB 충전부(130)는 바이패스 모드로 동작한다.
이상적인 다이오드(140)는 USB 충전부(130)와 커넥터(180) 사이에 연결된 반도체 소자로서, 이상적인 다이오드(140)의 양극은 USB 충전부(130)에 연결되고, 이상적인 다이오드(140)의 음극은 커넥터(180)에 연결된다.
이상적인 다이오드(140)의 양단에 순방향 바이어스(Forward Bias) 전압이 인가되면, 전압강하 없이, 양극에서 음극으로 전류가 흐르고, 반대로, 양단에 역방향 바이어스(Reverse Bias) 전압이 인가되면, 전류는 흐르지 않는다. 즉, 이상적인 다이오드(140)의 양극에 USB 충전부(130)로부터 출력되는 저속 충전용 전원이 인가되면, 전압 강하 없이, 저속 충전용 전원을 커넥터(180)로 전달한다.
이상적인 다이오드(140)의 음극에 저속 충전용 전원보다 높은 외부 전원이 인가되면, 전류가 흐르지 않기 때문에, 상기 외부 전원에 따른 과전압에 의해 USB 충전부(130)가 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다. 한편, 상기 외부 전원은, 고속 충전시에 사용되는 전원으로서, 예를 들면, 12V의 전원일 수 있다.
이상적인 다이오드(140)는 바디 다이오드를 갖는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)로 대체될 수 있으며, FET의 경우, 후술하는 MCU(160)로부터의 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 이상적인 다이오드(140)는, USB 충전부(130)가 디스에이블된 상태에서 과전압으로부터 보호될 수 있는 경우, 설계에서 배제될 수도 있다.
스위치부(150)는 외부 전원 장치(도시하지 않음)로부터 인가되는 외부 전원을 이상적인 다이오드(140)의 음극과 커넥터(180)를 연결하는 전원 라인으로 전달하는 장치이다. 여기서, 외부 전원 장치는, 예를 들면, 12V의 전원을 제공하는 차량 배터리일 수 있다.
스위치부(150)는 MCU(160)로부터의 제어 신호(EN: enable)(161)에 응답하여 스위칭 동작(턴-온 동작 또는 턴-오프 동작)을 수행한다. 이러한 스위칭 동작에 따라, 스위치부(150)는 상기 고속 충전용 외부 전원을 이상적인 다이오드(140)의 음극과 커넥터(180)를 연결하는 전원 라인으로 전달할 수 있다.
상기 고속 충전용 외부 전원은 상기 이상적인 다이오드(140)에 의해 USB 충전부(130)로는 전달되지 않기 때문에, 후술하는 USB 케이블(50)을 통해 USB 장치(200)로 전달된다.
MCU(160)는 외부 장치로부터 수신된 충전 모드 신호(charging mode signal)에 따라 전술한 스위치부(150)의 스위칭 동작을 제어하는 제어 신호(CS, control signal)를 생성한다. 충전 모드 신호는 고속 충전을 나타내는 고속 충전 모드 신호와 저속 충전을 나타내는 저속 충전 모드 신호를 포함한다.
MCU(160)가, 외부 장치로부터 고속 충전 모드 신호를 수신한 경우, 스위치부(150)의 턴-온 동작을 명령하는 제어 신호(EN)를 스위치부(150)로 전달하고, 외부 장치로부터 저속 충전 모드 신호를 수신한 경우, 스위치부(150)의 턴-오프 동작을 명령하는 제어 신호(EN)를 스위치부(150)로 전달한다.
스위치부(150)는 MCU(160)로부터의 턴-온 동작을 명령하는 제어 신호(CS)에 따라 턴-온 동작을 수행하여, 고속 충전용 외부 전원을 이상적인 다이오드(140)의 음극과 커넥터(180)를 연결하는 전원 라인으로 전달한다.
스위치부(150)는 MCU(160)로부터의 턴-오프 동작을 명령하는 제어 신호(EN)에 따라 턴-오프 동작을 수행하여, 고속 충전용 외부 전원의 전달을 차단한다. 고속 충전용 외부 전원의 전달이 차단되면, 전원부(120)로부터 출력되는 저속 충전용 전원이 USB 충전부(130), 이상적인 다이오드(140) 및 커넥터(180)를 경유하여, USB 장치(200)로 전달된다.
