독자층: 충전 IC 선정, CC-CV 프로파일, JEITA 열 보호 동작을 파악해야 하는 하드웨어 엔지니어링 리드, OEM 펌웨어 아키텍트, 컴플라이언스 엔지니어. 부차 대상: 열 밸리데이션 계획을 설계하는 QA 매니저와 충전 시간 관련 클레임 현장 디버깅 엔지니어.
2026년 1분기, UAE 학교 프로그램에서 LED가 초록색으로 바뀌었는데 K7 펜 14%가 87%까지만 충전된다며 문의가 왔습니다. 원인: 종료 전류(termination current)가 100 mA인 충전 IC — K7의 800 mAh Li-ion 14500 셀에 비해 너무 높은 값이었습니다. 종료를 50 mA로 재튜닝하니 문제가 사라졌습니다. 충전 IC 선정은 독서펜 설계에서 매우 중요한 결정입니다. 모든 독서펜(B1, B2, F8, K7, KF1, L5, P2, Q6, Q8, T2, Y6)은 특정 충전 IC와 CC-CV 프로파일을 탑재해 출하되며, 이 가이드는 그 선택이 충전 시간, 열 거동, 장기 셀 수명에 어떻게 매핑되는지 단계적으로 설명합니다.
1. 저희가 사용하는 세 가지 충전 IC 토폴로지
저희는 세 가지 충전 IC 토폴로지를 사용합니다. B1, B2, F8, P2에는 리니어, K7, KF1, Q6, Q8에는 벅 모드 스위칭, L5, T2, Y6에는 고전류 벅 스위칭 방식입니다. 리니어 충전기는 단가가 가장 낮지만(BOM $0.18, 스위칭은 $0.42) 입출력 전압차를 열로 발산합니다. B1의 5 V 입력, 3.7 V 셀, 0.5 A 충전 조건에서 리니어 충전기의 발산은 (5.0 - 3.7) × 0.5 = 0.65 W로, 입력 전력의 13%입니다. P2는 0.25 A 충전에서 발산이 0.33 W입니다.
K7과 KF1의 벅 모드 스위칭 충전기는 1.2 MHz로 동작하며 5 V/1.5 A 입력, 4.2 V/0.8 A 출력에서 92% 효율을 보입니다. 스위칭은 BOM에 $0.24을 추가하지만 열 페널티 없이 1 C 레이트를 가능하게 합니다. L5, T2, Y6은 최대 3 A, 94% 효율의 고전류 벅 충전기를 사용합니다.
| SKU | 충전기 토폴로지 | 최대 충전 전류 | 최대 효율 | 열 방출 | 셀 전압 범위 |
|---|---|---|---|---|---|
| B1 | 리니어 | 350 mA | 74% | 0.65 W | 3.0–4.2 V |
| B2 | 리니어 | 400 mA | 74% | 0.78 W | 3.0–4.2 V |
| F8 | 리니어 | 300 mA | 74% | 0.54 W | 3.0–4.2 V |
| K7 | 스위칭 벅 | 800 mA | 92% | 0.32 W | 3.0–4.2 V |
| KF1 | 스위칭 벅 | 800 mA | 92% | 0.32 W | 3.0–4.2 V |
| L5 | 스위칭 벅 | 1,200 mA | 94% | 0.46 W | 3.0–4.2 V |
| P2 | 리니어 | 250 mA | 74% | 0.33 W | 3.0–4.2 V |
| Q6 | 스위칭 벅 | 900 mA | 93% | 0.36 W | 3.0–4.2 V |
| Q8 | 스위칭 벅 | 1,000 mA | 93% | 0.40 W | 3.0–4.2 V |
| T2 | 스위칭 벅 | 2,500 mA | 94% | 1.10 W | 3.0–4.2 V |
| Y6 | 스위칭 벅 | 2,000 mA | 94% | 0.88 W | 3.0–4.2 V |
2. 정전류-정전압(CC-CV) 충전 프로파일
모든 충전 IC는 CC-CV 충전 프로파일을 구현합니다. 충전기는 정전류 모드에서 정격 충전 전류로 셀 전압이 4.2 V에 도달할 때까지 동작한 후, 정전압 모드로 전환되어 전류가 자연스럽게 감쇠되는 동안 4.2 V를 유지합니다. 프로그램된 임계값 이하로 전류가 떨어지면 충전이 종료됩니다. 종료 전류는 가장 중요한 진단 파라미터입니다. 너무 높으면 조기 종료가 발생하고(위의 UAE 사례), 너무 낮으면 용량 이점 없이 충전 시간만 길어집니다. 당사의 종료 전류는 다음과 같습니다.
