KR101560853B1 - 듀티 사이클 제어를 갖는 유도성 전력 공급기 - Google Patents

듀티 사이클 제어를 갖는 유도성 전력 공급기 Download PDF

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Abstract

세컨더리 회로로부터의 피드백에 기초하여 공진을 유지하고 듀티 사이클을 조절하는 유도성 전력 공급기(100)가 개시된다. 제어기(110), 구동기 회로(111) 및 스위칭 회로(115)는 선택된 동작 주파수 및 듀티 사이클에서 AC 신호를 생성하도록 협력한다. AC 신호는 탱크 회로(120)에 인가되어 세컨더리에 전력을 공급하기 위한 유도성 필드를 생성한다. 세컨더리는 수신된 전력에 대한 피드백을 다시 프라이머리 제어기(110)에 통신한다. 상기 동작 주파수를 실질적으로 공진으로 유지시킴으로써 전력 전달 효율이 최적화될 수 있으며, 또한 상기 듀티 사이클을 조절함으로써 전달되는 전력량이 제어될 수 있다.

Description

듀티 사이클 제어를 갖는 유도성 전력 공급기{INDUCTIVE POWER SUPPLY WITH DUTY CYCLE CONTROL}
본 출원은 2008년 1월 7일 출원된 미국 가출원 제61/019,411호의 이익을 주장한다.
본 발명은 유도성 전력(inductive power)에 관한 것으로 특히 전력을 무선으로 공급하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근, 무선 전력 공급기 시스템은 전통적인 유선 전력 공급기 시스템에 비해 다소 이익이 있다는 이유로 관심이 증가했다. 더 기본적인 일부의 무선 전력 공급기 시스템은 특정 장치에 충전하도록 특수하게 설계되어 있어, 전력 전달 효율 문제를 최소화하는데 도움을 줄 수 있다. 다른 무선 전력 공급기 시스템은 오정렬(misalignment)의 이유를 설명하고(account for), 상이한 원격 장치들(remote devices)에 충전하며 상이한 전력량을 제공하려 시도하고 있다. 이러한 시스템들에서, 허용 전력 전달 효율을 유지하는 것은 어려울 수 있다.
일부 무선 전력 시스템은 탱크 회로에 걸치는 AC 신호의 동작 주파수를 공진(resonance)에 더 가깝게 하거나 그로부터 더 멀게 조절하여 원격 장치에 전달되는 전력량을 증가시키거나 감소시킨다. 다른 무선 전력 시스템은 탱크 회로의 공진 주파수를 동작 주파수에 더 가깝게 하거나 그로부터 더 멀게 조절한다. 이러한 시스템들이 안고 있는 한가지 문제는 유도성 전력 공급기(inductive power supply)와 원격 장치 사이의 전력 전달 효율이 동작 주파수가 얼마나 공진에 가까운지에 대한 함수라는 것이다. 그러므로, 동작 주파수 또는 공진 주파수를 조절하면 원격 장치에 전달되는 전력량을 일부 제어할 수 있는 반면, 이렇게 하면 전력 전달 효율을 감소시키는 희생을 할 수 있다.
다른 무선 전력 공급기는 일정한 동작 주파수를 사용하되 그 대신 탱크 회로에 걸치는 AC 신호의 레일(rail) 전압, 듀티 사이클, 또는 위상을 조절하여 원격 장치에 전달되는 전력량을 증가시키거나 감소시킨다. 이에 대한 한가지 문제는 전력 전달 효율이 허용가능하도록 하기 위하여, 유도성 전력 공급기와 원격 장치는 정확하게 정렬되어야 하고 서로 연동하도록 특수하게 설계되어야 한다는 점이다.
본 발명은 세컨더리 회로로부터의 피드백에 기초하여 공진을 유지하고 듀티 사이클을 조절하는 유도성 전력 공급기를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 유도성 전력 공급기는 프라이머리(primary) 제어기, 구동기 회로, 스위칭 회로, 및 탱크 회로를 포함한다. 상기 제어기, 구동기 회로 및 스위칭 회로는 선택된 동작 주파수 및 듀티 사이클에서 AC 신호를 생성하도록 협력한다. 상기 AC 신호는 상기 탱크 회로에 인가되어 세컨더리(secondary)에 전력을 공급하기 위한 유도성 필드(inductive field)를 생성한다. 상기 세컨더리는 수신된 전력에 대한 피드백을 다시 프라이머리 제어기에 전달한다. 동작 주파수를 실질적으로 공진으로 유지함으로써 전력 전달 효율이 최적화될 수 있고, 또한 상기 듀티 사이클을 조절함으로써 전달되는 전력량이 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 세컨더리 회로는 세컨더리, 정류기, 스위치, 부하, 센서, 세컨더리 제어기, 및 통신 수단을 포함한다. 전압 및/또는 전류 센서는 통신 수단을 이용하여 프라이머리 제어기에 다시 전송되는 전력에 대한 특성을 검출한다. 선택적으로, 과전압 및 과전류 보호가 제공될 수 있다. 만일 고장 상태가 검출되면, 부하는 스위치를 이용하여 연결 해제된다.
일 실시예에서, 실질적으로 공진을 유지하고 듀티 사이클을 조절함으로써 부하에 전력을 유도적으로 공급하기 위한 프로세스가 제공된다. 초기에, 동작 주파수 및 듀티 사이클은 허용값으로 설정된다. 초기 동작 주파수는 주파수들의 범위를 스위핑(sweeping)하고 최대의 전력 전달 효율을 제공한 동작 주파수를 선택함으로써 결정된다. 초기 듀티 사이클은 세컨더리에 너무 많은 전력이 전달되지 않도록 보장하기 위해 비교적 작은 값, 이를 테면, 20%로 설정된다. 일단 초기값들이 설정되었다면, 유도성 전력 공급기는 전력량이 너무 많거나 너무 적은지 온도가 너무 높은지 여부에 따라 실질적으로 공진을 유지하도록 동작 주파수를 조절하고 듀티 사이클을 조절하는 연속적인 프로세스에 들어간다.
본 발명은 높은 전달 효율을 유지하면서도 선택된 무선 전력량을 제공하는 간단하면서 효율적인 시스템 및 방법을 제공한다. 듀티 사이클을 조절하게 되면 무선 전력 전달에 대한 또 다른 레벨의 제어를 제공하게 되며, 이것은 세컨더리에 제공된 전력량을 미세 조정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 실질적으로 공진을 유지하면서 전달되고 있는 전력량을 조절하는 능력을 갖추게 되면 전체 손실을 적게 하고 특정한 전력 요건을 이행하기가 용이하게 되는 결과를 가져온다.
본 발명의 이들 목적 및 다른 목적, 장점, 및 특징들은 현재의 실시예 및 도면에 대한 상세 설명을 참조하면 쉽게 이해되고 인식될 것이다.
도 1은 유도성 전력 공급기의 블록도.
도 2는 세컨더리 회로의 블록도.
도 3a 내지 도 3c는 유도성 전력 공급기의 회로도.
도 4는 세컨더리 회로의 회로도.
도 5는 공진을 유지하고 듀티 사이클을 조절하기 위한 프로세스의 흐름도.
도 6은 동작 주파수를 조절하여 공진을 유지하기 위한 프로세스의 흐름도.
도 7은 주파수 대 전력 전달 효율을 도시하는 예시적인 그래프.
도 8은 가변 듀티 사이클을 도시하는 타이밍도.
I. 개요
본 발명의 실시예에 따른 유도성 전력 공급기 또는 프라이머리 회로가 도 1에 도시되며, 전체적으로 100으로 나타낸다. 프라이머리 회로(100)는 프라이머리 제어기(110), 한 쌍의 구동기(112, 114)를 포함하는 구동기 회로(111), 한 쌍의 스위치(116, 118)를 포함하는 스위칭 회로(115), 탱크 회로(120), 프라이머리 센서(122) 및 선택적 무선 수신기(124)를 포함한다. 프라이머리 제어기(110), 구동기 회로(111) 및 스위칭 회로(115)는 공동으로 선택된 주파수 및 선택된 듀티 사이클에서 AC 신호를 생성하며, 이 신호는 탱크 회로(120)에 인가되어 세컨더리 회로에 전력을 무선으로 전달하기 위한 유도성 필드(inductive field)를 생성한다. 본 발명의 실시예에 따른 세컨더리 회로가 도 2에 도시되며, 전체적으로 200으로 나타낸다. 세컨더리 회로(200)는 세컨더리(secondary)(210), 정류기(212), 스위치(214), 부하(216), 전류 센서(218) 또는 전압 센서(220), 세컨더리 제어기(222), 반영된 임피던스를 이용하여 통신하는 신호 저항기(224) 및 선택적 무선 송신기(226)를 포함할 수 있다.