상기 충전 모드 신호를 제공하는 외부 장치는, 차체(car body) 또는 섀시(chassis)에 연결된 와이어링 하네스(wiring harness)일 수 있다. 이때, 차체(car body) 또는 섀시(chassis)는 그라운드(ground)로 역할을 하며, 이 경우, 상기 충전 모드 신호는 그라운드 신호이고, 상기 그라운드 신호는 고속 충전을 나타내는 충전 모드 신호로 활용된다.
MCU(160)와 와이어링 하네스(wiring harness)가 연결되지 않은 상태에서는, MCU(160)는 턴-오프 동작을 명령하는 제어 신호(CS)를 스위치부(150)로 전달함으로써, 고속 충전용 외부 전원의 전달을 차단한다.
이처럼 인포테인먼트 시스템(100)은 와이어링 하네스(wiring harness)에 의해 차체 또는 섀시에 연결된 경우에는, 고속 충전을 수행하고, 와이어링 하네스에 의해 차체 또는 섀시에 연결되지 않은 경우에는, 저속 충전을 수행한다.
MCU(160)는 USB 장치(200)로부터 수신된 커넥터 식별 신호에 따라 전술한 스위치부(150)의 스위칭 동작을 제어하는 제어 신호(CS)를 생성할 수도 있다. 커넥터 식별 신호는 USB 장치(200)가 지원하는 USB 커넥터 타입을 식별하는 신호로서, USB A TYPE을 나타내는 커넥터 식별 신호와 USB C TYPE을 나타내는 커넥터 식별 신호를 포함한다.
USB A TYPE의 USB 커넥터(240)를 갖는 USB 장치(200)는 저속 충전을 지원하고, USB C TYPE의 USB 커넥터(240)를 갖는 USB 장치(200)가 고속 충전을 지원한다.
MCU(160)는 USB A TYPE을 나타내는 커넥터 식별 신호에 따라 턴-오프 동작을 명령하는 제어 신호를 스위치부(150)로 전달하고, USB C TYPE을 나타내는 커넥터 식별 신호에 따라 턴-온 동작을 명령하는 제어 신호를 스위치부(150)로 전달한다.
MCU(160)는 USB 장치(200)로부터 수신된 커넥터 식별 신호에 따라, USB 장치(200)의 커넥터 타입 정보(또는 충전 타입 정보)를 검출하고, 그 검출된 커넥터 타입 정보를 중앙 처리 유닛(110)으로 전달한다.
중앙 처리 유닛(110)은 MCU(160)로부터의 커넥터 타입 정보(또는 충전 타입 정보)를 포함하도록 USB 통신 데이터를 생성하여 이를 USB 충전부(130)로 전달한다.
USB 충전부(130)는 중앙 처리 유닛(110)로부터 전달된 USB 통신 데이터에 커넥터 타입 정보(또는 충전 타입 정보)에 따른 최대 충전 전류 정보를 더 포함하도록 구성한 후, 이를 USB 장치(200)에 연결된 외부 장치(예, 스마트 폰)로 전달한다.
또한, MCU(160)는 커넥터 식별 신호 또는 충전 모드 신호에 따라 고속 충전이 필요한 상황을 인지하면, USB 충전부(130)(또는 USB 충전부(130) 내의 컨트롤러)의 동작 모드를 바이패스 모드(bypass mode)로 전환시키기 위한 디스에이블 신호(DEN)를 USB 충전부(130)로 전달한다.
USB 충전부(130)가 바이패스 모드로 전환되면, USB 충전부(130)는 후술하는 USB 장치(200) 내의 USB 충전부(230)로부터 전달되는 데이터를 그대로 중앙 처리 유닛(110)으로 전달하는 역할만을 한다. 즉, 바이패스 모드로 전환된 USB 충전부(130)는 충전과 관련된 동작은 물론 USB 장치(200) 내의 USB 충전부(230)로부터 전달되는 데이터에 대해 어떠한 처리 과정도 수행하지 않는다.
이처럼 USB 충전부(130)를 바이패스 모드로 전환하는 이유는, USB 충전부(130)와 USB 장치(200) 내의 USB 충전부(230)를 연결하는 데이터 통신 라인(54)이 USB 충전부(130)와 USB 충전부(230)의 상호 간섭에 의해 열화되는 것을 방지하기 위함이다.
