USB PD를 활용한 유니버셜·급속 배터리 충전
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USB PD를 활용한 유니버셜·급속 배터리 충전
  • 선연수 기자
  • 승인 2020.08.07 08:40
  • 댓글 0
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[테크월드=선연수 기자]

소비자들은 휴대용 전자기기를 언제 어느 곳에서든 편리하게 충전하길 원한다. 예를 들어, 여행객들이 비행기나 기차 탑승 대기 시 휴대전화, 노트북, 헤드폰 등의 기기를 충전하는 모습을 흔히 볼 수 있다. 그러나 디바이스마다 충전 방식이 달라, 소비자들은 기기별로 각기 다른 어댑터를 챙겨야 해 많은 불편함이 따른다[그림 1]. 이런 불편을 최소화하기 위해 엔지니어는 배터리 충전 시스템을 설계할 때 다양한 입력 소스 속에서도 충전이 이뤄지도록 만들어야 한다.

 

[그림 1] 다양한 입력 소스와 어댑터를 사용하는 전자기기 충전

 

왜 USB Type-C PD로 충전하는가?

단일 칩 충전기 IC를 통해 구성과 입력 전압 범위가 각기 다른 배터리로 구동되는 모든 기기를 충전할 수 있도록 설계하는 것은 복잡한 일이다. 기존 어댑터들은 배터리 구동 디바이스와 호환되도록 설계돼 있지 않으며, 기존 USB 어댑터들도 5~15W 수준으로 전력이 제한돼 충전을 지원하는 디바이스가 한정적이다.

USB Type-C PD는 [그림 2]와 같이 다양한 애플리케이션을 빠르고 효율적으로 충전할 수 있는 대안을 제시한다. 이는 USB PD의 출력 전압 범위를 조정할 수 있어, 5W~100W(20V/5A) USB PD 전력 범위를 활용하는 다양한 배터리 구성, 각기 다른 배터리 구동 디바이스의 충전을 지원할 수 있다.

 

[그림 2] USB PD를 사용한 보편적이고 빠른 충전 시스템 구현

 

유니버셜·급속 충전 솔루션

앞에서 말한 여행객 사례를 조금 더 깊게 살펴보자. 여행객에겐 충전에 사용될 전원 공급 장치를 찾는 게 쉽지 않은 일이다. 이런 환경을 고려해 충전을 원하는 하나 또는 여러 개의 전자 기기가 빠른 속도로 최대 배터리 용량까지 충전되며, 한 번의 충전으로 오래 작동하는 것이 좋다. 만약 15분이라는 짧은 경유 시간 동안 기기를 잠깐 충전하더라도, 배터리가 몇 시간 정도는 더 작동할 수 있도록 해야 충분할 것이다.

사용자들의 이런 요구에 부응하기 위해 설계 엔지니어들은 다음과 같은 조건을 충족하는 솔루션이 필요하다.

- 구성(직렬로 1s(셀)부터 4s까지)과 입력 전압이 각기 다른 배터리 구동 디바이스를 충전할 수 있도록 유니버셜 충전은 가능하면서도 설계는 간소화

- 배터리 용량을 극대화해 배터리 사용 시간을 늘리고 소비자 만족도 향상

- 발열을 줄이면서도 효율적인 충전을 지원해 배터리 IC 내 전력 손실 최소화

- 결함으로부터 입력 어댑터, 배터리, 시스템 보호

텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments, 이하 TI)의 통합 벅-부스트 배터리 충전기 IC BQ25790와 BQ25792는 USB PD 입력을 사용해 3.6~24V 입력 전압 범위에서 1~4s 배터리 충전 시 높은 유연성을 보여준다.

벅-부스트 배터리 제품은 여러 기능을 통합하고 있어 휴대전화, 노트북, 블루투스 헤드셋, 의료용 디바이스 등 규격에 제약이 있는 소형 배터리 구동 디바이스 설계 시 유용하다. 이는 단일 충전기 IC를 사용하는 것이 좋을지, 승압 또는 강압을 통해 애플리케이션을 안전 작동 전압 범위로 유지하기 위한 다중의 전력단을 사용하는 것이 좋을지에 대한 선택을 지원한다.

BQ25790, BQ25792는 초저전력 충전기 IC로, 작동 중 배터리 사용 시간을 늘려주며, 애플리케이션을 사용하지 않을 경우 최대한 많은 배터리 전력을 절약한다. 전력 소모도 낮고 탑오프(Top-off) 타이머 기능을 탑재해 정상적인 충전 주기에서 추가적인 충전을 지원함으로써 배터리의 최대 용량까지 충전할 수 있다[표 1].

 

[표 1] TI의 BQ25790과 BQ25792로 프로그램할 수 있는 것들

사용 시간이 길고, 빠르고 효율적인 충전 시스템의 설계 간소화 있어 USB PD 충전은 BOM을 절감하고 전체 솔루션 크기를 줄이며, 다양한 애플리케이션을 충전할 수 있는 유연성을 제공한다.

 

글: 유팔 파텔(Upal Patel),TI 프로덕트 마케팅 엔지니어
자료제공: 텍사스 인스트루먼트

- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <EPNC 電子部品> 2020년 8월 호에 게재된 기사입니다.


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