KR101455697B1 - 무선 전력 송신 네트워크를 포함하는 무선 전력 송신단 - Google Patents

무선 전력 송신 네트워크를 포함하는 무선 전력 송신단 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신단에 관한 것으로, 소정의 발진기에서 생성된 전력을 증폭하는 하나 이상의 전력 증폭기; 상기 전력 증폭기와 주파수 매칭 인터페이스를 통합하며, 상기 발진기에서 생성된 출력 주파수에 대한 소정 대역의 주파수 필터링을 수행하는 송신 코일단 및 수신 코일단으로 이루어진 무선 전력 전송 네트워크; 및 상기 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전송되는 송신 주파수 특성을 제어하기 위해 상기 무선 전력 전송 네트워크에 연결된 병렬 커패시터를 포함하고, 상기 무선 전력 전송 네트워크는 상기 전력 증폭기와 주파수 매칭을 수행하는 무선 전력 전송 네트워크를 통해 외부 수동 소자의 기능을 대체하고, 전력 증폭기와 무선 전력 전송 네트워크를 통합하여 통합된 주파수 매칭 설계 및 최적화된 무선 전력 송신단을 제안하는 것이다.

Description

무선 전력 송신 네트워크를 포함하는 무선 전력 송신단 {A wireless power transmitter including wireless power transmission network}
본 발명은 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신단에 관한 것으로, 구체적으로는 고효율 고출력의 전력 증폭기와 전력 전송 네트워크를 직접 연결함으로써 외부 수동 소자의 사용을 최소화하는 무선 전력 송신단을 제공하기 위한 것이다.
일반적으로, 무선 전력 전송 시스템은 전자기 유도 방식과 자기 공명 방식 등 전자기 특성을 이용하여 원격에 위치한 부하에 무선으로 전력을 공급하는 시스템을 의미한다. 무선 전력 전송 방법의 일 예로, 전자기 특성이 일치하거나 상호 커플링 또는 공진 특성을 발생시킬 수 있는 송신 코일 및 수신 코일을 이용하여 전력을 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송 시스템에 유도 코일 등을 추가적으로 구성하여 전력 송수신 거리를 증가시키거나 전송 효율을 증가시킬 수 있다.
이와 같은 무선 전력 전송 시스템은 사용하는 총 전력 대비 최종 부하에 수신되는 전력량, 즉 전송효율을 통해 시스템 성능을 평가할 수 있는데, 이를 위하여 무선 전력 전송 시스템은 ⅰ)송수신 코일로 구성되는 높은 에너지 전송이 가능한 무선 전력 전송 네트워크, ⅱ)고전력 신호를 손실 없이 송신하기 위한 고효율 송신단 및 ⅲ)수신 코일에서 얻어진 고주파 신호를 받아 실제 부하에서 이용할 수 있는 전력 신호로 변환하는 고효율 수신단으로 구성할 수 있다.
송신단을 구성하는 전력 증폭기는 선형 증폭기 및 비선형 증폭기로 구분할 수 있다. 선형 증폭기는 최대 전력 효율이 이론적으로 78.5%이고 비선형 증폭기는 최대 전력 효율이 이론적으로 100%이므로, 80% 이상의 고효율 증폭 특성이 요구되는 무선 전력 송신단 구성에는 일반적으로 비선형 증폭기 사용이 더 적합하다.
비선형 증폭기는 스위칭 동작을 하는 전력 증폭 소자와 이 소자의 동작 특성을 확보하기 위한 수동 소자의 조합으로 구성된다. 증폭기 출력 신호는 송신 주파수 이외 다른 주파수 성분이 포함되어 있으므로, 출력단에는 불필요한 주파수 신호를 제거하기 위한 저역 통과 필터 또는 대역 통과 필터를 추가 구성한다. 또한, 증폭기에서 높은 전력 신호를 출력할수록 출력단에서 보이는 최적 부하가 낮은 값을 가지므로 기준 임피던스와의 매칭을 위한 별도의 주파수 매칭 회로를 추가 구성한다.
무선 전력 전송에서는 200KHz, 6.78MHz 등의 20MHz 이하 주파수 대역이 사용되므로, 증폭기 구성에 필요한 수동 소자와 필터는 큰 소자 특성 값이 요구되어 반도체 공정 등을 이용한 집적 형태로 구현하는 것이 불가능하다. 따라서, 동작 특성을 확보하기 위하여 외부 수동 소자를 사용하고, 필터 특성을 얻기 위해 세라믹 필터를 부착하거나 필터 동작을 하는 외부 수동소자의 조합을 이용한다.
그러나, 세라믹 필터는 고가이면서 크기가 크기 때문에 소형 시스템을 구성하는데 많은 제약이 따르며, 외부 수동 소자는 각 소자 값이 최소 1%(커패시터)에서 최대 20%(인덕터)의 오차를 가지기 때문에 설계 값과 실제 구현된 값이 큰 차이를 보이고, 이로 인하여 정확한 동작 특성을 얻기 위해서는 주파수 보상 회로 등을 사용하지 않고는 시스템 구성이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 수동 소자에 존재하는 기생 성분으로 인하여 높은 품질 계수(quality factor)를 기대할 수 없으므로 원하는 주파수 특성을 얻기 어려우며 특성 신뢰성을 확보하는데 어려움이 발생한다.
