KR20240054613A - Smart Linear Battery Charging System - Google Patents
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Abstract
전원공급장치로부터 전원을 공급받아 배터리를 충전하는 스마트 리니어 배터리 충전 시스템이 개시된다. 본 발명의 충전시스템에서, 리니어 충전회로부(B01)는 비포화영역에서 작동하는 FET 트랜지스터(Q01)에 의하여 생성되는 충전전류를 배터리에 입력시킨다. 충전전류 제어부(C03)는 FET 트랜지스터(Q01)의 게이트 전압을 조절하여 리니어 충전회로부(B01)의 상기 충전전류를 제어한다. 충전전류 제어부(C03)는 전원공급장치가 전압변경기능을 가지는 것으로 인식하는 경우에는, 배터리의 현재 전압값에 미리 설정된 범위 내에서 선택되는 추가 전압값, 즉 헤드룸을 더하여 얻는 전압값을 리니어 충전회로부(B01)에 대한 입력전압으로 설정하도록 전원공급장치에 요청하고, 리니어 충전회로부(B01)의 충전전류가 대용량 전류가 되도록 조절하여 배터리를 고속충전한다. 본 발명의 충전시스템은 전자기기 내에 장착되는 배터리를 대용량 충전전류로 충전하기 위하여 스위칭 충전방식 대신에 리니어 충전방식을 채용함으로써 시스템의 구성을 간단하게 할 수 있고 구성공간을 최소화할 수 있다.A smart linear battery charging system that charges a battery by receiving power from a power supply device is disclosed. In the charging system of the present invention, the linear charging circuit unit (B01) inputs the charging current generated by the FET transistor (Q01) operating in the non-saturation region to the battery. The charging current control unit C03 controls the charging current of the linear charging circuit unit B01 by adjusting the gate voltage of the FET transistor Q01. When the charging current control unit (C03) recognizes that the power supply device has a voltage change function, it linearly charges an additional voltage value selected within a preset range to the current voltage value of the battery, that is, a voltage value obtained by adding headroom. The power supply is requested to set the input voltage to the circuit unit (B01), and the charging current of the linear charging circuit unit (B01) is adjusted to become a high-capacity current to fast charge the battery. The charging system of the present invention adopts a linear charging method instead of a switching charging method to charge a battery installed in an electronic device with a large charging current, thereby simplifying the system configuration and minimizing the configuration space.
Description
본 발명은 스마트 리니어 배터리 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 배터리를 충전하기 위한 충전회로부를 리니어 충전방식으로 구성함으로써 구성이 간단하고 구성 공간을 작게 차지하면서도 대용량 충전전류를 공급해도 열이 적게 발생하여 고속충전을 가능하게 하는 스마트 리니어 배터리 충전 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a smart linear battery charging system, and more specifically, by configuring the charging circuit for charging the battery in a linear charging method, the configuration is simple and takes up a small configuration space, and generates less heat even when a large charging current is supplied. This relates to a smart linear battery charging system that enables high-speed charging.
전자기기의 내부에 장착되는 배터리를 충전하기 위하여 전자기기 내부에는 배터리 충전 시스템이 내장될 수 있다. A battery charging system may be built into the electronic device to charge the battery mounted inside the electronic device.
이러한 배터리 충전 시스템으로 통상적인 리니어 충전 시스템이 적용될 수 있다. 통상적인 리니어 충전 시스템은 구성이 간단하다는 장점을 가지지만, 대용량 전류로 배터리를 충전하면 충전 시스템에서 열이 많이 발생한다는 단점이 있다. 그래서 통상적인 리니어 충전 시스템은 대용량 전류로 배터리를 충전할 수 없어 충전속도가 느리고 충전시간이 길어진다. 즉, 통상적인 리니어 충전 시스템은 저속 충전으로만 배터리를 충전할 수 있다. A typical linear charging system can be applied to this battery charging system. A typical linear charging system has the advantage of being simple in configuration, but has the disadvantage that a lot of heat is generated in the charging system when charging the battery with a large current. Therefore, a typical linear charging system cannot charge the battery with a large current, so the charging speed is slow and the charging time is long. In other words, a typical linear charging system can only charge the battery with low-speed charging.
한편, 배터리 충전 시스템으로 도 2와 같은 스위칭 충전 시스템이 적용될 수 있다. 스위칭 충전 시스템은 대용량 전류로 충전이 가능하지만, 시스템의 구성이 복잡해지고 구성요소로 인덕터(L10)가 사용되기 때문에 구성 공간을 많이 요구하는 단점이 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 스위칭 충전 시스템은 두 개의 트랜지스터(Q01 및 Q02)가 PWM 발생기에 의하여 제어되는 구조 및 인덕터(L10)을 포함한다는 점에서 구성이 복잡하고 구성 공간이 커진다는 사실을 확인할 수 있다. Meanwhile, a switching charging system as shown in FIG. 2 may be applied as a battery charging system. The switching charging system is capable of charging with a large current, but has the disadvantage of requiring a lot of configuration space because the system configuration is complicated and an inductor (L10) is used as a component. Specifically, it can be seen that the switching charging system shown in Figure 2 has a complex configuration and a large configuration space in that it includes two transistors (Q01 and Q02) and an inductor (L10) controlled by a PWM generator. You can.
스위칭 충전 시스템은 전자기기 외부에 특화된 전원공급장치, 예를 들어 QC2.0, QC3.0 또는 PD3.0 규격이 지원되는 전원공급장치에 의하여 전원을 공급받는 것으로 인지하면, 대용량 전류로 배터리를 고속 충전하는 정상적인 충전을 수행하는 반면에 그렇지 않으면, 즉 특화된 전원공급장치가 아닌 일반 전원공급장치가 연결되는 것으로 인지하면, 보통 100mA 또는 500mA 정도되는 소용량 전류로 배터리를 저속 충전하거나 아예 충전이 되지 않도록 설정한다. 이때, 일반 전원공급장치는 단일의 낮은 전압만을 공급하는 것이다. 이에, 스위칭 충전 시스템은 특화된 충전 시스템의 일종이라 할 수 있다. 특화된 충전시스템은 전자기기 제조사에 따라 자사 제품의 제한요건에 맞는 특정한 외부 전원공급장치만이 사용가능하도록 만들어 놓은 충전시스템을 의미한다. When the switching charging system recognizes that power is supplied by a specialized power supply outside the electronic device, for example, a power supply that supports QC2.0, QC3.0, or PD3.0 standards, it charges the battery at high speed with a large current. While it performs normal charging, if it does not, that is, if it recognizes that a general power supply rather than a specialized power supply is connected, it charges the battery at a low speed with a small current, usually around 100mA or 500mA, or sets it to not charge at all. do. At this time, a general power supply supplies only a single, low voltage. Accordingly, the switching charging system can be said to be a type of specialized charging system. A specialized charging system refers to a charging system created by the electronic device manufacturer so that only specific external power supplies that meet the limitations of the company's products can be used.
한편, 일반 충전 시스템은 외부에 연결되는 전원공급장치에 관계없이 일정한 전압, 즉 고정전압을 공급받아 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 감안하여 사전에 정의된 배터리 충전 프로토콜에 따라 저속으로 배터리를 충전하는 충전 시스템을 의미한다. 통상적인 리니어 충전 시스템은 일반 충전 시스템의 일종이라고 할 수 있다. Meanwhile, a general charging system receives a constant voltage, that is, a fixed voltage, regardless of the power supply device connected to the outside, and charges the battery at a low speed according to a predefined battery charging protocol, taking into account the battery's voltage, current, temperature, etc. refers to a charging system that A typical linear charging system can be said to be a type of general charging system.
본 발명의 목적은 배터리를 충전하기 위한 충전회로부를 리니어 충전방식으로 구성함으로써 구성이 간단하고 구성 공간을 작게 차지하면서도 대용량 충전전류를 공급해도 열이 적게 발생하여 고속충전을 가능하게 하는 스마트 리니어 배터리 충전 시스템을 제공하는 것이다. The purpose of the present invention is to configure the charging circuit for charging the battery in a linear charging method, so that the configuration is simple and takes up a small space, but generates less heat even when a large charging current is supplied, making smart linear battery charging possible. To provide a system.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 전원공급장치로부터 전원을 공급받아 배터리를 충전하는 것이다. The smart linear battery charging system according to the present invention to achieve the above object charges the battery by receiving power from a power supply device.