전류 센서(170)는 인포테인먼트 시스템(100)의 커넥터(180)와 USB 장치(200)의 커넥터(210)가 연결된 경우, 그 커넥터 연결 상태를 센싱한다. 예를 들면, 전류 센서(170)는 후술하는 USB 케이블(50)에 포함된 전원 공급 라인(52)에 흐르는 전류값을 센싱하고, 그 센싱값을 MCU(160)로 전달한다.
MCU(160)는 전류 센서(170)로부터 전달된 상기 센싱값을 기반으로 인포테인먼트 시스템(100)과 USB 장치(200)의 커넥터 연결 상태를 진단하고, 그 진단 결과를 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들면, MCU(160)는 센싱값이 기준값 미만인 경우, 상기 커넥터 연결 상태를 비정상 상태로 진단하고, 반대인 경우, 상기 커넥터 연결 상태를 정상 상태로 진단할 수 있다. 진단 결과는 인포테인먼트 시스템(100)에 구비된 디스플레이 장치(도시하지 않음)을 통해 디스플레이될 수 있다.
한편, 전술한 실시 예에서는, MCU(160)가 커넥터 식별 신호 또는 충전 모드 신호를 기반으로 스위치부(150)의 스위칭 동작을 제어하는 제어 신호(CS) 및 인에이블/디스에이블 신호(EA/DA)를 생성하는 것으로 설명하였으나, 상기 디스플레이 장치를 통해 입력되는 사용자 입력에 따라 제어 신호(CS) 및 인에이블/디스에이블 신호(EA/DA)를 생성할 수도 있다. 이 경우, 상기 디스플레이 장치는 고속 충전 또는 저속 충전을 선택하기 위한 입력 버튼을 표시할 수 있다.
이하, USB 장치(200)의 내부 구성에 대해 설명하기로 한다.
USB 장치(200)는 커넥터(210), 더미 로드(220), USB 충전부(230) 및 USB 커넥터(240)를 포함한다.
커넥터(210)는 USB 케이블(50)에 의해 인포테인먼트 시스템(100)의 커넥터(180)과 연결된다. 여기서, USB 케이블(50)은, 예를 들면, 저가의 USB 2.0 케이블일 수 있다. 이 경우, 인포테인먼트 시스템(100)과 USB 장치(200)는 USB 2.0 통신 방식을 기반으로 데이터 통신을 수행한다.
이처럼 본 발명은, USB 장치(200)의 USB 커넥터 사양에 관계없이, 저가의 USB 2.0 케이블을 이용하여, 저속 충전 및 고속 충전을 모두 지원할 수 있는 효과를 제공한다.
USB 케이블(50)은 전원 공급 라인(50), 데이터 통신 라인(54) 및 그라운드(ground) 라인(56)을 포함한다.
전원 공급 라인(50)에 의해, 인포테인먼트 시스템(100)은 USB 장치(200)로 저속 충전용 전원(예, 5V) 또는 고속 충전용 전원(예, 12V)을 전달할 수 있다. 전원 공급 라인(50)에 의해, 인포테인먼트 시스템(100)에 포함된 전원부(120), USB 충전부(130), 이상적인 다이오드(140)와 USB 장치(200)에 포함된 USB 충전부(230)가 연결된다.
데이터 통신 라인(54)에 의해, 인포테인먼트 시스템(100)과 USB 충전부(230)는 충전과 관련된 데이터를 교환할 수 있다. 예를 들면, USB 충전부(110)은 최대 충전 전류값을 데이터 라인(54)을 통해 USB 충전부(230)로 전달할 수 있다.
데이터 통신 라인(54)에 의해, 중앙 처리 유닛(110), USB 충전부(130) 및 USB 충전부(230)가 연결된다.
또한, USB 케이블(50)은, 커넥터 식별 신호를 인포테인먼트 시스템(100) 내의 MCU(160)로 전달하기 위한 추가 라인을 더 포함할 수 있다. 다르게, 커넥터 식별 신호는, 데이터 통신 라인(54)을 통해 MCU(160)로 전달될 수도 있으며, 이 경우, 상기 추가 라인의 설계는 불필요하다.