종래의 무선 전력 전송 시스템은 외부 수동 소자의 사용으로 전력 증폭기에서 외부 수동 소자의 특성 오차로 인한 증폭기 전송 효율이 낮아지고, 전력 증폭기와 무선 전력 전송 네트워크의 개별 설계로 인하여 전체 무선 전력 전송 송신단의 설계 시 인터페이스 오차가 발생한다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 무선 전력 전송 시스템에서는 입력단의 주파수 매칭 설계 문제, 고가의 고출력 전력 소자를 사용한 증폭기 사용에 따른 시스템 가격 상승, 고출력 전력 소자의 동작 시 발생하는 고열로 인한 송신단의 성능 저하 및 열 발생에 따라 냉각 장치 및 보상 회로의 추가 구성으로 인한 시스템 가격 상승 및 시스템 집적화 제한 등의 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 무선 전력 전송 네트워크를 사용하여 외부 수동 소자의 기능을 대체하고, 전력 증폭기와 무선 전력 전송 네트워크를 통합하여 통합된 주파수 매칭 설계 및 최적화된 송신단 구성을 제안하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 다수의 전력 소자 출력을 효과적으로 결합하여 최종 부하로 전달하기 위한 트랜스포머 기반의 무선 전력 전송 네트워크를 구현하고, 저가의 저출력 전력 소자를 다수 사용하여 고효율 전력 증폭기를 대체할 수 있는 송신단 구성을 제안하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 전력 증폭기에서의 발열현상을 회피하거나 최소화할 수 있는 분산 전력 증폭기 구성을 제안하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신단은, 소정의 발진기에서 생성된 전력을 증폭하는 하나 이상의 전력 증폭기; 상기 전력 증폭기와 주파수 매칭 인터페이스를 통합하며, 상기 발진기에서 생성된 출력 주파수에 대한 소정 대역의 주파수 필터링을 수행하는 송신 코일단 및 수신 코일단으로 이루어진 무선 전력 전송 네트워크; 및 상기 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전송되는 송신 주파수 특성을 제어하기 위해 상기 무선 전력 전송 네트워크에 연결된 병렬 커패시터를 포함하고, 상기 무선 전력 전송 네트워크는 상기 전력 증폭기와 주파수 매칭을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력 전송 네트워크는, 상기 송신 코일단과 상기 수신 코일단의 비율을 조절하거나, 네크워크를 구성하는 수동 소자 값을 변경하여 주파수 매칭을 수행할수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 발진기는, 차동 출력 주파수 신호를 생성하는 차동 발진기 또는 발진기 및 1:1 트랜스포머로 구성되어 상기 발진기에서 생성된 주파수 신호를 차동 신호로 변환하는 차동 발진기 모듈을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 전력 증폭기는, 상기 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 하나 이상의 스위칭 소자를 이용하여 구성된 비선형 증폭기를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전력 증폭기는, 상기 스위칭 소자로 소정의 전원을 공급하는 인덕터는 포함하지 않되, 상기 무선 전력 전송 네트워크의 송신 코일단의 중심 포트를 이용하여 상기 스위칭 소자로 소정의 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 병렬 커패시터의 값은 상기 무선 전력 전송 네트워크의 성능을 최적화하는 특정 주파수에 따라 변동될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신단은, 소정의 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 다수의 스위칭 소자를 포함하는 class E 타입의 전력 증폭기; 상기 class E 타입의 전력 증폭기와 주파수 매칭 인터페이스를 통합하며, 상기 발진기에서 생성된 출력 주파수에 대한 소정 대역의 주파수 필터링을 수행하는 무선 전력 전송 네트워크; 및 상기 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전송되는 송신 주파수 특성을 제어하기 위해 상기 무선 전력 전송 네트워크에 연결된 병렬 커패시터를 포함하고, 상기 스위칭 소자는, 상기 스위칭 소자에 연결된 소정의 인덕터 또는 상기 무선 전력 전송 네트워크의 송신 코일단의 중심 포트를 이용하여 소정의 전원을 공급받을 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신단은, 소정의 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 class D 타입의 전력 증폭기; 상기 class D 타입의 전력 증폭기와 주파수 매칭 인터페이스를 통합하며, 상기 발진기에서 생성된 출력 주파수에 대한 소정 대역의 주파수 필터링을 수행하는 무선 전력 전송 네트워크; 및 상기 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전송되는 송신 주파수 특성을 제어하기 위해 상기 무선 전력 전송 네트워크에 연결된 병렬 커패시터를 포함한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 class D 타입의 전력 증폭기는, 상기 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 하나 이상의 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 하나 이상의 비교기 및 구동 증폭기를 포함하되, 상기 비교기의 기준 신호가 고정된 값일 수 있다.
나아가, 상기 class D 타입의 전력 증폭기는, 상기 스위칭 소자가 NMOS 트랜지스터인 경우 상기 전력 증폭기의 동작과 관련된 하나 이상의 전압 레벨 이동기를 더 포함할 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 class D 타입의 전력 증폭기는, 상기 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 하나 이상의 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자로 드레인 전압을 공급하기 위한 하나 이상의 제1 인덕터; 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 하나 이상의 주파수 매칭 회로; 및 상기 스위칭 소자로 게이트 전압을 추가 공급하기 위한 하나 이상의 제2 인덕터를 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신단은, 송신 전력을 생성하는 소정의 구동 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 다수의 독립된 전력 증폭기; 상기 다수의 전력 증폭기에서 증폭된 출력 전력을 결합하여 소정의 부하 임피던스로 전달하는 무선 전력 전송 네트워크; 및 상기 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전송되는 송신 주파수 특성을 제어하기 위해 상기 무선 전력 전송 네트워크에 연결된 다수의 병렬 커패시터를 포함한다.