상기 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 리니어 충전회로부 및 충전전류 제어부를 포함하고, 상기 리니어 충전회로부는 비포화영역에서 작동하는 FET 트랜지스터에 의하여 생성되는 충전전류를 상기 배터리에 입력시키는 것이며, 상기 충전전류 제어부는 상기 FET 트랜지스터의 게이트 전압을 조절하여 상기 리니어 충전회로부의 상기 충전전류를 제어하는 것으로서, 상기 전원공급장치가 상기 리니어 충전회로부에 공급하는 입력전압을 변경하는 기능을 가지는 것으로 인식하는 경우에는, 상기 배터리의 현재 전압값에 미리 설정된 범위 내에서 선택되는 추가 전압값, 즉 헤드룸을 더하여 얻는 전압값을 상기 리니어 충전회로부에 대한 입력전압으로 설정하도록 상기 전원공급장치에 요청하여 상기 전원공급장치가 상기 리니어 충전회로부에 그러한 전압값을 가지는 입력전압을 공급하게 하고, 상기 리니어 충전회로부의 상기 충전전류가 대용량 전류가 되도록 조절하여 상기 배터리를 고속충전하는 것이다.The smart linear battery charging system includes a linear charging circuit and a charging current control unit, wherein the linear charging circuit inputs a charging current generated by a FET transistor operating in a non-saturated region into the battery, and the charging current control unit By controlling the charging current of the linear charging circuit unit by adjusting the gate voltage of the FET transistor, if the power supply device is recognized as having a function of changing the input voltage supplied to the linear charging circuit unit, the battery By requesting the power supply to set an additional voltage value selected within a preset range to the current voltage value, that is, a voltage value obtained by adding headroom, as the input voltage to the linear charging circuit unit, the power supply device An input voltage having such a voltage value is supplied to the charging circuit, and the charging current of the linear charging circuit is adjusted to become a high-capacity current to fast charge the battery.
상기 리니어 충전회로부는 온도센서를 포함하고, 상기 온도센서에 의하여 측정된 온도 데이터는 상기 충전전류 제어부에 전달되며, 상기 충전전류 제어부는 상기 온도센서에 의하여 측정된 온도가 미리 정해진 설정온도 이상으로 올라가면 상기 충전전류의 값을 줄이는 것일 수 있다.The linear charging circuit unit includes a temperature sensor, and the temperature data measured by the temperature sensor is transmitted to the charging current control unit. When the temperature measured by the temperature sensor rises above a predetermined set temperature, the charging current control unit This may be to reduce the value of the charging current.
상기 전원공급장치가 상기 리니어 충전회로부에 공급하는 전압을 변경하는 기능을 가지고 있지 않은 경우에는, 상기 충전전류 제어부는 미리 설정된 충전전류값으로 상기 배터리가 충전되게 제어하고, 상기 온도센서에 의하여 측정된 온도가 B 온도 이상이 되면 충전전류를 감소시키며, 상기 온도가 더 올라가 C 온도에 도달하면 충전을 멈추고, 상기 온도가 A 온도로 다시 내려오면 미리 설정된 충전전류값으로 다시 충전하며, 상기 온도들은 A < B < C 순서의 크기로 정의되는 것일 수 있다.If the power supply device does not have a function to change the voltage supplied to the linear charging circuit, the charging current control unit controls the battery to be charged with a preset charging current value, and the temperature measured by the temperature sensor When the temperature rises above temperature B, the charging current is reduced. When the temperature rises further and reaches temperature C, charging is stopped. When the temperature falls back to temperature A, charging is performed again at the preset charging current value. The temperatures are A. It may be defined as the size of the order < B < C.
상기 미리 설정된 충전전류값은 상기 충전동작에 의하여 상기 온도가 B 온도 이상으로 상승하게 하는 전류값일 수 있다. The preset charging current value may be a current value that causes the temperature to rise above the B temperature by the charging operation.
상기 스마트 리니어 배터리 충전 시스템에서 상기 리니어 충전회로부의 전단에 스위치 수단이 배치되고, 상기 스위치 수단의 전방 단자와 후방 단자 사이에 상기 스위치 수단과 병렬로 저항 수단이 배치되며, 상기 온도가 상승할 때 상기 충전전류 제어부는 상기 스위치 수단을 개방시켜서 상기 저항 수단에 의하여 전력을 소비시킴으로써 상기 충전전류를 조절하는 것일 수 있다.In the smart linear battery charging system, a switch means is disposed at the front of the linear charging circuit unit, a resistance means is disposed in parallel with the switch means between the front and rear terminals of the switch means, and when the temperature rises, the The charging current control unit may control the charging current by opening the switch means and consuming power by the resistor means.
상기 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 상기 리니어 충전회로부로부터 전기적 신호를 입력받아 특정 데이터를 모니터하여 상기 특정 데이터를 상기 충전전류 제어부로 전달하는 데이터 모니터 회로부를 더 포함하며, 상기 특정 데이터는 상기 헤드룸 및 상기 충전전류를 포함하거나, 상기 헤드룸, 상기 충전전류 및 상기 온도를 포함하는 것일 수 있다.The smart linear battery charging system further includes a data monitor circuit unit that receives an electrical signal from the linear charging circuit unit, monitors specific data, and transmits the specific data to the charging current control unit, wherein the specific data includes the headroom and the It may include the charging current, or it may include the headroom, the charging current, and the temperature.
상기 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 데이터 설정부를 더 포함하고, 상기 데이터 설정부에 설정되는 데이터는 최대 충전전류 및 최대 헤드룸을 포함하며, 상기 데이터 설정부에 설정된 상기 데이터는 상기 충전전류 제어부가 참조하는 것일 수 있다.The smart linear battery charging system further includes a data setting unit, the data set in the data setting unit includes a maximum charging current and a maximum headroom, and the data set in the data setting unit is referenced by the charging current control unit. It may be.
본 발명에 따른 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 전자기기 내에 장착되는 배터리를 대용량 충전전류로 충전하기 위하여 스위칭 충전방식 대신에 리니어 충전방식을 채용함으로써 시스템의 구성을 간단하게 할 수 있고 구성공간을 최소화할 수 있다. 즉, 본 발명의 충전 시스템은 리니어 충전 시스템의 구성으로 스위칭 충전시스템의 성능과 동등한 성능을 달성할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 본 발명의 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 외부 전원공급장치의 능동전압 조절기능을 이용함으로써 추가적인 비용 없이 고속충전을 가능하게 하며, 외부 전원공급장치가 능동전압 조절기능을 갖지 않는 경우에도 상대적으로 개선된 충전속도로 배터리를 충전할 수 있다. 다시 말하면, 본 발명은 리니어 방식 충전을 채택하면서, 외부 전원공급장치가 전압 조절이 되지 않는 경우에는 전류량을 내부 시스템의 온도에 따라 자동으로 조절되게 함으로써 범용 외부 전원공급장치를 사용할 경우에도 충전이 가능하도록 한다. The smart linear battery charging system according to the present invention adopts a linear charging method instead of a switching charging method to charge batteries mounted in electronic devices with a large charging current, thereby simplifying the system configuration and minimizing the configuration space. there is. In other words, the charging system of the present invention is expected to achieve performance equivalent to that of a switching charging system by being configured as a linear charging system. In addition, the smart linear battery charging system of the present invention enables high-speed charging without additional cost by using the active voltage control function of the external power supply, and provides relatively improved performance even when the external power supply does not have an active voltage control function. The battery can be charged at a charging speed. In other words, the present invention adopts a linear charging method and automatically adjusts the amount of current according to the temperature of the internal system when the external power supply does not control the voltage, making charging possible even when using a general-purpose external power supply. Let's do it.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 리니어 배터리 충전 시스템의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 통상적인 스위칭 배터리 충전 시스템의 개략적 구성을 나타낸 도면이다. Figure 1 is a diagram showing the schematic configuration of a smart linear battery charging system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the schematic configuration of a typical switching battery charging system.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 리니어 배터리 충전 시스템(T100)은 전원공급장치(EXT Power 1)로부터 전원을 공급받아 배터리(BAT1)를 충전하는 것이다. 전원공급장치는 본 발명의 스마트 리니어 배터리 충전 시스템의 외부에 독립적으로 구성되는 것이다. 통상적으로 전원공급장치는 3.3 ~ 20 V 범위의 전압을 인가하는 것일 수 있다. 본 발명의 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 독립적인 장치로 구성되는 것도 가능하지만, 일반적으로는 전자기기 내부에 장착되는 것으로 구성되는 것이 바람직하다. 배터리는 독립적으로 구성될 수도 있으나, 전자기기 내부에 분리가능하게 또는 분리되지 않게 장착되는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 1, the smart linear battery charging system (T100) according to the present invention charges the battery (BAT1) by receiving power from a power supply (EXT Power 1). The power supply device is configured independently outside the smart linear battery charging system of the present invention. Typically, the power supply may apply a voltage in the range of 3.3 to 20 V. The smart linear battery charging system of the present invention can be configured as an independent device, but it is generally preferable to be installed inside an electronic device. The battery may be configured independently, but is preferably mounted removably or non-separably inside the electronic device.