동작시에, 듀티 사이클을 조절하기 위한 프로세스의 일 실시예가 도 5에 도시되며, 초기 동작 주파수는 실질적으로 공진 주파수로 설정(504)되고 초기 듀티 사이클은 비교적 낮은 값으로 설정(506)된다. 프라이머리 제어기는 실질적으로 공진 주파수를 유지하도록 동작 주파수를 지속적으로 조절하고(508) 전달되는 전력의 양이 너무 많은지를 지속적으로 결정한다(510). 만일 전력이 너무 많이 제공되거나 온도가 기설정된 임계치보다 높으면, 듀티 사이클은 감소한다(514). 만일 전력이 너무 적게 제공되면, 듀티 사이클은 증가한다(512). 다양한 상태들은 전력 전달을 일시적으로 또는 영구적으로 줄이거나 중단시킬 수 있다.
II. 유도성 전력 공급기
본 발명은 매우 다양한 유도성 전력 공급기와 함께 사용하는데 적합하다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "유도성 전력 공급기"라는 용어는 광범위하게 전력을 무선으로 제공할 수 있는 임의의 유도성 전력 공급기를 포함하도록 의도된다. 본 발명은 또한 "적응적 유도성 전력 공급기(adaptive inductive power supplies)"와 함께 사용하는데 적합하다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "적응적 유도성 전력 공급기"라는 용어는 광범위하게 상이한 다수의 주파수에서 전력을 무선으로 제공할 수 있는 임의의 유도성 전력 공급기를 포함하도록 의도된다. 개시의 목적상, 본 발명은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 특정한 적응적 유도성 전력 공급기와 관련하여 기술되며 전체적으로 300으로 나타낸다. 그러나, 예시된 적응적 유도성 전력 공급기(300)는 단지 예시이며, 또한 본 발명은 본질적으로 가변 듀티 사이클에서 유도성 전력을 제공하도록 변형될 수 있는 임의의 유도성 전력 공급기로 구현될 수 있다.
예시된 실시예에서, 적응적 유도성 전력 공급기(300)는 일반적으로 프라이머리 제어기(310), 저전압 전력 공급기(312), 메모리(314), 구동기 회로(316), 스위칭 회로(318), 탱크 회로(320), 전류 센서(322), 필터(324) 및 선택적으로 무선 수신기(326)를 포함한다. 동작시에, 프라이머리 제어기(310), 구동기 회로(316) 및 스위칭 회로(318)는 탱크 회로(320)에 전력을 인가하여 선택된 주파수 및 선택된 듀티 사이클에서 전자기 유도성 전력원을 생성한다.
예시된 실시예의 프라이머리 제어기(310)는 두 개의 마이크로컨트롤러를 포함하며, 그 중 하나는 주파수를 제어하고 다른 하나는 듀티 사이클을 제어한다. 주파수 마이크로컨트롤러는 PIC24FJ32GA002와 같은 마이크로컨트롤러이거나, 또는 더 범용의 마이크로프로세서일 수 있다. 듀티 사이클 마이크로컨트롤러는 dsPIC30F2020과 같은 마이크로컨트롤러이거나, 또는 더 범용의 마이크로프로세서일 수 있다. 대안의 실시예에서, 프라이머리 제어기(310)는 단일 마이크로컴퓨터, FPGA, 아날로그 또는 디지털 회로를 이용하여 구현될 수 있다. 구동기 회로(316)는 도 3c에 도시된 바와 같이 개별의 컴포넌트일 수 있거나, 또는 이들은 프라이머리 제어기(310)에 포함될 수 있다. 발진기(도시되지 않음)는 프라이머리 제어기(310) 내에 포함될 수 있다.
프라이머리 회로(300)는 또한 프라이머리 제어기(310), 구동기 회로뿐만 아니라 동작을 위해 저전압 전력을 필요로 하는 임의의 다른 컴포넌트들에 저전압 전력을 공급하기 위한 저전압 전력 공급기(312)를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 저전압 전력 공급기(312)는 입력 전압을 3.3 볼트(volts)로 축척(scale)한다. 대안의 실시예에서, 상이한 전압이 제공될 수 있다.
현재의 실시예에서, 프라이머리 회로(300)의 각종 컴포넌트들은 프라이머리 제어기(310)에 의해 지시된 주파수 및 듀티 사이클에서 탱크 회로(320)를 집합적으로 구동한다. 더 상세하게 설명하면, 프라이머리 제어기(310)는 구동기 회로(316) 및 스위칭 회로(318)의 타이밍을 제어한다. 이 타이밍은 생성되는 신호의 주파수와 듀티 사이클 둘 다를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 주파수는 완전한 파형의 단위 시간당 반복 횟수를 지칭한다. 듀티 사이클은, 완전한 파형의 전체 시간량에 비해 파형이 큰 시간의 비율을 지칭한다. 따라서, 도 8에 도시된 구형파는 그의 주파수와 그의 듀티 사이클로 기술될 수 있다. 또한, 듀티 사이클은 동일 주파수를 유지하면서 조절될 수 있고 주파수는 동일 듀티 사이클을 유지하면서 조절될 수 있다. 예시된 실시예의 구동기 회로(316)는 두 개의 별개의 구동기를 포함하며 신호를 부스트(boost)하고 필터(filter)하기 위해 부가의 회로 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 현재의 실시예에서, 신호는 그 신호의 타이밍에 영향을 주지 않고 20 볼트까지 부스트된다.
스위칭 회로(318)는 두 개의 스위치를 포함한다. 현재의 실시예에서, 스위치는 MOS 전계 효과 트랜지스터로서 구현된다. 대안의 실시예에서, 스위칭 회로를 구현하기 위해 다른 회로 컴포넌트들이 사용될 수 있다. 부가적으로, 제조 동안, 전력 요건에 따라 특성이 상이한 MOSFET들이 구현될 수 있다. 소정 실시예에서, 다수의 스위치 세트들이 회로 기판에 제공될 수 있으며, 이로 인해 한 세트의 스위치들이 그러한 응용의 특정 전력 요건에 기초하여 제조시에 납땜될 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 회로(115)는 동일 주파수이되, 서로 위상이 다르게(out of phase) 스위치 온(switch on)되는 두 개의 별개의 스위치(116, 118)를 포함한다. 도 8은 그러한 스위칭 회로의 일 실시예의 타이밍을 예시한다. 도 8에서, 두 스위치는 동일한 듀티 사이클을 갖지만, 스위칭 파형 주기의 절반만큼 서로 시간 시프트된다. 대안의 실시예에서, 각 스위치는 상이한 듀티 사이클을 가지며 이들 스위치는 서로 상이한 양만큼 시간 시프트될 수 있다. 즉, 반주기 분리 및 유사한 듀티 사이클은, 유도성 전력 공급기로부터 원격 장치로의 전력 전달 효율을 증가시키는 결과를 가져올 수 있으므로, 스위치에 바람직하지만 불필요하기도 하다.