이때, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 상기 구동 발진기는, 상기 다수의 독립된 전력 증폭기에서 독립된 위상 출력 신호를 발생하는 쿼드러쳐(Quadrature) 발진기 또는 다수의 차동 발진기를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 상기 무선 전력 전송 네트워크는, 상기 전력 증폭기와 주파수 매칭 인터페이스를 통합하고, 상기 발진기에서 생성된 출력 주파수에 대한 소정 대역의 주파수 필터링을 수행할 수 있다. 또한, 상기 무선 전력 전송 네트워크는 상기 다수의 전력 증폭기의 출력 위상에 기초하여 상기 다수의 전력 증폭기 사이에 위치하는 전송선의 길이를 상기 다수의 전력 증폭기의 출력 신호 파장에 따라 조정할 수 있다.
상기 실시형태들은 본 발명의 바람직한 실시 예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시 예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선 전력 전송 네트워크를 사용하여 외부 수동 소자의 기능을 대체하고, 전력 증폭기와 무선 전력 전송 네트워크를 통합하여 통합된 주파수 매칭 설계 및 송신단 구성을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 다수의 전력 소자 출력을 효과적으로 결합하여 최종 부하로 전달하기 위한 트랜스포머 기반의 무선 전력 전송 네트워크를 구현하고, 저가의 저출력 전력 소자를 다수 사용하여 고효율 전력 증폭기를 대체할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 분산 전력 증폭기 구성을 이용하여 전력 증폭기에서의 발열 현상을 회피하거나 최소화할 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 네트워크를 포함하는 무선 전력 송신단 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 외부 수동 소자를 이용하는 Class E 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Class E 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Class E 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 Class D 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 Class D 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다수의 전력 증폭기를 사용하는 무선 전력 송신단의 일 예를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
본 발명은 고효율 고출력의 전력 증폭기와 전력 전송 네트워크를 직접 연결함으로써 외부 수동 소자의 사용을 최소화하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신단에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 네트워크를 포함하는 무선 전력 송신단 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송용 송신단(100)은 출력 주파수를 생성하는 발진기(101), 생성된 출력 주파수를 고효율 고출력으로 증폭하는 전력 증폭기(102), 주파수 특성을 제어하기 위한 커패시터(103) 및 송신 코일(111)과 수신 코일(112)로 구성된 무선 전력 전송 네트워크(110)를 포함한다.
발진기(101)에서 생성된 출력 주파수(120)는 전력 증폭기(102)의 스위칭 소자를 이용하여 고효율의 고출력으로 증폭된 전력 증폭기 출력 신호(121)로 증폭되고, 무선 전력 전송 네트워크(110)를 통해 전송된 최종 전력 신호(122)는 전력 수신대상인 부하 임피던스(130)로 전달된다.
이때, 무선 전력 전송용 송신단(100)은 외부 수동 소자로 구현하던 주파수 매칭과 필터 특성과 같이 전력 증폭기 동작에 필요한 기능을 무선 전력 전송 네트워크(110)를 통해 구현함으로써, 외부 수동 소자의 사용을 줄여 외부 수동 소자로 인한 시스템 동작 오류를 감소시키고 송신단 전체의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 전력 증폭기(102)와 무선 전력 전송 네트워크(110)를 동시에 구현할 수 있어 별도로 수행되던 주파수 매칭 작업을 통합하여 수행하게 되므로, 별도의 인터페이스를 고려하지 않고 송신단을 구현할 수 있다.
상기 도 1을 참조하여 상술한 본 발명에 따른 무선 전력 송신단 구조는 설명의 이해를 돕기 위해 단일의 증폭기를 이용한 송시단 구조를 일 예로 든 것으로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 타입의 전력 증폭기로 구성할 수 있다.
예컨대, 트랜스포머 기반으로 분산 전력 증폭기 개념을 적용하여 증폭기 최종 출력단을 구성할 수 있으므로, 송신 코일에 다수의 증폭기를 병렬형태로 연결하여 부하 임피던스에 인가되는 출력 전력을 증가시킬 수 있다.
이하. 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 전력 증폭기를 사용한 무선 전력 전송 송신단에 대하여 설명하도록 하며, 먼저 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해, 도 2를 참조하여 일반적으로 사용하는 Class E 타입의 전력 증폭기를 이용하는 무선 전력 송신단 구조를 설명한다.
도 2는 종래 외부 수동 소자를 이용하는 Class E 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, Class E 타입의 무선 전력 송신단(200)은 출력 주파수를 생성하는 발진기(210), Class E 타입의 전력 증폭기(220) 및 트랜스포머를 이용한 무선 전력 전송 네트워크(230)를 포함한다.
Class E 타입의 전력 증폭기(220)는 전력 증폭기로 동작하기 위한 인덕터(221), 병렬 커패시터(222), 전력 증폭을 위한 스위칭 소자(223) 및 고주파 성분 제거를 위한 대역 통과 필터(224)를 포함한다. 또한, 전력 증폭기(220)는 발진기(210)로부터 인가되는 입력 DC 전압이 스위칭 소자(223)에 전달되는 것을 방지하기 위한 DC 전압 방지용 커패시터(225) 및 스위칭 소자(223)에 동작 전원 공급을 수행하려는 인덕터(226)를 더 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 네트워크(230)는 송신코일과 수신코일로 이루어진다.
인덕터(221)는 스위칭 소자(223)의 전원 공급 및 전력 증폭 동작을 수행하고, 병렬 커패시터(222)는 인덕터(221)와 함께 전력 증폭 동작을 위한 것으로 스위칭 소자(223)의 기생 커패시터의 크기가 큰 경우 기생 커패시터로 대체할 수 있다.