본 발명의 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 리니어 충전회로부(B01) 및 충전전류 제어부(C03)를 포함한다. 또한 본 발명의 충전시스템은 데이터 모니터 회로부(B02) 및 데이터 설정부(C04)를 포함할 수 있다. 본 발명의 충전시스템은 또한 전자기기 내에서 설치되는 별도의 프로세서(C05)에 연결될 수 있다. 프로세서(C05)는 전자기기의 주요 기능을 제어하는 프로세서이고, 필요에 따라 프로세서(CO5)가 충전전류 제어부(C03) 및 데이터 설정부(C04)를 구현하는 것으로 구성될 수도 있다. The smart linear battery charging system of the present invention includes a linear charging circuit unit (B01) and a charging current control unit (C03). Additionally, the charging system of the present invention may include a data monitor circuit unit (B02) and a data setting unit (C04). The charging system of the present invention can also be connected to a separate processor (C05) installed within the electronic device. The processor C05 is a processor that controls the main functions of the electronic device, and if necessary, the processor CO5 may be configured to implement the charging current control unit C03 and the data setting unit C04.
리니어 충전회로부(B01)는 비포화영역에서 작동하는 FET 트랜지스터(Q01)에 의하여 생성되는 충전전류를 배터리에 입력시킨다. 트랜지스터(Q01)의 전단에는 저항소자(R50)이 배치될 수 있다. 트랜지스터(Q01)의 게이트는 연산증폭기(com20)의 출력측 단자와 연결된다. 트랜지스터(Q01)의 후단에서 배터리의 양극과 동일한 전위를 가지는 지점과 접지 사이에는 저항소자(R20)과 저항소자 또는 가변저항(P10)이 직렬로 배치된다. 저항소자(R20)과 가변저항(P10) 사이의 지점에 대한 전압이 연산증폭기(com20)의 비반전 단자로 입력되고, 연산증폭기(com20)의 반전단자로는 가변전압(V10)이 입력된다. 가변전압(V10)은 연산증폭기(com20)의 반전단자와 접지 사이에 형성된다. 또한, 트랜지스터(Q01)의 후단에서 배터리의 양극과 동일한 전위를 가지는 지점과 접지 사이에는 저항소자(R20)과 가변저항(P10)에 대하여 병렬로 저항소자(R30)과 저항소자(R40)이 또한 직렬로 배치된다. 이때, 저항소자(R30)은 온도센서 역할을 한다. 온도에 따른 저항소자(R30)의 저항값 변동에 의하여 가변저항(P10)이 변경됨으로써 연산증폭기(com20)의 출력값이 조절될 수 있고, 또한 가변전압(V10)의 변동에 의하여 연산증폭기(com20)의 출력값이 조절될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 연산증폭기(com20)는 차동증폭기일 수 있다. The linear charging circuit unit (B01) inputs the charging current generated by the FET transistor (Q01) operating in the non-saturated region to the battery. A resistance element (R50) may be disposed in front of the transistor (Q01). The gate of the transistor (Q01) is connected to the output terminal of the operational amplifier (com20). A resistance element (R20) and a resistance element or variable resistor (P10) are arranged in series between the point having the same potential as the anode of the battery at the rear end of the transistor (Q01) and ground. The voltage at the point between the resistor element (R20) and the variable resistor (P10) is input to the non-inverting terminal of the operational amplifier (com20), and the variable voltage (V10) is input to the inverting terminal of the operational amplifier (com20). The variable voltage (V10) is formed between the inverting terminal of the operational amplifier (com20) and ground. In addition, between the point having the same potential as the anode of the battery at the rear end of the transistor (Q01) and ground, a resistance element (R30) and a resistance element (R40) are also installed in parallel with the resistance element (R20) and the variable resistor (P10). are placed in series. At this time, the resistance element (R30) functions as a temperature sensor. The output value of the operational amplifier (com20) can be adjusted by changing the variable resistance (P10) due to changes in the resistance value of the resistance element (R30) depending on the temperature, and also the output value of the operational amplifier (com20) can be adjusted by changing the variable voltage (V10). The output value of can be adjusted. The operational amplifier (com20) used in the present invention may be a differential amplifier.
충전전류 제어부(C03)는 트랜지스터(Q01)의 게이트 전압을 조절하여 리니어 충전회로부(B01)의 충전전류를 제어한다. 충전전류 제어부(C03)는 가변전압(V10)을 제어함으로써 연산증폭기(com20)의 출력값을 제어할 수 있고, 따라서 트랜지스터(Q01)의 게이트 전압을 조절할 수 있다. The charging current control unit C03 controls the charging current of the linear charging circuit unit B01 by adjusting the gate voltage of the transistor Q01. The charging current control unit C03 can control the output value of the operational amplifier com20 by controlling the variable voltage V10, and thus can adjust the gate voltage of the transistor Q01.
데이터 모니터 회로부(B02)는 리니어 충전회로부(B01)로부터 전기적 신호를 입력받아 특정 데이터를 모니터하여 그러한 특정 데이터를 충전전류 제어부(C03)로 전달한다. 이때, 특정 데이터는 헤드룸, 충전전류 및 온도센서에 의하여 측정되는 온도에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 헤드룸은 외부의 전원공급장치가 리니어 충전회로부(B01)에 공급하는 입력전압의 값에서 배터리의 현재 전압값을 뺀 값, 즉 전원공급장치의 입력전압값과 배터리 현재 전압값 간의 차이를 의미한다. The data monitor circuit unit (B02) receives an electrical signal from the linear charging circuit unit (B01), monitors specific data, and transmits the specific data to the charging current control unit (C03). At this time, the specific data may include data regarding headroom, charging current, and temperature measured by a temperature sensor. In this specification, headroom is the value obtained by subtracting the current voltage value of the battery from the value of the input voltage supplied by the external power supply to the linear charging circuit unit (B01), that is, the difference between the input voltage value of the power supply device and the current voltage value of the battery. means.
헤드룸 모니터는 연산증폭기(com1)로 구현할 수 있다. 이때, 연산증폭기(com1)의 비반전단자에는 전원공급장치의 입력전압이 입력되고, 연산증폭기(com1)의 반전단자에는 배터리의 양극 전위가 입력된다. 그래서 그것들의 차이가 연산증폭기(com1)의 출력단자로 출력된다. 이러한 출력은 충전전류 제어부(CO3)로 전달되어 제어를 위한 데이터로 사용된다. 연산증폭기(com1)은 차동증폭기로 구성될 수 있다. 이하의 모니터들도 마찬가지이다.The headroom monitor can be implemented with an operational amplifier (com1). At this time, the input voltage of the power supply is input to the non-inverting terminal of the operational amplifier (com1), and the positive potential of the battery is input to the inverting terminal of the operational amplifier (com1). So the difference between them is output to the output terminal of the operational amplifier (com1). This output is transmitted to the charging current control unit (CO3) and used as data for control. The operational amplifier (com1) may be configured as a differential amplifier. The same applies to the monitors below.
충전전류 모니터(A)는 연산증폭기(com2)로 구현할 수 있다. 이때, 연산증폭기(com2)의 비반전단자에는 전원공급장치의 입력전압이 입력되고, 연산증폭기(com2)의 반전단자에는 저항소자(R50)의 후단 지점의 전압이 입력된다. 그래서 그것들의 차이가 연산증폭기(com2)의 출력단자로 출력되어 충전전류 제어부(CO3)로 전달된다. 충전전류 제어부(C03)는 전달받은 전압 데이터와 저항소자(R50)의 저항값에 의하여 충전전류의 값을 산출할 수 있다. The charging current monitor (A) can be implemented with an operational amplifier (com2). At this time, the input voltage of the power supply is input to the non-inverting terminal of the operational amplifier (com2), and the voltage at the rear end of the resistor element (R50) is input to the inverting terminal of the operational amplifier (com2). So, their difference is output to the output terminal of the operational amplifier (com2) and transmitted to the charging current control unit (CO3). The charging current control unit C03 can calculate the value of the charging current based on the received voltage data and the resistance value of the resistance element R50.
