KR101236319B1 - 무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치 - Google Patents

무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101236319B1
KR101236319B1 KR1020110013436A KR20110013436A KR101236319B1 KR 101236319 B1 KR101236319 B1 KR 101236319B1 KR 1020110013436 A KR1020110013436 A KR 1020110013436A KR 20110013436 A KR20110013436 A KR 20110013436A KR 101236319 B1 KR101236319 B1 KR 101236319B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transformer
wireless energy
input signal
receiving
voltage
Prior art date
Application number
KR1020110013436A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120093706A (ko
Inventor
윤석현
조준경
Original Assignee
주식회사 엔티엔테크놀로지
주식회사 엘트로닉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엔티엔테크놀로지, 주식회사 엘트로닉스 filed Critical 주식회사 엔티엔테크놀로지
Priority to KR1020110013436A priority Critical patent/KR101236319B1/ko
Publication of KR20120093706A publication Critical patent/KR20120093706A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101236319B1 publication Critical patent/KR101236319B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/42—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils
    • H01F27/422—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils for instrument transformers
    • H01F27/425—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils for instrument transformers for voltage transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치가 개시된다. 상기 무선 에너지 수신 장치는 무선으로 전송되는 입력신호를 수신하는 수신단, 상기 수신단과 접지 사이에 직렬로 연결되는 복수의 1차 코일 및 상기 1차 코일들 각각에 대응하는 복수의 2차 코일을 구비하는 트랜스포머, 상기 트랜스포머의 2차 코일들 각각의 일 단과 일 단이 연결되는 복수의 제1 정류 소자 및 상기 트랜스포머의 2차 코일들 각각의 타 단과 일 단이 연결되는 복수의 제2 정류 소자를 포함한다. 상기 무선 에너지 수신 장치는 트랜스포머를 통한 전압 분배에 의해 무선 에너지 수신 장치 내의 소자들에 인가되는 전력의 크기를 감소시켜 소자들의 파괴를 방지할 수 있다.

Description

무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치{APPARATUS FOR RECEIVING ENERGY TRANSMITTED BY WIRELESS AND PORTABLE ELECTRONIC APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치에 관한 것으로, 특히, 고전력의 입력신호에 의한 내부 소자의 파괴를 방지할 수 있는 무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치에 관한 것이다.
최근, 모바일 폰(mobile phone), PMP(Portable Multimedia Player), MP3 플레이어, 디지털 카메라, 노트북 등과 같이 이동성에 대한 사용자의 요구를 충족시키는 휴대용 전자 장치들이 다양하게 사용되고 있다. 한편, 편의성을 극대화하기 위해 이러한 휴대용 전자 장치들을 무선으로 충전하는 기술이 개발되고 있는데, 플러그나 전력선 없이 무선으로 에너지를 전송하고 잉여 에너지를 배터리에 충전할 수 있다.
이와 같이 무선으로 에너지를 충전하기 위해서는, 에너지를 무선으로 전송하기 위한 무선 에너지 송신 장치와 에너지를 수신하여 배터리에 충전하는 무선 에너지 수신 장치로 구성되는 무선 에너지 전송 시스템이 필요하다. 상기 무선 에너지 수신 장치는 휴대용 전자 장치에 구비되며, 사용자가 인지하지 못하는 순간에도 휴대용 전자 장치에 무선충전 서비스를 제공하여 사용자의 편의성과 이동성을 향상시킬 수 있다.
한편, 무선 에너지 송신 장치는 사인파 형태로 에너지를 전송하기 때문에 무선 에너지 수신 장치는 이러한 사인파 형태의 에너지를 수신하여 직류 형태로 변환시켜 주는 정류 회로를 구비하고 있다. 일반적으로, 정류 회로는 교류 신호를 단극성 신호로 걸러내기 위해 다이오드(diode)와 같은 정류 소자를 구비한다.