| SKU | 용량 | 종지 전류 | 종지 C-rate |
|---|---|---|---|
| B1 | 700 mAh | 35 mA | 0.05 C |
| B2 | 800 mAh | 40 mA | 0.05 C |
| F8 | 600 mAh | 30 mA | 0.05 C |
| K7 | 800 mAh | 40 mA | 0.05 C |
| KF1 | 800 mAh | 40 mA | 0.05 C |
| L5 | 1,200 mAh | 60 mA | 0.05 C |
| P2 | 500 mAh | 25 mA | 0.05 C |
| Q6 | 900 mAh | 45 mA | 0.05 C |
| Q8 | 1,000 mAh | 50 mA | 0.05 C |
| T2 | 2,500 mAh | 125 mA | 0.05 C |
| Y6 | 2,000 mAh | 100 mA | 0.05 C |
0.05 C 종료 규칙은 보수적인 업계 표준으로, 충전 종료 시 셀 용량이 실제 용량의 최소 98%에 도달하도록 보장합니다. 더 공격적인 0.10 C는 충전 시간을 6~9분 단축할 수 있지만, 용량의 1.5~2.0%가 충전되지 않은 채 남아 500회 사이클에 걸쳐 유효 용량 손실이 4~6%로 누적됩니다.
3. JEITA 열 보호 및 고온 환경 충전
Q6, Q8, L5, T2, Y6의 충전 IC는 JEITA 열 보호 프로파일을 구현합니다. 이 프로파일은 셀 온도를 5개 영역으로 구분합니다.
- 영역 1 (T < 0 °C): 충전 정지; 빙점 이하에서는 리튬 인터컬레이션이 불가능합니다.
- 영역 2 (0 °C ≤ T < 10 °C): 정격 전류의 50%로 감축, 전압을 4.2 V에서 4.05 V로 감축.
- Region 3 (10 °C ≤ T < 45 °C): 4.2 V에서 정상적인 전속 충전.
- 영역 4 (45 °C ≤ T < 60 °C): 전압을 4.05 V로 감축, 전류를 70%로 감축.
- 영역 5 (T ≥ 60 °C): 충전 정지.
구현에는 셀 캔 또는 파우치 표면에 장착된 10 kΩ NTC 서미스터가 사용되며, 충전 IC는 5 Hz에서 전압 분배 비율을 측정합니다. 서미스터는 개당 $0.04 비용이 추가되고 조립 사이클에 1.4초가 늘어납니다. 2023년부터 모든 프리미엄 SKU에 JEITA 보호 기능을 적용해 출하해 왔으며, Q6, Q8에는 2024년부터 적용했습니다. B1, B2, F8, P2 이코노미 SKU는 JEITA를 구현하지 않으며, 더 간단한 45 °C 하드 컷오프를 사용합니다.
바이어 팁: 배포 환경에 고온 지역(평균 주변 온도 > 35 °C)이 포함되는 경우, 충전 IC에 JEITA 영역 4 전압 감축 기능을 지정하십시오. 고온에서 전압을 4.2 V에서 4.05 V로 감축하면 사이클 수명이 18~24% 연장되며, 이는 고온 환경 독서 펜 프로그램에서 비용 대비 가장 효과적인 신뢰성 개선입니다.
4. 깊이 방전된 셀의 사전 충전 및 적합성 평가
독서 펜을 3개월 동안 사용하지 않으면 셀 전압이 2.4 V 이하로 떨어질 수 있습니다. 이 전압에서 셀은 안전한 리튬 인터컬레이션 윈도우 아래에 있으며, 직접 CC-CV 충전은 덴드라이트성 리튬 성장을 일으킬 수 있습니다. 충전 IC는 사전 충전 단계로 이를 처리합니다. 셀 전압이 3.0 V 미만일 때, 충전기는 정격 전류의 10%를 인가하여 전압이 3.0 V로 상승할 때까지 진행한 후, 정상 CC 단계로 전환합니다.
당사의 사전 충전 전류는 다음과 같습니다.
| SKU | 사전 충전 전류 | 사전 충전 전압 임계값 |
|---|---|---|
| B1 | 35 mA | 3.0 V |
| B2 | 40 mA | 3.0 V |
| F8 | 30 mA | 3.0 V |
| K7 | 80 mA | 3.0 V |
| KF1 | 80 mA | 3.0 V |
| L5 | 120 mA | 3.0 V |
| P2 | 25 mA | 3.0 V |
| Q6 | 90 mA | 3.0 V |
| Q8 | 100 mA | 3.0 V |
| T2 | 250 mA | 3.0 V |
| Y6 | 200 mA | 3.0 V |
사전 충전 시작 후 30분 이내에 3.0 V로 상승하지 않는 셀은 충전 IC에 의해 결함으로 플래그 처리되고 충전이 종료됩니다. LED가 빨간색으로 세 번 깜박이며 펜은 더 이상 충전을 거부합니다. 이 안전 기능은 손상되거나 깊이 방전된 셀 충전을 방지합니다. 2024년부터 모든 SKU에 결함 셀 감지 기능을 적용해 출하해 왔으며, 30개월 동안 열 폭주 사고가 한 건도 발생하지 않았습니다.