온도 모니터는 연산증폭기(com4)로 구현할 수 있다. 이때, 연산증폭기(com4)의 비반전단자에는 저항소자(R30)과 저항소자(R40)의 사이 지점의 전압이 입력되고, 연산증폭기(com4)의 반전단자에는 접지전압이 입력된다. 그래서 그것들의 차이가 연산증폭기(com4)의 출력단자로 출력되어 충전전류 제어부(CO3)로 전달된다. 충전전류 제어부(C03)는 전달받은 전압 데이터에 의하여 온도를 산출할 수 있다.The temperature monitor can be implemented with an operational amplifier (com4). At this time, the voltage at the point between the resistor elements R30 and R40 is input to the non-inverting terminal of the operational amplifier com4, and the ground voltage is input to the inverting terminal of the operational amplifier com4. So, their difference is output to the output terminal of the operational amplifier (com4) and transmitted to the charging current control unit (CO3). The charging current control unit C03 can calculate the temperature based on the received voltage data.
한편, 데이터 모니터 회로부(B02)는 전류 모니터(B)를 더 포함할 수 있다. 전류 모니터(B)는 연산증폭기(com3)로 구현할 수 있다. 이때, 연산증폭기(com3)의 비반전단자에는 배터리의 음극 전압이 입력되고, 연산증폭기(com3)의 반전단자에는 접지전압이 입력된다. 그래서 그것들의 차이가 연산증폭기(com3)의 출력단자로 출력되어 충전전류 제어부(CO3)로 전달된다. 충전전류 제어부(C03)는 전달받은 전압 데이터와 배터리의 음극과 접지 사이에 배치된 저항소자(R60)의 저항값에 의하여 저항소자(R60)에 흐르는 전류의 값을 산출할 수 있다.Meanwhile, the data monitor circuit unit B02 may further include a current monitor B. The current monitor (B) can be implemented with an operational amplifier (com3). At this time, the negative voltage of the battery is input to the non-inverting terminal of the operational amplifier (com3), and the ground voltage is input to the inverting terminal of the operational amplifier (com3). So, their difference is output to the output terminal of the operational amplifier (com3) and transmitted to the charging current control unit (CO3). The charging current control unit C03 can calculate the value of the current flowing through the resistance element R60 based on the received voltage data and the resistance value of the resistance element R60 disposed between the negative electrode of the battery and the ground.
데이터 설정부(C04)는 최대 충전전류, 최대 헤드룸 등의 데이터를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 최대 헤드룸 및 최대 충전전류에 관한 데이터는 저항소자들(R70 및 R80)에 의하여 설정될 수도 있고, 프로세서(C05)에 의해 I2C, GPIO, SPI 등의 디지털 인터페이스에 의하여 설정될 수도 있다. 데이터 설정부(C04)에 설정된 데이터는 충전전류 제어부(C03)에 의하여 참조된다. 데이터 설정부(C04)는 최대 헤드룸 및 최대 충전전류에 관한 데이터 이외에도 필요에 따라 다양한 데이터를 설정할 수 있다. The data setting unit C04 may include data such as maximum charging current and maximum headroom. As shown in FIG. 1, data regarding the maximum headroom and maximum charging current may be set by the resistance elements (R70 and R80), and may be sent to digital interfaces such as I2C, GPIO, and SPI by the processor (C05). It can also be set by . The data set in the data setting unit (C04) is referenced by the charging current control unit (C03). The data setting unit C04 can set various data as needed in addition to data related to maximum headroom and maximum charging current.
한편, 충전전류 제어부(C03)가 사용하는 데이터, 예를 들어, 온도, 충전전류 및 헤드룸 등의 데이터는 사용자의 인식을 위하여 프로세서(C05)에 전달되어 디스플레이 장치에 의하여 디스플레이 될 수 있다. Meanwhile, data used by the charging current controller C03, such as temperature, charging current, and headroom, may be transmitted to the processor C05 and displayed on a display device for user recognition.
충전전류 제어부(CO3)는 도 1에 도시된 바와 같이, USB 인터페이스에 의하여 QC2.0, QC3.0, PD3.0 등의 충전관련 규격을 가지는 외부 전원공급장치에 연결되어 통신할 수 있다. QC2.0 및 QC3.0은 퀄컴사의 퀵 차저 규격(quick charger spec)에 따른 충전관련 규격을 전원공급장치가 제공하는 것을 의미하고, PD3.0은 USB 전력 전달(USB Power Delivery)에서 제안한 충전관련 규격을 전원공급장치가 제공하는 것을 의미한다. 충전전류 제어부(CO3)는 전원공급장치가 리니어 충전회로부(B01)에 공급하는 입력전압을 변경하는 기능을 가지는지 여부를 전원공급장치와의 통신에 의하여 확인할 수 있다. 충전전류 제어부(CO3)는 전원공급장치가 입력전압 변경기능을 가지는 것으로 인식하는 경우에는, 배터리의 현재 전압값보다 헤드룸만큼 큰 값을 가지는 입력전압을 충전회로부(B01)에 입력하도록 요청할 수 있다. 이때, 헤드룸은 예를 들어, 0.1 ~ 0.4 V의 범위에서 적당한 값으로 선택될 수 있다. 즉, 최대 헤드룸 데이터는 0.4V로 설정될 수 있다. QC3.0은 200mV 단위로 전압조절을 할 수 있고, PD3.0은 20mV 단위로 전압조절을 할 수 있기 때문에 요구되는 충전전류 범위 내에서 전압변경을 자유롭게 할 수 있다. 전원공급장치는 그러한 요청을 받으면, 배터리 전압보다 헤드룸의 값만큼 높은 입력전압을 리니어 충전회로부(B01)에 공급한다. 그러면, 충전전류 제어부(C03)는 리니어 충전회로부(B01)에 대용량 전류, 예를 들어 3A의 충전전류가 흐르게 조절함으로써 배터리를 고속충전할 수 있다. 전원공급장치에 대한 충전전류 제어부(C03)의 이러한 입력전압 변경 요청은 하기에서 언급하는 일반 충전 배터리 상태 동안에 계속되어 배터리의 전압이 상승함에 따라 입력전압도 계속적으로 상승하게 된다. As shown in FIG. 1, the charging current control unit (CO3) can be connected to and communicate with an external power supply device having charging-related standards such as QC2.0, QC3.0, and PD3.0 through a USB interface. QC2.0 and QC3.0 mean that the power supply device provides charging-related specifications according to Qualcomm's quick charger specification, and PD3.0 refers to the charging-related specifications proposed by USB Power Delivery. This means that the specifications are provided by the power supply. The charging current control unit (CO3) can check whether the power supply device has the function of changing the input voltage supplied to the linear charging circuit unit (B01) through communication with the power supply device. If the charging current control unit (CO3) recognizes that the power supply device has an input voltage change function, it can request the charging circuit unit (B01) to input an input voltage that is larger than the current voltage value of the battery by the headroom. . At this time, the headroom may be selected as an appropriate value in the range of, for example, 0.1 to 0.4 V. That is, the maximum headroom data can be set to 0.4V. QC3.0 can adjust the voltage in 200mV increments, and PD3.0 can adjust the voltage in 20mV increments, so the voltage can be freely changed within the required charging current range. When the power supply device receives such a request, it supplies an input voltage higher than the battery voltage by the headroom value to the linear charging circuit unit (B01). Then, the charging current control unit C03 can fast charge the battery by controlling a large current, for example, 3A, to flow through the linear charging circuit unit B01. This input voltage change request from the charging current control unit C03 for the power supply continues during the normal charging battery state mentioned below, and as the battery voltage increases, the input voltage also continues to increase.
본 명세서에서 대용량 전류는 1.5A 이상의 전류를 의미하고, 고속충전은 1.5A 이상의 충전전류로 배터리를 충전하는 것을 의미하며, 소용량 전류는 1.5A 미만의 전류를 의미하고, 저속충전은 1.5A 미만의 충전전류로 배터리를 충전하는 것을 의미한다. 본 발명에서 충전전류 제어부(C03)는 QC3.0 또는 PD3.0 등의 충전관련 규격을 지원하는 전원공급장치에게 상기에서 언급한 헤드룸에 기초한 입력전압 변경을 계속적으로 요구하기 위해서는 예를 들어, QC3.0 sync 또는 PD3.0 sync 기능을 구현할 수 있는 것이어야 한다. QC3.0 sync 또는 PD3.0 sync 기능은 QC3.0 또는 PD3.0 전원공급장치의 존재 여부를 인식하고 필요전압을 요청할 수 있는 기능을 의미한다. 본 발명에서 충전전류 제어부(C03)가 이러한 기능을 구현하는 것이 바람직하지만, 그렇지 않을 경우, 프로세서(C05)에 의하여 그러한 기능이 구현되는 것도 가능하다. 다만, 프로세서(C05)의 그러한 기능을 본 발명의 충전시스템에 의하여 구현시키기 위해서는 구조가 복잡해진다는 단점이 있다. 따라서, 그러한 기능은 충전전류 제어부(C03)에 의하여 구현되는 것이 바람직하다. In this specification, high-capacity current means a current of 1.5A or more, fast charging means charging the battery with a charging current of 1.5A or more, small-capacity current means a current of less than 1.5A, and low-speed charging means a current of less than 1.5A. This means charging the battery with charging current. In the present invention, the charging current control unit (C03) continuously requests a power supply device supporting charging-related standards such as QC3.0 or PD3.0 to change the input voltage based on the headroom mentioned above, for example, It must be able to implement QC3.0 sync or PD3.0 sync function. The QC3.0 sync or PD3.0 sync function refers to the function of recognizing the presence of a QC3.0 or PD3.0 power supply and requesting the required voltage. In the present invention, it is desirable for the charging current control unit C03 to implement this function, but if not, it is also possible for the processor C05 to implement such a function. However, in order to implement such functions of the processor C05 by the charging system of the present invention, there is a disadvantage that the structure becomes complicated. Therefore, it is desirable that such a function is implemented by the charging current control unit C03.