그런데, 무선 에너지 수신 장치가 무선 에너지 송신 장치로부터 고 전력의 입력신호를 수신하는 경우 상기 정류 소자들에는 고 전압이 인가되어 정류 소자들이 파괴될 수 있다. 이러한 경우 무선 에너지 수신 장치의 정류 기능이 원활하게 수행되지 못하여 배터리를 충전할 수 있는 직류 형태의 신호를 생성하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 수신한 입력신호의 전력에 의한 내부 소자들의 파괴를 방지할 수 있는 무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 수신 장치는 무선으로 전송되는 입력신호를 수신하는 수신단, 상기 수신단과 1차 코일의 일 단이 연결되는 제1 트랜스포머 및 상기 제1 트랜스포머의 2차 코일 양 단과 각각 일 단이 연결되는 제1 정류 소자와 제2 정류 소자를 포함하는 제1 정류부 및 상기 제1 트랜스포머의 1차 코일의 타 단과 접지 사이에 1차 코일의 양 단이 연결되는 제2 트랜스포머 및 상기 제2 트랜스포머의 2차 코일 양 단과 각각 일 단이 연결되는 제3 정류 소자와 제4 정류 소자를 포함하는 제2 정류부를 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 수신 장치는 무선으로 전송되는 입력신호를 수신하는 수신단, 상기 수신단과 접지 사이에 직렬로 연결되는 복수의 1차 코일 및 상기 1차 코일들 각각에 대응하는 복수의 2차 코일을 구비하는 트랜스포머, 상기 트랜스포머의 2차 코일들 각각의 일 단과 일 단이 연결되는 복수의 제1 정류 소자 및 상기 트랜스포머의 2차 코일들 각각의 타 단과 일 단이 연결되는 복수의 제2 정류 소자를 포함한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 전자 장치는 무선 에너지 수신 장치 및 상기 무선 에너지 수신 장치로부터 에너지를 인가받아 충전하는 배터리를 포함한다.
본 발명의 실시 예는 트랜스포머를 통한 전압 분배에 의해 무선 에너지 수신 장치 내의 소자들에 인가되는 전력의 크기를 감소시킴과 아울러, 소자들의 출력신호들을 다시 취합하여 하나의 출력신호를 생성함으로써, 고 전력에 의한 소자들의 파괴를 방지함과 동시에 입력신호와 동일한 전력을 갖는 출력신호를 생성할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도2는 도1의 무선 에너지 수신 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도3은 도2의 정류부의 각 정류 소자들에 걸리는 전압의 변화를 시뮬레이션한 파형도이다.
도4는 도1의 무선 에너지 수신 장치에서 정류부의 수를 추가한 일 예를 나타낸 도면이다.
도5는 도4의 정류부의 각 정류 소자들에 걸리는 전압의 변화를 시뮬레이션한 파형도이다.
도6은 도1의 무선 에너지 수신 장치에서 정류부의 수를 추가한 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도7은 도6의 정류부의 각 정류 소자들에 걸리는 전압의 변화를 시뮬레이션한 파형도이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 에너지 전송 시스템을 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도2는 도1의 무선 에너지 수신 장치의 구성을 도시한 도면이며, 도3은 도2의 정류부의 각 정류 소자들에 걸리는 전압의 변화를 시뮬레이션한 파형도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 전송 시스템(10)은 도1에 도시된 바와 같이, 무선 에너지 송신 장치(100) 및 휴대용 전자 장치(110)를 포함한다. 그리고, 휴대용 전자 장치(110)는 무선 에너지 수신 장치(111)와 배터리(118)를 포함한다.
무선 에너지 송신 장치(100)는 에너지를 사인파 형태로 무선으로 전송한다.
휴대용 전자 장치(110)는 무선 에너지 수신 장치(111)를 통해 무선 에너지 송신 장치(100)에서 전송되는 에너지를 수신하여 배터리(118)를 충전한다.
이하, 휴대용 전자 장치(110) 중 무선 에너지 수신 장치(111)를 도2를 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다.
무선 에너지 수신 장치(111)는 도2에 도시된 바와 같이, 수신단(112), 제1 정류부(113a), 제2 정류부(113b), 평활부(115) 및 출력단(116)을 포함한다.