대역 통과 필터(224)는 전력 증폭시 발생하는 고주파 성분을 제거하기 위한 주파수 대역 통과 필터이고, 트랜스포머(230)는 주파수 매칭을 위한 것으로 대역 통과 필터(224)와 함께 하나의 인덕터-커패시터(LC) 네트워크를 구현하며 전력 증폭기(220)에서 증폭된 신호를 전력 수신대상인 부하 임피던스(240)로 전달된다.
그러나, 이와 같은 구성에도 전력 증폭기(220)의 최대 출력 전력과 효율은 인덕터(221)와 필터(224)를 구성하는 수동 소자의 값에 민감하다. 전력 증폭기 동작에 필요한 수백 nH 대역의 인덕터는 제조 공정상의 한계로 인하여 최대 20%의 오차를 가지므로, 소자값을 보정하는 과정을 거치지 않고는 80% 이상의 고효율 증폭기 설계가 불가능해진다.
따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신단은 트랜스포머 기반으로 분산 전력 증폭기 개념을 적용하여 증폭기 최종 출력단을 구성함으로써, 송신 코일에 다수의 증폭기를 병렬형태로 연결하여 부하 임피던스에 인가되는 출력 전력을 증가시키는 구성을 제안한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Class E 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, Class E 타입의 무선 전력 송신단(300)은 출력 주파수를 생성하는 발진기(310), Class E 타입의 전력 증폭기(320), 트랜스포머 형태의 무선 전력 전송 네트워크(330), AC-DC 컨버터(340) 및 에너지저장장치(350)로 구성된다.
Class E 타입의 전력 증폭기(320)는 전력 증폭기로 동작하기 위한 인덕터(321), 제1 병렬 커패시터(322), 제2 병렬 커패시터(323), 전력 증폭을 위한 스위칭 소자(324), 발진기(310)로부터 인가되는 입력 DC 전압이 스위칭 소자(324)에 전달되는 것을 방지하기 위한 DC 전압 방지용 커패시터(325) 및 스위칭 소자(324)에 동작 전원 공급을 수행하려는 인덕터(326)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 Class E 타입의 전력 증폭기(320)를 구성하는 구성은 상기 도 2에서 상술한 전력 증폭기(220)와 유사하나, 다만 고주파 필터(224)를 사용하지 않고 2개의 병렬 연결된 커패시터(322, 323)를 이용하여 전력 증폭을 수행한다.
또한, 무선 전력 전송 네트워크(330)의 다른 종단에는 에너지저장장치(350)에 해당하는 배터리의 전력상태를 제어하여 배터리 구동시간을 최대한으로 연장할 수 있도록 AC-DC 컨버터 및 전력관리반도체(Power Management IC: PMIC)(340)를 연결하여 단일 종단(single-ended) 타입으로 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Class E 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 Class E 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단(400)은 출력 주파수를 생성하는 차동 발진기(401), 전력 증폭에 사용하는 스위칭 소자(402, 403), 스위칭 소자의 전원 공급을 위한 인덕터(404, 405), 송신 주파수 특성을 제어하기 위한 커패시터(406) 및 전력 수신대상인 부하 임피던스(410)로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 네트워크(407)를 포함한다. 무선 전력 전송 네트워크(407)는 송신코일(407a) 및 수신코일(407b)의 쌍으로 이루어진다.
본 발명에서는, 스위칭 소자(402, 403), 인덕터(404, 405), 커패시터(406) 및 무선 전력 전송 네트워크(407)의 송신코일(407a)이 결합하여 Class E 타입의 전력증폭기를 구성하므로, 전력 증폭기와 무선 전력 전송 네트워크가 결합된 형태로 구현되며 2개의 전력 증폭기 구조를 갖는다.
이때, 인덕터(404, 405)는 소자값에 민감하지 않으며 차동 발진기(401) 구현시 트랜스포머 등을 사용하는 경우, 트랜스포머의 중심 포트를 통해 전원 인가가 가능하므로 제거될 수 있다.
한편, 무선 전력 송신단(400)은 차동 발진기(401)에서 생성된 출력 주파수를 증폭기로 전달하면서 DC 전압이 같이 전달되는 것을 방지하기 위한 DC 방지 커패시터(408, 409)을 더 포함할 수 있다. DC 방지 커패시터(408, 409)는 병렬형태로 차동 발진기(401)에 연결될 수 있다.
차동 발진기(401)에서 생성된 180°위상 차이를 가지는 주파수 신호는 두개의 스위칭 소자(402, 403)로 전달되어 각각 증폭된 후, 직접 연결된 무선 전력 전송 네트워크(407)로 전달된다.
무선 전력 전송 네트워크(407)를 구성하는 송신코일(407a)의 중심 포트를 이용하여 스위칭 소자(402, 403)에 전원 공급이 가능하기 위해 드레인(drain) 전원 공급을 위한 별도의 외부 소자는 불필요하다는 점에서 종래의 Class E 타입의 무선 전력 송신단과 구별된다. 또한, 송신코일(407a)이 갖는 인덕턴스를 전력 증폭기에서 필요한 소자로 이용할 수 있으므로, 송신코일(407a) 이외 별도의 인덕터는 추가하지 않을 수 있다.