배터리의 충전과 관련하여 배터리의 상태는 저전압 배터리 상태, 전압유지 배터리 상태 및 일반 충전 배터리 상태로 크게 구분될 수 있다. 전압유지 배터리 상태는 완충모드 상태라고도 부른다. Regarding battery charging, the state of the battery can be broadly divided into a low-voltage battery state, a voltage maintenance battery state, and a general charging battery state. The voltage maintenance battery state is also called the fully charged mode state.
저전압 배터리 상태는 배터리가 방전되어 낮은 전압을 가지고 있는 상태여서 낮은 전류로 충전을 요구하는 상태를 의미한다. 1셀 리튬이온 배터리의 경우 보통 3.3V 또는 3.4V 이하의 상태를 저전압 배터리 상태로 판단한다. 저전압 배터리 상태에서는 일반적으로 알려진 저전압 배터리 상태용 충전 프로토콜에 따라 낮은 충전전류로 충전동작이 수행된다. 이에, 본 발명의 충전시스템도 배터리가 저전압 배터리 상태일 때, 일반적인 저전압 배터리 상태용 충전 프로토콜에 따라 배터리를 충전하는 것이 바람직하다. A low-voltage battery state refers to a state in which the battery is discharged and has a low voltage, requiring charging with low current. In the case of a 1-cell lithium-ion battery, a state of 3.3V or 3.4V or less is usually considered a low-voltage battery state. In the low-voltage battery state, charging is performed with a low charging current according to a generally known charging protocol for the low-voltage battery state. Accordingly, it is desirable for the charging system of the present invention to charge the battery according to a general charging protocol for low-voltage battery states when the battery is in a low-voltage battery state.
전압유지 배터리 상태는 배터리가 완충지점에 도달했다고 판단하고 정전압으로 배터리를 완충시키기 위한 상태이다. 전압을 유지하기 위해 배터리에 공급되는 충전전류는 시간이 갈수록 점차 줄어든다. 1셀 리튬이온 배터리의 경우 보통 4.0V 또는 4.1V에 도달하면 전압유지 배터리 상태로 판단한다. 전압유지 배터리 상태에서는 일반적으로 알려진 완충모드 상태용 충전 프로토콜에 따라 충전동작이 수행된다. 이에, 본 발명의 충전시스템도 배터리가 전압유지 배터리 상태일 때, 일반적인 완충모드 상태용 충전 프로토콜에 따라 배터리를 충전하는 것이 바람직하다.The voltage maintenance battery state is a state in which the battery is judged to have reached its full charge point and is used to fully charge the battery with constant voltage. To maintain the voltage, the charging current supplied to the battery gradually decreases over time. In the case of a 1-cell lithium-ion battery, it is usually judged to be in a voltage maintenance battery state when it reaches 4.0V or 4.1V. In the voltage maintenance battery state, charging is performed according to a generally known charging protocol for the fully charged mode state. Accordingly, the charging system of the present invention also preferably charges the battery according to a general charging protocol for the full charge mode state when the battery is in a voltage maintenance battery state.
일반 충전 배터리 상태는 배터리가 사용하기 적절한 상태로서 일반적으로 1셀 리튬이온 배터리의 경우 3.4 ~ 4.1 V 정도의 전압상태를 의미한다. 이 상태에서는 고속충전모드 및 고속방전모드로 동작할 수 있다. The general state of a rechargeable battery is a state in which the battery is suitable for use, and generally refers to a voltage state of about 3.4 to 4.1 V for a 1-cell lithium-ion battery. In this state, it can operate in fast charging mode and fast discharging mode.
본 발명의 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 일반 충전 배터리 상태일 때 상기한 방법에 의하여 고속충전을 하는 것이다. 예를 들어, 배터리의 전압이 3.4V가 되어 일반 충전 배터리 상태로 판단되면, 충전전류 제어부(C03)는 배터리의 현재 전압 3.4V보다 예를 들어 헤드룸을 0.3V로 설정하는 경우, 0.3V만큼 높은 전압 3.7V를 입력전압으로 입력하여 달라는 요청을 전원공급장치에게 할 수 있다. 전원공급장치가 3.7V의 입력전압을 공급하면, 충전전류 제어부(C03)는 트랜지스터(Q01)를 제어하여 예를 들어 3.0A의 대용량 충전전류를 배터리에게 공급할 수 있다. 이때, 일반적으로는, 충전전류 제어부(C03)의 제어에 의하여 3.0A의 충전전류가 흐를 것이지만, 외부 전원공급장치와 본 발명의 충전시스템 간의 연결상태 및 배터리의 노후화 등과 같은 배터리 상태 등에 의하여 헤드룸을 0.3V로 설정하였을 때 충전전류의 기대값이 3.0A에 미치지 못할 수 있다. 이와 같이 충전전류가 부족하면 헤드룸을 더욱 크게 설정하여 예를 들어 0.4V로 설정하여 전원공급장치가 더욱 높은 전압을 공급하게 할 수 있다. 반면에 충전전류가 기대값 3.0A에 비하여 과도하면, 헤드룸을 줄여서 설정함으로써 전원공급장치가 더욱 낮은 전압을 공급하게 할 수 있다. The smart linear battery charging system of the present invention performs high-speed charging using the above-described method when the battery is in a normal rechargeable state. For example, when the battery's voltage becomes 3.4V and it is determined to be in a normal rechargeable battery state, the charging current control unit (C03) increases the battery's current voltage by 0.3V by 0.3V, for example, when the headroom is set to 0.3V. You can request the power supply to input a high voltage of 3.7V as the input voltage. When the power supply device supplies an input voltage of 3.7V, the charging current control unit (C03) can control the transistor (Q01) to supply a large charging current of, for example, 3.0A to the battery. At this time, generally, a charging current of 3.0A will flow under the control of the charging current control unit C03, but the headroom may vary depending on the connection state between the external power supply and the charging system of the present invention and the battery condition such as battery aging. When set to 0.3V, the expected value of charging current may not reach 3.0A. If the charging current is insufficient like this, the headroom can be set to be larger, for example, 0.4V, so that the power supply device can supply a higher voltage. On the other hand, if the charging current is excessive compared to the expected value of 3.0A, the power supply can supply a lower voltage by reducing the headroom.
이와 같은 방식으로 배터리 충전 절차를 진행하면, 충전함에 따라 배터리의 전압은 상승한다. 예를 들어 배터리의 전압이 3.5V로 상승하면 전원공급장치에 의한 입력전압은 3.8V로 조정될 수 있다. 전원공급장치에 의한 입력전압의 변경은 전원공급장치의 전압변경능력 및 충전전류 제어부(C03)이 전압변경 요청을 하는 전압 단위에 의존한다. If the battery charging procedure is performed in this manner, the voltage of the battery increases as it is charged. For example, if the battery voltage rises to 3.5V, the input voltage by the power supply can be adjusted to 3.8V. Change of input voltage by the power supply device depends on the voltage change capability of the power supply device and the voltage unit in which the charging current control unit (C03) requests a voltage change.
아래 표 1에는 스위칭 충전시스템, 일반적인 리니어 충전시스템 및 본 발명의 스마트 리니어 충전시스템에 의하여 배터리를 충전할 때 충전회로부에 대한 입력전압, 출력전압, 입력전력, 출력전력, 전력효율, 전력손실 등이 기재되어 있다. Table 1 below shows the input voltage, output voltage, input power, output power, power efficiency, power loss, etc. for the charging circuit when charging the battery by the switching charging system, the general linear charging system, and the smart linear charging system of the present invention. It is listed.