수신단(112)은 무선으로 전송되는 입력신호를 수신하여 정류부(113a,113b)들에 전달한다. 도면에 도시되진 않았지만, 수신단(112)은 무선으로 전송되는 입력신호를 수신하기 위해 안테나를 구비한다.
제1 정류부(113a)는 제1 트랜스포머(transformer)(TS1), 제1 NMOS트랜지스터(M1) 및 제2 NMOS트랜지스터(M2)를 포함한다. 여기서, 제1 트랜스포머(TS1)의 1차 코일의 일 단은 수신단(112)과 연결되며, 제1 트랜스포머(TS1)의 2차 코일 양 단은 각각 제1 NMOS트랜지스터(M1)와 제2 NMOS트랜지스터(M2)의 일 단과 연결된다.
이와 같이 구성된 제1 트랜스포머(TS1)는 1차 코일로 입력신호의 분배된 전력을 인가받아 상기 입력신호의 극성 변화에 따라 2차 코일 양단에 제1 교류신호와 제2 교류신호를 유도한다. 이때, 2차 코일 양단에는 1차 코일에 인가된 전력이 재분배된다. 따라서, 제1 교류신호와 제2 교류신호는 1차 코일에 인가된 입력신호보다 작은 전력을 갖게 된다. 여기서, 제1 트랜스포머(TS1)에는 중간 탭(center tap)이 구비된다.
한편, 제1 NMOS트랜지스터(M1)와 제2 NMOS트랜지스터(M2)는 각각 드레인 단자와 게이트 단자가 연결되어 있어 실질적으로 다이오드와 같이 동작한다. 따라서, 제1 NMOS트랜지스터(M1)는 2차 코일의 일 단에 유도되는 제1 교류신호를 정류하고, 제2 NMOS트랜지스터(M2)는 2차 코일의 타 단에 유도되는 제2 교류신호를 정류한다. 상기 제1 교류신호와 제2 교류신호는 모두 플러스(+) 반파이다. 여기서, 상기 제1 NMOS트랜지스터(M1)와 제2 NMOS트랜지스터(M2)는 일반적인 다이오드 소자로 대체될 수도 있다. 또는, PMOS트랜지스터나 다른 종류의 트랜지스터가 사용될 수도 있다.
제2 정류부(113b)는 제2 트랜스포머(TS2), 제3 NMOS트랜지스터(M3) 및 제4 NMOS트랜지스터(M4)를 포함한다. 여기서, 제2 트랜스포머(TS2)의 1차 코일의 양 단은 상기 제1 트랜스포머(TS1)의 1차 코일 타 단과 접지 사이에 연결되며, 2차 코일의 양 단은 각각 제3 NMOS트랜지스터(M3)와 제4 NMOS트랜지스터(M4)의 일 단과 연결된다.
이와 같이 구성된 제2 트랜스포머(TS2)는 1차 코일로 입력신호를 인가받고, 상기 입력신호의 극성 변화에 따라 2차 코일 양단에 제1 교류신호와 제2 교류신호를 유도한다. 이때, 1차 코일에 인가되는 입력신호는 수신단(112)을 통해 수신된 입력신호보다 작은 전력을 갖게 된다. 이는 입력신호의 전력이 제1 정류부(113a)와 제2 정류부(113b)에 의해 분배되기 때문이다. 한편, 2차 코일 양단에는 1차 코일에 인가된 전력이 재분배된다. 즉, 제1 교류신호와 제2 교류신호는 1차 코일에 인가된 입력신호보다 작은 전력을 갖게 된다. 여기서, 제2 트랜스포머(TS2)에는 중간 탭(center tap)이 구비된다.
한편, 제3 NMOS트랜지스터(M3)와 제4 NMOS트랜지스터(M4)는 각각 드레인 단자와 게이트 단자가 연결되어 있어 다이오드와 같이 동작한다. 따라서, 제3 NMOS트랜지스터(M3)는 2차 코일의 일 단에 유도되는 제1 교류신호를 정류하고, 제4 NMOS트랜지스터(M4)는 2차 코일의 타 단에 유도되는 제2 교류신호를 정류한다. 상기 제1 교류신호와 제2 교류신호는 모두 플러스(+) 반파이다. 여기서, 상기 제3 NMOS트랜지스터(M3)와 제4 NMOS트랜지스터(M4)는 일반적인 다이오드 소자로 대체될 수도 있다. 또는, PMOS트랜지스터나 다른 종류의 트랜지스터가 사용될 수도 있다.