전력 전송을 위한 최적의 무선 전력 전송 네트워크(407)를 구성하고 원하는 특정 주파수로 맞추기 위해, 커패시터(406)의 값을 조절하여 전력증폭기를 구현할 수 있다. 고출력 고효율의 전력 증폭기 구성을 위하여 사용하는 스위칭 소자(402, 403)의 크기가 크므로 이로 인해 발생하는 기생 커패시터의 값도 증가되므로, 병렬연결되는 커패시터(406)는 주파수 조절 기능을 위한 작은 소자 특성 값으로 구현할 수 있으며, 집적 커패시터 형태로 설계 가능하기에 완전 집적 형태의 보상 회로 구현을 통해 자동 보상 시스템 구현도 가능하다.
또한, 이를 외부 수동 소자로 구현하는 경우, 20%의 소자 특성값 오차를 갖는 인덕터와 비교하여 커패시터는 1%의 오차를 가지므로 시스템 설계 정확도 측면에서 종래기술에 비하여 자가 요구하는 설계 정확도가 개선될 수 있다.
도 4에 도시된 차동 발진기(401)는 별도의 차동 출력을 갖는 발진기 형태로 쉽게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 도 5에 도시된 것과 같이 발진기(501) 출력에 차동 신호를 생성할 수 있는 발룬(Balun)과 1:1 트랜스포머를 추가하여 차동 발진기 모듈로 구현할 수 있다.
여기서, 1:1의 비율은 1차측 전력선과 커플링을 생성하는 2차측 전력선의 개수가 동일하다는 것을 의미한다. 입력에 사용한 수동 소자의 특성 값은 증폭기 성능에 미치는 영향이 미세하므로 정밀하게 소자 값을 맞출 필요가 없다. 또한, 1:1 트랜스포머를 이용하는 경우에는 스위칭 소자(402, 403) 동작을 위한 인덕터(404, 405)를 제거하고, 트랜스포머의 중심 포트에 전원을 인가하여 증폭기 설계가 가능하므로 이 역시 외부 수동 소자의 사용을 줄일 수 있다.
일반적으로, 고출력 전력 증폭기에서 출력단 부하 Ropt는 전원 전압 VDD를 사용하는 경우, 얻고자 하는 출력 전력이 Pout일 때, 수학식 1과 같이 정해질 수 있다.
Figure 112013016225330-pat00001
상기 수학식 1에서, K는 부하 네트워크 구성 방법에 따라 변동하는 계수로, 예를 들어 병렬 회로로 부하 네트워크를 구성하는 경우 계수 K는 2.73이 된다. 하나의 전력 증폭기를 이용하여 20W의 출력 전력을 10V의 전원 전압을 사용하여 얻고자 하는 경우, 전력 증폭기의 출력단 부하는 대략적으로 6.8Ω이 된다.
본 발명에서는 하나 이상의 전력 증폭기를 사용하며, 각각의 전력 증폭기 출력이 트랜스포머에서 결합되는 형태의 송신단을 제안한다. 따라서, 바람직하게는 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전력이 전달되는 최종 부하에 동일한 전력을 전달하기 위하여, 최종 출력 전력(Ptotal)을 송신단에 사용된 전력 증폭기의 전체 개수(N)로 나누어 각 전력 증폭기에서 동일한 출력 전력(Ptotal/N)을 발생하도록 설계할 수 있다.
상기 도 4에 예시된 바와 같이, 2개의 전력 증폭기를 사용하는 Class E 타입의 무선 전력 송신단(400)에서는 각각의 전력 증폭기가 10W를 생성하므로, 각 전력 증폭기 출력단 부하(410)의 값은 도 1에서 예시된 하나의 전력 증폭기를 사용하는 부선 전력 송신단(100)의 최적 출력단 부하(130)의 2배가 된다.
트랜스포머를 이용한 주파수 매칭은 전력 증폭기와 연결된 1차 코일(송신코일)과, 부하에 연결된 2차 코일(수신코일)의 비율을 조절하여 주파수 매칭을 구현할 수 있다. 코일 비율의 제곱에 비례하여 부하 임피던스 매칭이 되기 때문에, 상기 도 1과 같이 하나의 전력 증폭기를 이용하는 경우에는 기준 임피던스 50Ω을 맞추기 위해, 대략 1:2.8 트랜스포머를 구성한다. 반면, 상기 도 4과 같이 두 개의 전력 증폭기를 사용하는 경우에는 1:2 트랜스포머만으로 기준 임피던스 매칭이 가능하다.
여기서, 1:N의 비율은 1차측 전력선과 커플링을 생성하는 2차측 전력선이 N개라는 비율을 나타내며, N이 커질수록 대칭을 유지하며 효과적인 트랜스포머 구현이 어려워지고, 기생 성분이 증가하여 커플링 및 공진 특성을 특정 값으로 맞춰 설계하기가 용이하지 않다는 문제가 있다. 특히, N이 정수값이 아닌 경우에는 설계가 용이하지 않게 된다. 따라서, 1:2 트랜스포머를 구현하는 것이 1:2.8 또는 1:3 트랜스포머를 구현하는 것보다 시스템 설계 난이도를 절감시키고 정확도를 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 주파수 매칭 특성을 갖는 트랜스포머를 무선 전력 전송 네트워크를 구성하는 송신 코일과 수신 코일로 그대로 적용하는 것이 가능하므로, 효과적인 무선 전력 송신단을 구현할 수 있다.