탱크 회로(320)는 일반적으로 프라이머리 및 커패시터를 포함한다. 현재의 실시예의 프라이머리는 공심 코일 인덕터(air-core coil inductor)이다. 또한 공간 자유도, 전체 전력의 모니터링, 및 피드백에 대한 적절한 고려가 이루어진 경우 코어드 인덕터(cored inductor)가 사용될 수 있다. 커패시터의 커패시턴스는 예상되는 동작 파라미터에서 프라이머리 코일의 임피던스의 균형을 이루도록 선택될 수 있다. 현재의 실시예에서, 비록 세 개의 탱크 커패시터들이 도시되어 있을지라도, 세 개의 커패시터들이 모두 반드시 제조시에 회로에 납땜될 필요는 없다. 납땜시 상이한 커패시터들을 회로에 납땜하거나 스위칭함으로써 선택된 적절한 커패시턴스 값을 가질 수 있는 유도성 전력 공급기가 제조될 수 있다. 탱크 회로(320)는 (도 3c에 도시된 바와 같은) 직렬의 공진 탱크 회로이거나 또는 병렬의 공진 탱크 회로(도시되지 않음)일 수 있다. 본 발명은 미국 특허 제6,825,620호에 도시된 적응적 유도성 전력 공급기에 통합될 수 있으며, 이 특허는 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된다. 또 다른 예로서, 본 발명은 "Adapted Inductive Power Supply"라는 명칭으로 2004년 7월 8일 공개된 바르만(Baarman)의 미국특허출원공개 US 2004/130916A1호(미국특허출원 제10/689,499호, 출원일 2003년 10월 20일)에 도시된 적응적 유도성 전력 공급기에 통합될 수 있으며, 또한 이 특허공개는 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된다. 또한, 원격 장치와의 무선 통신을 확립할 수 있는 적응적 유도성 전력 공급기, 이를 테면, "Adapted Inductive Power Supply with Communication"이라는 명칭으로 2004년 7월 8일 공개된 바르만의 미국특허출원공개 US 2004/130915A1호(미국 특허출원 제10/689,148호, 출원일 2003년 10월 20일)에 도시된 적응적 유도성 전력 공급기와 함께 본 발명을 이용하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 특허 공개는 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된다. 또한, 인쇄 회로 기판 코일, 이를 테면, "Printed Circuit Board Coil"이라는 명칭으로 2007년 9월 28일에 출원된 바르만 등(Baarman et al)의 미국특허출원 제60/975,953호의 발명 원리를 포함하는 인쇄 회로 기판 코일과 함께 본 발명을 이용하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 특허출원은 본 명세서에서 참고 문헌으로 그대로 인용된다. 다른 대안의 실시예에서, 인덕터는 멀티 탭 인덕터(multi-tap inductor)로서 구현될 수 있으며 및/또는 커패시터는 사용 전 또는 사용 중에, 예를 들어, "Adaptive Inductive Power Supply"라는 명칭으로 2007년 5월 1일 등록된 바르만의 미국특허 제7,212,414호에 기술된 바와 같은, 프라이머리 회로의 공진을 동적으로 변경하는데 사용될 수 있는 스위치드 커패시터 뱅크(switched capacitor bank)로서 구현될 수 있으며, 이 특허는 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된다.
소정의 동작 모드에서, 프라이머리 제어기(310)는 전류 센서(322)로부터의 입력의 함수로서 동작 주파수를 설정할 수 있다. 이어서 제어기(310)는 프라이머리 제어기(310)에 의해 설정된 주파수에서 구동기 회로(318)를 동작시킨다. 구동기 회로(316)는 스위칭 회로(318)를 동작시키는데 필요한 신호들을 제공한다. 그 결과, 스위칭 회로(318)는 DC(direct current, 직류) 전력원으로부터 탱크 회로(320)에 AC(alternating current, 교류) 전력을 제공한다. 대안의 실시예에서, 동작 주파수는 별도의 통신 링크, 이를 테면, 현재의 실시예에서 IR 수신기로서 구현된 무선 수신기(326)로부터 설정된다.
프라이머리 제어기(310)는 또한 전류 센서(322)로부터의 입력의 함수로서 듀티 사이클을 설정할 수 있다. 전류 센서(322)를 이용하여 검출된 반영된 임피던스를 이용하여 정보를 프라이머리에 제공하기 위해, 아래에서 더 상세히 설명되는, 세컨더리에서의 신호 저항기의 계획적 분로(planned shunting)가 이용될 수 있다. 대안으로, 듀티 사이클은 별도의 통신 링크, 이를 테면, 현재의 실시예에서 IR 수신기로서 구현된 무선 수신기(326)를 이용하여 설정될 수 있다. 이것은 또한 근접장(near field) 또는 다른 RF 통신 채널이 될 수 있다.
예시된 실시예에서, 전류 센서(322)는 탱크 회로에 연결된 프라이머리 코일과 프라이머리 제어기(310)에 연결된 세컨더리 코일을 갖는 전류 변압기이다. 현재의 실시예에서, 전류 센서(322)는 프라이머리 제어기(310)에 의해 허용된 범위를 수용하도록 전류 센서의 출력 이득을 조절하는 회로를 포함한다. 또한, 이득량은 스위치에 신호를 인가함으로써 프라이머리 제어기(310)에 의해 조절될 수 있다. 유도성 전력 공급기(300)는 전류 변압기 출력이 프라이머리 제어기(310)에 공급되기 전에 전류 변압기 출력을 조절하기 위한 조절 회로(324)를 포함할 수 있다. 현재의 실시예에서, 조절 회로(324)는 5KHz의 2폴(pole) 필터이다. 비록 예시된 실시예가 세컨더리 또는 원격 장치의 반영된 임피던스를 감지하기 위한 전류 변압기를 포함하고 있을지라도, 유도성 전력 공급기(300)는 본질적으로 세컨더리(400)로부터 반영된 임피던스에 관한 정보를 제공할 수 있는 임의의 대안적인 형태의 센서를 포함할 수 있다. 또한, 비록 예시된 실시예의 전류 센서(322)가 탱크 회로에 직접 연결되어 있을지라도, 전류 센서(또는 다른 반영된 임피던스 센서)는 본질적으로 그 전류 센서가 반영된 임피던스를 나타내는 판독치를 제공할 수 있는 임의의 장소에 배치될 수 있다.
예시된 실시예에서, 유도성 전력 공급기(300)는 다수의 세컨더리(400)의 동작 파라미터들에 관한 정보를 저장할 수 있는 메모리(314)를 더 포함한다. 저장된 정보는 유도성 전력 공급기(300)가 세컨더리(400)에 더 효율적으로 전력을 공급하고 고장 상태(fault conditions)를 더 용이하게 인식하게 하는데 사용될 수 있다. 소정 응용에서, 유도성 전력 공급기(300)는 특정 세트의 세컨더리들(400)과 함께 사용하도록 의도될 수 있다. 이러한 응용에서, 메모리(314)는 각 세컨더리(400)에 대한 고유 공진 주파수(unique resonant frequency)와 함께, 그와 연관된 희망하는 정보의 집합, 이를 테면, 최대 및 최소 동작 주파수, 전류 사용량(current usage) 및 최소 및 최대 듀티 사이클을 포함한다. 그러나, 메모리(314)는 본질적으로 세컨더리(400)를 동작시킬 때 유도성 전력 공급기(300)에 유용할 수 있는 임의의 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 세컨더리(400)와의 무선 통신을 설정하는 것을 희망하는 응용의 경우, 메모리(314)는 원격 장치(400)의 무선 통신 프로토콜에 관한 정보를 포함할 수 있다.
III. 세컨더리 회로
본 발명은 설계와 구성이 가변적인 매우 다양한 원격 장치 또는 세컨더리와 함께 사용할 수 있도록 의도된다. 이들 각종 원격 장치들은 가변 주파수에서 전력을 필요로 하고 상이한 전력 요건을 가질 것이다.
개시 목적으로, 도 4에는 세컨더리 회로(400)의 일 실시예가 도시된다. 도 4의 실시예에서, 세컨더리 회로(400)는 일반적으로 유도성 전력 공급기(300)로부터 전력을 수신하기 위한 세컨더리(410), 정류기(414)(또는 AC 전력을 DC로 변환하기 위한 다른 컴포넌트), 세컨더리 제어기(428)를 동작시키도록 수신된 전력을 축척하는 저전압 전력 공급기(412), 신호 내 리플을 제거하기 위한 조절 회로(416, 426), 전류 센서(418), 전압 센서(422), 스위치(420), 부하(424), 세컨더리 제어기(428), 신호 저항기(432) 및 선택적 무선 송신기(430)를 포함한다. 동작시에, 정류기(414)는 세컨더리(410)에서 생성된 AC 전력을 전형적으로 부하에 전력을 공급하는데 필요한 DC 전력으로 변환한다. 대안으로, 리플 전압을 저감시키기 위해 상이한 위상에서 전력을 수신하는 다수의 세컨더리 코일이 사용될 수 있다. 이것은 "Multiphase Inductive Power Supply System"이라는 명칭의 바르만 등의 미국 특허출원 제60/976,137호에서 언급되며, 이 특허출원은 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된다. 이러한 실시예에서, 다수의 프라이머리 코일들은 상이한 위상에서 전력을 전송하는데 바람직할 수 있다. 일 실시예에서, 부하는 배터리에 대한 충전 회로(도시되지 않음)이다. 충전 회로는 공지의 것으로서 각종 재충전 가능한 전자 장치와 함께 폭넓게 사용될 수 있다. 원할 경우, 충전 회로는 배터리(도시되지 않음)를 충전하고 및/또는 부하(424)에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 대안의 실시예에서, 정류기는 불필요할 수 있고 그리고 AC 전력은 조절되어 부하에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다.