상기 제1 정류부(113a) 및 제2 정류부(113b)는 각각 전파 정류기(full wave rectifier)로서, 입력신호의 두 반파인 제1 교류신호와 제2 교류신호를 각각 정류하여 단극성의 전파(full wave)로 출력한다.
도2에서는 설명의 편의를 위해 2개의 정류부(113a,113b)만 도시하였으나, 2개 이상의 정류부들이 수신단(112)에 연결될 수도 있다.
평활부(115)는 평활부(115)는 출력단(116)과 접지(ground) 사이에 연결되는 평활용 커패시터(C1)를 구비한다.
출력단(116)은 정류와 평활 과정을 거쳐 생성된 출력신호를 다른 장치 또는 회로로 전송하기 위한 포트(port)로서, 제1 내지 제4 NMOS트랜지스터들(M1∼M4)의 타 단과 공통적으로 연결된다.
이와 같이 구성된 무선 에너지 수신 장치(111)의 전체적인 동작을 살펴보면 다음과 같다. 여기서, 제1 정류부(113a)와 제2 정류부(113b)의 구성과 동작은 동일하므로, 제1 정류부(113a)의 동작을 중심으로 설명하도록 하겠다.
먼저, 수신단(112)이 무선으로 전송되는 입력신호를 수신하면, 이 입력신호의 전압은 수신단(112)과 접지 사이에 직렬 연결된 제1 트랜스포머(TS1)의 1차 코일과 제2 트랜스포머(TS2)의 1차 코일들에 의해 분배된다. 이때, 각 트랜스포머(TS1,TS2)의 1차 코일에 인가되는 전류는 동일하지만 인가되는 전압이 분배되므로, 각 트랜스포머(TS1,TS2)에 인가되는 입력신호의 전력도 분배된다. 여기서, 도2에 도시된 바와 같이, 수신단(112)에 수신된 입력신호의 전력을 10W라고 했을 때, 트랜스포머(TS1,TS2)의 수는 2개이므로 각 트랜스포머(TS1,TS2)로 인가되는 전력은 10W/2=5W가 된다.
그리고, 제1 트랜스포머(TS1)는 1차 코일과 2차 코일 사이의 전류 유도 과정에서 입력신호의 전류를 분배한다. 좀 더 구체적으로는, 제1 트랜스포머(TS1)는 입력신호의 극성이 플러스가 되는 경우 2차 코일의 제1 NMOS트랜지스터(M1) 방향으로 2.5W의 제1 교류신호를 유도한다. 이에 따라, 제1 NMOS트랜지스터(M1)는 도통되고, 제2 NMOS트랜지스터(M2)는 차단된다. 이때, 제1 교류신호는 제1 NMOS트랜지스터(M1)를 통해 정류되어 출력된다. 반면, 제1 트랜스포머(TS1)는 입력신호의 극성이 마이너스가 되는 경우 2차 코일의 제2 NMOS트랜지스터(M2) 방향으로 2.5W의 제2 교류신호를 유도한다. 이에 따라, 제2 NMOS트랜지스터(M2)는 도통되고, 제1 NMOS트랜지스터(M1)는 차단된다. 이때, 제2 교류신호는 제2 NMOS트랜지스터(M2)를 통해 정류되어 출력된다.
즉, 제1 트랜스포머(TS1)는 입력신호의 플러스 반파는 제1 NMOS트랜지스터(M1)를 통해 정류하고, 마이너스 반파는 극성을 반전시켜 제2 NMOS트랜지스터(M2)를 통해 정류하여 입력신호를 전파 정류한다.
