시크릿쥬쥬 셀카폰 USB 충전식으로 개조하기 #3/5

먼저 올린 글들에 이어 오늘은 실제로 회로도를 그려볼 거예요.

앞 글들을 보지 않으셨다면 읽고 오시는 걸 추천합니다.

 

시크릿쥬쥬 셀카폰 USB 충전식으로 개조하기 #1

시크릿쥬쥬 휴대폰 충전식으로 개조하기#2

회로도는 orCAD 라는 툴을 사용합니다.

이 툴은 가장 대중적으로 사용하는 전문 툴입니다.

회로도를 그리기 전에 먼저 회로의 구성도를 그려볼게요.

충전회로 블럭도

블록도를 보면 대략 회로가 어떻게 나누어지고, 연결되는지 이해가 되실 겁니다.

여기서 실제 회로는 충전회로와 승압 회로가 전부이고, 나머지는 외부 연결단자입니다.

그럼 먼저 충전회로에 들어가는 IC 데이터시트를 열어보겠습니다.

충전 IC 의 데이터시트

사용할 충전 IC의 데이터 시트에서 몇 가지 사항만 짚어보고 가겠습니다.

먼저 C/10 Charge Current Detection Output :  충전 전류로 설정된 값의 10% 이하로 떨어지면 어떠한 신호를 출력해 준다는 듯입니다. 이곳에 LED를 달아서 충전 중인지, 완료되었는지 알 수 있겠군요.

Charge Current Programmable up to 750mA : 최대 750mA까지 충전 전류를 설정할 수 있다는 뜻입니다.

우리가 사용할 배터리의 용량이 300mA이고 0.5C 충전을 기준으로 150mA 만 되니, 이 정도면 충분하다고 볼 수 있습니다. 하지만 조금 더 빠르게 충전하기 위해 200mA를 기준으로 설계할까 합니다.

Preset 4.2V Float Voltage with 0.6% Accuracy : 4.2V의 Float 전압을 가진다는 뜻입니다. 즉, 배터리가 완전히 충전되면 4.2V에서 충전을 멈추고 그 전압을 유지하도록 한다는 뜻입니다.

Automatic Recharge : 충전을 계속하고 있다면 일정 시간이 지나서 배터리가 조금씩 소모될 텐데요. 그러면 자동으로 다시 충전한다는 말입니다.

그 외의 중요한 내용들이 아래쪽에 쭉 ~ 나오지만 첫 페이지의 내용만 봐도 대충 어떤 건지 알 수 있어요.

그리고 그아래 Typical Application 회로는 이대로 설계해서 사용해도 무방한 회로입니다.

우리가 정확히 설정해야 하는 것은 배터리 충전 전류를 설정하는 것입니다.

데이터 시트의 내용을 보다 보면,I BAT = Vprog/Rprog * 1000이라는 공식이 나옵니다.

이건 이 IC의 PROG 핀에 어떤 저항을 연결하느냐에 따라 배터리의 충전 전류를 설정이 가능하고, 그 저항값을 계산하는 공식입니다.

이 공식을 기준으로 200mA로 충전하기 위해서는 5K옴이라는 값이 나오는데, 5K옴 대신 구하기 쉬운 4.9K옴 을 사용 합니다. 4.9K옴을 달면 약 204mA로 충전이 되니 적절하다고 생각됩니다.

LTC4065EDC 데이터시트 보기

 

충전회로가 정해졌으니, 이제 승압 회로를 알아보겠습니다.

승압회로를 설계하기 위해 사용하기로 한 IC의 데이터 시트를 보겠습니다.

역시 자세한 내용은 치우고, 첫 페이지의 내용만 간략히 살펴보겠습니다.

승압 IC 데이터시트

-40℃ ~ 125℃ Operating Junction Temperature : 이 온도 범위에서 사용할 수 있다는 뜻입니다. 

1.6-Mhz Switching Frequency : 이것은 전압을 올릴 때 스위칭 동작을 하는데 그 주파수입니다. 이 것은 스위칭 레귤레이터의 특징이며, 전원 노이즈의 원인이 되기도 합니다. 따라서 노이즈에 민감한 회로라면 1.6 Mhz라는 주파수와 그로 인해 발생되는 고조파들을 잘 처리하는 것이 관건이 되기도 합니다. 여기서 우리는 거기까지 안 갑니다.

Switch Current up to 800mA : 800mA까지 최대 출력이 가능하다고 이해하면 됩니다.

Wide input Voltage Range(2.7V to 14V ) : 입력 전압의 범위가 2.7V ~ 14V 네요.

우리는 배터리의 출력 전압 범위인 3.0V ~ 4.2V까지 사용하므로 범위 내에 속해 있습니다.

마찬가지로 파란색 박스의 레퍼런스 회로를 그대로 응용해도 무방하고요, 저 회로에서 우리가 신경 써야 하는 부분은

L1, R1, R2, 입니다.

L1 은 인덕터입니다. 이것은 출력 전류에 관계가 있고, R1, R2는 저항입니다. 이것들은 출력 전압과 관계가 있습니다.

L1을 고를 때는 우리가 사용할 출력 전류인 200mA 보다 두배 이상의 정격을 갖는 인덕터를 선택해 주시고요.

R1과 R2는 1% 저항을 사용해서 정밀하게 전압을 선택해 주는 것이 좋아요.

인덕터는 고정 인덕터로 10uH, 1A 정도를 정하고 SRN3015-100M 이라는 부품을 선택했습니다.

저항은 데이터시트의 11페이지에 나온 Setting th Output Voltage 항목에 나온 공식으로 계산합니다.

R1=R2 x (Vout / Vfb  -1 )입니다.

Vfb 는 Feddback Pin Reference Voltage이고요, 그 값은 1.230v라고 데이터 시트에 명시되어 있습니다.

그 값을 토대로 계산한 결과 R2를 13K로 고정한 후 R1에 40K를 달아 5V 가 출력되도록 하겠습니다.

물론 더 자세한 내용들이 데이터 시트의 아랫쪽에 나오며, 설계하는 시스템의 목적에 따라 다양한 옵션을 적용해 회로를 설계 할 수 있으니 관심이 있으신분들은 데이터시트를 잘 살펴보시기 바랍니다.

 LM27313 데이터시트 보기

 

이렇게 설계된 회로를 적용해 전체적인 회로를 완성합니다.

완성된 회로도

회로를 그리는 모든 과정을 다 넣지 못해 아쉽지만, 참고하시고요.

위 회로는 배터리가 연결되어 있고, 배터리가 정상이면 5V가 출력됩니다.

물론 40K 옴보다는 구하기 쉬운 39K 옴을 사용해서 역 4.9V 정도가 출력될 것으로 예상 됩니다.

반드시 회로를 설계할 때 주의해야 하는 것은, 내가 사용할 부품이 시중에서 구하기 쉬운가?입니다.

단종되거나, 주문제작이라 MOQ 수량아 10만 개씩 하거나, 딜리버리가 20주인 부품을 쓰면 안 되겠지요? ㅎㅎ

 

이제 부품 구매, PCB 설계, PCB 제작 발주, 그리고 조립 등등이 남아있는데요.

다음 글에서는 PCB 설계 과정을 이어 나가겠습니다. ~ 기대해 주세요.

시크릿쥬쥬 셀카폰 USB 충전식으로 개조하기 #4/5

시크릿쥬쥬 셀카폰 USB 충전식으로 개조하기 #4/5

시크릿쥬쥬 셀카폰 USB 충전식으로 개조하기 #5/5

시크릿쥬쥬 셀카폰 USB 충전식으로 개조하기 #5/5(마무리)