더미 로드(220)는, 커넥터(210)와 USB 충전부(230)를 연결하는 전원 공급 라인에 연결되며, 커넥터 연결 상태를 진단하기 위해 전원 공급 라인에 흐르는 전류를 상시 소모하는 역할을 한다. 더미 로드(220)는, 예를 들면, 저항일 수 있다.
USB 충전부(230)는 도시하지 않았으나, 전력 변환기 및 컨트롤러를 포함할 수 있다.
전력 변환기는 컨트롤러의 제어에 따라 인포테인먼트 시스템(100)으로 부터 커넥터(210)를 통해 전달된 저속 충전을 위한 전원 또는 고속 충전을 위한 전원을 변환(승압 또는 강압)하여 USB 커넥터(240)에 연결된 외부 장치(예, 스마트 폰)로 전달한다.
컨트롤러는 전력 변환기의 동작을 제어하는 동시에, 인포테인먼트 시스템(100)에 포함된 중앙 처리 유닛(110) 또는 USB 충전부(130)와 충전과 관련된 데이터(예, 최대 충전 전류값, 커넥터 식별 신호 등)를 교환하고, 그 교환된 데이터를 USB 커넥터(240)에 연결된 외부 장치에 전달한다.
USB 커넥터(240)는 USB 장치(200)와 외부 장치(예, 스마트 폰)를 연결하기 위한 커넥터로서, 저속 충전을 지원하는 USB A TYPE 또는 고속 충전을 지원하는 USB C TYPE일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전체 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전체 시스템은 인포테인먼트 시스템(100')과 USB 장치(200')를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 인포테인먼트 시스템(100')은 도 1에 도시한 인포테인먼트 시스템(100')과 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 인포테인먼트 시스템(100')에 대한 설명은 도 1에 도시한 인포테인먼트 시스템(100')에 대한 설명으로 대신한다.
다만, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 USB 장치(200')는 도 1에 도시된 USB 충전부(230)와 같은 모듈을 포함하지 않고, 바이패스 타입으로 동작하는 점에서 도 1에 도시된 USB 장치(200)와 차이가 있다.
이처럼 바이패스 타입으로 동작하는 USB 장치(200')는 특별한 하드웨어 구성을 포함하고 있지 않기 때문에, 그 사이즈가 작고, 차량 내에서 최소 공간을 점유하는 USB 장치로 사용될 수 있다.
MCU(160)는 바이패스 타입으로 동작하는 USB 장치(200')로부터 수신된 커넥터 식별 신호, 와이어링 하네스로부터 수신된 충전 모드 신호 및 사용자 입력 중에서 어느 하나의 정보를 기반으로 USB 장치(200')의 USB 커넥터 타입을 검출한다.
MCU(160)는 상기 검출된 USB 커넥터 타입에 따라 스위치부(150)의 스위칭 동작을 제어하는 동시에 USB 충전부(130)를 인에이블 또는 디스에이블시킨다.
또한, MCU(160)는 상기 검출된 USB 커넥터 타입을 USB 커넥터 타입 정보로 구성하여, 중앙 처리 유닛(110)으로 전달하고, 중앙 처리 유닛(110)은 저속 충전 또는 고속 충전 시 제공할 수 있는 최대 전류값을 USB 장치(200')의 USB 커넥터에 연결된 외부 장치(예, 스마트 폰)로 전달한다.
이처럼 본 발명의 다른 실시 예에 따른 인포테인먼트 시스템(100')이 바이패스 타입으로 동작하는 USB 장치(200')와 연동하는 경우에도 저속 충전 또는 고속 충전을 자유롭게 선택하여, USB 장치(200')에 연결된 외부 장치(예, 스마트 폰)에 대한 충전을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이종의 USB 장치들을 중간 매개체로 이용하는 상기 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법을 나태는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, S310에서, 차량용 인포테인먼트 시스템(100)의 커넥터(180)과 USB 장치(200)의 커넥터(210)가 USB 케이블(50)에 의해 연결된다.
이어, S320에서, 상기 MCU(160)가, 상기 USB 케이블(50)을 통해, 상기 USB 장치(200)로부터 수신한 커넥터 식별 신호에 따라, 상기 USB 장치(200)에 포함된 USB 커넥터(240)의 USB 커넥터 타입을 판단한다.
