KR100798586B1 - 겸용의 유도성 소자를 갖는 전자 디바이스 - Google Patents

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Abstract

통신 모드에서 통신 신호들을 픽업하기 위한 안테나로서 기능하고, 전력 변환 모드에서 디바이스에 전력을 공급하기 위해 내부 전원으로부터 이용가능한 전력을 조절하기 위해 사용되는 스위칭 레귤레이터 내의 에너지 저장 인덕터가 되도록 구성된 유도성 소자로서 기능하도록 구성된 유도성 소자; 및 상기 통신 모드와 상기 전력 변환 모드 사이를 전환하기 위한 제어가능한 스위치를 포함하는 전자 디바이스가 개시된다. 통신 시스템은 상기 수신기 또는 상기 전력 변환 회로 중 어느 하나에 상기 유도성 소자를 접속하기 위한 제어가능한 스위치를 더 포함한다. 제어가능한 스위치는 단극성 또는 바이폴라 트랜지스터 스위치들 또는 기계적 스위치들 또는 중계기들에 의해 통신 모드와 전력 변환 모드 사이에서 시스템을 전환시킨다. 통신 시스템은 생체내 의료 디바이스에서 사용될 수도 있다.
전력 변환기, 마이크로제어기, 수신기, 유도성 소자, 생체내 의료 디바이스

