KR19990007461A - 전원 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전원은 예를 들면, HDD(Hard Disk Drive), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory) 드라이브 또는 이와 유사한 모터 구동 장치에 접속된 전기 이중층 캐패시터와, 예를 들면, 라디오 송신기에 내장된 펄스 발생 소자에 접속된 다른 전기 이중층 캐패시터를 구비한다. 상기 캐패시터는 각각 상기 장치가 동작하는 동안 관련 장치의 부하가 급격히 변할 때 전력을 공급한다. 따라서, 주 전원이 그러한 전력을 공급할 필요가 없게 된다. 적층 폴리머 전지는 저전압 IC(집적 회로)에 접속되어 여기에 전력을 공급한다. 따라서 상기 주 전원이 상기 저전압(IC)에 전력을 공급할 필요가 없고, 짧은 급전선으로 상기 적층 폴리머 전지와 IC를 접속하기만 하면 된다. 상기 짧은 급전선으로 상기 IC로 전송되는 노이즈가 감소되어 노이즈로 인한 기능 저하가 감소된다.

Description

전원 회로

본 발명은 전자 장치의 전원 회로에 관한 것으로서 주 전원 및 복수의 보조 전원을 구비하는 전원 회로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전자 장치에 순간적인 부하 변동이 발생하거나 주 전원의 효율이 현저하게 떨어질 때 전력을 보장할 수 있는 전원 회로에 관한 것이다.

퍼스널 컴퓨터 또는 이와 유사한 전자 장치는 그 장치의 동작 상태에 따라서 다양한 종류의 부하 변동이 발생한다. 예를 들면, HDD(Hard Disk Drive), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory) 드라이브 또는 이와 유사한 모터 구동 장치에는 급속한 부하 전류가 발생한다. 정상 부하를 넘어서는 상기 부하 전류를 극복하기 위하여, 전원 회로는 예기되는 최대 부하 전류를 처리할 수 있는 능력이 있어야 한다. 반면에, 전자 장치는 때로는 비교적 작은 전류만을 필요로 하는 모드로 구동된다. 예를 들면, 퍼스널 컴퓨터에서 사용되는 스톱 클록 기능이 활성화되거나 또는 비디오 테이프 레코더 또는 텔레비전(TV) 수상기가 대기 상태에 있을 때, 필요한 전력은 전원의 설계된 최대 용량의 약 1/100이면 족하다. 따라서 상기 전원 회로는 이러한 낮은 부하 전류에서도 제대로 동작하여야 한다.

전술한 종래의 전원 회로는 다음과 같은 부하 변동과 관련하여 해결하지 못한 몇 가지 문제점을 안고 있다. 상기 최대 순간 부하 전류를 다루기 위해 설계된 전원은 규모가 커져서 상기 장치의 전체 크기 및 비용을 증가시킨다. 휴대용 전화기 또는 이와 유사한 휴대용 장치에 있어서 상기 문제점은 특히 심각해진다. 상기 전원이 전지에 의해 수행될 경우, 상기 전지도 전술한 부하 변동을 처리해야 한다. 이 때문에 상기 전지에 부하가 증가하고 따라서 전지의 수명이 단축된다. 즉, 전지에 의해 전력이 공급되는 장치의 동작 시간이 단축된다.

다른 문제점은 발진 펄스 타입의 장치는 전지의 전압을 급격히 떨어뜨린다는 것이다. 특히, 높은 내부 임피던스를 가지는 2차 전지에 의해 전력이 공급되는 휴대용 장치가 연속적으로 큰 전류 펄스를 발진한다고 가정해보자. 그러면, 상기 전지는 저장된 전기를 모두 소모하기 전에 종료 전압에 이르게 된다. 그 결과, 상기 장치의 연속적인 동작 시간은 감소된다. 상기 문제점에 대해서는 하기에 더욱 상세히 검토된다.