또한, 전력 증폭기에서 전력 증폭시 단위 면적당 발생하는 열은 사용하는 소자의 크기와 소모 전력에 비례하는데, 소자의 전력 효율이 100%라고 가정하면, 출력 전력과 소모 전력이 같다고 할 수 있다. 본 발명에서는 각각의 스위칭 소자에서의 열 발생 크기가 종래 기술에 따른 무선 전력 송신단에서의 스위칭 소자가 발생시키는 열의 0.5배 이하이다. 나아가, 개별 소자를 분산 배치하는 것이 가능하므로 각각의 발생하는 열이 서로 영향을 미치지 않고 열 발생 효과를 줄일 수 있으므로, 열에 의한 송신단 특성 저하 및 동작 오류 문제 영향이 종래 기술과 비교하여 감소될 수 있다.
한편, 본 발명에서 이용하는 무선 전력 전송 네트워크는 다양한 방식을 이용할 수 있으며, 전력 효율 및 전송 거리 등의 특성 등을 고려하면 다양한 방식 중 자기공진 방식을 이용할 수 있다. 자기공진 방식에서, 무선 전력 전송 네트워크는 원하는 특정 주파수에 해당하는 신호만 전력 전송을 수행하는 높은 품질 계수를 가지는 공진기로 볼 수 있으므로, 전력 증폭기에서는 이를 고성능의 주파수 대역 통과 필터로 볼 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신단은 상기 도 2에서 상술한 종래 무선 전력 송신단에서 사용한 대역 통과 필터를 사용하지 않을 수 있다. 즉, 기존의 대역 통과 필터를 사용하지 않고 무선 전력 전송 네트워크를 출력단에 직접 연결함으로써, 다른 하모닉 신호가 출력단의 최종 부하에 전달되는 것을 방지하는 필터 기능을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신단은 상술한 Class E 타입 외 다른 타입으로도 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Class D 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단의 일 예를 나타내는 도면으로, 구체적으로는, 다수의 전력 증폭기를 사용한 무선 전력 전송 송신단의 일 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Class D 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단(500)은 출력 주파수를 생성하는 발진기(501), 전력 증폭에 사용하는 다수의 스위칭 소자(502), 각 스위칭 소자를 구동하기 위한 비교기 및 구동 증폭기(503), 송신 주파수 특성을 제어하기 위한 커패시터(504) 및 전력 수신대상인 부하 임피던스(510)로 전력을 전달하는 무선 전력 전송 네트워크(505)를 포함한다.
이때, Class D 타입의 전력 증폭기 설계시 스위칭 소자로 NMOS 트랜지스터를 이용하는 경우, 전력 증폭기)의 동작을 위해 필요한 전압 레벨 이동기(506)를 더 포함하는 반면, 스위칭 소자로 PMOS 트랜지스터를 이용하는 경우에는 전압 레벨 이동기(506)는 사용하지 않을 수 있다.
또한, 발진기(501)에서 출력되는 신호를 차동 발진기에서 생성하는 차동 신호와 같이 변환하는 1:1 트랜스포머 또는 발룬(507)을 더 포함할 수 있다. 즉, 발진기(501)와 1:1 트랜스포머 또는 발룬(507)의 결합으로 차동 발진기 모듈(508)을 구현할 수 있다.
도 5에 도시된 Class D 타입의 전력 증폭기는 증폭된 반송파 신호를 그대로 전력 송신 신호로 이용하는 것으로, 비교기(503)의 기준 신호가 고정된 형태라는 점에서 일반적인 Class D 타입의 전력 증폭기와 구별된다. 비교기(503)의 기준 신호에 정보 신호를 포함시켜 펄스 모듈레이션 신호가 송신되도록 구현하는 경우 동일한 구성에서도 데이터 송신이 가능하므로, 종래 무선 전력 전송에서 데이터 송수신에 이용되던 부하 모듈레이션에 의한 데이터 송신 이외 추가적인 데이터 송수신 기법을 얻을 수 있다.
상기 도 3 및 도 4에서 상술한 Class E 타입의 전력 증폭기에서 송신코일에서 생성된 인덕턴스 값에 의해 동작 특성이 영향받는 것과 비교하여, 도 5에 도시된 Full-bridge Class D 타입의 전력 증폭기는 무선 전력 전송 네트워크에 의해 발생하는 인덕턴스 및 기생 성분 영향이 절감되므로, 최대 효율의 무선 전력 전송 네트워크를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 네트워크는 전력 증폭기 동작에 있어 주파수 대역 통과 특성을 갖는 부하에 해당하고, 송신코일에서 발생하는 인덕턴스 값은 일정한 크기 이상이 되면 증폭기 자체 동작에 영향을 주지 않으므로, 전력 전송 네트워크 구성에 관계없이 고효율 증폭기 구성이 가능하다.
바람직하게는, 도 5에 도시된 Class D 타입의 전력 증폭기는 도 3 및 도 4의 Class E 타입의 전력 증폭기와 비교하여 Class E 타입의 VDD와 동일한 전력을 사용할 경우 최대 출력 전압이 더 낮아지기 때문에 높은 전력을 송신하기 위해서 Class E 타입에서보다 높은 VDD를 적용할 수 있다. 또한, Class D 타입의 전력 증폭기는 전원 전압 노이즈 특성에 따라 최종 출력 신호 품질이 영향을 받는다는 점에서 Class E 타입의 전력 증폭기와 구분된다.
따라서, 최종 부하 전력과 전송 효율, 요구하는 신호 품질 또는 무선 전력 전송 네트워크 설계 등을 고려하여 본 발명의 실시예에 따른 Class E 타입 및 Class D 타입 중 최적의 전력 증폭기를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 본 발명의 실시예들은 두 타입의 증폭기 모두에 적용할 수 있는 기법으로 도 3 내지 도 5에 예시된 구성에 한정되는 것은 아니며, 사용자가 원하는 송신단 사양에 따라 다양하게 구현할 수 있다.
