KR101515480B1 - Nfc를 이용한 전자기기간 무선전력 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

전자기기에 통상적으로 포함되어 있는 NFC(Near Field Communication) 기능을 이용하여 저전력의 무선충전을 수행한다. 본 발명에 따른 무선전력 전송 방법은, 각각 NFC 통신 기능을 갖는 송신측 전자기기와 수신측 전자기기 사이에서 NFC 통신을 이용하여 무선전력을 전송하는 방법으로서, 상기 수신측 전자기기가 NFC 통신을 이용하여 무선충전을 요청하는 단계; 상기 수신측 전자기기가 NFC 통신을 이용하여 상기 송신측 전자기기로부터 무선충전 응답을 수신하는 단계; 및 상기 수신측 전자기기가 NFC 통신을 이용하여 상기 송신측 전자기기로부터 무선전력을 수신하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

NFC를 이용한 전자기기간 무선전력 전송 방법 {Wireless power transfer method between devices using NFC}
본 발명은 무선전력 전송기술에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 NFC를 이용하여 스마트폰과 같은 전자기기 간에 무선충전을 할 수 있는 방법에 관한 것이다.
무선으로 에너지를 전달하는 무선 전력 전송 기술로서 자기유도 현상을 이용한 무선 충전 시스템이 사용되고 있다.
예컨대, 전동칫솔 또는 무선 면도기 등이 전자기 유도의 원리로 충전되며, 최근에는 전자기 유도를 이용하여 휴대전화나 PDA, MP3 플레이어, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대기기를 충전할 수 있는 무선충전제품들이 출시되고 있다.
그러나, 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 자기유도 방식은 코일 사이의 거리 및 상대적 위치에 매우 민감하여 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 틀어져도 전송 효율이 급속히 떨어진다. 이에 따라 이러한 자기유도 방식의 충전 시스템은 수 cm 이하의 근거리에서만 사용할 수 있다는 약점이 있다.
한편, 미국특허 7,741,735호에서는 공진장의 감쇄파 결합에 기반을 둔 비방사형 에너지 전달 방식을 개시하고 있다. 이는 두 개의 동일한 주파수를 갖는 공진체가 주위의 다른 비공진체와는 영향을 미치지 않지만 서로 커플링하려는 경향을 가지는 점을 이용한 것으로 기존의 전자기 유도에 비하여 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 기술로서 소개되고 있다.
이와 같이 다양한 무선전력 전송방법은 당연히 해당하는 무선전력 송신기가 존재하는 곳에서 사용할 수 있다. 그러나, 전자기기의 배터리가 방전되어 사용할 수 없으나 긴급하게 전자기기를 이용하여야 하는 상황이 발생할 수 있다. 이와 같은 상황에서 매우 작은 전력이라도 손쉽게 충전할 수 있는 방법이 있다면 매우 유용할 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 무선전력 송신기가 없더라도 전자기기 사이에서 간편하게 무선전력을 전송할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 전자기기에 통상적으로 포함되어 있는 NFC(Near Field Communication) 기능을 이용하여 저전력의 무선충전을 수행한다.
본 발명의 일면에 따른 무선전력 전송 방법은, 각각 NFC 통신 기능을 갖는 송신측 전자기기와 수신측 전자기기 사이에서 NFC 통신을 이용하여 무선전력을 전송하는 방법으로서, 상기 수신측 전자기기가 NFC 통신을 이용하여 무선충전을 요청하는 단계; 상기 수신측 전자기기가 NFC 통신을 이용하여 상기 송신측 전자기기로부터 무선충전 응답을 수신하는 단계; 및 상기 수신측 전자기기가 NFC 통신을 이용하여 상기 송신측 전자기기로부터 무선전력을 수신하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 수신측 전자기기는, 두 개 이상의 안테나와, 상기 두 개 이상의 안테나 중 적어도 하나에 구비되어 있으며 서로 다른 용량을 갖는 커패시터와 각각 연결되는 두 개의 스위치를 포함하여 상기 스위치를 개폐함으로써 연결된 상기 안테나가 두 개의 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있도록 하는 커패시터 스위칭 회로를 포함하는 안테나 모듈; NFC 통신 기능을 제공하는 NFC 통신 모듈; 및 상기 안테나 모듈을 통해 수신된 무선전력을 부하에 적합한 전력으로 변환하는 멀티모드 무선충전 모듈을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 안테나 모듈은, NFC 통신을 위한 주파수 대역과 자기공진 방식 무선전력 전송을 위한 주파수 대역에서 동작하는 제1 안테나; 및 자기유도 방식 무선전력 전송을 위한 주파수 대역에서 동작하는 제2 안테나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 멀티모드 무선충전 모듈은, 상기 안테나 모듈을 통해 수신된 무선전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 정류기; 및 변환된 상기 DC 전력을 부하에 적합한 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선전력 수신이 필요한 수신기기 주위에 무선전력 송신기가 존재하지 않는 상황에서 주위의 전자기기를 사용하여 무선전력을 전송하여 긴급 충전이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자기기간 무선 충전 방법이 수행될 수 있는 무선전력 수신기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타난 무선전력 수신기기의 안테나 모듈의 안테나부의 구성을 나타낸다.