또 다른 문제점은 소정의 전원 용량에 대하여 부하 변동이 적은 경우, 효율적인 전력 변환이 이루어질 수 없다는 것이다. 따라서, 요구된 전류보다 훨씬 더 큰 전력이 단순히 열로서 방출되어 에너지 변환 효율이 극히 낮아진다. 예를 들어 비디오 테이프 레코더가 최대 전원 용량이 80W이고, 대기 상태에서 0.1W의 전력을 소모한다고 가정해보자. 그러면, 상기 전원은 약 10%까지만 낮아질 수 있기 때문에 9.1W의 전력이 열로서 낭비되어, 임계 정도까지의 에너지의 효율적인 사용을 방해한다.

일본 특허 공개 공보 제 7-225380 및 3-226029호에는 단일 전자 장치에 복수의 전원을 설치한 경우가 개시되어 있다. 일반적으로, LCD(액정 디스플레이) 모듈이 휴대용 장치에 의해 구동될 때, 종래의 전지는 작은 용량 때문에 백라이트를 켤 수 없다. 상기 공개 공보 제 7-225380호에 개시된 바에 의하면, 태양 전지가 2차 전지 뒤에 위치되어 있어서 상기 태양 전지에 의해 발생된 전력으로 2차 전지를 충전한다. 상기 2차 전지와 태양 전지를 조합하면, 전력의 총 량을 증가시킬 수 있고 휴대용 장치의 백라이트를 켤 수 있다. 그러나, 이들 조합은 부하 변동을 다룰 수 있는 전원과 전지의 배치로 얻을 수 있는 에너지의 효율적인 사용과는 거리가 있다. 공개 공보 제 3-226029호는 라디오 부에 할당된 전원 외에 2차 전지를 구비하는 라디오 페이저를 제공한다. 상기 제 2 전지는 발진기, 스피커 또는 이와 유사한 경보 수단을 구동하는데 사용된다. 이러한 구성에 의해, 상기 경보 수단에 의해 발생되어 상기 라디오 부의 전원에 이르기 쉬운 노이즈에 의한 감도의 저하를 줄일 수 있다. 그러나, 이러한 구성은 노이즈가 상기 전원에 들어가지 않도록 하기 위하여 단순히 노이즈를 발생하는 회로와 전원을 분리한 것일 뿐이며 전술한 에너지의 효율적인 사용과는 거리가 멀다.

태양 광선 또는 풍력을 이용하는 전력 발생 시스템에서, 이들에 의해 발생된 전력은 일정하지 않고 시간에 따라서 종종 변한다. 일본 특허 공개 공보 제 3-22829호 및 5-328633호는 각각 보조 전원 또는 상업적으로 사용할 수 있는 전원을 전술한 전력 발생 시스템과 합께 사용하는 것에 대하여 제안하고 있다. 그러나, 이러한 제안은 단순히 공급측의 전력 변동 수준일 뿐 요구측에서 발생하는 부하 변동과 협력할 수 없다. 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제 6-150951호에서는 효율적으로 전력을 발생하는 동안 부하에서의 급격한 증가를 포함하는 부하 변동을 흡수하기 위하여, 연료 전지 및 전력 발생을 위한 개스 엔진의 결합을 검토하고 있다. 그러나, 상기 제안안의 응용은 가정 및 건물에 제한된다. 구조상의 이유 및 상기 장치는 마이크로초 및 밀리초 정도의 응답 시간을 필요로 하기 때문에, 개인용 컴퓨터 또는 유사한 전자 장치, 특히 휴대형 전자 창치에 가스 터빈을 응용하는 것은 어렵다.