Description

겸용의 유도성 소자를 갖는 전자 디바이스{ELECTRONIC DEVICE WITH DUAL PURPOSE INDUCTIVE ELEMENT}
도 1은 유도성 픽업 소자를 갖는 전자 디바이스의 블럭도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
104 : 전력 변환기
105 : 마이크로제어기
106 : 수신기
본 발명은 소형화된 전자 디바이스와 같은 전자 디바이스에 관한 것이다. 이러한 디바이스의 예는 맥박 조정기와 같은 생체내 의료 전자 디바이스가 될 수 있다.
이식가능한 의료 디바이스와 같은 소형화된 전자 기기에서, 공간은 종종 중요하고, 최소 수의 컴포넌트들을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 디바이스들에서 발생하는 또 다른 요구조건은 저전력 소비이기 때문에, 효율적인 전력 관리 기술들을 사용할 필요가 있다.
생체내 디바이스와의 통신은, ITU-R 추천 SA 1346에 기술된 의료 이식 통신 서비스로 대표되고, 표준 EN301 839의 요구조건들을 만족시키는 기기, 또는 유도성 루프 방식들에 의해 대표되고, 표준 EN300 330 및 EN302 195의 요구조건들을 만족시키는 기기들에 의해 대표되는 무선기와 같은 다수의 수단에 의해 이루어질 수 있으며, 상기 표준들은 유럽 통신 표준 기구에 의해 공개되어 있다.
본 발명에 따르면, 전자 디바이스의 전력 관리 회로의 인덕터, 또는 픽업 코일을 사용하여 디바이스와의 통신을 위해 전송된 널리 퍼진 유도장(inductive field)을 수신할 수 있다. 전력 관리 프로토콜들과 결합된 무선 접속 프로토콜을 적절히 사용함으로써, 통신 수신의 기간들 동안 전력 변환기가 스위치 오프될 수 있고, 그 반대일 수 있다. 이에 의해, 인덕터는 통신 모드와 전력 변환 모드 사이에서 전환될 수 있다.
이러한 통신에 사용되는 주파수들은 ISM(Industrial Scientific 및 Medical) 주파수들과 같은 국제 통신 조합 무선기 규정들에 의해 지정된 주파수들인 것이 편리할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 디바이스는 동물이나 인간의 생체내 의료 전자 장치일 수 있다.
따라서, 일 양태에 따르면, 본 발명은, 디바이스에 전원을 공급하기 위해 전원으로부터 추출된 에너지를 변환하기 위한 스위칭 레귤레이터 전력 변환기; 통신 모드에서 통신 신호들을 픽업하기 위한 안테나로서 기능하고 전력 변환 모드에서 스위칭 레귤레이터 전력 변환 회로의 유도성 소자로서 기능하도록 구성된 유도성 소자; 상기 통신 신호들을 수신하기 위한 수신기; 및 상기 통신 모드와 상기 전력 변환 모드 사이를 전환하기 위한 제어가능한 스위치를 포함하는 전자 디바이스를 제공한다.
내부 전원은 기기 하우징 내에 물리적으로 포함되거나, 또는 기기 하우징으로부터 물리적으로 분리되지만 전기 또는 기타 케이블, 예를 들어 시스템으로의 전력 공급을 위해 부수적으로 또는 단독적으로 사용되는 광섬유에 의해 시스템에 물리적으로 접속된 전원을 의미하는 것을 이해해야 한다.
제어가능한 스위치는 단극성 또는 바이폴라 트랜지스터 스위치들 또는 기계 스위치들 또는 중계기들을 포함할 수 있다.
또한 전자 디바이스는 통신 모드에서 유도성 소자와 병렬인 캐패시터를 더 포함할 수 있다. 택일적으로, 캐패시터는 유도성 소자와 직렬일 수도 있다. 인덕터(유도성 소자)는 통신 주파수에서 공진하거나 공진하지 않을 수 있다.
소형 통신 디바이스에서의 유도성 소자 및 통신 목적을 위한 안테나 모두로서 다중화된 루프 안테나를 사용하면 많은 장점이 있다. 첫째, 하나의 컴포넌트를 겸용으로 하면 디바이스에서 요구되는 컴포넌트들의 총수가 감소하기 때문에, 디바이스 내에서의 공간 문제들이 개선된다. 둘째로, 디바이스의 전력 소비가 보다 효율적이고 합리적으로 된다.
본 발명의 실시예들의 다른 양태들 및 이점들은 당업자들이 이하의 설명을 검토한다면 용이하게 명백해질 것이다.
본 발명은 단지 예로서 첨부 도면을 참조하여, 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1에 도시된 전자 디바이스는, 예를 들어 동물 또는 인간의 생체 내에 위치된 생체내 의료 전자 디바이스일 수 있는데, 여기서 원격 측정법 또는 텔레커맨드(telecommand)를 위한 디바이스와의 통신이 요구된다. 디바이스는 외부 소스(도시되지 않음)로부터의 통신 신호들을 수신하고 내부 전원으로부터 유도적으로 그것의 전력을 끌어당긴다.
전자 디바이스는 겸용 인덕터(101)를 포함하는데, 이것은 통신 모드에서는 통신 목적을 위한 안테나로서 작용하고 전력 변환 모드에서는 전력 변환용의 유도성 소자로서 작용한다. 이 모드에서 인덕터(101)는 내부 전원에 접속되어 전력 변환기(104)는 내부 소스로부터의 에너지를 변환하여 통신 시스템(100)에 전력을 공급할 수 있다. 전력 변환기는 "벅(Buck)" 또는 "부스트(Boost)" 유형 변환기일 수 있다. "벅" 변환기들은 전압을 감소시키기 위해 사용되는 반면 "부스트" 변환기들은 전압을 증가시키기 위해 사용된다. 이러한 변환기들은 인덕터를 에너지 저장 장치로서 사용하며, 당업자들에게는 흔히 스위칭 레귤레이터로 알려져 있다.
디바이스에 의한 통신 신호의 수신시, 전력 변환기(104)는 통상적으로 스위치 오프되고, 에너지 저장 디바이스로서도 작용하는 인덕터(101)는 수신기(106)에 접속되어 통신 목적을 위한 안테나로서 기능한다.
통신 모드에서, 인덕터(101)는 외부 소스로부터의 전자기 에너지를 픽업한다.
스위치(102, 103)를 포함하는 스위치 유닛(106)은 인덕터(101)를 전력 변환 기(104) 또는 수신기(106) 중 어느 하나에 접속하는 기능을 한다. 스위치(102, 103)를 제어하는 마이크로제어기(105)는 수신되는 메시지들의 허용가능한 대기시간 및 길이의 요구조건들, 및 전력 변환기(104)로부터 제공되는 회로의 전반적인 전력 요구조건들에 따라 스위치들을 접속시킨다. 스위치들은 정규 시간 다중화 기반에 따라 작동될 수 있고, 또는 수신된 텔레커맨드 신호들의 결과로서, 또는 다른 시스템, 예를 들어 마이크로제어기에 의해 지시된대로 불규칙하게 작동될 수 있다.
스위치(102, 103)는 단극성 또는 바이폴라 트랜지스터들일 수 있다. 바람직하게는, 스위치들은 "ON" 상태에서 매우 낮은 저항을 나타내고 OFF 상태에서 낮은 커패시턴스를 나타낸다. 스위치(102, 103)는 기계적 스위치들 또는 중계기들일 수도 있다.
전력 변환기(104)의 동작 주파수는 변환기의 출력 전압에 대한 입력 전압의 비, 원하는 효율성, 변환기에 가장 인접하는 기타 회로와의 간섭 가능성, 및 애플리케이션과 일치하는 물리적 크기들에서의 가용한 인덕턴스 값들을 고려하여 선택된다. 전형적인 주파수는 1 내지 2 MHz 영역 내에 있을 수 있다.
수신기(106)의 동작 주파수는 변환기(104)에 의해 요구되는 인덕터값, 허용되는 조사 전력 레벨(이 측면에서, 일반적으로 ISM 주파수들에서 허용되는 조사 전력은 다른 주파수들에서보다 높다는 것을 주의해야함) 및 애플리케이션과 일치하는 물리적 크기들에서의 가용한 인덕턴스값들을 고려하여 선택된다. 이러한 사용을 위한 전형적인 주파수들은 6.78, 13.56 및 27.12 MHz이다.
수신된 신호는 인덕터(101) 및 캐패시터(105)를 포함하는 회로가 공진할 때 더 클 것이지만, 캐패시터(105)는 항상 필요하지 않을 수 있다. 그러나, 이러한 공진은 본 발명에 의해 고려되는 시스템에 대해서는 작용할 필요가 없다.
캐패시터(105)가 사용되는 경우에, 인덕터(101)의 값은 전력 변환기(104) 요구조건들에 대한 정확한 인덕턴스값 모두를 제공하고, 신호를 수신하기 위해 요구되는 주파수에서 캐패시터(105)와 공진하도록 선택된다. 수신 시스템의 감도는 인덕터의 물리적 크기에 비례하지만, 전력 변환 회로에서 사용되는 경우의 인덕터로부터의 조사도 증가될 수 있다. 그러나, 이 경우 EMC(Electro Magnetic Compatibility) 요구조건들에 의해 포함되는 방출들에 대한 요구조건들을 만족시키는데 있어서 어려움들을 겪을 수도 있다.
첨부된 청구범위에 정의되어 있는 바와 같이 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않고 많은 변경들이 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따르면, 전자 디바이스의 전력 관리 회로의 인덕터, 또는 픽업 코일을 사용하여 디바이스와의 통신을 위해 전송된 널리 퍼진 유도장(inductive field)을 수신할 수 있다. 전력 관리 프로토콜들과 결합된 무선 접속 프로토콜을 적절히 사용함으로써, 통신 수신의 기간들 동안 전력 변환기가 스위치 오프될 수 있고, 그 반대일 수 있다. 이에 의해, 인덕터는 통신 모드와 전력 변환 모드 사이에서 전환될 수 있다.