이와 같이, 수신단(112)을 통해 수신되는 입력신호는 10W의 전력을 가지고 있었으나, 입력신호는 정류부(113a,113b)들 각각의 1차 코일들에 의해 전압 분배되어 각 1차 코일에는 5W의 입력신호가 인가되고, 1차 코일과 2차 코일 사이의 유도 과정에서 입력신호는 전류 분배되어 2차 코일의 양 단에는 각각 2.5W의 교류신호가 생성된다. 전력은 전압×전류이므로, 수신단(112)에 수신된 입력신호의 전력은 1차 코일과 2차 코일에 의해 순차적으로 전압 분배 및 전류 분배되어 작아진다.
이러한 전압 분배 효과는 정류부(113a,113b)의 수를 늘림으로써 증가시킬 수 있는데, 좀 더 정확하게는 수신단(112)과 접지 사이에 직렬 연결되는 1차 코일의 수를 늘림으로써 증가시킬 수 있다.
한편, 제1 정류부(113a)의 제1 및 제2 NMOS트랜지스터(M1,M2)와 제2 정류부(113b)의 제3 및 제4 NMOS트랜지스터(M3,M4)를 통해 정류된 제1 교류신호들 및 제2 교류신호들은 모두 출력단(116)에 의해 취합되어 출력된다. 이상적으로, 열 손실을 무시할 경우 에너지 보존 법칙에 의해 수신단(112)의 입력신호와 출력단(116)의 출력신호는 동일한 10W의 전력을 갖게 된다.
평활부(115)는 평활용 커패시터(C1)에 의해 출력신호를 평활한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 수신 장치(102)는 트랜스포머의 1차 코일을 통해 입력신호를 전압 분배하고, 1차 코일에서 2차 코일로 유도되는 과정에서 입력신호의 극성 변화를 이용하여 입력신호를 전류 분배한다. 이에 따라, 2차 코일의 양 단에 연결되는 정류 소자들 각각에는 전력 분배된 교류신호가 인가되므로, 정류 소자의 파괴 가능성을 줄일 수 있게 된다.
한편, 상기 무선 에너지 수신 장치(111)는 복수의 트랜스포머(TS1,TS2)로 구성된 것이 아니라, 복수의 1차 코일과 복수의 2차 코일을 갖는 하나의 트랜스포머로 볼 수도 있다. 즉, 수신단(112)과 접지 사이에 직렬로 연결되는 복수의 1차 코일과 1차 코일들 각각에 대응하는 2차 코일을 구비하는 트랜스포머로 볼 수 있다. 이때에는, 무선 에너지 수신 장치(111)는 하나의 트랜스포머와 상기 트랜스포머의 각 2차 코일 양 단에 연결되는 정류 소자들로 구성된다.
상기와 같이 구성된 무선 에너지 수신 장치(111)의 제1 정류부(113a)에서, 제1 트랜스포머(TS1)의 2차 코일 양단에 유도되어 제1 및 제2 NMOS트랜지스터(M1,M2)에 각각 걸리는 전압(Vd1,Vd2), 즉, 제1 및 제2 NMOS트랜지스터(M1,M2)를 통한 전압 강하의 크기를 도3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도3의 파형도는 무선 에너지 수신 장치의 입력신호의 전력을 40㏈m로 전제하고, 입력 주파수는 14㎒로 전제한다.
제1 NMOS트랜지스터(M1)에 걸리는 전압(Vd1)과 제2 NMOS트랜지스터(M2)에 걸리는 전압(Vd2)은 각각 최고 전압 레벨(Vd_max) 5.7V에서 최저 전압 레벨(Vd_min) -27.530V 사이를 스윙(swing)한다. 즉, 제1 및 제2 NMOS트랜지스터(M1,M2)에는 5.7V와 -27.530V의 전압 차인 33.23V만큼의 전압 강하가 발생한다.
한편, 도1의 무선 에너지 수신 장치에서 정류부의 수를 더 추가한 경우를 도4 내지 도7을 참조하여 살펴보도록 하겠다. 여기서, 도4 내지 도7은 도3과 마찬가지로, 무선 에너지 수신 장치의 입력신호의 전력을 40㏈m로 전제하고, 입력 주파수를 14㎒로 전제한다.