5. 전체 카탈로그의 충전 시간 벤치마크
충전 시간은 충전 전류, 종료 전류 및 셀 용량에 따라 달라집니다. 벤치마크 수치는 USB-C 모델의 경우 5 V/1.5 A USB-C 전원을, micro-B 모델의 경우 기본 제공되는 5 V/0.5 A 전원을 기준으로 합니다.
| SKU | 전원 | 0–80% 소요 시간 | 0–100% 소요 시간 | 100%까지 충전 에너지 |
|---|---|---|---|---|
| B1 | 5 V / 0.5 A | 110분 | 152분 | 3.10 Wh |
| B2 | 5 V / 0.5 A | 96분 | 132분 | 3.50 Wh |
| F8 | 5 V / 1.5 A | 92분 | 128분 | 2.70 Wh |
| K7 | 5 V / 1.5 A | 38분 | 52분 | 3.50 Wh |
| KF1 | 5 V / 1.5 A | 38분 | 52분 | 3.50 Wh |
| L5 | 9 V / 2 A | 32분 | 46분 | 5.20 Wh |
| P2 | 5 V / 0.5 A | 90분 | 124분 | 2.20 Wh |
| Q6 | 12 V / 1.5 A | 30분 | 42분 | 4.00 Wh |
| Q8 | 12 V / 1.5 A | 32분 | 44분 | 4.40 Wh |
| T2 | 9 V / 2 A | 42분 | 68분 | 10.80 Wh |
| Y6 | 9 V / 2 A | 38분 | 62분 | 8.80 Wh |
micro-B SKU는 번들 충전기가 0.5 A에 불과하기 때문에 눈에 띄게 느립니다. 1 A 타사 micro-B 충전기로 업그레이드하면 펌웨어 변경 없이 B1, B2, P2의 충전 시간을 18~24분 단축할 수 있습니다. 이 내용은 사용자 설명서에 기재되어 있습니다.
6. 급속 충전 시 열 거동
1 C 이상의 급속 충전은 발열을 일으키며, 이를 하우징을 통해 방출해야 합니다. K7, KF1, L5, Q6, Q8, T2, Y6에서 1 C 충전 시 셀 위치의 하우징 표면 온도를 측정했습니다. 주변 온도 25 °C에서의 피크 온도는 다음과 같습니다.
| SKU | 피크 하우징 T (1 C, 25 °C) | 피크 하우징 T (1 C, 35 °C) | 열 한계 |
|---|---|---|---|
| K7 | 36.4 °C | 45.2 °C | 50 °C |
| KF1 | 36.4 °C | 45.2 °C | 50 °C |
| L5 | 38.6 °C | 47.6 °C | 50 °C |
| Q6 | 37.8 °C | 46.8 °C | 50 °C |
| Q8 | 38.2 °C | 47.2 °C | 50 °C |
| T2 | 41.4 °C | 50.4 °C (디레이트) | 50 °C |
| Y6 | 40.6 °C | 49.6 °C (디레이트) | 50 °C |
50 °C 한계는 JEITA Region 4 경계값입니다. 주변 온도 25 °C에서는 어느 SKU도 한계에 도달하지 않습니다. 35 °C에서는 T2와 Y6가 한계에 도달하며, 펌웨어가 충전 속도를 30% 낮춰 하우징 온도를 50 °C 이하로 유지합니다. 이 디레이트로 인해 35 °C에서 T2의 충전 시간은 42분에서 56분으로, Y6는 38분에서 52분으로 늘어납니다. 이는 사용자 설명서에 명시되어 있으며 JEITA Region 4에서 예상되는 동작입니다.
7. 안전 한계 및 이중 보호
모든 충전 IC는 4단계 안전 보호 기능을 구현합니다.
- 입력 과전압 보호 VBUS 기준 6.5 V: 입력이 6.5 V를 초과하면 셧다운됩니다.
- 셀 과전압 보호 4.30 V: 충전을 종료하고 래치 오프됩니다. 래리시 해제에는 전원 재인가가 필요합니다.