상기 도 5에 예시된 본 발명의 실시예에 따른 Class D 타입의 전력 증폭기는 전압 모드로 구현된 것이라면 이하 도 6을 참조하여 상술한 다른 형태의 Class D 타입의 전력 증폭기는 전류 모드로 구현된 형태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Class D 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 Class D 타입의 전력 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신단(600)은 출력 주파수를 생성하는 발진기(601), 전력 증폭에 사용하는 다수의 스위칭 소자(602), 각 스위칭 소자(602)를 구동하기 위한 제1 인덕터(603), 각 스위칭 소자(602)의 구동을 위한 별도의 입력 주파수 매칭 회로(matching circuit; 604), 각 스위칭 소자(602)로 전원의 추가 공급을 위한 제2 인덕터(605), 발진기(601)에서 출력되는 신호를 차동 발진기에서 생성하는 차동 신호와 같이 변환하는 1:1 트랜스포머 또는 발룬(606) 및 무선 전력 전송 네트워크(609)으로 구성된다.
이때, 무선 전력 전송 네트워크(609)의 송신단에는 송신 주파수 특성을 제어하기 위한 커패시터(608)가 연결되고, 수신단에는 전력 수신대상인 부하 임피던스(609)가 연결되어 전력을 전달하도록 구현할 수 있다.
다음으로, 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전력을 전달받는 수신단의 최종 부하에 더 놓은 출력 전력을 전송하는 방식에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다수의 전력 증폭기를 사용하는 무선 전력 송신단의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신단(700)은 전력 증폭기에 주파수 신호를 공급하는 구동 발진기(701), 구동 발진기(701)의 신호를 받아 전력을 증폭하는 다수의 전력 증폭기(702, 703, 704, 705) 및 다수의 전력 증폭기의 출력을 결합하여 전력 수신대상인 부하 임피던스(610)로 전송하는 무선 전력 전송 네트워크(706)를 포함한다. 이때, 무선 전력 송신단(700)은 송신 주파수 특성을 제어하기 위한 다수의 커패시터(708)를 더 포함할 수 있다.
구동 발진기(701)는 도 7에 도시된 4개의 서로 다른 전력 증폭기(702, 703, 704, 705)에서 서로 다른 위상 출력(예, 90°위상 차이를 갖는 주파수 신호)을 발생하는 쿼드러쳐(Quadrature) 발진기로 구성하거나 또는 2개의 차동 출력을 갖는 발진기로 구성할 수 있다. 예를 들어, 쿼드러쳐 발진기로 구성하는 경우 각 출력 신호의 위상 차이가 90°를 가지므로, 차동 출력 특성을 갖도록 전력 증폭기에 인가되는 신호를 증폭기 위상 차이를 제1 전력 증폭기(702)에 90°, 제2 전력 증폭기(703)에 270°, 제3 전력 증폭기(704)에 180°및 제4 전력 증폭기(705)에 360°가 되도록 구성할 수 있다.
다수의 전력 증폭기(702, 703, 704, 705)는 발진기(701) 신호를 받아 전력을 증폭하며, 각 전력 증폭기에 인가되는 위상은 발진기(701) 구조와 무선 전력 전송 네트워크(706)에서 구성하는 최종 출력 전력 결합 방식에 따라 달라질 수 있다.
이때, 무선 전력 전송 네트워크(706)를 구성하는 코일 중 전력 증폭기 최종 출력 위상 차이를 보정하기 위하여 다수의 전력 증폭기(702, 703, 704, 705) 사이에 위치하는 전송선(707)은 전력 증폭기 출력 위상에 따라 파장의 0.25배 또는 0.5배가 되도록 설계할 수 있다.
예를 들어, 전송선(707)의 길이를 파장의 0.25배가 되도록 구성하면, 두 출력 신호의 위상은 동일해지므로, 모든 전력 증폭기의 신호가 합해진 전력이 최종 부하(709)에 전달될 수 있다. 다른 예로, 발진기(701)가 차동 증폭기 형태로 출력단이 각각 2개씩 나눠진 구성인 경우, 제1 전력 증폭기(702) 및 제2 전력 증폭기(703)의 출력 신호와 제3 전력 증폭기(704) 및 제4 전력 증폭기(705)의 출력 신호를 180°위상차이가 나도록 구성하고, 전송선(707)의 길이를 180°의 위상을 보정할 수 있도록 출력 주파수 파장의 0.5배에 해당하는 길이로 구성하면 각 전력 증폭이의 출력이 합해진 전력이 최종 부하(707)로 전달될 수 있다.