더욱이, 종래의 전원 회로는 노이즈 문제가 있다. 회로 또는 시스템으로부터 유도된 노이즈가 얼마나 경감되어야 하는지는 다자인 측에서 긴급한 해결책을 요구하는 문제중의 하나이다. 오늘날, 여러 종류의 회로, 즉, 통신 및 계산용 회로는 여러 방식에서 상호간에 근접하게 배열되고 종종 간섭하여 동작된다. 이것은 근래의 소형화 및 다기능 장치의 추세, 즉, 회로 장치의 밀집된 장착 및 낮은 구동 전압으로 더욱 악화되고 있다. 이 밀집된 장착은 간섭의 가능성을 증가시키고, 낮은 구동 전압은 IC(집적 회로)의 임계 전압을 감소시킨다. 따라서, 장치는 작은 노이즈에 의해서조차도 잘못 기능하게 된다. 일반적으로, 노이즈 경로는 Henry W. Ott에 의한, 전자 시스템에서의 노이즈 감소 기술의 제 2판, 18-19페이지에 설명된 바와 같이, 노이즈 소스, 이 노이즈 소스로부터의 노이즈 출력을 전달하는 결합 채널, 및 노이즈에 응답하는 회로 또는 리셉터를 포함한다. 노이즈 소스 및 리셉터에 응용가능한 측정값이 거의 없기 때문에, 노이즈에 대항하는 결합 채널을 개발하는 것은 일반적인 것이다. 도체는 회로에 노이즈를 전달하는 가장 명백한 구성 요소이지만 간과된다. 노이즈를 포함하는 환경에서 놓여진 도체는 노이즈를 픽업하여 또다른 회로에 노이즈를 전달한다. 특히, 전원으로부터 연장된 급전선은, 전원이 장치내의 특정 위치에 위치되기 때문에, 주어진 회로 장치에 소정의 길이이상으로 제공될 수 없다.

본 발명에 관련된 기술은 또한 일본 특허 공개 공보 번호 제 55-133768호, 55-133772호, 63-25984호, 63-36319호, 및 8-308104호에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 작은 크기 및 가벼운 중량 구조의 전자 장치의 구현을 촉진하고 장치의 연속적인 동작 시간을 증가시키기 위해, 주 전원과 다수의 보조 전원을 포함하고, 전원들과 사용 가능한 전자 에너지의 효과적인 사용을 증대시킬 수 있는 전원 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 급전선을 통한 노이즈의 회로 장치에 대한 결합을 최소화하여 전자 장치의 신뢰도를 증대시키고 전력의 절약을 증대시킬 수 있는 전원 회로를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 전자 장치용의 전원 회로는 주 전원, 및 부하에서의 순간적인 변화가 전자 장치에서 발생할 때, 부하에서의 순간적인 변화에 필요한 전력을 입력하기 위한 다수의 분배된 보조 전원을 포함한다. 각각의 보조 전원은 전기 이중층 캐패시터중의 하나 또는 유사한 전기화학적 캐패시터 및, 전도성 폴리머로 형성된 양극 및 음극을 갖는 2차 전지에 의해 구현된다.

또, 본 발명에 따라, 전자 장치용의 전원 회로는 주 전원 및, 상기 전원의 효율성을 눈에 띄게 강하시키는 작은 전력을 각각 소모시키는 장치들의 주변에 분배된 다수의 보조 전원을 갖는다. 보조 전극은 각각 전도성 폴리머로 형성된 양극 및 음극을 갖는 2차 전지에 의해 구현된다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1은 대화 모드와 대기 모드간에서 휴대형 전화의 구동 전류가 어떻게 변화하는지 도시한 도면.

도 2는 리튬 이온 전지의 단자 전압이 시간 경과에 따라 어떻게 변화하는지 도시한 도면.

도 3은 스위칭 전원으로 사용 가능한 전원 효율성을 도시한 도면.

도 4는 급전선(feed line)의 길이와 잔류 리플 전류간의 관계를 도시한 도면.

도 5는 본 발명을 구현하는 전원 회로를 개략적으로 도시하는 블록도.

도 6은 도 5의 실시예로 실현가능한 부하 할당을 도시한 도면.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 특정의 대안의 실시예를 각각 도시하는 개략적인 블록도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

5a : 출력 단자 11 : 프린터 헤드

13 : RF 모듈 15 : 광 수신부

본 발명을 양호한 이해를 위해, 앞서 설명된 펄스 발진에 속하는 전지의 급속한 전압 강하가 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 설명될 것이다.