이어, S330에서, 상기 MCU(160)가, 상기 USB 커넥터 타입의 판단 결과에 따라, 상기 내부 전원 또는 상기 외부 전원을 상기 USB 케이블(50)을 통해 상기 USB 장치(200)로 전달하도록, 상기 USB 충전부(130)와 상기 스위치부(150)의 동작을 제어한다.
실시 예에서, S330 이후, 상기 USB 커넥터 타입이 상기 저속 충전을 지원하는 USB A 타입으로 판단된 경우, 상기 USB 충전부(130)가 상기 MCU(160)의 제어에 따라 인에이블 되는 단계와 상기 인에이블 된 USB 충전부(130)가 상기 내부 전원을 상기 USB 케이블(50)에 포함된 전원 공급 라인(52)을 통해 상기 USB 장치(200)로 전달하는 단계가 더 수행될 수 있다.
실시 예에서, 상기 USB 커넥터 타입이 상기 저속 충전을 지원하는 USB A 타입으로 판단된 경우, 상기 스위치부(150)가, 상기 전원 공급 라인(52)과 상기 외부 전원의 연결을 차단하도록, 상기 MCU의 제어에 따라 턴-오프 동작을 수행하는 단계가 더 수행될 수 있다.
실시 예에서, 상기 USB 충전부(130)와 상기 스위치부(150)의 동작을 제어하는 단계 이전 또는 이후, 상기 USB 커넥터 타입이 상기 고속 충전을 지원하는 USB C 타입으로 판단된 경우, 상기 USB 충전부(130)가 상기 MCU의 제어에 따라 디스에이블 되는 단계 및 상기 스위치부(150)가, 상기 외부 전원을 상기 USB 케이블(50)에 포함된 전원 공급 라인(52)을 통해 상기 USB 장치(200)로 전달하도록, 상기 MCU(160)의 제어에 따라 턴-온 동작을 수행하는 단계가 더 수행될 수 있다.
실시 예에서, 상기 USB 충전부가 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 제어에 따라 디스에이블 되는 단계는, 상기 USB 충전부의 동작 모드가 충전 동작을 수행하지 않는 바이패스 모드로 전환되는 단계일 수 있다.
실시 예에서, 상기 차량용 인포테인먼트 시스템은 중앙 처리 유닛을 더 포함하고, 상기 USB 장치의 USB 커넥터 타입을 판단하는 단계와 상기 USB 충전부와 상기 스위치부의 동작을 제어하는 단계 사이에서, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛이 상기 USB 커넥터 타입의 판단 결과를 상기 중앙 처리 유닛으로 전달하는 단계 및 상기 중앙 처리 유닛이, 상기 USB 커넥터 타입의 판단 결과를 기반으로 상기 저속 충전 또는 상기 고속 충전에서 제공할 수 있는 최대 충전 전류값을 상기 USB 케이블에 포함된 데이터 통신 라인을 통해 상기 USB 장치(200) 및 상기 USB 장치(200)에 연결된 외부 장치(예, 스마트 폰)로 전달하는 단계가 더 수행될 수 있다.
실시 예에서, 상기 차량용 인포테인먼트 시스템은 전류 센서(170)를 더 포함하고, 상기 USB 장치(200)의 USB 커넥터 타입을 판단하는 단계 이전에, 상기 전류 센서(170)가, 상기 인포테인먼트 시스템(100)의 커넥터(180)와 상기 USB 장치(200)의 커넥터(210)가 상기 USB 케이블(50)에 의해 연결된 상태에서, 상기 USB 케이블(50)에 흐르는 전류값을 센싱하여, 상기 MCU(160)로 전달하는 단계 및 상기 MCU가, 상기 전류값을 기반으로 상기 인포테인먼트 시스템(100)의 커넥터(180)와 상기 USB 장치(200)의 커넥터(210) 사이의 커넥터 연결 상태를 진단하는 단계가 더 수행될 수 있다.
실시 예에서, 상기 MCU(160)가, 커넥터 연결 상태를 나타내는 정보를 CPU(110)로 전달하고, CPU(110)가 커넥터 연결 상태를 나타내는 정보를 시각적인 정보로 변환하여 차량용 인포테인먼트 시스템(100)에 포함된 디스플레이 장치(도시하지 않음)를 통해 표시하는 단계가 더 수행될 수 있다.
이상 설명된 방법은 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어 모듈, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 구현될 수 있다. 여기서, 프로세서는, 적어도 하나의 GPU 또는 적어도 하나의 CPU를 포함할 수 있다.