도 3은 도 1에 나타난 무선전력 수신기기의 안테나 모듈에서 사용되는 커패시터 스위칭 회로를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자기기간 무선 충전 방법이 수행될 수 있는 무선전력 송신기기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자기기간 무선 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 전자기기간 무선전력 전송 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자기기간 무선 충전 방법이 수행될 수 있는 무선전력 수신기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기(100)는 안테나 모듈(110), NFC(Near Field Communication) 통신 모듈(120), 멀티모드 무선충전 모듈(130)을 포함한다.
NFC는 스마트폰과 같은 전자기기가 10cm 정도의 근거리에서 무선통신을 하기 위한 기술로서 13.56MHz 대역에서 P2P 통신을 지원한다. NFC 통신 모듈(120)은 이와 같은 NFC 통신 기능을 제공하는 모듈로서, 본 발명의 실시예에 따른 멀티모드 무선전력 수신기기(100)에 해당하는 스마트폰과 같은 전자기기에 통상적으로 포함될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전자기기간 무선전력 전송 방법에서는 이와 같은 NFC 통신을 이용하여 무선전력 전송을 수행한다.
멀티모드 무선충전 모듈(130)은 무선전력 수신을 위한 모듈로서 수신된 무선 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 정류기와 이를 부하에 맞는 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티모드 무선전력 수신기기는 자기유도 방식과 자기공진 방식의 두 가지 무선전력 전송방식을 모두 사용할 수 있으며, 더 구체적으로 자기유도 방식 중 PMA(Power Matters Alliance) 방식과 WPC(Wireless Power Consortium) 방식을 사용할 수 있으며, 자기공진 방식 중 A4WP(Alliance for Wireless Power) 방식을 모두 사용할 수 있다.
안테나 모듈(110)은 멀티모드 무선전력 수신을 가능하게 하기 위하여 두 개의 안테나를 포함하도록 구성된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기의 안테나 모듈중 안테나부의 구성을 나타낸다.
도 2에 나타난 바와 같이, 안테나부(112)는 NFC 및 자기공진용 안테나(114)와 자기유도용 코일(116)을 포함하며, NFC 및 자기공진용 안테나(114)와 자기유도용 코일(116)은 공통의 마그네틱 시트(118)에 부착되어 있다.
NFC 및 자기공진용 안테나(114)는 6.78MHz 대역을 사용하는 A4WP 방식 무선전력 전송과 13.56MHz 대역을 사용하는 NFC를 위해 사용될 수 있으며, 자기유도용 코일(116)은 100-205KHz를 사용하는 PMA 방식 무선전력 전송과 400KHz를 사용하는 WPA 방식 무선전력 전송을 위해 사용될 수 있다.
각 안테나가 두 개의 주파수 대역에서 사용되도록 하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기에서는 커패시터 스위칭을 이용하여 두 개의 대역을 생성한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 수신기기의 안테나 모듈에서 사용되는 커패시터 스위칭 회로를 나타낸다.
도 3에 나타난 바와 같이, 각 안테나(114, 116)에 대하여 서로 다른 용량을 갖는 커패시터(C1&C2, C3&C4)와 각각 연결되는 두 개의 스위치(SW1, SW2)가 구비되어 스위치(SW1, SW2)를 적절히 개폐함으로써 각 안테나가 해당 대역에서 동작할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멀티모드 무선전력 수신기기에 무선전력을 송신하는 무선전력 송신기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 무선전력 송신기(200)는 안테나 모듈(210), NFC(Near Field Communication) 통신 모듈(220) 및 무선전력 전송 모듈(230)을 포함한다.
무선전력 송신기(200)의 안테나 모듈(210)은 NFC 통신을 위한 안테나와 무선전력 송신기(200)에서 사용하는 무선전력 전송 모드의 무선전력 전송을 수행하기 위한 안테나를 포함할 수 있다. 무선전력 전송 모듈(230)은 하나 또는 그 이상의 무선전력 전송 모드에 따른 무선전력 전송을 수행할 수 있으며, 특히 NFC 통신 기능을 이용하여 무선전력 전송을 수행할 수 있다.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 전자기기간 무선 충전 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자기기간 무선 충전 방법을 나타내는 흐름도로서, 수신측 전자기기의 입장에서 도시한 것이다.