도 1은 리튬 이온 전지나 2차 전지로 전력을 공급받는 휴대폰에서, 통신 모드 및 대기(stand-by) 모드에서 소모되는 전류를 도시한다. 도 2는 시간 경과에 따라 발생하는 상기 리튬 이온 전지의 단자 전압의 변화를 도시한다. 도시한 바와 같이, 통화 시, 상기 전지의 기전력은 상기 전지의 내부 임피던스의 급격한 하락, 즉, 약 1V의 하락에 따라 급격히 떨어진다(IR 강하). 상기 전압 강하(ΔV)는,

ΔV = I × R

과 같이 표현되고, 여기서 I 및 R은 각각 펄스 전류(A)와 전지의 내부 임피던스(Ω)을 나타낸다. 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전지의 내부 임피던스는 약 100mΩ이지만, 펄스 발진(대화) 시의 펄스 전류는 10A이어서, 상기 전압 강하(ΔV)는 1V(10×0.1=1)이다.

휴대폰 발진 펄스에서, 상기 전지 전압은 내부 임피던스로 인해 상기 전압 강하(ΔV)로부터 회복되지 않고 조금씩 떨어진다. 일반적으로, 리튬 이온 전지는 약 3.2V인 종료 전압(end voltage)을 갖고, 상기 종료 전압을 초과하는 방전은 양극 활성 재료의 구조를 역행함이 없이 변화시켜, 상기 전지의 충전 및 방전 특성을 급격히 열화시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 통화는, 상기 리튬 이온 전지가 상기 종료 전압(종료 시간) 이상에 도달하는 시간까지만 계속할 수 있다. 예를 들어, 휴대폰이 대기 모드로 되는 등의, 펄스 발진이 종료하면, 소비되는 전류는 당연히, 도 1에 도시된 바와 같이, 약 0.1A로 줄어든다. 그 결과, 상기 내부 임피던스로 인한 전압 강하(ΔV)는 약 0.1V로 감소하고, 복구될 상기 전지 전압은 상기 통화 레벨로 된다. 상기 방법으로, 높은 내부 임피던스를 갖는 2차 전지에 의해 전원이 공급된 휴대폰이 큰 전류의 형태의 펄스를 계속해서 발진하는 경우, 상기 전지는 완전히 사용되어 내부에 기억된 전기가 없는 종료 전압에 도달한다. 이는 상기 휴대폰의 연속 동작 시간을 감소시킨다.

도 3은 전원을 스위칭하는 부하 전류에 관한 에너지 변환 효율을 나타내는 곡선을 도시한다. 상기 곡선은, 소정의 전원 용량에 대해 부하의 변화가 작을 경우, 효율적인 용량 변환이 효과를 얻을 수 없기 때문에 필요한 전류보다 훨씬 많은 전력이 열로서 간단히 소비된다는, 종전 설명을 나타낸다. 그 결과, 상기 에너지 변환 효율은 급격하게 떨어진다. 도 4는 공극 라인의 길이와 잔류 리플 전류 사이의 관계 및 앞에서 일찍이 설명한 노이즈 문제를 도시한다.

본 발명에 따라, 분배 전원 회로는 전기 이중층 캐패시터와 적층 폴리머 전지를 포함한다. 상기 전기 이중층 캐패시터는, HDD, CD-ROM 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 즉, 유사한 모터 구동 장치, 또는 동작이나 연속적으로 출력되는 전류 펄스의 시작에서 급격한 부하를 실행하기 위한 전력을 공급하는 무선 전송기 등에 구비된 펄스 구동 장치에 접속된다. 상기 적층 폴리머 전지는, 가정용 TV 수신기의 원격 제어 회로에 포함된 적외선 수신부 등에 접속되거나, DRAM(동적 랜덤 액세스 메모리) 또는 동일한 저전압 IC의 근처에 위치하여, 전력이, 짧은 급전선을 통해 전자로부터 후자로 공급될 수 있다.

상기 전기 이중층 캐패시터는 활성 카본으로 형성되고 도전 고무나 동일 전류 모집체(current collecting body)에 위치한 두 전극을 포함하는 단일 유닛을 갖는다. 상기 두 전극은 이온 투과막을 통해 서로 접한다. 전해액은 술폰산 이온을 포함한 희석된 술폰산 이온이나 이온을 형성하는 동일 전기 이중층 등이다. 상기 캐패시터는 활성 카본 상에 형성된 전기 이중층에 저장된 전하를 사용하고, 따라서, 전해질 캐패시터 등의, 다른 종류의 캐패시터에서 사용할 수 있는 전하보다 많은 전하가 저장될 수 있고(수백 패럿에 이르기까지), 충전 및 방전의 회수가 물리적 충전 용량에 제한되지 않으며, 나노초(nanosecond) 단위의 급속한 충전 및 방전이 가능하다는 이점이 있다. 상기 캐패시터는 주 전원과 병렬로 접속되고, 상기 주 전원에 의해 순간적으로 충전되는 동안 부하 소스(load source)를 방전시킨다.

