TI, 배터리를 가장 빠르게 충전하는 최대 어댑터 출력 찾기

  • 2017-11-15 오전 11:33:34
  • 박종배 기자, jbpark@elec4.co.kr

우리는 스마트폰이 가능한 빠르고 안전하게 충전되기를 원한다. 일반적으로 스마트폰 또는 기타 모바일 기기의 케이블이 연결되는 집적회로(IC)는 그림 2와 같은 배터리 충전 IC이다. 이 IC는 스마트폰에 전력을 공급하고 배터리를 충전하여 어댑터가 없는 경우에도 시스템에 전력을 제공한다.

  

누구나 스마트폰을 급히 충전해야 하는 상황이 생기면 USB 소스나 임의의 케이블을 찾아 배터리를 충전할 것이다. 만약 낮은 전력의 벽면 어댑터(소스)나 품질이 좋지 않은 케이블을 사용한다면 대부분의 충전기는 입력 소스 전류가 사전에 설정된 최대 전압을 초과하거나 소스 전압이 사전 설정된 전압 미만으로 떨어지지 않도록 충전 전류를 감소시킨다.

 
               그림 2: 벽면 어댑터와 배터리 충전 IC

 

사전 설정된 전압 및 전류 제한은 USB 소스/케이블 조합에 대한 최적의 전압이 아닐 수 있기 때문에, 이러한 경우 소스가 최대 출력 전력을 제공하지 못한다. 소스가 배터리 충전 IC에 더 많은 전력을 공급할 수록 배터리는 더 빠르게 충전된다. 만약 임의의 USB와 호환되지 않거나 서드파티 어댑터와 케이블 조합을 이용한다면 충전기가 소스의 최대 전력을 찾을 수 있는 알고리듬을 탑재하는 것이 이상적이다.

충전기의 사전 설정된 최대 전류는 소스 유형에 따라 다르다. 레거시 USB 소스에서 충전하는 경우 많은 충전 IC는 USB 데이터 라인(D+, D-)을 사용하여 USB 소스 유형(표준 다운스트림 포트[SDP] 또는 충전 다운스트림 포트[CDP])를 탐지해 최소 USB 호스트가 열거되고 소스의 실제 전류 성능에 관한 더 많은 정보를 제공할 수 있을 때까지 그에 대응하는 최대 전류 성능을 검출한다.

IC가 USB 소스를 감지하지 못한다면, 소스는 자체 최대 전류 성능을 가진 독자적인 어댑터일 가능성이 높다. 통신 기능이 없는 표준 “월워트 (wall-wart)” 어댑터(전용 충전 포트[DCP] 어댑터)는 광범위한 전류 성능을 가질 수 있다. 충전기의 입력-전류 피드백 루프(IINDPM)는 검출된 전류 성능을 사용하여 충전기가 더 많은 입력 전류를 끌어오지 못하도록 방지한다.

레거시 데스크톱/랩톱 USB 포트가 알려진 허용오차와 함께 단 5V를 제공하는 데 반해 최신 USB 포트와 어댑터는 USB 호환 케이블에서 다른 허용오차를 가지면서 더 높은 전압을 제공한다. 만약 소스나 어댑터가 정격 전류를 제공하지 못하거나, 또는 서드파티 어댑터나 소스에서부터 스마트폰까지 높은 저항의(저렴하거나 매우 긴 길이의) 전원 케이블을 사용한다면 충전 IC의 입력 전압과 사용 가능한 전력은 저하된다. 이 경우 충전 시 또는 충전으로 인한 어댑터 손상이나 발진을 방지하는 충전기의 두 번째 방어선은 입력 전압 피드백 루프(VINDPM)로, 입력 전압이 고정된 임계 값보다 낮게 떨어지지 못하도록 충전기의 입력 전류를 더욱 감소시킨다.

전원 소스와 케이블 조합으로부터 최대 전력을 얻기 위해 초기에 감지되는 전류 설정과 사전 설정된 전압 임계값에 의존하는 방법으로는 충전기가 소스로부터 최적의 전력을 추출하기는 어렵다. ICO 회로는 충전기가 전원 소스와 케이블 조합으로부터 끌어올 수 있는 최대 또는 최적의 전류(IOPT)를 지능적으로 식별하고 재설정하여 소스의 손상 없이 가장 빠른 충전을 달성한다.

그림 3은 ICO 알고리듬의 기본 동작을 보여준다. 충전기는 어댑터 전압이 VINDPM 설정으로 떨어질 때까지 증가된 전류를 끌어온다. 그런 다음, 충전기는 입력 전류를 한 단계 뒤로 돌려 IINDPM 임계값을 IOPT로 설정한다.

 
                          그림 3: ICO 알고리듬 예시

표 1은 서로 다른 전류 정격을 갖는 두 개의 어댑터가 두 개의 다른 USB 케이블을 통해 bq25890에 전력을 공급하는 것을 나타낸 것이다. 1번 케이블은 낮은 저항을 갖는 고품질 케이블이며, 2번 케이블은 더 높은 저항을 갖는 저가의 매우 긴 케이블이다.

 
                                    표 1: ICO 실험 결과

1번 케이블은 권장되는 고품질 케이블인 반면, 2번 케이블은 길이가 더 길기 때문에 더 높은 저항을 갖는 케이블이다. ICO 회로는 1번 케이블을 통해 전력을 공급받을 때 두 어댑터의 실제 성능을 모두 검출한다. 검출된 전류는 어댑터의 출력 전력 허용오차로 인해 약간 높다. 전류 공급 성능은 2번 케이블을 사용할 경우 감소되지만, ICO 회로는 여전히 이를 검출한다. 따라서 ICO를 탑재하는 충전기는 임의로 선택된 케이블에서 어댑터 전력 사용을 최적화함으로써 업계에서 가장 탁월한 솔루션을 제공한다.

휴대폰의 배터리가 얼마 남지 않아 빨간색으로 점등되면, 우리는 누구나 가장 먼저 사용할 수 있는 어댑터 소스와 케이블을 이용해 휴대폰을 충전한다. bq2589x 제품군의 충전기와 같은 ICO 회로를 탑재한 충전기는 대부분의 어댑터/케이블 조합에서 최대 출력 전력 성능을 찾아내므로 어댑터 과부하 없이 배터리를 가장 빠르게 충전할 수 있다.

 

 

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