먼저, 도4를 참조하면, 무선 에너지 수신 장치는 3개의 정류부를 구비하고 있다. 여기서, 제1 정류부(113a)의 제1 트랜스포머(TS1) 1차 코일의 일 단은 수신단(112)과 연결되고, 제1 트랜스포머(TS1)의 1차 코일의 타 단은 제2 정류부(113b)의 제2 트랜스포머(TS2) 1차 코일의 일 단과 연결된다. 그리고, 제3 정류부(113c)의 제3 트랜스포머(TS3) 1차 코일의 양 단은 제2 트랜스포머(TS2)의 1차 코일의 타 단과 접지 사이에 연결된다.
이와 같이, 제1 내지 제3 정류부(113a∼113c)에 구비되는 제1 내지 제3 트랜스포머(TS1∼TS3) 각각의 1차 코일들은 수신단(112)과 접지 사이에 직렬로 연결된다. 따라서, 수신단(112)이 수신한 입력신호는 1차 코일들에 의해 전압 분배된다. 이때, 도1의 무선 에너지 수신 장치에 비해 1개 더 많은 3개의 1차 코일에 의해 전압 분배되므로, 각 1차 코일에 인가되는 입력신호의 전압은 도1에 비해 낮아진다.
도5를 참조하면, 제1 NMOS트랜지스터(M1)에 걸리는 전압(Vd1)과 제2 NMOS트랜지스터(M2)에 걸리는 전압(Vd2)은 각각 최고 전압 레벨(Vd_max) 2.87V에서 최저 전압 레벨(Vd_min) -10.788V 사이를 스윙(swing)한다. 즉, 제1 및 제2 NMOS트랜지스터(M1,M2)에는 13.658V만큼의 전압 강하가 발생한다.
다음, 도6을 참조하면, 무선 에너지 수신 장치는 5개의 정류부를 구비하고 있다. 여기서, 제1 내지 제5 정류부(113a∼113e)에 구비된 제1 내지 제5 트랜스포머(TS1∼TS5) 각각의 1차 코일은 수신단(112)과 접지 사이에 직렬 연결된다. 이때, 도6은 도4나 도1의 무선 에너지 수신 장치에 비해 더 많은 수의 1차 코일이 수신단(112)과 접지 사이에 직렬 연결되므로, 도6의 무선 에너지 수신 장치의 1차 코일에는 도1과 도4보다 더 낮은 전압의 입력신호가 인가된다.
도7을 참조하면, 제1 NMOS트랜지스터(M1)에 걸리는 전압(Vd1)과 제2 NMOS트랜지스터(M2)에 걸리는 전압(Vd2)은 각각 최고 전압 레벨(Vd_max) 1.945V에서 최저 전압 레벨(Vd_min) -6.577V 사이를 스윙(swing)한다. 즉, 제1 및 제2 NMOS트랜지스터(M1,M2)에는 8.522V만큼의 전압 강하가 발생한다.
즉, 수신단(112)에 연결되는 정류부의 수를 늘릴수록 수신단(112)에 수신되는 입력신호는 더 작은 전압으로 전압 분배되고, 트랜스포머의 2차 코일에 유도되는 신호의 크기도 작아져, 정류소자에 걸리는 전압의 크기도 작아지는 것을 알 수 있다.
한편, 표1를 참조하여 좀 더 많은 예들을 살펴보면 다음과 같다.
각 다이오드에 걸리는 전압(Vd)
연결되는 정류부의 개수 Vd_max Vd_min
1 8.139V -39.909V
2 5.790V -27.530V
3 2.876V -10.788V
4 2.301V -8.198V
5 1.945V -6.577V
6 1.705V -5.466V
7 1.531V -4.657V
8 1.399V -4.043V
9 1.295V -3.562V
10 1.210V -3.174V
표1를 보면, 무선 에너지 수신 장치(111)에서, 정류부를 하나만 구비하는 경우에는 각 NMOS트랜지스터에 걸리는 전압(Vd)의 최고 전압 레벨(Vd_max)과 최저 전압 레벨(Vd_min) 사이의 전압 차는 48.048V가 된다.