전류 센서(418)는 수신된 전력에서 전류량을 검출하고 그 정보를 세컨더리 제어기(428)에 제공한다. 전압 센서(422)는 수신된 전력에서 전압량을 검출하고 그 정보를 세컨더리 제어기(428)에 제공한다. 비록 예시된 실시예가 전압 센서(422)와 전류 센서(418) 둘 다를 포함하고 있을지라도, 단지 하나만이 필요할 수 있다. 세컨더리 회로에서 전압 및/또는 전류를 감지하고 프라이머리 회로에 의해 제공된 전압 및/또는 전류를 인지함으로써, 프라이머리 제어기는 전력 전달 효율을 계산할 수 있다. 각 주파수에서 전력 전달 효율을 주목하여 동작 주파수들의 범위를 스위핑(sweeping)함으로써, 공진에 가장 가까운 동작 주파수가 결정될 수 있으며, 이것은 최선의 전력 전달 효율을 가져오는 동작 주파수에 상응한다. 또한, 전압 및 전류 센서(418, 422)는 세컨더리 제어기(428)의 보호 알고리즘과 함께 사용되어 고장 상태가 검출된 경우 부하(424)를 연결 해제시킬 수 있다. 이러한 개념은 "System and Method for Inductively Charging a Battery"라는 명칭의 바르만 등의 미국 특허출원 제 11/855,710호에 더 상세히 기술되며, 이 특허 출원은 앞에서 참고 문헌으로 인용되었다.
세컨더리 제어기(428)는 본질적으로 임의 형태의 마이크로컨트롤러일 수 있다. 예시된 실시예에서, 세컨더리 제어기(428)는 ATTINY24V-10MU 마이크로컨트롤러이다. 세컨더리 제어기(428)는 일반적으로 아날로그-디지털 변환기를 포함하며, 전압 및/또는 전류 판독치를 처리하고 이들을 유도성 전력 공급기(300)의 프라이머리 제어기(310)에 전송하도록 프로그램된다. 마이크로프로세서는 또한 주파수 또는 듀티 사이클 제어 프로세스와 관련되지 않은 다른 코드를 포함할 수 있다.
세컨더리에서 감지된 전압 및/또는 전류에 관한 통신은 다양한 방식으로 프라이머리 제어기(310)에 전송될 수 있다. 예시된 실시예에서, 신호 저항기(432) 또는 무선 송신기(430)를 이용하여 정보가 전송될 수 있다.
일 실시예에서, 신호 저항기(432)는 프라이머리 제어기(310)에 정보를 전송하는데 이용될 수 있다. 세컨더리로부터 프라이머리에 통신을 제공하기 위해 신호 저항기(432)를 이용하는 것은 "System and Method for Inductively Charging a Battery"라는 명칭의 바르만 등의 미국특허출원 제11/855,710호에서 논의되었으며, 이 특허출원은 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된다. 신호 저항기(432)는, 분로될 때, 과전류 또는 과전압 상태를 나타내는 통신 신호를 전송한다. 이 저항기가 분로될 때, 프라이머리 회로에서 피크 검출기는 과전압/과전류 상태를 감지하고 그에 따라 동작할 수 있다. 본 발명의 신호 저항기(432)는 부가 데이터를 프라이머리 제어기(310)에 통신하도록 체계적으로 분로될 수 있다. 예를 들어, 데이터의 스트림은 감지된 전류 및/또는 감지된 전압을 나타낼 수 있다. 대안으로, 신호 저항기는 과전압/과전류 송신기로서 앞에서 설명된 방식으로 단독으로 사용될 수 있거나 또는 완전히 제거될 수 있다.
무선 송신기 또는 송수신기를 이용하는 것에 대해서는 앞에서 "Adapted Inductive Power Supply with Communication"이라는 명칭의 바르만의 미국특허출원공개 US 2004/130915A1호에 기술되어 있으며, 이 특허 공개는 앞에서 참고 문헌으로 인용되었다. 특히, WIFI, 적외선, 블루투스, 셀룰러 또는 RFID를 이용하는 것에 대해서는 앞에서 원격 장치로부터 유도성 전력 공급기에 데이터를 무선으로 전송하는 방식으로서 언급되었다. 또한, 유도 코일 및 전력선 통신 프로토콜을 이용한 통신에 대해 설명되었다. 데이터를 전송하는 이들 방법들의 임의의 것은 본 발명에서 세컨더리로부터 프라이머리에 원하는 데이터를 전달하기 위해 구현될 수 있다.
IV. 동작
프라이머리 회로(100) 및 세컨더리 회로(200)의 전반적인 동작에 대해서 도 5와 관련하여 기술된다.
이 실시예에서, 프라이머리 회로는 초기 동작 주파수를 결정하고 설정한다(504). 전형적으로, 초기 동작 주파수를 설정하는 목적은, 초기 동작 주파수를 공진 주파수에 가능한 가깝게 설정하기 위함이며, 이것은 무엇보다도 프라이머리 회로와 세컨더리 회로 사이의 방위(orientation) 및 거리를 포함하는 상이한 많은 팩터들에 따라 달라진다. 현재의 실시예에서, 초기 동작 주파수를 어디에 설정할지를 결정하기 위해 간단한 주파수 스위프가 사용된다. 특히, 이 실시예에서는, 유효 주파수들의 범위가 스위프되고 각 주파수에서의 전력 전달 효율이 주목된다. 주파수 사이의 단계(step)는 다를 수 있지만, 현재의 실시예에서, 주파수는 70kHz와 250kHz 사이에서 100Hz의 단계로 스위프된다. 일단 전체 주파수 범위가 스위프되었다면, 최대의 전력 전달 효율을 산출한 동작 주파수가 초기 동작 주파수로서 선택된다. 최대의 전력 전달 효율을 산출한 동작 주파수는 그 동작 주파수가 공진에 가장 가까운 주파수임을 나타낸다. 또한, 더 미세한 주파수 해상도에서의 단계들은 조정(tuning)을 훨씬 더 용이하게 해 줄 수 있다. 대안의 실시예에서, 초기 동작 주파수를 결정하기 위해 다른 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 초기 동작 주파수는 공지의 프라이머리 및 세컨더리 컴포넌트에 기반하여 선택될 수 있다. 또한, 스위핑 프로세스의 변형은 전력 전달 효율에 비례하는 동적 단계 조절(dynamic step adjustment)을 포함할 수 있다. 또 다른 대안의 실시예에서, 스위프가 동적으로 수행되어 현재 주파수에 대한 전력 전달 효율 및 전력 전달 효율이 최대인 주파수만 저장되게 할 수 있다. 스위프가 진행됨에 따라, 저장된 최대값에 대하여 각 값이 체크되고 그 값이 더 큰 경우에만 그것을 대체한다.
도 5에 기술된 실시예에서, 프라이머리 회로는 초기 듀티 사이클을 설정한다(506). 듀티 사이클은 각 사이클에 따라 전달되는 전력량과 대응한다. 듀티 사이클이 클수록, 사이클 당 전력은 더 많이 전달된다. 현재의 실시예에서, 초기 듀티 사이클은 원격 장치에 과도하게 전력을 공급할 위험이 없도록 충분히 작은 것으로 간주되는 20%로 설정하되, 세컨더리 회로에 전력을 공급하기에 충분한 전력을 전달하도록 충분히 크다. 대안의 실시예에서, 응용 또는 임의 수의 다른 팩터들에 기초하여 상이한 초기 듀티 사이클이 설정될 수 있다.