Claims (8)

  1. 전자 디바이스에 있어서,
    상기 디바이스에 전력을 공급하기 위해 전원으로부터 추출된 에너지를 변환하는 스위칭 레귤레이터 전력 변환기;
    통신 모드에서 통신 신호들을 픽업하기 위한 안테나로서 기능하고, 전력 변환 모드에서 상기 스위칭 레귤레이터 전력 변환기의 유도성 소자로서 기능하도록 구성된 유도성 소자;
    상기 통신 신호들을 수신하기 위한 수신기; 및
    상기 통신 모드와 상기 전력 변환 모드 사이에서 전환하기 위한 제어가능한 스위치
    를 포함하는 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어가능한 스위치는 상기 수신기 또는 상기 전력 변환기 중 어느 하나에 상기 유도성 소자를 접속하기 위한 것인 전자 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디바이스는 생체내(in-vivo) 의료 디바이스인 전자 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어가능한 스위치는 단극성 또는 바이폴라 트랜지스터 스위치들 또는 기계적 스위치들 또는 중계기들을 포함하는 전자 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유도성 소자는 통신 주파수에서 공진하는 전자 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유도성 소자는 통신 주파수에서 공진하지 않는 전자 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통신 모드에서, 상기 유도성 소자와 병렬인 캐패시터를 더 포함하는 전자 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 통신 모드에서, 상기 유도성 소자와 직렬인 캐패시터를 더 포함하는 전자 디바이스.
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