도 5에 나타난 바와 같이, NFC 통신기능을 갖는 전자기기인 수신측(100)은 NFC 통신을 이용하여 무선충전을 요청한다(S210). 본 발명의 실시예에 따른 전자기기간 무선 충전 방법에서는 NFC 통신의 피어 모드(Peer Mode)의 프로토콜을 따른다.
이에 NFC 통신기능을 갖는 전자기기인 송신측(200)은 무선충전 요청에 대한 무선충전 응답을 송신한다. 더 구체적으로, 송신측(200)은 초기화 상태에서 대기하다가, 수신측(100)으로부터 무선충전 요청을 받으면, 발신기(initiator) 모드로 변환되어 무선충전 응답을 송신한다. 이에 따라, 수신측(100)은 송신측(200)으로부터의 무선충전 응답을 수신한다(S220).
다음, 발신기 모드로 변환된 송신측(200)의 애플리케이션은 능동 통신모드 혹은 수동 통신모드와 전송속도를 결정하고, 외부에 존재하는 RF 대역을 위하여 테스트를 수행한다. 외부 RF 대역이 검출되면 검출된 RF 대역에서 동작하지 못하게 하고, 반대로 외부 RF대역이 검출되지 않으면 송신측(200)은 이 RF대역에서 동작한다. RF 대역에서 동작하는 경우, 신용카드의 리딩 임계치인 650mW 이상의 전력이 전송될 수 있으며, 일반적으로 1W 정도의 전력이 전송될 수 있다.
이제, 선택된 전송 속도에서 능동 통신모드 혹은 수동 통신 모드의 명령의 전송이 발신기, 즉 송신측(200)에 의하여 수행되며, 이에 따라 송신측(200)으로부터 수신측(100)으로 전력이 전송될 수 있으며, 수신측(100)은 NFC 통신을 이용하여 송신측(200)으로부터 무선전송되는 전력을 수신한다(S230).
이때 수신되는 무선전력은 상기한 바와 같이 1W 정도의 저전력 전송이나, 이는 단문메시지를 확인하거나 송신하는 정도에 충분한 전력으로 긴급한 상황에서 유용하게 사용될 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100: 무선전력 수신기기 110: 안테나 모듈
112: 안테나부 114: NFC 및 자기공진용 안테나
116: 자기유도용 코일 118: 마그네틱 시트
120: NFC 통신 모듈 130: 멀티모드 무선충전 모듈
200: 무선전력 송신기 210: 안테나 모듈(송신기)
220: NFC 통신 모듈(송신기) 230: 무선전력 전송 모듈

Claims (4)

  1. 각각 NFC(Near Field Communication) 통신 기능을 갖는 송신측 전자기기와 수신측 전자기기 사이에서 NFC 통신을 이용하여 무선전력을 전송하는 방법으로서,
    상기 수신측 전자기기가 NFC 통신을 이용하여 무선충전을 요청하는 단계;
    상기 수신측 전자기기가 NFC 통신을 이용하여 상기 송신측 전자기기로부터 무선충전 응답을 수신하는 단계; 및
    상기 수신측 전자기기가 NFC 통신을 이용하여 상기 송신측 전자기기로부터 무선전력을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 수신측 전자기기는,
    두 개 이상의 안테나와, 상기 두 개 이상의 안테나 중 적어도 하나에 구비되어 있으며 서로 다른 용량을 갖는 커패시터와 각각 연결되는 두 개의 스위치를 포함하여 상기 스위치를 개폐함으로써 연결된 상기 안테나가 두 개의 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있도록 하는 커패시터 스위칭 회로를 포함하는 안테나 모듈;
    NFC 통신 기능을 제공하는 NFC 통신 모듈; 및
    상기 안테나 모듈을 통해 수신된 무선전력을 기기가 작동할 수 있는 크기의 전력으로 변환하는 멀티모드 무선충전 모듈을 포함하며,
    상기 안테나 모듈은 상기 송신측 전자기기로부터 상기 무선충전 응답을 수신하면 상기 안테나가 NFC 통신을 위한 주파수 대역에서 동작하도록 상기 커패시터 스위칭 회로를 제어하는 것
    인 무선전력 전송 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 안테나 모듈은,
    NFC 통신을 위한 주파수 대역과 자기공진 방식 무선전력 전송을 위한 주파수 대역에서 동작하는 제1 안테나; 및
    자기유도 방식 무선전력 전송을 위한 주파수 대역에서 동작하는 제2 안테나를 포함하는 무선전력 전송 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 멀티모드 무선충전 모듈은,
    상기 안테나 모듈을 통해 수신된 무선전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 정류기; 및
    변환된 상기 DC 전력을 기기가 작동할 수 있는 크기의 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터를 포함하는 무선전력 전송 방법.
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