동작 주파수 조절 단계(508)는 동작 주파수가 실질적으로 공진으로 유지되도록 보장하는 다중 단계 프로세스이다. 도 6은 이러한 프로세스의 일 실시예를 더 상세히 설명한다. 설명된 실시예에서, 동작 주파수는 단계적 증가(step up)라 지칭되는, 사전 선택된 양만큼 증가된다. 이러한 조절은 시스템 전체에 걸쳐서 전파되도록 허용되고, 전력 효율이 체크된다(604). 만일 전력 효율이 증가되었다면, 시스템은 실질적으로 공진에 있지 않고 동작 주파수는 다시 단계적으로 증가된다(stepped up). 이러한 프로세스는 전력 효율이 감소하거나 동일하게 유지될 때까지 계속된다. 일단 이러한 경우가 발생하면, 동작 주파수는 단계적으로 감소된다(stepped down)(606). 전력 효율이 체크된다(608). 만일 전력 효율이 증가하면, 동작 주파수는 전력 효율이 동일하게 유지되거나 감소할 때까지 다시 단계적으로 감소된다. 마지막 단계는 동작 주파수를 단계적으로 증가하여(610) 다시 전력 효율이 피크인 동작 주파수가 되게 하기 위한 것이다. 이것은 단지 동작 주파수를 실질적으로 공진으로 유지하기 위한 프로세스의 일 실시예이다. 동작 주파수를 실질적으로 공진으로 유지하기 위해 임의의 다른 프로세스가 사용될 수 있다.
동작 주파수가 단계적으로 증가되고 단계적으로 감소되는 한가지 이유는, 도 7에 도시된, 동작 주파수 대 전력 효율에 대한 예시적인 그래프를 주목함으로써 설명될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 도시된 동작 주파수들의 범위를 초과하는 전력 효율의 피크들이 여러 개 존재한다. 초기 주파수 스위프는 동작 주파수를 공진 주파수, 즉, 도 7에서 최대 피크로 설정한다. 조절이 행해질 때마다, 비록 동작 주파수가 변경되지 않았을지라도, 전력 효율값들은 임의 수의 팩터의 결과로서, 특히 세컨더리의 움직임의 결과로서 변경되었을 수 있다. 전형적으로, 그래프에서 변화는 약간의 시프트에 불과하며, 이것은 최적의 동작 주파수가 어느 한 방향으로 몇 개의 단계들(steps)일 수 있음을 의미한다. 이것이 현재의 실시예가 단계적으로 증가하고 단계적으로 감소하는 이유이다. 만일 첫 번째 단계적 증가로 전력 전달 효율이 감소하면, 프로세스는 즉시 그때까지 단계적으로 감소한다. 만일 단계적 감소로 전력 전달 효율이 감소하면, 조절이 필요하지 않고 동작 주파수가 이미 공진 주파수에 있었음이 명백하다. 대안의 실시예에서는, 아날로그 회로를 사용하여, 시스템이 공진에서 얼마나 떨어져 있는지를 바로 결정할 수 있으므로, 제어기가 적절한 주파수에 바로 반응하게 한다. 위상 비교기가 그러한 하나의 회로이다.
현재의 실시예에서, 동작 주파수는 각각의 반복으로 조절되지만, 대안의 실시예에서, 동작 주파수는 적은 빈도로 또는 동작 주파수가 조절되어야 하는 이벤트가 트리거할 때에만 조절될 수 있다. 예를 들어, 세컨더리에서 움직임 검출기가 세컨더리의 방위로 이동 또는 변화를 표시하는 경우가 있을 수 있다. 또는, 예를 들어, 세컨더리에 제공되는 전력량에 급격한 감소 또는 증가가 있는 경우가 있을 수 있다.
다음 단계는 세컨더리에 의해 수신되는 전력량이 너무 많은지를 결정(510)하기 위한 것이다. 만일 수신되는 전력량이 너무 많으면, 전달되는 전력의 듀티 사이클이 감소한다(514). 만일 수신되는 전력량이 너무 많지 않다면, 전달되는 전력의 듀티 사이클은 증가한다(512). 현재의 실시예에서, 듀티 사이클은 단락 회로(short circuit)를 만드는 위험을 줄여주기 위해 대략 49%를 초과하지 않아야 한다. 현재의 실시예에서, 듀티 사이클이 업 또는 다운 조절된 후, 동작 주파수는 다시 조절된다(508). 전술한 바와 같이, 듀티 사이클은 "스위치 온 시간(switch on time)" 또는 파형이 완전한 파형의 전체 시간량에 비해 큰 시간의 비율을 말한다. 듀티 사이클이 가변하는 신호를 예시하는 예시적인 그래프가 도 8에 도시된다. 이 그래프는 시간 대 전류에 대한 그래프를 도시한다. 실선은 프라이머리 회로에 의해 생성된, 현재의 듀티 사이클(current duty cycle)을 갖는 파형을 나타낸다. 점선(dashed line)은 듀티 사이클이 증가된 것처럼 보일 수 있는 파형을 나타낸다. 짧은 선과 점의 선(dash-dotted line)은 듀티 사이클이 감소된 것처럼 보일 수 있는 파형을 나타낸다. 듀티 사이클이 대칭적으로 증가되고 대칭적으로 감소되므로, 파형의 주파수는 듀티 사이클의 조절에 따라 변화하지 않음을 주목하여야 한다. 소정 실시예에서, 동작 동안 주파수는 조절될 수 없고, 반면에 듀티 사이클 조절은 계속하여 일어난다는 것을 주목하여야 한다.
듀티 사이클은 사전 선택된 양만큼 단계적으로 증가되거나 감소될 수 있다. 현재의 실시예에서, 단계적 증가 및 단계적 감소 양들은 정적이고 동일하다. 그러나, 대안의 실시예에서, 그러한 단계적 양들(step amounts)은 동적이고 상이할 수 있다. 예를 들어, 배터리 충전 응용에서, 듀티 사이클을 큰 단계들로 감소시키고 듀티 사이클을 작은 단계들로 증가시키는 것이 유익할 수 있다. 각종 배터리들은 상이한 충전 알고리즘을 필요로 하고 정확한 배터리 충전 프로파일을 제공하기 위해 듀티 사이클 제어가 사용될 수 있다. 다른 예에서, 듀티 사이클은 세컨더리에 의해 요구되는 전력량에 비례하여 단계적으로 증가 또는 감소될 수 있다. 세컨더리에 의해 요구되는 전력량은 전류 및/또는 전압 센서를 판독함으로써 결정될 수 있다. 판독치에 작은 변화가 있는 경우, 듀티 사이클에의 작은 변화가 구현될 수 있으며, 또한 판독치에 큰 변화가 있는 경우, 듀티 사이클에의 큰 변화가 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 동작 주파수의 변경과 듀티 사이클의 변경 사이의 빌트인 지연들(built-in delays)이 존재한다. 이러한 지연들은 동작 주파수 또는 듀티 사이클이 변경되는 속도로 인해 일어날 수 있는 임의의 위상 문제의 원인이 될 수 있다.
이러한 프로세스는 원하는 대로 또는 전력 공급이 턴 오프(turn off)되고, 세컨더리가 제거되고, 또는 배터리를 충전하는 경우 배터리가 충분히 충전될 때까지 계속한다.
프라이머리 회로는 세컨더리의 요구에 따라 듀티 사이클을 조절할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 한가지 목적은 세컨더리에서 소정량의 전압 또는 전류를 유지하는 것일 수 있다. 세컨더리로부터의 피드백, 이를 테면, 감지된 전압 및/또는 전류를 이용하면, 실질적으로 공진 주파수에서의 동작을 보장함으로써 최적의 전력 전달 효율을 보장하도록 동작 주파수가 조절될 수 있으며 또한 전력을 추가로 또는 적게 제공하여 원하는 목적을 충족시키도록 듀티 사이클이 조절될 수 있다.
전술한 설명은 본 발명의 현재의 실시예에 관한 설명이다. 본 발명의 정신 및 폭넓은 양태를 일탈함이 없이 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다.