- 충전 타임아웃 8시간: 8시간 내에 충전이 종료되지 않으면 충전기가 타임아웃되고 래치 오프됩니다. 서미스터 고장 또는 IC 행(hang)을 방지합니다.
- 열 차단 접합부 145 °C: 실리콘 레벨의 최후 수단 보호입니다.
4단계 보호는 모든 생산 배치에서 테스트됩니다. 2023년 이후 출하된 47,000대 이상의 제품에서 단 한 건의 현장 안전 사건도 발생하지 않았습니다. 업계 안전 사건 발생률(2024년 UL 조사 기준)은 셀 420만 개당 1건이며, 당사의 물량 기준으로 통계적으로 약 89년에 한 번 안전 사건이 발생할 것으로 예상됩니다.
8. 충전 IC 공급사 선정 및 듀얼 소싱
당사는 세 곳의 충전 IC 공급사를 사용합니다. 이코노미 등급(B1, B2, F8, P2)은 2019년부터 협력해 온 중국 업체를 사용합니다. 미드 등급(K7, KF1, Q6, Q8)은 2022년에 자격을 검증한 대만의 Tier-1 공급사를 사용합니다. 프리미엄 등급(L5, T2, Y6)은 2021년에 자격을 검증한 미국의 Tier-1 공급사를 사용합니다. 세 공급사 모두 듀얼 소스 계약을 체결하고 있으며 12개월 주기로 매년 감사를 실시합니다.
듀얼 소스 검증에는 16주가 소요됩니다: 데이터시트 검토 4주, 벤치 검증 4주, 가속 수명 시험 4주, 파일럿 배치 드롭인 호환성 시험 4주. 대만 업체 IC의 듀얼 소스 검증을 완료했으며, 미국 업체의 검증은 현재 8주차에 진행 중입니다.
9. 태양광 및 DC 소스와 충전 IC 호환성
사하라 이남 아프리카와 인도 농촌 지역에서 점점 더 많은 학교 프로그램이 태양광 충전 카트를 도입하고 있습니다. 이 카트는 일반적으로 벅 컨버터를 통해 12V 또는 24V DC를 5V USB로 공급합니다. 당사의 충전기 IC는 USB BC1.2를 충족하는 4.5~5.5V DC 전원이라면 어떤 것이든 호환됩니다. L5, Q6, Q8, T2, Y6 모델은 세 곳의 태양광 카트 공급업체와 호환성을 검증 완료했습니다.
5.5 V를 초과하는 DC 소스(예: 12 V 태양광)의 경우, L5, T2, Y6의 USB-C PD 계약이 소스에서 9 V 또는 12 V를 협상하고 벅 충전기가 더 높은 전압을 직접 수용합니다. K7, KF1, Q6, Q8은 5 V 전용이며 태양광 카트 벅 컨버터가 5 V 레귤레이션 출력을 제공해야 합니다. 당사는 도매 리딩펜 채널 문서에 추천 태양광 카트 공급사 목록을 유지하고 있습니다.
10. 충전 IC 기술 12개월 포워드 로드맵
2026년 4분기까지 카탈로그에 도입될 4가지 충전 IC 개선 사항을 추적하고 있습니다. 첫째, 향후 프리미엄 SKU에 적용될 GaN 기반 스위칭 충전기로, 만부하에서 96% 효율과 35% 낮은 열 발산. 둘째, 펜을 비상 시 휴대전화 충전을 위한 5 V/0.5 A 보조배터리로 사용할 수 있게 하는 양방향 충전. 셋째, 사용자의 일일 방전 패턴을 학습해 충전 전류를 조정해 사이클 스트레스를 최소화하는 적응형 충전 프로파일 알고리즘. 넷째, Qi 1.3 사양을 사용하는 향후 프리미엄 SKU의 무선 충전으로, BOM에 $2.40을 추가하고 충전 효율을 28% 저하시킵니다.
GaN 충전기가 현장 시험에서 출하된 후 후속 보고서를 발표할 예정입니다. 그 동안 당사 카탈로그 전반의 충전 IC 아키텍처는 성숙하고 충분히 검증되었으며 잘 지원되고 있으며, 맞춤 충전 프로파일이 필요한 OEM 바이어의 참여를 환영합니다 ODM 리딩펜팀에 문의해 실현 가능성 검토를 요청하세요.
단어와 함께 14일 이내에 회신충전기 라는 단어로 회신해 주시면, 6개의 충전 IC(토폴로지 등급별 1개씩)와 데이터시트, 참조 레이아웃을 보내드리겠습니다. 이는 설계 승인 전에 고객사 실험실에서 벤치 레벨 충전 프로파일을 검증하실 수 있도록 지원하기 위함입니다.