적층 폴리머 전지는 Cu, Al 또는 유사한 전류 모집체 상에 형성된 도저성 폴리머인 양극 활성 재료(positive active pole substance)와, Zn 또는 유사한 금속(리튬 금속 제외) 전류 모집체나, Cu, Al 또는 유사한 전류 모집체 상에 형성된 전도성 폴리머인 음극 활성 재료를 포함하는 단일 유닛을 갖는다. 상기 두 전도성 폴리머는 이온 투과막을 통해 서로 접한다. 전해액으로는, 퍼클로레이트나 유사한 전해액 수용액, 또는, 폴리머 고체 전해액, 또는 겔로 만들어진다. 주의할 점은 리튬 이온을 포함한 재료는 지지 전해액으로 사용될 수 없다는 것이다.

2차 전지의 충전 및 방전 특성을 제한하는 주 요소는, 충전 및 방전 반작용에 기인한 전극 재료 구조를 변경시킬 수 없다는 것이다. 예를 들면, 양극 반작용에 관한 한, 리튬 이온 전지의 충전 및 방전은 LiCoO₂→ Li_1-xCoO₂+ Li_x+ xe^-로서 처리된다. LiCoO₂의 perovskite 구조는 리튬 이온(Li⁺)의 분리 및 디포지션에 의해 조금씩 파괴된다.

적층 폴리머 전지에서는, 양극 및 음극의 반작용은 전도성 폴리머상의 불순물의 분리 및 디포지션이나, 폴리머 불순물이나 전도성 폴리머의 술폰산(sulfone) 상의 프로톤의 분리 및 디포지션에 기초하여 발생한다. 이런 유형의 전지는 롱 사이클 수명(1백만회 까지)과, 리튬이나 리튬 이온의 결핍으로 인한 안전성과, 간단한 포장의 특징을 갖는다. 또한, 이러한 특징으로 인해, 상기 전지는 회로에 온 보드 구성으로 장착이 가능하며 교환될 필요가 없다. 또한, 상기 전지는 폴리머 고체 전해물이나 전해물용 겔로 만들어지는 경우는 얇다.

2차 전지의 특수 구성은 예를 들면 Journal of Power Sources, 47(1994), 89-107페이지에 개시되어 있다. 특수 구성은 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아닐린이나 그로부터 추출 가능한 것을 활성 재료로서 각각 사용한다. 전체 전원 회로를 고려하면, 개별 장치의 필수 특성은 별문제로 하고, 주 전원과 각각이 최대 성능을 갖춘 결합 장치를 제공하는 보조 전원들을 분배하는 것이 필요하다.

본 발명에 따르면, 전기 이중층 캐패시터 각각은 HDD, CD-ROM 드라이브, 플로피 디스크 드라이브나 유사한 모터 구동 장치나 라디오 송신기에 포함된 펄스 발생 소자에 접속되어 있다. 캐패시터 각각은 결합 장치의 부하가 장치의 동작 동안 샤프하게 변화하는 때에 전원을 공급한다. 이는 주 전원이 그와 같은 전력을 공급하는 것을 불필요하게 한다. 적층 폴리머 전지는 저전압 IC에 접속되어 전원을 공급한다. 이는 또한 주 전원이 저전압 IC에 전원을 공급하는 것을 불필요하게 하며, 짧은 급전선을 적층 폴리머 전지와 IC에 접속 가능케 한다. 짧은 급전선은 IC로의 노이즈의 전파를 감소시켜 노이즈에 기인하는 기능 불량을 감소시킨다.

도 5는 HDD나 빠른 부하 전류와 연속 펄스 전류를 필요로하는 유사한 모터 구동 장치(1)와, 정상 부하 소자(6)와, 저레벨의 부하를 필요로 하는 저전압 IC(7)을 도시하고 있다. 저전압 IC(7)는 예로서 대기 상태에서 턴온하는 디스플레이 장치이거나 DRAM이다. 전기 이중층 캐패시터(2)는 모터 구동 유닛(1)과 펄스 발생 소자(3)에 각각 접속되어 있다. 주 전원(5)은 충전, 즉 재충전하기 위해 캐패시터(2)에 접속되어 있다. 적층 폴리머 전지(4)는 짧은 급전선(8)에 의해 저전압 IC(7)에 접속되어 잇다. 또한 주 전원(5)은 특별히 도시되어 있지는 않지만 적층 폴리머 전지(4)에 접속되어 있다.

주 전원(5)은 리튬 전지나, 니켈 금속 수소화물 전지나, 유사한 2차 전지 중 하나로 구현될 수 잇으며, DC 전원은 항상 상업적 이용 가능한 전원에 접속되어 있다. 적층 폴리머 전지(4)는 리튬 금속 대신에 전도성 폴리머로 구성된 양극 및 음극을 갖는 유닛 전지의 스택으로서 구현된다. 이 구성으로, 전지(4)는 원하는 기전력을 발생한다. 주 전원(5)이 상업적 이용 가능한 전원에 접속된 DC 전원인 경우, 전지(4)는 항상 충전될 것이다. 주 전원(5)용의 2차 전지(4)로 구성되어 사용되는 경우, 전지(4)는 2차 전지가 재충전되는 시점에서 재충전될 것이다. 주 전원(5)이 2차 전지로 구현되는 경우, 주 전원(5)과 전지(4)의 모두를 포함하는 분배 전원은 주 전원(5) 단독의 에너지 밀도보다 더 높은 에너지 밀도를 실현한다. 주어진 총 에너지에 대해, 주 전원(5)을 구성하는 2차 전지의 크기를 소형화할 수 있다. 한편, 2차 전지로 만들어진 것을 주 전원(5)에 대해 사용하는 경우, 전기 이중층 캐패시터(2)는 각각 2차 전지와 함께 이용 가능한 단지 약 1/100의 밀도로 저장된 에너지 밀도를 갖는다. 따라서, 캐패시터(2)에 저장된 에너지는 저장된 총 에너지로 적게 분배된다.

펄스 발생 소자(3)를 포함하는 전기 장치를 빠른 부하 전류를 필요로 하는 장치로서, DRAM을 저전압 IC(7)로서 , 주 전원(5)으로서 리튬 2차 전지를 가정한다. 도 6은 시간에 따라 이와 같은 장치의 부하 전류의 변화와 캐패시터(2)의 부하 할당간의 관계를 도시하고 있다. 펄스 전류가 적용되는 경우, 캐패시터(2)와 리튬 이온 전지(주 전원(5))는 그들간의 부하를 분할한다. 그 결과, 리튬 이온 전지는 홀로 사용되는 때보다 더 작은 전류를 공급한다. 이는 비터리가 내부 임피던스에 기인하는 전압 강하를 성공적으로 감소시켜 전지의 종료 전압에 도달하는 시점을 연장한다. DRAM이나 일정 부하 소스에 대해서, 전지(4)는 짧은 급전선(8)을 통해 전류를 공급하여 급전선(8)이 노이즈를 전달하는 것을 방지한다.

도 7을 참조하여 본 발명을 구현하는 전원 회로를 설명한다. 도시된 바와 같이, SW 전원(5)은 24V 내지 40V 출력 단자(5a)와 5V 출력 단자(5b)를 포함하며, 50V의 용량을 갖는다. 출력 단자(5a)는 4F/40v 전기 이중층 캐패시터(2)를 통해 프린터 헤드(11)에 접속된다. 프린터 헤드(11)는 모터에 의해 구동된다. 출력 단자(5b)는 제어기(12)에 접속된다.

프린터 헤드(11)가 동작을 개시하기 위해, 40 V 및 2 A, 즉, 80 W의 전류가 전기 이중층 캐피시터(2)의 대향 단자들간에 측정값으로 입력된다. 상기 전류의 약 60%가 캐패시터(2)로부터의 전류 출력으로 사용가능하다. 즉, 캐패시터(2) 및 SW 전원(5)은 프린터 헤드(11)가 동작 개시할 때 각각 48W 및 32W를 갖는다. 캐피시터(2)가 없다면, SW 전원(5)는 80W로 남아있고 80W의 용량이 필요하다. 그러나, 부하가 순간적으로 증가하는 한, 주 전원(5)상의 부하는, 캐패시터(2)가 부하의 일부분을 담당한다면 두드러지게 감소될 수 있다. 캐패시터(2)가 완전히 방전될 때, SW 전원(5)에 의해 즉시 충전되고 다음의 방전을 위해 준비된다. 상기 방식에서, 요구된 전력면에서 순간적인 증가의 경우에 캐패시터(2)가 전력을 입력하도록 함으로써, SW 전원(5)의 요구된 용량을 감소시키고, 전원 회로를 소형화할 수 있다. 전원 회로의 소형화는 전체 장치의 크기 및 비용을 감소시키기에 성공적인 것이다.

본 발명의 대안의 실시예를 설명하기 위해 도 8을 참조한다. 도시된 대로, RF(무선 주파수) 모듈(13)은 리튬 2차 전지 또는 주 전원(5)의 출력 단자에 접속된다. RF 모듈(13)은 모뎀을 구동하는데 사용된다. 2차 전지(5)는 4.2V의 기전력, 600mWh의 에너지 밀도, 300mΩ의 내부 임피던스, 및 3.2V의 종료 전압을 갖는다. 전기 이중층 캐피시터(2)는 2차 전지(5)와 RF 모듈(13)간에 접속되고 1F의 용량 및 150mΩ의 내부 임피던스를 갖는다. 2차 전지(5) 및 캐패시터(2)가 RF 모듈(134)의 발진 구동의 개시 기간에서 전류 부하를 분할하는 방법은 전지(5)와 캐패시터(2)의 대향 단자들간에 흐르는 전류로 결정된다. RF 모듈(13)의 요구된 피크 전압이 2A 및 4A인 전체 6A의 측정값은 각각 2차 전지(5)와 캐패시터(2)로부터 방전된다. 예를 들어, 캐패시터(2)에 할당된 전류는 다음과 같다. 즉,

I(w)=I(sum) x R(Li)/[R(Li) + R(w)]

여기서, I 및 R은 각각 전류 및 임피던스를 나타내고, w, Li 및 sum은 각각 캐패시터(2), 전지(5), 및 합을 의미한다.

2차 전지(5)의 단자 전압은 다름과 같이 시간이 경과함에 따라 변화한다. RF 모듈(13)이 발진 펄스를 시작할 때, 단자 전압은 전지(5)의 내부 임피던스로 인해 즉시 강하한다. 강하된 전압은 RF 모듈(13)이 발진을 중단할 때까지 상승이 회복되지 않는다. 예시적인 실시예에서, 내부 임피던스에 속할 수 있는 전압 강하는 다음에 의해 형성된다. 즉,

2(A) x 300(mΩ)=0.6V

상기 전압 강하는 캐패시터(2)가 없을 때의 측정된 전압 강하보다 훨씬 작은 것이며, 다음과 같이 표현된다.

6(A) x 300(mΩ)=1.8V

상기 언급된 대로, 캐패시터(2) 및 2차 전지(5)에 대한 부하의 할당은 전지(5)의 내부 임피던스에 속할 수 있는 전압 강하를 줄이는데 성공적이다. 결론적으로, 전지(5)가 그 종료 전압에 도달할 때의 시간은 연장된다.

도 9는 본 발명의 또다른 대안의 실시예를 도시한 것이다. 도시된 대로, SW 전원(5)은 40V 내지 80V의 출력 단자(5d) 및 5V출력 단자(5e)를 포함한다. 출력 단자(5e)는 충전 회로(14) 및 적층 폴리머 전지(4)를 통해 광 수신부(15)에 접속된다. 광 수신부(15)는 TV 수상기에 포함되고 수상기가 대기 상태에 있을 동안에, 원격 제어기로부터의 적외선 신호를 수신한다. 광 수신부(15)는, TV 수상기가 사용되지 않을 때조차도 주 전원으로부터 전력을 계속 수신하여, 수상기는 원격 제어기로부터 턴온될 수 있다. SW 전원이 최대 용량의 약 10%까지 변화된 용량을 가질 수 있는 반면에, 광 부신부(15)는 소량의 전력만을 필요로 한다. 도 3은 SW 전원(5)의 전원 효율성을 나타내는 곡선을 도시한 것이다.

예시적인 실시예에서, 요구된 전력이 0,3W라고 하면, SW 전원(5)의 최소 가변 전력은 8W이다. 그때, 7.7W(8-0.3=7.7)의 전력은 열 에너지로서 소모된다. 만일, 광 수신부(15)가 적층 폴리머 전지(4)에 의해 전력 공급된다면, 낭비된 에너지 손실은 방지될 수 있다. 상기 실시예에서, 사이클 수명 관점으로부터 적층 폴리머 전지를 또다른 종류의 2차 전지로 대체하는 것은 바람직하지 않다. 구체적으로, 가정용 TV수상기는 최소한 하루에 두 번 턴온 및 턴오프되는 것으로 가정한다. 그때, 수상기는 3년내에 최소한 2,400회로 반복적으로 충전 및 방전된다. 적층 폴리머 전지이외의 2차 전지는 이러한 충전 및 방전 횟수를 견딜 수 없다.

당업자들은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않은채 여러 수정안이 가능한 것을 인식할 것이다.

요약하면, 본 발명은 후술된 대로 여러 장점을 갖는 전원 회로를 제공한다.

(1) 전기 이중층 캐패시터는 순간적인 큰 전류를 극복하고 전원이 일정한 출력에 대해서만 설계되도록 허용한다. 따라서, 회로는 전원의 요구된 용량을 감소시키고 이로써 회로가 포함된 전체 장치의 크기 및 비용을 감소시킨다.

(2) 큰 용량은 갖는 전기 이중층 캐패시터는 전지의 내부 저항에 속할 수 있는 전압 강하를 감소시키도록 펄스 전류의 일부를 담당한다. 이것은 연속적으로 펄스를 출력하는 종류의 장치내에 부하될 때 전지의 수명을 연장시킨다.

(3) 낮은 레벨의 요구된 전류의 공급은 적층 폴리머 전지에 할당되어, 전원의 에너지 효율이 상기 요구된 전류에 의해 강하되지 않게 한다.

(4) 적층 폴리머 전지는 회로 장치의 부근에 위치되고 짧은 급전선에 의해 회로 장치에 접속된다. 이것은 특히, 낮은 전압에 의해 구동된 장치에 대해 노이즈에 속하는 잘못된 작동을 방지한다.

Claims (4)

1. 전자 장치의 전원 회로로서,

   주 전원과,

   상기 전자 장치에 순간적인 부하 변동이 발생할 때, 상기 순간적인 부하 변동에 필요한 전력을 공급하기 위한 복수의 분배된 보조 전원을 구비하고,

   상기 복수의 분배된 보조 전원은 각각 전기 이중층 캐패시터 또는 이와 유사한 전기 화학 캐패시터와 전도성 폴리머로 형성된 양극 및 음극 중 어느 한 극을 가지는 2차 전지 중 어느 하나를 구비하는 전원 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 2차 전지의 전도성 폴리머는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜을 포함하는 그룹 및 그 유도체로부터 선택된 양극 또는 음극의 활성 재료를 포함하는 전원 회로.
3. 전자 장치의 전원 회로로서,

   주 전원과,

   상기 주 전원의 효율을 현저하게 떨어뜨리는 작은 전력을 각각 소비하는 소자 근방에 분배된 복수의 보조 전원을 구비하고,

   상기 복수의 분배된 2차 전지는 각각 전도성 폴리머로 형성된 양극 및 음극중 어느 한 극을 가지는 2차 전지를 구비하는 전원 회로.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 2차 전지의 전도성 폴리머는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜을 포함하는 그룹 및 그 유도체로부터 선택된 양극 또는 음극의 활성 재료를 포함하는 전원 회로.