소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리 및/또는 스토리지)에 상주할 수도 있다.
저장 매체는, 예를 들면, 프로세서에 연결되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터의 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다.
프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 차량 내에 상주할 수도 있다.
본 개시의 예시적인 방법들은 설명의 명확성을 위해서 동작의 시리즈로 표현되어 있지만, 이는 단계가 수행되는 순서를 제한하기 위한 것은 아니며, 필요한 경우에는 각각의 단계가 동시에 또는 상이한 순서로 수행될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명을 위한 예시적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 저속 충전을 위한 내부 전원을 USB 케이블을 통해 USB 장치로 전달하는 USB 충전부 및 고속 충전을 위한 외부 전원을 상기 USB 케이블을 통해 상기 USB 장치로 전달하는 스위치부를 포함하는 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법에 있어서,
    차량용 인포테인먼트 시스템에 포함된 마이크로 컨트롤러 유닛이, 상기 USB 장치로부터 수신한 커넥터 식별 신호에 따라, 상기 USB 장치의 USB 커넥터 타입을 판단하는 단계; 및
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛이, 상기 USB 커넥터 타입의 판단 결과에 따라, 상기 내부 전원 또는 상기 외부 전원을 상기 USB 케이블을 통해 상기 USB 장치로 전달하도록, 상기 USB 충전부와 상기 스위치부의 동작을 제어하는 단계
    를 포함하는 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 USB 충전부와 상기 스위치부의 동작을 제어하는 단계 이후,
    상기 USB 커넥터 타입이 상기 저속 충전을 지원하는 USB A 타입으로 판단된 경우, 상기 USB 충전부가 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 제어에 따라 인에이블 되는 단계; 및
    상기 인에이블 된 USB 충전부가 상기 내부 전원을 상기 USB 케이블에 포함된 전원 공급 라인을 통해 상기 USB 장치로 전달하는 단계;
    를 더 포함하는 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 USB 커넥터 타입이 상기 저속 충전을 지원하는 USB A 타입으로 판단된 경우, 상기 스위치부가, 상기 전원 공급 라인과 상기 외부 전원의 연결을 차단하도록, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 제어에 따라 턴-오프 동작을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 USB 충전부와 상기 스위치부의 동작을 제어하는 단계 이후,
    상기 USB 커넥터 타입이 상기 고속 충전을 지원하는 USB C 타입으로 판단된 경우, 상기 USB 충전부가 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 제어에 따라 디스에이블 되는 단계; 및
    상기 스위치부가, 상기 외부 전원을 상기 USB 케이블에 포함된 전원 공급 라인을 통해 상기 USB 장치로 전달하도록, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 제어에 따라 턴-온 동작을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 USB 충전부가 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 제어에 따라 디스에이블 되는 단계는,
    상기 USB 충전부의 동작 모드가 충전 동작을 수행하지 않는 바이패스 모드로 전환되는 단계
    인 것인 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 차량용 인포테인먼트 시스템은 중앙 처리 유닛을 더 포함하고,
    상기 USB 장치의 USB 커넥터 타입을 판단하는 단계와 상기 USB 충전부와 상기 스위치부의 동작을 제어하는 단계 사이에서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛이 상기 USB 커넥터 타입의 판단 결과를 상기 중앙 처리 유닛으로 전달하는 단계; 및
    상기 중앙 처리 유닛이, 상기 USB 커넥터 타입의 판단 결과를 기반으로 상기 저속 충전 또는 상기 고속 충전에서 제공할 수 있는 최대 충전 전류값을 상기 USB 케이블에 포함된 데이터 통신 라인을 통해 상기 USB 장치 및 상기 USB 장치에 연결된 외부 장치로 전달하는 단계
    더 포함하는 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 차량용 인포테인먼트 시스템은 전류 센서를 더 포함하고,
    상기 USB 장치의 USB 커넥터 타입을 판단하는 단계 이전에,
    상기 전류 센서가, 상기 인포테인먼트 시스템의 커넥터와 상기 USB 장치의 커넥터가 상기 USB 케이블에 의해 연결된 상태에서, 상기 USB 케이블에 흐르는 전류값을 센싱하여, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로 전달하는 단계; 및
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛이, 상기 전류값을 기반으로 상기 인포테인먼트 시스템의 커넥터와 상기 USB 장치의 커넥터 사이의 커넥터 연결 상태를 진단하는 단계
    를 더 포함하는 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛이, 커넥터 연결 상태를 나타내는 정보를 차량용 인포테인먼트 시스템에 포함된 디스플레이 장치를 통해 표시하는 단계
    를 더 포함하는 차량용 인포테인먼트 시스템에 의해 수행되는 충전 방법.