QC3.0 전원공급장치의 경우 200mV 단위로 전압변경이 가능하고, PD3.0 전원공급장치의 경우 20mV 단위로 전압변경이 가능하다. 400mV의 헤드룸을 가지도록 입력전압을 공급하는 경우, 이론적으로는 표 1에 표시된 바와 같으나, 실제로는 전원공급장치와 전자기기 간의 연결에 의하여 100mV 정도의 전압강하가 발생하기 때문에 400mV의 헤드룸을 주는 경우 충전시스템에 대한 입력전압과 배터리 전압 간의 차이는 실질적으로 300mV 정도가 되는 것이 일반적이다. For the QC3.0 power supply, the voltage can be changed in 200mV increments, and for the PD3.0 power supply, the voltage can be changed in 20mV increments. When supplying an input voltage with a headroom of 400mV, theoretically it is as shown in Table 1, but in reality, a voltage drop of about 100mV occurs due to the connection between the power supply and electronic devices, so a headroom of 400mV is required. In practice, the difference between the input voltage to the charging system and the battery voltage is generally around 300mV.
표 1에서, case 1로 기재된 스위칭 충전시스템의 전력손실(Power loss)은 충전전류 3A로 충전할 때, 0.99watt가 된다. 이러한 전력손실은 열로 소비된다.In Table 1, the power loss of the switching charging system described as case 1 is 0.99 watt when charging with a charging current of 3A. This power loss is consumed as heat.
표 1에서, case4, case5 및 case6으로 기재된 본 발명의 충전시스템의 전력손실은 충전전류 3A로 충전할 때, 각각 0.6watt, 0.9watt 및 1.2watt가 된다. 이러한 전력손실은 열로 소비된다. In Table 1, the power loss of the charging system of the present invention described as case 4, case 5, and case 6 is 0.6 watt, 0.9 watt, and 1.2 watt, respectively, when charging with a charging current of 3A. This power loss is consumed as heat.
표 1에서, case 2 및 case 3으로 기재된 일반적인 리니어 충전시스템의 전력손실은 충전전류 3A 및 1A로 충전할 때, 각각 3.6watt 및 1.2watt가 된다. 이러한 전력손실은 열로 소비된다.In Table 1, the power loss of the typical linear charging system described as case 2 and case 3 is 3.6 watt and 1.2 watt when charging with a charging current of 3A and 1A, respectively. This power loss is consumed as heat.
case4, case5 및 case6에 기재된 전압 헤드룸은 충전회로부(B01)의 충전동작을 위한 이론적 값이지만, 실제로는 전선(cable) 등에서 전압강하가 일어나기 때문에 실제 조건에서 0.4V의 헤드룸을 설정하더라도 본 발명의 충전시스템의 전력손실은 스위칭 충전시스템과 거의 동일하거나 작을 것이다. 구체적으로, 스위칭 충전시스템과 본 발명의 스마트 리니어 충전시스템에서 전력손실을 비교하면, 스위칭 충전시스템의 전력손실은 충전전류 3A로 충전할 때 0.99watt인 반면에 본 발명의 충전시스템의 전력손실은 헤드룸 0.4V 및 충전전류 3A로 충전할 때, (헤드룸(0.4V) - 전선 손실(0.1V)) x 3A = 0.9watt 가 되어 스위칭 충전시스템의 전력손실보다 작게 된다. The voltage headroom described in case 4, case 5, and case 6 is a theoretical value for the charging operation of the charging circuit unit (B01), but in reality, voltage drops occur in cables, etc., so even if a headroom of 0.4V is set in actual conditions, the present invention The power loss of the charging system will be approximately the same or smaller than that of the switching charging system. Specifically, comparing the power loss in the switching charging system and the smart linear charging system of the present invention, the power loss of the switching charging system is 0.99 watt when charging with a charging current of 3A, whereas the power loss of the charging system of the present invention is 0.99 watt. When charging with room 0.4V and charging current 3A, (headroom (0.4V) - wire loss (0.1V)) x 3A = 0.9watt, which is smaller than the power loss of the switching charging system.
일반적인 배터리의 경우 헤드룸이 100mV ~ 200 mV 정도이면, 3A의 전류로 충전하기에 충분하므로 본 발명의 스마트 리니어 충전시스템을 사용하면 전원공급장치의 전압을 제어함으로써 효율적으로 대용량 전류로 충전을 실행할 수 있다. In the case of a typical battery, a headroom of about 100 mV to 200 mV is enough to charge with a current of 3A, so using the smart linear charging system of the present invention, charging can be performed efficiently with a large current by controlling the voltage of the power supply. there is.
여러가지 전원공급장치(외부 충전기)의 사용으로 인한 자원낭비를 방지하기 위하여 배터리를 내장하는 전자기기에 관계없이 외부 충전기 간에 호환성을 높이기 위하여 QC3.0/PD3.0 등 표준화된 외부 전원공급장치가 널리 보급되고 있다. 기존에는 도 2에 도시된 바와 같이, QC3.0/PD3.0 등 표준화된 외부 전원공급장치를 사용하여 배터리를 고속충전하기 위해서는 스위칭 타입의 복잡한 충전시스템을 전자기기 내에 구현하여야 했다. 이러한 스위칭 타입 충전시스템은 QC3.0 또는 PD3.0 등의 외부 전원공급장치가 능동적으로 전압을 제어할 수 있는 기능을 가지고 있음에도 불구하고 외부 전원공급장치의 그러한 기능을 충분히 활용하지 못한다. In order to prevent resource waste due to the use of various power supplies (external chargers), standardized external power supplies such as QC3.0/PD3.0 are widely used to increase compatibility between external chargers regardless of electronic devices with built-in batteries. It is spreading. Previously, as shown in Figure 2, in order to fast charge a battery using a standardized external power supply such as QC3.0/PD3.0, a complex charging system of the switching type had to be implemented in an electronic device. This switching type charging system does not fully utilize the function of the external power supply such as QC3.0 or PD3.0 even though it has the ability to actively control voltage.
그러나, 본 발명의 충전 시스템은 리니어 충전방식을 채용하여 구성이 간단하고 구성 공간이 작으면서도 이러한 표준화된 외부 전원공급장치의 그러한 기능을 사용하여 열이 많이 발생하지 않게 하여 고속충전을 가능하게 한다. 특히 본 발명의 충전시스템은 회로 구성요소를 간단하게 하여 전체 시스템의 구성 공간을 30 ~ 50% 정도 줄일 수 있게 한다. 전자담배와 같이 PCB 공간이 작으면서 대용량 전류를 사용하는 전자기기 제품의 경우, 충전시스템이 공간을 절약하면 단순하게 충전시스템의 공간절약 효과만 있는 것이 아니라 이로 인해 전체 PCB의 요구 레이어(layer)(PCB 회로 배열층)을 줄일 수 있어 이 또한 원가절감 효과를 기대할 수 있게 한다. 그러므로, 본 발명은 그러한 외부 전원공급장치의 공용화를 촉진하는 역할을 할 수 있다. However, the charging system of the present invention adopts a linear charging method, so the configuration is simple and the configuration space is small, but it uses the functions of such a standardized external power supply to prevent excessive heat generation, enabling high-speed charging. In particular, the charging system of the present invention simplifies circuit components and reduces the configuration space of the entire system by about 30 to 50%. In the case of electronic products such as electronic cigarettes that require a small PCB space and use a large amount of current, saving space in the charging system not only has the effect of saving space in the charging system, but also reduces the required layers of the entire PCB ( The PCB circuit arrangement layer can be reduced, which can also lead to cost savings. Therefore, the present invention can serve to promote the common use of such external power supplies.
본 발명의 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 상기한 헤드룸에 기초한 대용량 전류에 의한 고속충전을 수행함에 있어서, 리니어 충전회로부(B01)에 설치된 온도센서에 의하여 측정되는 온도가 미리 설정된 특정 온도, 예를 들어 B 온도( 105℃) 이상으로 상승하는 경우 충전전류를 감소시킨다. 예를 들어, 충전전류를 3A에서 2.5A 정도로 감소시킨다. 충전전류의 감소폭은 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들어 온도가 100℃ 이상으로 상승하지 않게 되도록 선택될 수 있다. The smart linear battery charging system of the present invention performs high-speed charging by high-capacity current based on the above-mentioned headroom, and the temperature measured by the temperature sensor installed in the linear charging circuit unit (B01) is a preset specific temperature, e.g. If the temperature rises above B (105℃), the charging current is reduced. For example, reduce the charging current from 3A to about 2.5A. The reduction in charging current can be appropriately selected, for example, so that the temperature does not rise above 100°C.