그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 에너지 수신 장치(111)에서와 같이, 수신단(112)에 복수의 정류부를 연결하는 경우, 수신한 입력신호를 전압 분배하여 정류부의 각 NMOS트랜지스터에 걸리는 전압(Vd)을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한, 정류부의 수가 늘어날수록 정류부의 NMOS트랜지스터들 각각에 걸리는 전압(Vd)의 스윙폭의 범위가 더욱 작아지는 것을 알 수 있다. 즉, 각 NMOS트랜지스터들에 걸리는 전압 강하가 줄어들어 소자 파괴를 방지할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치는 수신단에 복수의 정류부를 연결하여 수신단에 수신되는 입력신호를 전력 분배하여 입력신호보다 작은 전력을 갖는 신호가 정류부의 정류소자들에 걸리도록 하고, 정류소자들에 의해 정류된 신호들을 다시 취합하여 출력한다. 따라서, 정류소자들의 파괴를 방지하면서 입력신호와 동일한 전력을 갖는 출력신호를 발생하여 배터리를 충전할 수 있다.
만일, 무선 에너지 수신 장치로 수신되는 입력신호의 전력이 커지는 경우 수신단에 연결되는 정류부의 수를 늘리면 정류소자들에 걸리는 전압을 작게 유지할 수 있게 된다.
이에 따라, 무선 에너지 수신 장치(111)가 정류 기능을 안정적으로 수행할 수 있게 되어, 배터리(118)도 무선 에너지 수신 장치(111)로부터 안정적으로 충전받을 수 있게 된다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 무선 에너지 전송 시스템
100: 무선 에너지 송신 장치
110: 휴대용 전자 장치
111: 무선 에너지 수신 장치
112: 수신단
113a∼113e: 제1 내지 제5 정류부
115: 평활부
116: 출력단
118: 배터리
TS1∼TS5: 제1 내지 제5 트랜스포머

Claims (11)

  1. 무선으로 전송되는 입력신호를 수신하는 수신단;
    상기 수신단과 1차 코일의 일 단이 연결되는 제1 트랜스포머 및 상기 제1 트랜스포머의 2차 코일 양 단과 각각 일 단이 연결되는 제1 정류 소자와 제2 정류 소자를 포함하는 제1 정류부; 및
    상기 제1 트랜스포머의 1차 코일의 타 단과 접지 사이에 1차 코일의 양 단이 연결되어 상기 입력 신호의 전압을 상기 제1 트랜스포머와 함께 분배받는 제2 트랜스포머 및 상기 제2 트랜스포머의 2차 코일 양 단과 각각 일 단이 연결되는 제3 정류 소자와 제4 정류 소자를 포함하는 제2 정류부;
    를 포함하는 무선 에너지 수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트랜스포머의 2차 코일에는 중간 탭이 구비되는, 무선 에너지 수신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 정류 소자들은 다이오드 또는 MOS트랜지스터인, 무선 에너지 수신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 정류 소자들의 타 단과 공통적으로 연결되는 출력단을 더 포함하는, 무선 에너지 수신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 평활용 커패시터를 더 포함하는, 무선 에너지 수신 장치.
  6. 무선으로 전송되는 입력신호를 수신하는 수신단;
    상기 수신단과 접지 사이에 직렬로 연결되어 상기 입력 신호의 전압을 각각 분배받는 복수의 1차 코일 및 상기 1차 코일들 각각에 대응하는 복수의 2차 코일을 구비하는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머의 2차 코일들 각각의 일 단과 일 단이 연결되는 복수의 제1 정류 소자; 및
    상기 트랜스포머의 2차 코일들 각각의 타 단과 일 단이 연결되는 복수의 제2 정류 소자;
    를 포함하는 무선 에너지 수신 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 2차 코일에는 중간 탭이 구비되는, 무선 에너지 수신 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 정류 소자들은 다이오드 또는 MOS트랜지스터인, 무선 에너지 수신 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 정류 소자들의 타 단과 공통적으로 연결되는 출력단을 더 포함하는, 무선 에너지 수신 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 평활용 커패시터를 더 포함하는, 무선 에너지 수신 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 기재되는 무선 에너지 수신 장치; 및
    상기 무선 에너지 수신 장치로부터 에너지를 인가받아 충전하는 배터리;
    를 포함하는 휴대용 전자 장치.