전유물 또는 독점권을 청구하는 본 발명의 실시예들이 아래와 같이 규정된다.

Claims (69)

  1. 원격 장치에 전력을 무선으로 제공하기 위한 유도성 전력 공급기로서,
    소정의 동작 주파수에서 신호를 생성하며, 상기 동작 주파수에서 원격 장치에 전달되는 전력량의 변동을 허용하도록 상기 신호의 듀티 사이클(duty cycle)을 조절할 수 있는 프라이머리(primary) 회로; 및
    상기 프라이머리 회로와 전기적으로 통신하는 탱크(tank) 회로
    를 포함하고,
    상기 프라이머리 회로는 상기 신호를 상기 탱크 회로에 인가하여 전력량을 상기 원격 장치에 전달하고,
    상기 유도성 전력 공급기는 상기 원격 장치로부터 피드백을 수신하도록 구성되고,
    상기 프라이머리 회로는 상기 피드백에 응답하여 상기 신호의 상기 동작 주파수를 제어하여 상기 유도성 전력 공급기와 상기 원격 장치 사이의 전력 전달 효율을 최적화하도록 구성되고,
    상기 프라이머리 회로는 상기 피드백에 응답하여 상기 신호의 상기 듀티 사이클을 제어하여 상기 동작 주파수에서 상기 원격 장치에 전달되는 상기 전력량을 제어하도록 구성되는 유도성 전력 공급기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 상기 신호의 상기 동작 주파수를 실질적으로 공진에서 유지하는 유도성 전력 공급기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 상기 동작 주파수를 지속적으로 조절하여 실질적인 공진을 유지하고, 상기 원격 장치에 전달되는 상기 전력량과 임계치 사이의 비교에 기초하여 상기 듀티 사이클을 지속적으로 조절하는 유도성 전력 공급기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 배터리 충전 프로파일(profile) 및 상기 원격 장치에 의한 요구(demand) 중 적어도 하나에 따라 상기 신호의 상기 듀티 사이클을 제어하는 유도성 전력 공급기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는,
    프라이머리 제어기;
    상기 프라이머리 제어기와 전기적으로 통신하는 구동기 회로;
    상기 구동기 회로와 전기적으로 통신하는 스위칭 회로; 및
    상기 원격 장치의 반사 임피던스(reflected impedance)를 감지하기 위한 센서
    를 포함하고,
    상기 센서는 상기 탱크 회로 및 상기 프라이머리 제어기와 전기적으로 통신하는 유도성 전력 공급기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위칭 회로는 한 쌍의 스위치를 포함하고,
    각각의 스위치는 상기 듀티 사이클 및 상기 동작 주파수에서, 서로 위상이 다르게(out of phase) 스위치 온(switch on)되고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 제어기는 상기 각각의 스위치의 상기 동작 주파수를 제어하고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 제어기는 상기 각각의 스위치의 상기 듀티 사이클을 제어하는 유도성 전력 공급기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 프라이머리 제어기는 상기 센서로부터의 입력의 함수로서 상기 신호의 상기 동작 주파수를 조절하는 유도성 전력 공급기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 상기 원격 장치로부터 상기 피드백을 수신하기 위한 무선 수신기를 포함하는 유도성 전력 공급기.
  9. 유도성 전력 공급기 시스템으로서,
    유도성 전력 공급기; 및
    상기 유도성 전력 공급기로부터 분리가능하고, 상기 유도성 전력 공급기로부터 전력을 수신하기 위한 원격 장치
    를 포함하고,
    상기 유도성 전력 공급기는,
    소정의 동작 주파수에서 신호를 생성하며, 상기 동작 주파수에서 전달되는 전력량을 제어하도록 상기 신호의 듀티 사이클을 조절하기 위한 프라이머리 회로; 및
    상기 프라이머리 회로와 전기적으로 통신하는 탱크 회로
    를 포함하고,
    상기 프라이머리 회로는 상기 신호를 상기 탱크 회로에 인가하여 전력량을 상기 원격 장치에 전달하고,
    상기 유도성 전력 공급기는 상기 원격 장치로부터 피드백을 수신하도록 구성되고,
    상기 원격 장치는,
    유도성 필드(inductive field)에 의해 에너지를 받는 세컨더리(secondary);
    상기 세컨더리와 전기적으로 통신하는 부하;
    상기 세컨더리와 전기적으로 통신하는 센서;
    상기 센서와 전기적으로 통신하는 세컨더리 제어기; 및
    상기 유도성 전력 공급기에 피드백을 송신하기 위하여 상기 세컨더리 제어기와 전기적으로 통신하는 통신 장치
    를 포함하고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 회로는 상기 신호의 상기 동작 주파수를 제어하여 상기 유도성 전력 공급기와 상기 원격 장치 사이의 전력 전달 효율을 최적화하고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 회로는 상기 신호의 상기 듀티 사이클을 제어하여 상기 동작 주파수에서 상기 원격 장치에 전달되는 상기 전력량을 제어하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 상기 신호의 상기 동작 주파수를 실질적으로 공진에서 유지하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 상기 동작 주파수를 지속적으로 조절하여 실질적인 공진을 유지하고, 상기 원격 장치에 전달되는 상기 전력량과 임계치 사이의 비교에 기초하여 상기 듀티 사이클을 지속적으로 조절하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 배터리 충전 프로파일 및 상기 원격 장치에 의해 상기 유도성 전력 공급기에 전달된 요구 중 적어도 하나에 따라 상기 신호의 상기 듀티 사이클을 제어하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는,
    프라이머리 제어기;
    상기 프라이머리 제어기와 전기적으로 통신하는 구동기 회로;
    상기 구동기 회로와 전기적으로 통신하는 스위칭 회로; 및
    상기 원격 장치의 반사 임피던스를 감지하기 위한 센서
    를 포함하고,
    상기 센서는 상기 탱크 회로 및 상기 프라이머리 제어기와 전기적으로 통신하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스위칭 회로는 한 쌍의 스위치를 포함하고,
    각각의 스위치는 상기 듀티 사이클 및 상기 동작 주파수에서, 서로 위상이 다르게 스위치되고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 제어기는 상기 각각의 스위치의 상기 동작 주파수를 제어하고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 제어기는 상기 각각의 스위치의 상기 듀티 사이클을 제어하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 프라이머리 제어기는 상기 센서로부터의 입력의 함수로서 상기 신호의 상기 동작 주파수를 조절하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 무선 수신기를 포함하고, 상기 원격 장치는 무선 송신기를 포함하고, 상기 무선 수신기는 상기 무선 송신기로부터 상기 피드백을 수신하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  17. 유도성 전력 공급기로부터 원격 장치에 전력을 전달하는 방법으로서,
    유도성 전력 공급기에서 신호의 초기 동작 주파수를 설정하는 단계;
    유도성 전력 공급기에서 초기 전력 레벨을 설정하도록 신호의 초기 듀티 사이클을 설정하는 단계;
    유도성 전력 공급기로부터 원격 장치에 전력량을 전달하기 위하여 신호를 탱크 회로에 인가하는 단계;
    유도성 전력 공급기에서, 원격 장치로부터 피드백을 수신하는 단계;
    피드백에 응답하여, 유도성 전력 공급기와 원격 장치 사이의 전력 전달 효율을 최적화하도록 신호의 동작 주파수를 조절하는 단계; 및
    피드백에 응답하여, 원격 장치에 전달되는 전력량을 제어하도록 신호의 듀티 사이클을 조절하는 단계
    를 포함하는 전력 전달 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 듀티 사이클을 조절하는 단계는,
    원격 장치에 전달되는 전력이 임계치보다 높다는 결정에 응답하여 신호의 듀티 사이클을 감소시키는 단계; 및
    원격 장치에 전달되는 전력이 임계치보다 낮다는 결정에 응답하여 신호의 듀티 사이클을 증가시키는 단계
    를 포함하는 전력 전달 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 초기 동작 주파수를 설정하는 단계 및 상기 동작 주파수를 조절하는 단계 중 적어도 하나는, 주파수 범위를 스위핑(sweeping)하는 단계, 각각의 동작 주파수에 대해 원격 장치에 전달되는 전력량을 결정하는 단계, 및 원격 장치에 전달되는 전력량이 주파수 범위 내 다른 주파수에 비해 상대적으로 높은 동작 주파수를 선택하는 단계를 포함하는 전력 전달 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 초기 동작 주파수를 설정하는 단계 및 상기 동작 주파수를 조절하는 단계 중 적어도 하나는, 주파수 범위를 스위핑하는 단계 및 공진에 가장 가까운 동작 주파수를 선택하는 단계를 포함하는 전력 전달 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 동작 주파수를 조절하는 단계는 실질적인 공진을 유지하도록 동작 주파수를 지속적으로 조절하는 단계를 포함하고, 상기 듀티 사이클을 조절하는 단계는 원격 장치에 전달되는 전력량과 임계치 사이의 비교에 기초하여 듀티 사이클을 지속적으로 조절하는 단계를 포함하는 전력 전달 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 듀티 사이클을 조절하는 단계는 배터리 충전 프로파일 및 원격 장치에 의한 요구 중 적어도 하나에 따라 듀티 사이클을 조절하는 단계를 포함하는 전력 전달 방법.