다음으로, 전원공급장치가 리니어 충전회로부(B01)에 공급하는 전압을 변경하는 기능을 가지고 있지 않은 경우에는, 예를 들어 전원공급장치가 고정전압 5V를 공급하는 것인 경우에는, 충전전류 제어부(C03)는 미리 설정된 충전전류값으로 배터리가 충전되게 제어한다. 이때, 초기 충전전류값은 1.5A 정도의 높은 전류값으로 설정할 수 있다. 그러면, 아래에서 설명하는 바와 같이, 충전전류는 이후 절차에 따라 낮아지게 제어된다. 한편, 초기 충전전류값은 1.5A보다 훨씬 낮은 전류값, 예를 들어 0.5A로 설정한 후 온도 상승 여부를 체크하면서 서서히 높은 값으로 변경할 수도 있다. 여기에서는 설명의 편의를 위하여 초기 충전전류값을 1.5A로 설정한 예를 기준으로 설명한다. Next, if the power supply device does not have a function to change the voltage supplied to the linear charging circuit unit (B01), for example, if the power supply device supplies a fixed voltage of 5V, the charging current control unit ( C03) controls the battery to be charged with a preset charging current value. At this time, the initial charging current value can be set to a high current value of about 1.5A. Then, as described below, the charging current is controlled to be lowered according to the subsequent procedure. Meanwhile, the initial charging current value can be set to a current value much lower than 1.5A, for example, 0.5A, and then gradually changed to a higher value while checking whether the temperature rises. Here, for convenience of explanation, the explanation is based on an example in which the initial charging current value is set to 1.5A.
고정전압 5V가 입력될 때 초기 충전전류값이 1.5A로 설정되어 충전동작이 이루어지면, 리니어 동작에 의해 시스템의 효율이 좋지 않기 때문에 리니어 충전회로부(B01)의 온도가 올라가게 된다. 이때, 온도센서에 의하여 측정된 온도가 B 온도(예를 들어, 105℃) 이상이 되면 충전전류를 감소시킨다. 예를 들어, 충전전류값이 1.3A가 되게 할 수 있다. 이때, 감소폭은 미리 설정하여 둘 수 있다. 충전전류값을 1.3A로 변경할 때 온도가 B 온도 이상에서 유지되지 않고 B 온도보다 아래로 내려가면 충전전류값은 그보다 높은 값, 예를 들어 1.4A로 변경할 수 있다. 충전전류값을 초기 충전전류값보다 감소시켰음에도 불구하고 온도가 계속 상승하여 C 온도(예를 들어, 125℃)에 도달하면 충전을 멈춘다. When a fixed voltage of 5V is input and the initial charging current value is set to 1.5A and charging is performed, the temperature of the linear charging circuit unit (B01) increases because the efficiency of the system is poor due to linear operation. At this time, when the temperature measured by the temperature sensor is higher than B temperature (for example, 105°C), the charging current is reduced. For example, the charging current value can be set to 1.3A. At this time, the reduction width can be set in advance. When changing the charging current value to 1.3A, if the temperature is not maintained above the B temperature and falls below the B temperature, the charging current value can be changed to a higher value, for example, 1.4A. Even though the charging current value is reduced from the initial charging current value, the temperature continues to rise and charging stops when it reaches the C temperature (for example, 125°C).
가능하다면, B 온도 이상으로 온도가 상승하였을 때 충전전류값에 대한 감소폭은 온도가 C 온도까지는 상승하지 않도록 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 가능하다면, 온도를 B 온도와 C 온도 사이에 머무르게 하는 것이 가장 이상적이다. 다만, 배터리의 상태 및 외부 전원공급장치와 본 발명의 충전시스템 간의 연결상태 등에 의하여 그러한 이상적인 조건이 실현될 가능성은 높지 않다. If possible, it is desirable to set the reduction in the charging current value so that the temperature does not rise to the C temperature when the temperature rises above the B temperature. In other words, if possible, it is ideal to keep the temperature between the B temperature and the C temperature. However, it is unlikely that such ideal conditions will be realized depending on the condition of the battery and the connection between the external power supply and the charging system of the present invention.
충전을 멈추면 온도는 내려가게 된다. 온도가 A 온도(예를 들어, 85℃)로 다시 내려오면 미리 설정된 충전전류값으로 다시 충전할 수 있다. 이때, 온도가 A 온도까지 내려온 후 적용되는 충전전류값은 초기 충전전류값 1.5A와 동일하게 설정할 수 있다. 그러면, 온도는 A 온도에서 서서히 상승하여 B 온도에 도달하게 될 때 다시 충전전류값이 1.3A 또는 1.4A로 감소되며, 온도가 더욱 상승하여 C 온도에 도달하면 충전이 멈춘다. 본 발명의 충전시스템은 이러한 과정을 반복함으로써 전압변경기능을 갖지 않는 전원공급장치를 사용할 때에도 가능한 한 높은 충전전류로 배터리를 충전하여 가능한 한 충전시간을 줄일 수 있다. When charging is stopped, the temperature drops. When the temperature drops back to temperature A (e.g., 85°C), it can be recharged at a preset charging current value. At this time, the charging current value applied after the temperature drops to temperature A can be set equal to the initial charging current value of 1.5A. Then, the temperature gradually rises from temperature A, and when it reaches temperature B, the charging current value is reduced to 1.3A or 1.4A, and the temperature rises further and charging stops when it reaches temperature C. By repeating this process, the charging system of the present invention can charge the battery with as high a charging current as possible even when using a power supply device without a voltage change function, thereby reducing the charging time as much as possible.
상기 제어과정에서 충전전류값은 온도가 B 온도 이상으로 상승하게 하는 전류값인 것이 바람직하다. 만약 충전전류값이 그보다 낮다면, 온도는 B 온도까지 상승하지 않기 때문에 상대적으로 충전속도가 낮아져서 충전시간이 길어지게 된다. 한편, 충전동작 중 온도가 C 온도까지 반드시 상승하여야 하는 것은 아니다. 초기 충전전류값을 잘 선정한다면, 온도는 B 온도 이상까지만 상승하고 C 온도까지는 도달하지 않을 수 있다. 이러한 충전전류값이 가장 이상적일 수 있다. 즉, 상기에서 언급한 바와 같이, 가능하다면, 온도를 B 온도와 C 온도 사이에 머무르게 하는 것이 가장 이상적이다. 다만, 전자기기에 내장된 배터리의 상태가 모두 동일하다고 할 수 없다. 즉 전자기기의 종류에 따라 배터리의 상태가 다를 수 있고 또한 전자기기의 사용 횟수에 따라 배터리의 상태도 달라질 수 있다. 또한 외부 전원공급장치와 충전시스템 간의 연결상태도 전자가기 별로 다를 수 있다. 그러한 상태들은 충전동작 동안 온도 상승 프로파일을 다르게 하는 요인이 된다. 이에, 가장 이상적인 충전전류값이 적용되는 경우는 많지 않을 것이다. In the above control process, the charging current value is preferably a current value that causes the temperature to rise above the B temperature. If the charging current value is lower than that, the temperature does not rise to B temperature, so the charging speed is relatively low and the charging time becomes longer. Meanwhile, the temperature does not necessarily have to rise to C temperature during the charging operation. If the initial charging current value is selected well, the temperature may only rise above the B temperature and may not reach the C temperature. This charging current value may be the most ideal. That is, as mentioned above, if possible, it is ideal to keep the temperature between the B temperature and the C temperature. However, it cannot be said that the conditions of all batteries built into electronic devices are the same. In other words, the state of the battery may vary depending on the type of electronic device, and the state of the battery may also vary depending on the number of times the electronic device is used. Additionally, the connection status between the external power supply and the charging system may vary depending on the device. Such conditions cause different temperature rise profiles during charging operations. Accordingly, there will not be many cases where the most ideal charging current value is applied.
한편, 상기에서는 충전동작 동안 온도가 B 온도를 거쳐 C 온도까지 상승한 후 A 온도로 다시 내려오면, 초기 충전전류값(예를 들어, 1.5A)과 동일한 값의 충전전류로 충전동작을 다시 시작하는 것으로 설명하였지만, 첫번째 충전동작 이후에는 B 온도 이상까지는 충분히 도달하면서 다시는 C 온도에 도달하지 않게 하기 위하여 그보다 다소 낮은 충전전류값, 예를 들어 1.3A 또는 1.4A로 설정할 수도 있다.Meanwhile, in the above, during the charging operation, when the temperature rises through the B temperature to the C temperature and then falls back to the A temperature, the charging operation is restarted with a charging current of the same value as the initial charging current value (for example, 1.5A). However, after the first charging operation, the charging current may be set to a somewhat lower value, for example, 1.3A or 1.4A, in order to sufficiently reach the B temperature or higher and never reach the C temperature again.