KR1020110013436A 2011-02-15 2011-02-15 무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치 KR101236319B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110013436A KR101236319B1 (ko) 2011-02-15 2011-02-15 무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110013436A KR101236319B1 (ko) 2011-02-15 2011-02-15 무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120093706A KR20120093706A (ko) 2012-08-23
KR101236319B1 true KR101236319B1 (ko) 2013-02-22

Family

ID=46885053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110013436A KR101236319B1 (ko) 2011-02-15 2011-02-15 무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101236319B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9641364B2 (en) 2014-05-30 2017-05-02 Nxp B.V. Communication circuit and approach with modulation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5127415A (ja) * 1974-08-30 1976-03-08 Toritsu Tsushin Kogyo Kk Heiretsuntengatasuitsuchingushiki dccdc konbaata
KR20040098819A (ko) * 2003-05-16 2004-11-26 이규영 무선 전원 공급장치 및 무선 전원 수신장치
JP2006157586A (ja) 2004-11-30 2006-06-15 Keakomu:Kk 携帯無線機器
JP2007336717A (ja) * 2006-06-15 2007-12-27 Sharp Corp 非接触電力伝送システム、送電装置及び受電装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5127415A (ja) * 1974-08-30 1976-03-08 Toritsu Tsushin Kogyo Kk Heiretsuntengatasuitsuchingushiki dccdc konbaata
KR20040098819A (ko) * 2003-05-16 2004-11-26 이규영 무선 전원 공급장치 및 무선 전원 수신장치
JP2006157586A (ja) 2004-11-30 2006-06-15 Keakomu:Kk 携帯無線機器
JP2007336717A (ja) * 2006-06-15 2007-12-27 Sharp Corp 非接触電力伝送システム、送電装置及び受電装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9641364B2 (en) 2014-05-30 2017-05-02 Nxp B.V. Communication circuit and approach with modulation
KR101773665B1 (ko) * 2014-05-30 2017-08-31 엔엑스피 비 브이 변조를 사용하는 통신 회로 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120093706A (ko) 2012-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10483786B2 (en) Wireless charging systems with multicoil receivers
US10554134B2 (en) Idle ring detection for a multi-output power converter
US11349353B2 (en) System and method for providing inductive power at multiple power levels
US10014720B2 (en) Power transmission system
US20130051082A1 (en) Switching power supply
US9929585B2 (en) Power transfer system
CN110121827B (zh) 非接触供电装置
WO2018195952A1 (en) Flyback power converters including adaptive clamp circuits for adjusting resonant frequencies
KR20150076001A (ko) 전계 결합형 무선 충전장치
US20160065079A1 (en) Power transfer system
JP2014168365A (ja) ワイヤレス給電システム
US9106071B2 (en) Apparatus and methods of bootstrap and over voltage combination clamp for wireless power receiver
US10418906B2 (en) High efficiency primary and secondary bias flyback converter with dual outputs
KR20130095906A (ko) 무선전력 수신장치 및 무선전력 전송 시스템
US10707699B2 (en) Interphase transformer based rectifier for wireless power transfer
US20180115193A1 (en) Wireless power receiver
KR101236319B1 (ko) 무선 에너지 수신 장치 및 이를 포함하는 휴대용 전자 장치
Fuh et al. A 13.56 MHz power-efficient active rectifier with digital offset compensation for implantable medical devices
US9484906B2 (en) Apparatus and methods of N-type load switch using bootstrap gate drive for wireless power receiver
WO2017026136A1 (ja) 電界結合式非接触給電システム
CN107612348A (zh) 隔离式开关电源及其电子装置
TWI500250B (zh) Rectifier device
JP2011139587A (ja) 多重電流共振型コンバータ、及び画像形成装置
KR101818591B1 (ko) 무선전력 수신장치 및 무선전력 전송 시스템
KR20180008817A (ko) 무선전력 수신장치 및 무선전력 전송 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160119

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170119

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee