시크릿쥬쥬 셀카폰 USB 충전식으로 개조하기 #2/5

시크릿 쥬쥬 휴대폰을 충전식으로 개조하기 두 번째 입니다.

앞서 올린 내용에서 어떤 절차를 거치는지 간략히 설명을 했었습니다.

(시크릿쥬쥬 휴대폰개조 #1 보기)

오늘은 그중 1단계 회로설계 를 위해 기능 정의와 부품 선정까지 해볼까 합니다.

 

충전기의 기능이 뭐가 있겠어요? 충전이지. . 라고 생각하시겠지만, 

저 같은 개발자의 시선으로는 좀 더 다른 것들이 보입니다.

먼저 개조의 대상인 시크릿쥬쥬 휴대폰의 내부 전원 시스템을 간략히 이해를 해야 합니다.

 

먼저 제품의 건전지삽입구를 확인해 봅니다.

건전지 넣는곳

AAA 건전지 4개를 직렬로 연결해 사용하는 시스템임을 알 수 있습니다.

AAA 건전지 1개는 일반적으로 1.5V로 알고 있으나,  아래와 같은 방전 곡선을 보여줍니다.

건전지 브랜드별 방전곡선

이 것이 의미 하는 바는 에너자이저가 제일 좋다 ~~ 도 맞지만, 통상 사용할 수 있는 범위가 0.8V ~ 1.4V라는 것을 의미합니다.

평균적으로는 약 1.0V 가 조금 넘는군요.

다시 시크릿 쥬쥬 핸드폰으로 돌아와, 위 내용을 볼 때 이 제품은 4V~6V 사이에서 동작되는 전원 회로를 갖고 있다는 것을 알 수 있습니다.

이것을 다른 말로 하면, 입력 전압이 4V~6V이고, 출력 전압이 3.3V 인 레귤레이터가 제품의 첫 번째 전원 블록일 확률이 높다는 겁니다. 물론 실제로는 PMIC 를 이용해 0.9~1.2V 의 코어전압과, 1.3V, 1.8V DDR 전원, 그리고 3.3V I/O 전압을 만들어 사용할 확율이 더 높지만요. 

우리가 여기서 주목할 부분은 그저 입력 전압이 4V ~ 6V이니 평균적으로 5V를 넣으면 된다는 겁니다.

즉, 우리가 만들 충전회로의 최종 출력 전압은 5V 가 되겠습니다.

이 5V출력 이라는 것이 바로 첫번째로 정의된 기능입니다.

 

이제 사용할 배터리의 용량과 충전 전류, 그리고 정전압 출력 기능도 정의를 해야겠네요.

먼저 배터리는 아무래도 건전지를 빼낸 공간에 들어가야 하기 때문에 큰 걸 사용하지 못해요.

저는 사실 좀 더 큰 걸 써도 되긴 했지만, 회사에 굴러다니는 거 하나 주어서 만드느라 

300mAh를 사용했습니다.

리튬 폴리머 배터리 TW602030-300mAh/KC인증/3.7v

잘 모르시는 분들을 위해 조금 보조 설명을 드리자면, 이 배터리는 3.7V 가 평균 출력 전압이고, 300mA의 전류를 1 시간 동안 내보낼 수 있는 배터리라는 뜻입니다. 100mA 를 소모하는 회로라면 3시간을 쓸 수 있다는 뜻이고요.

위에서 건전지의 방전 곡선을 봤다면 알겠지만, 이 리튬폴리머 배터리 또한 비슷한 방전 곡선을 갖습니다.

다만 완전히 충전된 상태가 약 4.15V이고 배터리의 끝에 달린 PCM에 의해 Cut off 될 때의 전압이 일반적으로 3.0V 정도입니다.

리튬 폴리머 배터리는 완전히 충전되거나, 완전히 방전된 상태로 오래 두면 수명이 급격히 줄어드는 문제가 있습니다.

보통 3.7V~3.8V 정도로 충전한 상태에서 비교적 오랫동안 보관이 가능해요.

그래서 배터리는 사실 3.0V까지 사용하지 않고 일반적으로 3.5V 아래로 내려가면 시스템에서 경고를 발생시키도록 합니다.

여튼, 배터리까지 선정을 했습니다.

 

이제 배터리 충전에 대해 알아 보겠습니다.

배터리 충전은 보통 1C 이상 하지 않습니다. 

1C 충전 전류 라는 뜻은 배터리가 가진용량을 비율적으로 나타낸 말이며 1 배 를 뜻합니다.

즉, 1C 충전 전류는 우리가 사용할 배터리가 300mAh 이므로 300mA 로 충전 한다는 뜻이지요.

2C 는 배터리 용량의 2배를 말합니다. 이 말은 현재 배터리의 용량보다 높은 전류로 충전을 하면 배터리의 수명에 악영향을 미치기 때문에 권장하지 않습니다.

일반적으로 0.5C 정도가 적당하다고 판단이 됩니다.

따라서 우리가 사용할 충전회로는 100~250mA 정도의 전류로 배터리를 충전할 수 있어야 하겠습니다.

또는 그보다 높은 충전 전류를 갖지만, 조절이 가능하고, 가능하면 SOT 타입으로 좀 작으면 좋겠네요.

이렇게 충전에 대한 기능도 정의를 했습니다.

이러한 조건에 맞게 디지키에서 찾아보면 아래와 같은 부품이 나오는군요.

리튬폴리머 충전용 IC

 

다음은 어떻게 완충 전압이 4.15V 인 리튬폴리머 배터리의 전압을 5V 정전압 회로로 만드냐를 고민해야 합니다.

사실 간단합니다. ( 생각보다 뭐든 해보면 쉬워요 )

승압 회로를 하나 달면 되거든요.

Step-up DC/DC Converters를 하나 선정하는데요.

조건은 입력 전압이 3.0V ~ 5V를 포함하는 범위이고, 출력 전류는 800mA 정도이며, 5V 정전압 출력이거나, 이 전압이 포함된 범위를 설정할 수 있어야 합니다.

출력 전류는 소모 예상 전류의 2배 정도를 해 주는 것이 안정적입니다. 사실 시크릿 쥬쥬의 소모전류는 모르지만, 800mA 면 충분할 것으로 생각이 되네요.

또, 가능하면 손으로 직접 땜을 할 것이기 때문에 패키지는 SOT-XX, 또는 SOP-XX 타입으로 하면 좋겠군요. 

그 조건을 디지키에서 검색해서 부품을 선정했습니다.

적당히 선정한 승압IC

자 이제 간략히 충전회로의 IC와  승압 회로의 IC를 선정했습니다.

위 에서 말한 조건처럼 800mA 의 출력을 갖고 출력전압을 조절할 수 있는 IC 입니다.

 

그리고 충전포트,

Micro USB 커넥터

마지막으로 USB 커넥터로 충전을 해야 하기 때문에 

다음 시간에는 직접 회로를 설계해 보겠습니다.

기대해 주세요 ~ 

 

시크릿쥬쥬 셀카폰 USB 충전식으로 개조하기 #3/5

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시크릿쥬쥬 셀카폰 USB 충전식으로 개조하기 #5/5(마무리)