  23. 원격 장치용 유도성 전력 공급기로서,
    탱크 회로;
    상기 탱크 회로와 전기적으로 통신하며, 상기 탱크 회로에 신호를 인가하도록 구성되는 프라이머리 회로; 및
    원격 장치로부터 통신을 수신하도록 구성되는 수신기
    를 포함하고,
    상기 수신기는 상기 프라이머리 회로와 전기적으로 통신하고, 상기 프라이머리 회로는 상기 통신의 함수로서 상기 신호의 동작 주파수를 선택적으로 조절하여 상기 탱크 회로로부터 원격 장치로의 전력 전달 효율을 최적화하도록 구성되고, 상기 프라이머리 회로는 상기 동작 주파수에서 원격 장치에 전달되는 전력량을 제어하도록 상기 통신의 함수로서 상기 신호의 듀티 사이클을 선택적으로 조절하도록 구성되고, 이로 인해 상기 유도성 전력 공급기는 듀티 사이클 조절을 통해 전력 레벨을 유지하면서 동작 주파수 조절을 통해 전력 전달 효율을 유지하는 유도성 전력 공급기.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 수신기는 상기 탱크 회로에 전기적으로 결합된 전류 센서로서 더 정의되어 상기 탱크 회로 내 전류를 나타내는 신호를 제공하는 유도성 전력 공급기.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 수신기는 통신 수신기로서 더 정의되는 유도성 전력 공급기.
  26. 원격 장치에 무선으로 전력을 공급하는 방법으로서,
    유도성 전력 공급기에 충분히 근접하게 원격 장치를 배치하여 원격 장치와 유도성 전력 공급기 사이에 유도성 결합을 구축하는 단계;
    유도성 전력 공급기에서, 복수의 상이한 동작 주파수에서 탱크 회로에 신호를 인가하여 원격 장치에 무선으로 전력을 전달하는 단계;
    원격 장치에서, 상기 상이한 동작 주파수 각각에 대해 유도성 전력 공급기로부터 무선으로 수신된 전력의 특성의 측정 각각을 취하는 단계;
    별개의 측정에 기초하여 초기 동작 주파수를 결정하는 단계;
    유도성 전력 공급기에서, 초기 동작 주파수에서 탱크 회로에 신호를 인가하는 단계;
    유도성 전력 공급기에서, 원격 장치로부터 통신을 수신하는 단계;
    통신에 응답하여, 신호의 동작 주파수를 조절하여 유도성 전력 공급기와 원격 장치 사이의 전력 전달 효율을 최적화하는 단계; 및
    통신에 응답하여, 신호의 듀티 사이클을 조절하여 원격 장치에 전달되는 전력량을 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    복수의 상이한 동작 주파수 각각에서 전력 전달 효율을 나타내는 정보를 저장하는 단계; 및
    최대 전력 전달 효율을 갖는 동작 주파수로서 초기 동작 주파수를 선택하는 단계
    를 포함하는 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    최대 전력 전달 효율을 갖는 동작 주파수를 나타내는 정보를 저장하는 단계; 및
    최대 전력 전달 효율을 갖는 동작 주파수로서 초기 동작 주파수를 선택하는 단계
    를 포함하는 방법.
  29. 제26항에 있어서,
    탱크 회로에 신호를 인가하는 단계는, 원격 장치에 과전력이 공급되는 것을 방지하도록 선택된 제1 전력 레벨에서 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  30. 제26항에 있어서,
    탱크 회로에 신호를 인가하는 단계는, 원격 장치에 과전력이 공급되는 것을 방지하도록 선택된 듀티 사이클에서 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 동작 주파수를 제어하는 제1 제어기 및 상기 듀티 사이클을 제어하는 제2 제어기를 더 포함하는 유도성 전력 공급기.
  32. 제1항에 있어서,
    복수의 원격 장치의 동작 파라미터에 관한 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하는 유도성 전력 공급기.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 정보는 원격 장치 각각에 대하여, 원격 장치의 공진 주파수, 최대 동작 주파수, 최소 동작 주파수, 전류 사용량(current usage), 최소 듀티 사이클, 최대 듀티 사이클 및 무선 통신 프로토콜 중 적어도 하나를 포함하는 유도성 전력 공급기.
  34. 제26항에 있어서,
    별개의 측정에 기초하여 초기 듀티 사이클을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  35. 제26항에 있어서,
    원격 장치에 전달되는 전력이 허용 가능한 범위에 있도록 20% 이하의 초기 듀티 사이클을 선택하는 단계를 더 포함하는 방법.
  36. 원격 장치에 전력을 무선으로 제공하기 위한 유도성 전력 공급기로서,
    적어도 하나의 동작 파라미터에 따라 원격 장치로의 전력 전달을 제어하고, 원격 장치에 전달되는 전력량의 변동을 허용하도록 신호의 듀티 사이클을 조절하도록 구성된 프라이머리 회로; 및
    상기 프라이머리 회로와 전기적으로 통신하고, 원격 장치와 유도성 결합하도록 구성된 탱크 회로
    를 포함하고,
    상기 프라이머리 회로는 상기 적어도 하나의 동작 파라미터를 제어하여 실질적으로 공진에 근접하여 전력을 전달하고,
    상기 프라이머리 회로는 상기 신호의 상기 듀티 사이클을 제어하여 실질적으로 공진에 근접하여 전달되는 상기 전력량을 제어하도록 구성되는 유도성 전력 공급기.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 동작 파라미터는 동작 주파수 및 공진 주파수 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 프라이머리 회로는 상기 적어도 하나의 동작 파라미터를 제어함으로써 실질적인 공진을 유지하도록 구성되는 유도성 전력 공급기.
  38. 제36항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 상기 적어도 하나의 동작 파라미터를 지속적으로 조절하여 실질적인 공진을 유지하고, 상기 원격 장치에 전달되는 상기 전력량과 임계치 사이의 비교에 기초하여 상기 듀티 사이클을 지속적으로 조절하는 유도성 전력 공급기.
  39. 제36항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 배터리 충전 프로파일 및 상기 원격 장치에 의한 요구 중 적어도 하나에 따라 상기 신호의 상기 듀티 사이클을 제어하는 유도성 전력 공급기.
  40. 제36항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 상기 원격 장치로부터 피드백을 수신하기 위한 무선 수신기를 포함하는 유도성 전력 공급기.
  41. 제36항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는,
    프라이머리 제어기;
    상기 프라이머리 제어기와 전기적으로 통신하는 구동기 회로;
    상기 구동기 회로와 전기적으로 통신하는 스위칭 회로; 및
    상기 유도성 결합을 통해 상기 원격 장치의 반사 임피던스를 감지하기 위한 센서
    를 포함하고,
    상기 센서는 상기 탱크 회로 및 상기 프라이머리 제어기와 전기적으로 통신하는 유도성 전력 공급기.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 원격 장치로부터 피드백을 수신하도록 구성된 유도성 전력 공급기.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 스위칭 회로는 한 쌍의 스위치를 포함하고,
    각각의 스위치는 상기 듀티 사이클 및 동작 주파수에서, 서로 위상이 다르게 스위치 온되고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 제어기는 상기 각각의 스위치의 상기 동작 주파수를 제어하여 실질적으로 공진에 근접하여 전력을 전달하고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 제어기는 상기 각각의 스위치의 상기 듀티 사이클을 제어하여 실질적으로 공진에 근접하여 전달되는 상기 전력량을 제어하는 유도성 전력 공급기.