무선 전력 전송 네트워크(706)는 높은 품질계수를 가지도록 전송선을 수회 감은 형태로 구성하므로, 이는 각 전력 증폭기 출력 특성에 필요한 충분한 길이의 전송선이 결합된 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 설계자가 원하는 출력 특성을 만족하는 전송선의 위치에 각 전력 증폭기 출력을 연결하는 형태로 무선 전력 전송 네트워크(706)를 이용하여 다양한 전력 결합 특성을 얻을 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전력을 전송하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
    소정의 발진기에서 생성된 전력을 증폭하는 하나 이상의 전력 증폭기;
    상기 전력 증폭기와 주파수 매칭 인터페이스를 통합하며, 상기 발진기에서 생성된 출력 주파수에 대한 소정 대역의 주파수 필터링을 수행하는 송신 코일단 및 수신 코일단으로 이루어진 무선 전력 전송 네트워크; 및
    상기 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전송되는 송신 주파수 특성을 제어하기 위해 상기 무선 전력 전송 네트워크에 연결된 병렬 커패시터를 포함하며,
    상기 무선 전력 전송 네트워크는,
    상기 송신 코일단과 상기 수신 코일단의 비율을 조절하거나, 네트워크를 구성하는 수동 소자 값을 변경하여 상기 전력 증폭기와 주파수 매칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발진기는,
    차동 출력 주파수를 생성하는 차동 발진기 또는 발진기 및 1:1 트랜스포머로 구성되어 상기 발진기에서 생성된 주파수를 차동 주파수로 변환하는 차동 발진기 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는,
    상기 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 하나 이상의 스위칭 소자를 이용하여 구성된 비선형 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신단.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는,
    상기 스위칭 소자로 소정의 전원을 공급하는 인덕터는 포함하지 않으며, 상기 무선 전력 전송 네트워크의 송신 코일단의 중심 포트를 이용하여 상기 스위칭 소자로 소정의 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신단.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 병렬 커패시터의 값은 상기 무선 전력 전송 네트워크의 성능을 최적화하는 특정 주파수에 따라 변동되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
  7. 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전력을 전송하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
    소정의 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 class E 타입의 전력 증폭기;
    상기 class E 타입의 전력 증폭기와 주파수 매칭 인터페이스를 통합하며, 상기 발진기에서 생성된 출력 주파수에 대한 소정 대역의 주파수 필터링을 수행하는 송신 코일단 및 수신 코일단으로 이루어진 무선 전력 전송 네트워크; 및
    상기 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전송되는 송신 주파수 특성을 제어하기 위해 상기 무선 전력 전송 네트워크에 연결되는 하나 이상의 병렬 커패시터를 포함하고,
    상기 하나 이상의 스위칭 소자는,
    상기 스위칭 소자에 연결된 소정의 인덕터 또는 상기 무선 전력 전송 네트워크의 송신 코일단의 중심 포트를 이용하여 소정의 전원을 공급받고,
    상기 무선 전력 전송 네트워크는,
    상기 송신 코일단과 상기 수신 코일단의 비율을 조절하거나, 네트워크를 구성하는 수동 소자 값을 변경하여 상기 전력 증폭기와 주파수 매칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발진기는,
    차동 출력 주파수를 생성하는 차동 발진기 또는 발진기 및 1:1 트랜스포머로 구성되어 상기 발진기에서 생성된 주파수를 차동 주파수로 변환하는 차동 발진기 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는,
    상기 무선 전력 전송 네트워크의 송신단에 연결되는 소정의 고주파 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
  10. 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전력을 전송하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
    소정의 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하는 class D 타입의 전력 증폭기;
    상기 class D 타입의 전력 증폭기와 주파수 매칭 인터페이스를 통합하며, 상기 발진기에서 생성된 출력 주파수에 대한 소정 대역의 주파수 필터링을 수행하는 송신 코일단 및 수신 코일단으로 이루어진 무선 전력 전송 네트워크; 및
    상기 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전송되는 송신 주파수 특성을 제어하기 위해 상기 무선 전력 전송 네트워크에 연결된 병렬 커패시터를 포함하고,
    상기 무선 전력 전송 네트워크는,
    상기 송신 코일단과 상기 수신 코일단의 비율을 조절하거나, 네트워크를 구성하는 수동 소자 값을 변경하여 상기 전력 증폭기와 주파수 매칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 class D 타입의 전력 증폭기는,
    상기 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 하나 이상의 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 하나 이상의 비교기 및 구동 증폭기를 포함하되,
    상기 비교기의 기준 신호가 고정된 값인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 class D 타입의 전력 증폭기는,
    상기 스위칭 소자가 NMOS 트랜지스터인 경우 상기 전력 증폭기의 동작과 관련된 하나 이상의 전압 레벨 이동기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 class D 타입의 전력 증폭기는,
    상기 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 하나 이상의 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자로 드레인 전압을 공급하기 위한 하나 이상의 제1 인덕터;
    상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 하나 이상의 주파수 매칭 회로; 및
    상기 스위칭 소자로 게이트 전압을 추가 공급하기 위한 하나 이상의 제2 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
  14. 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전력을 전송하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
    송신 전력을 생성하는 소정의 구동 발진기에서 생성된 전력을 증폭하기 위한 다수의 독립된 전력 증폭기;
    상기 다수의 전력 증폭기에서 증폭된 출력 전력을 결합하여 소정의 부하 임피던스로 전달하는 무선 전력 전송 네트워크; 및
    상기 무선 전력 전송 네트워크를 통해 전송되는 송신 주파수 특성을 제어하기 위해 상기 무선 전력 전송 네트워크에 연결된 다수의 병렬 커패시터를 포함하고,
    상기 구동 발진기는,
    상기 다수의 독립된 전력 증폭기에서 독립된 위상 출력 신호를 발생하는 쿼드러쳐(Quadrature) 발진기 또는 다수의 차동 발진기를 포함하며,
    상기 무선 전력 전송 네트워크는,
    상기 전력 증폭기와 주파수 매칭 인터페이스를 통합하고, 상기 발진기에서 생성된 출력 주파수에 대한 소정 대역의 주파수 필터링을 수행하며,
    상기 다수의 전력 증폭기의 출력 위상에 기초하여 상기 다수의 전력 증폭기 사이에 위치하는 전송선의 길이를 상기 다수의 전력 증폭기의 출력 신호 파장에 따라 조정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 전송 시스템.
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