한편, 초기 충전전류값을 충분히 낮은 값, 예를 들어 0.5A로 설정할 수 있다. 이 경우에는 온도 상승속도를 체크하면서 서서히 충전전류값을 상승시킬 수 있다. 충전전류값 상승폭은 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 0.5A에서 1A로 변경할 수 있다. 변경된 1A로도 기대되는 온도 상승속도에 미치지 않으면 예를 들어 1.3A로 다시 변경할 수 있다. 충전전류값에 의하여 온도가 B 온도 이상으로 상승할 수 있을 때까지 서서히 충전전류값을 증가시킬 수 있다. 일단, 충전전류값을 증가시켰고 그 충전전류값에 의하여 온도가 B 온도 이상으로 상승한다면 상기에서 설명한 바와 동일한 충전동작을 위한 제어를 수행하게 된다. Meanwhile, the initial charging current value can be set to a sufficiently low value, for example, 0.5A. In this case, the charging current value can be gradually increased while checking the temperature increase rate. The increase in charging current value can be set in advance. For example, you can change from 0.5A to 1A. If the changed 1A does not reach the expected temperature rise rate, it can be changed back to, for example, 1.3A. Depending on the charging current value, the charging current value can be gradually increased until the temperature can rise above the B temperature. First, if the charging current value is increased and the temperature rises above the B temperature due to the charging current value, the same charging operation control as described above is performed.
본 발명에서, 리니어 충전회로부(B01), 데이터 모니터 회로부(B02), 충전전류 제어부(C03), 데이터 설정부(C04), 연산증폭기들(com1 내지 com4) 등은 하나의 반도체칩으로 구성될 수도 있고, 2 ~ 3 개의 부품으로 구성될 수도 있다. In the present invention, the linear charging circuit unit (B01), the data monitor circuit unit (B02), the charging current control unit (C03), the data setting unit (C04), the operational amplifiers (com1 to com4), etc. may be composed of one semiconductor chip. and may be composed of 2 to 3 parts.
다음으로, 본 발명의 스마트 리니어 배터리 충전 시스템에서 리니어 충전회로부(B01)의 전단에 스위치 수단(QP10)이 배치될 수 있다. 스위치 수단의 전방 단자와 후방 단자 사이에는 스위치 수단(QP10)과 병렬로 저항 수단(RP01)이 배치될 수 있다. 온도가 상승할 때 충전전류 제어부(C03)는 스위치 수단(QP10)을 개방시켜서 저항 수단(RP01)에 의하여 전력을 소비시킴으로써 충전전류를 조절할 수 있다. 이러한 수단들은 외부 전원공급장치가 전압변경기능을 가지지 않는 경우, 즉 입력전압으로 고정전압만을 공급하는 경우, 충전회로부(B01)의 온도가 상승할 때 충전회로부(B01)에 입력되는 전압을 낮추어서 충전회로부(B01)에서 발생하는 열을 감소시키기 위한 것이다. 그럼으로써 충전회로부(B01)에는 상대적으로 높은 충전전류가 흐르게 제어할 수 있어 충전시간을 상대적으로 단축시킬 수 있다. 한편, 스위치 수단(QP10)에 의하여 외부 전원공급장치가 공급하는 전압을 감소시키는 기능을 사용하지 않을 경우에는 스위치 수단(QP10)은 바이패스(bypass)시켜 사용하거나 외부 이상전압 인가시 회로보호용으로 사용할 수 있다. Next, in the smart linear battery charging system of the present invention, a switch means (QP10) may be disposed at the front of the linear charging circuit unit (B01). A resistance unit (RP01) may be disposed in parallel with the switch unit (QP10) between the front and rear terminals of the switch unit. When the temperature rises, the charging current control unit C03 can control the charging current by opening the switch unit QP10 and consuming power through the resistor unit RP01. These means charge by lowering the voltage input to the charging circuit unit (B01) when the temperature of the charging circuit unit (B01) rises when the external power supply device does not have a voltage change function, that is, supplies only a fixed voltage as the input voltage. This is to reduce the heat generated in the circuit part (B01). As a result, a relatively high charging current can be controlled to flow through the charging circuit unit (B01), thereby relatively shortening the charging time. On the other hand, when the function of reducing the voltage supplied by the external power supply by the switch means (QP10) is not used, the switch means (QP10) can be bypassed or used for circuit protection when an external abnormal voltage is applied. You can.
Claims (6)
상기 전원공급장치가 상기 리니어 충전회로부에 공급하는 전압을 변경하는 기능을 가지고 있지 않은 경우에는, 상기 충전전류 제어부는 미리 설정된 충전전류값으로 상기 배터리가 충전되게 제어하고, 온도센서에 의하여 측정된 온도가 B 온도 이상이 되면 충전전류를 감소시키며, 상기 온도가 더 올라가 C 온도에 도달하면 충전을 멈추고, 상기 온도가 A 온도로 다시 내려오면 미리 설정된 충전전류값으로 다시 충전하며, 상기 온도들은 A < B < C 순서의 크기로 정의되는 것임을 특징으로 하는 스마트 리니어 배터리 충전 시스템.According to paragraph 1,
If the power supply device does not have a function to change the voltage supplied to the linear charging circuit, the charging current control unit controls the battery to be charged with a preset charging current value, and the temperature measured by the temperature sensor When the temperature rises above B, the charging current is reduced. When the temperature rises further and reaches the C temperature, charging is stopped. When the temperature falls back to the A temperature, the charging current is recharged at a preset value. The temperatures are A < A smart linear battery charging system characterized in that it is defined by the size of the order B < C.
상기 미리 설정된 충전전류값은 상기 충전동작에 의하여 상기 온도가 B 온도 이상으로 상승하게 하는 전류값임을 특징으로 하는 스마트 리니어 배터리 충전 시스템. According to paragraph 2,
A smart linear battery charging system, wherein the preset charging current value is a current value that causes the temperature to rise above the B temperature by the charging operation.
상기 스마트 리니어 배터리 충전 시스템에서 상기 리니어 충전회로부의 전단에 스위치 수단이 배치되고, 상기 스위치 수단의 전방 단자와 후방 단자 사이에 상기 스위치 수단과 병렬로 저항 수단이 배치되며, 상기 온도가 상승할 때 상기 충전전류 제어부는 상기 스위치 수단(QP10)을 개방시켜서 상기 저항 수단에 의하여 전력을 소비시킴으로써 상기 충전전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 스마트 리니어 배터리 충전 시스템.According to any one of paragraphs 2 and 3,
In the smart linear battery charging system, a switch means is disposed at the front of the linear charging circuit unit, a resistance means is disposed in parallel with the switch means between the front and rear terminals of the switch means, and when the temperature rises, the A smart linear battery charging system, wherein the charging current control unit controls the charging current by opening the switch means (QP10) and consuming power by the resistor means.
상기 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 상기 리니어 충전회로부로부터 전기적 신호를 입력받아 특정 데이터를 모니터하여 상기 특정 데이터를 상기 충전전류 제어부로 전달하는 데이터 모니터 회로부를 더 포함하며, 상기 특정 데이터는 상기 헤드룸 및 상기 충전전류를 포함하거나, 상기 헤드룸, 상기 충전전류 및 상기 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 리니어 배터리 충전 시스템. According to any one of claims 1 to 4,
The smart linear battery charging system further includes a data monitor circuit unit that receives an electrical signal from the linear charging circuit unit, monitors specific data, and transmits the specific data to the charging current control unit, wherein the specific data includes the headroom and the A smart linear battery charging system comprising charging current, headroom, charging current, and temperature.
상기 스마트 리니어 배터리 충전 시스템은 데이터 설정부를 더 포함하고, 상기 데이터 설정부에 설정되는 데이터는 최대 충전전류 및 최대 헤드룸을 포함하며, 상기 데이터 설정부에 설정된 상기 데이터는 상기 충전전류 제어부가 참조하는 것임을 특징으로 하는 스마트 리니어 배터리 충전 시스템.
According to any one of claims 1 to 5,
The smart linear battery charging system further includes a data setting unit, the data set in the data setting unit includes a maximum charging current and a maximum headroom, and the data set in the data setting unit is referenced by the charging current control unit. A smart linear battery charging system characterized by:
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR101429769B1 (en) | 2007-11-27 | 2014-09-23 | 엘지전자 주식회사 | Apparatus and method for an battery charger |
| KR101923979B1 (en) | 2012-06-22 | 2018-11-30 | 엘지디스플레이 주식회사 | System and Method for Charging Battery |
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2022
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