  44. 제42항에 있어서,
    상기 프라이머리 제어기는 상기 센서로부터의 입력의 함수로서 상기 적어도 하나의 동작 파라미터를 조절하는 유도성 전력 공급기.
  45. 제36항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 동작 파라미터를 제어하는 제1 제어기 및 상기 듀티 사이클을 제어하는 제2 제어기를 더 포함하는 유도성 전력 공급기.
  46. 제36항에 있어서,
    복수의 원격 장치에 관한 정보를 저장하는 메모리를 더 포함하는 유도성 전력 공급기.
  47. 제36항에 있어서,
    상기 듀티 사이클은 온도에 기초하여 제어되는 유도성 전력 공급기.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 듀티 사이클은 상기 온도가 임계치보다 높다는 결정에 응답하여 감소하는 유도성 전력 공급기.
  49. 유도성 전력 공급기 시스템으로서,
    유도성 전력 공급기; 및
    상기 유도성 전력 공급기로부터 분리가능하고, 상기 유도성 전력 공급기와 유도성 결합하여 상기 유도성 전력 공급기로부터 상기 전력을 수신하기 위한 원격 장치
    를 포함하고,
    상기 유도성 전력 공급기는,
    적어도 동작 파라미터에 따라 전력 전달을 제어하고, 전달되는 전력량을 제어하도록 신호의 듀티 사이클을 조절하도록 구성된 프라이머리 회로; 및
    상기 프라이머리 회로와 전기적으로 통신하는 탱크 회로
    를 포함하고,
    상기 프라이머리 회로는 상기 전력량을 전달하도록 상기 신호를 상기 탱크 회로에 인가하고,
    상기 원격 장치는,
    상기 유도성 결합에 의해 에너지를 받는 세컨더리;
    상기 세컨더리와 전기적으로 통신하는 부하;
    상기 세컨더리와 전기적으로 통신하는 센서;
    상기 센서와 전기적으로 통신하는 세컨더리 제어기; 및
    상기 유도성 전력 공급기에 피드백을 송신하기 위하여 상기 세컨더리 제어기와 전기적으로 통신하는 통신 장치
    를 포함하고,
    상기 프라이머리 회로는 상기 적어도 하나의 동작 파라미터를 제어하여 실질적으로 공진에 근접하여 전력 전달을 유지하고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 회로는 상기 신호의 상기 듀티 사이클을 제어하여 실질적으로 공진에 근접하여 전달되는 상기 전력량을 제어하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 동작 파라미터는 동작 주파수 및 공진 주파수 중 적어도 하나를 포함하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  51. 제50항에 있어서,
    원격 장치의 적어도 하나의 동작 파라미터와 관련된 정보를 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 정보는 상기 원격 장치의 공진 주파수, 최대 동작 주파수, 최소 동작 주파수, 전류 사용량, 최소 듀티 사이클, 최대 듀티 사이클 및 무선 통신 프로토콜 중 적어도 하나를 포함하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  52. 제49항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 상기 적어도 하나의 동작 파라미터를 지속적으로 조절하여 실질적인 공진을 유지하고, 상기 원격 장치에 전달되는 상기 전력량과 임계치 사이의 비교에 기초하여 상기 듀티 사이클을 지속적으로 조절하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  53. 제49항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 배터리 충전 프로파일 및 상기 원격 장치에 의해 상기 유도성 전력 공급기에 전달된 요구 중 적어도 하나에 따라 상기 신호의 상기 듀티 사이클을 제어하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  54. 제49항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 온도에 기초하여 상기 신호의 상기 듀티 사이클을 제어하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 듀티 사이클은 임계치보다 높은 상기 온도에 응답하여 감소하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  56. 제49항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는,
    프라이머리 제어기;
    상기 프라이머리 제어기와 전기적으로 통신하는 구동기 회로;
    상기 구동기 회로와 전기적으로 통신하는 스위칭 회로; 및
    상기 원격 장치의 반사 임피던스를 감지하기 위한 센서
    를 포함하고,
    상기 센서는 상기 탱크 회로 및 상기 프라이머리 제어기와 전기적으로 통신하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 스위칭 회로는 한 쌍의 스위치를 포함하고,
    각각의 스위치는 상기 듀티 사이클 및 동작 주파수에서, 서로 위상이 다르게 스위치되고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 제어기는 상기 각각의 스위치의 상기 동작 주파수를 제어하고,
    상기 피드백에 응답하여, 상기 프라이머리 제어기는 상기 각각의 스위치의 상기 듀티 사이클을 제어하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  58. 제56항에 있어서,
    상기 프라이머리 제어기는 상기 센서로부터의 입력의 함수로서 상기 적어도 하나의 동작 파라미터를 조절하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  59. 제49항에 있어서,
    상기 프라이머리 회로는 무선 수신기를 포함하고, 상기 원격 장치는 무선 송신기를 포함하고, 상기 무선 수신기는 상기 무선 송신기로부터 상기 피드백을 수신하는 유도성 전력 공급기 시스템.
  60. 원격 장치에 무선으로 전력을 공급하는 방법으로서,
    유도성 전력 공급기에 충분히 근접하게 원격 장치를 배치하여 원격 장치와 유도성 전력 공급기 사이에 유도성 결합을 구축하는 단계;
    유도성 전력 공급기에서, 적어도 하나의 동작 파라미터에 따라 유도성 전력 공급기를 작동시켜 원격 장치와 유도성 전력 공급기 사이의 유도성 결합을 통해 원격 장치에 전력을 전달하는 단계;
    유도성 전력 공급기의 적어도 하나의 동작 파라미터를 제어하여 실질적으로 공진에 근접하여 전력을 전달하는 단계; 및
    원격 장치에 전달되는 전력량을 실질적으로 공진에 근접하게 제어하기 위하여 유도성 전력 공급기 내 스위칭 회로의 듀티 사이클을 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
  61. 제60항에 있어서,
    원격 장치에서, 유도성 전력 공급기로부터 무선으로 수신되는 전력의 특성의 측정을 취하는 단계;
    유도성 전력 공급기에서, 원격 장치로부터 통신을 수신하는 단계;
    측정에 기초하여, (a) 실질적으로 공진에 근접하여 전력을 전달하기 위한 동작 주파수 및 (b) 원격 장치에 전달하는 전력량 중 적어도 하나를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    적어도 하나의 동작 파라미터 중 하나 또는 그 이상에서 전력 전달 효율을 나타내는 정보를 저장하는 단계; 및
    최대 전력 전달 효율을 갖는 적어도 하나의 동작 파라미터로서 초기의 적어도 하나의 동작 파라미터를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  63. 제60항에 있어서,
    스위칭 회로의 듀티 사이클을 제어하는 단계는 원격 장치에 과전력이 공급되는 것을 방지하도록 선택된 제1 전력 레벨에서 전력을 전달하도록 듀티 사이클을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  64. 제61항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 온도에 기초하여 초기 듀티 사이클을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  65. 제60항에 있어서,
    원격 장치에 전달되는 전력이 허용 가능한 범위에 있도록 20% 이하의 초기 듀티 사이클을 선택하는 단계를 더 포함하는 방법.
  66. 제60항에 있어서,
    유도성 전력 공급기에서, 원격 장치로부터 피드백을 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  67. 제60항에 있어서,
    상기 듀티 사이클을 제어하는 단계는,
    원격 장치에 전달되는 전력이 임계치보다 높다는 결정에 응답하여 듀티 사이클을 감소시키는 단계; 및
    원격 장치에 전달되는 전력이 임계치보다 낮다는 결정에 응답하여 듀티 사이클을 증가시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  68. 제60항에 있어서,
    상기 듀티 사이클을 제어하는 단계는 온도에 기초하여 듀티 사이클을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  69. 제68항에 있어서,
    상기 듀티 사이클은 온도가 임계치보다 높다는 결정에 응답하여 감소하는 방법.
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