  9. USB 케이블에 의해 USB 장치와 연결된 차량용 인포테인먼트 시스템에 있어서,
    저속 충전을 위한 내부 전원을 출력하는 USB 충전부;
    고속 충전을 위한 외부 전원을 출력하는 스위치부; 및
    상기 USB 케이블을 통해, 상기 USB 장치로부터 수신한 커넥터 식별 신호에 따라, 상기 USB 장치의 USB 커넥터 타입을 판단하고, 상기 USB 커넥터 타입의 판단 결과에 따라, 상기 내부 전원 또는 상기 외부 전원을 상기 USB 케이블을 통해 상기 USB 장치로 전달하도록, 상기 USB 충전부와 상기 스위치부의 동작을 제어하는 마이크로 컨트롤러 유닛;
    을 포함하는 차량용 인포테인먼트 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 USB 충전부는,
    상기 USB 커넥터 타입이 상기 저속 충전을 지원하는 USB A 타입으로 판단된 경우, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로부터의 인에이블 신호에 따라 인에이블 되고,
    상기 인에이블 된 USB 충전부는,
    상기 내부 전원을 상기 USB 케이블에 포함된 전원 공급 라인을 통해 상기 USB 장치로 전달하는 것인 차량용 인포테인먼트 시스템.
  11. 제9항에서,
    상기 스위치부는,
    상기 USB 커넥터 타입이 상기 저속 충전을 지원하는 USB A 타입으로 판단된 경우, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로부터의 제어 신호에 따라 턴-오프 동작을 수행하여, 상기 외부 전원과 상기 USB 케이블에 포함된 전원 공급 라인 사이의 연결을 차단하는 것인 차량용 인포테인먼트 시스템.
  12. 제9항에서,
    상기 USB 충전부는,
    상기 USB 커넥터 타입이 상기 고속 충전을 지원하는 USB C 타입으로 판단된 경우, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로부터의 디스에이블 신호에 따라 디스인에이블 되고,
    상기 디스인에이블 된 USB 충전부의 동작 모드는,
    충전 동작을 수행하지 않는 바이패스 모드로 전환되는 것인 차량용 인포테인먼트 시스템.
  13. 제9항에서,
    상기 스위치부는,
    상기 USB 커넥터 타입이 상기 고속 충전을 지원하는 USB C 타입으로 판단된 경우, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로부터의 제어 신호에 따라 턴-온 동작을 수행하여, 상기 외부 전원을 상기 USB 케이블에 포함된 전원 공급 라인으로 전달하는 차량용 인포테인먼트 시스템.
  14. 제9항에서,
    상기 USB 케이블에 의해 상기 USB 장치와 연결되는 커넥터; 및
    상기 USB 충전부에 연결되는 양극 단자와 상기 커넥터에 연결되는 음극 단자를 포함하는 이상적인 다이오드를 더 포함하고,
    상기 이상적인 다이오드는,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 제어에 따라, 상기 스위치부로부터 출력되는 상기 외부 전원이 상기 음극 단자와 상기 커넥터를 연결하는 전원 공급 라인에 전달되는 경우, 상기 USB 충전부로 흐르는 전류를 차단하여, 상기 외부 전원에 의해 상기 USB 충전부가 손상되는 것을 방지하는 역할을 하는 차량용 인포테인먼트 시스템.
  15. 제9항에서,
    상기 USB 케이블에 포함된 전원 공급 라인에 흐르는 전류값을 센싱하는 전류 센서를 더 포함하고,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은,
    상기 전류값을 기반으로, 상기 USB 케이블에 의한 상기 USB 장치의 커넥터와 상기 인포테인먼트 시스템의 커넥터 사이의 커넥터 연결 상태를 진단하는 차량용 인포테인먼트 시스템.
  16. 제9항에서,
    상기 USB 케이블은, USB 2.0 케이블인 차량용 인포테인먼트 시스템.
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