KR101589791B1

KR101589791B1 - 무선 전력 수신기

Info

Publication number: KR101589791B1
Application number: KR1020127025159A
Authority: KR
Inventors: 린다 에스 아이리쉬
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2016-01-28
Also published as: WO2011106202A3; JP5662483B2; US8878394B2; KR20120130238A; US20110204723A1; JP2013520957A; CN102782982A; EP2539991A2; TW201218569A; WO2011106202A2; EP2539991B1; CN106253410A

Abstract

예시적인 실시형태들은 수신 안테나에서 수신된 무선 전력을 부하에 전달하는 것에 관한 것이다. 방법은 안테나 내에 에너지를 저장하기 위한 충전 페이즈 동안 안테나의 각각의 단자를 접지 전압에 커플링하는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은 안테나로부터 출력으로 에너지를 수송하기 위한 출력 페이즈 동안 안테나의 적어도 하나의 단자를 출력에 커플링하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

Description

무선 전력 수신기{WIRELESS POWER RECEIVER}

35 U.S.C. §119 하에서의 우선권 주장

본 특허 출원은, 35 U.S.C.§119 하에서, 발명의 명칭이 "역 클래스 D 전력 수신기 (REVERSE CLASS-D POWER RECEIVER)"이고, 2010년 2월 25일자로 출원되었으며, 본 발명의 양수인에게 양도되어 있고, 여기서 참조로서 명백하게 포함되는 가출원 제 61/308,246 호에 대한 우선권을 주장한다.

분야

본 발명은 일반적으로 무선 전력 전송에 관한 것이며, 더 구체적으로는 무선 전력 수신기로부터 부하로 에너지를 전달하는 시스템들, 디바이스 및 방법들에 관한 것이다.

송신기와 충전될 디바이스 사이에서 OTA 를 통해 전력 송신을 사용하는 접근방안들이 개발되고 있다. 이들은 일반적으로 2 개의 카테고리들 내에 포함된다. 하나는 배터리를 충전하기 위해 방사 전력을 수집하여 정류하는, 송신 안테나와 충전될 디바이스 상의 수신 안테나 사이의 평면파 방사 (또한 원거리 장 (far-field) 방사로도 지칭됨) 의 커플링에 기초한다. 안테나들은 일반적으로 커플링 효율을 향상시키기 위한 공진 길이를 갖는다. 이 접근방안은 전력 커플링이 안테나들 사이의 거리에 따라 빠르게 감소한다는 사실로부터 곤란을 겪는다. 따라서, 공진 가능한 거리 (예컨대, > 1-2 m) 이상에서의 충전은 어려워진다. 또한, 시스템이 평면파들을 방사하기 때문에, 필터링을 통해 적절히 제어되지 않는다면, 의도치 않은 방사가 다른 시스템에 간섭할 수 있다.

다른 접근방안들은, 예를 들어 "충전" 매트 또는 표면에 임베딩된 송신 안테나와 충전될 호스트 디바이스에 임베딩된 수신 안테나 플러스 정류 회로 사이에서의 유도성 커플링에 기초한다. 이 접근방법은 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 간격이 매우 가까워야 (예컨대, mm) 한다는 단점을 갖는다. 이 접근방안은 동일한 영역에서 다수의 디바이스들을 동시에 충전할 능력을 갖고 있지만, 그 영역은 일반적으로 작으며, 따라서 사용자는 디바이스를 특정 영역에 위치시켜야 한다.

당업자가 인지하는 바와 같이, 종래의 무선 전력 수신기들은 DC 전력을 부하에 공급하는 2 단계 프로세스를 이용할 수도 있다. 더 구체적으로, 종래의 무선 전력 수신기는 DC-DC 컨버터와 함께 정류기를 사용하여 DC 전력을 부하에 공급할 수도 있다. 무선 전력 수송을 증가사킬 필요성이 존재한다. 더 구체적으로, 수신기로부터 부하로 전력을 제공하기 위한 개선된 방법들, 디바이스들, 및 시스템들에 대한 필요성이 존재한다.

도 1 은 무선 전력 수송 시스템의 간단한 블록도를 나타낸다.
도 2 는 무선 전력 수송 시스템의 간단한 개략도를 나타낸다.
도 3 은 본 발명의 예시적인 실시형태들에서의 사용을 위한 루프 안테나의 개략도를 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 송신기의 간단한 블록도이다.
도 5 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 수신기를 포함한 전자 디바이스의 간단한 블록도를 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 수신기의 회로도이다.
도 7 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 복수의 트랜지스터들을 포함한 수신기의 회로도이다.
도 8a 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 일 구성의 수신기의 회로도이다.
도 8b 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 다른 구성의 도 8a 의 수신기의 회로도이다.
도 8c 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 다른 구성의 도 8a 의 수신기의 회로도이다.
도 9 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 송신기 및 수신기를 포함한 시스템을 나타낸다.
도 10 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 수신기와 관련된 다양한 신호들을 나타낸 플롯이다.
도 11 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 수신기와 관련된 다양한 신호들을 나타낸 다른 플롯이다.
도 12 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 수신기와 관련된 다양한 신호들을 나타낸 또 다른 플롯이다.
도 13 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 14 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 다른 방법을 나타낸 흐름도이다.

첨부된 도면과 관련하여 하기에서 설명되는 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태들의 설명으로서 의도되며, 본 발명이 실시될 수 있는 실시형태들만을 나타내고자 한 것이 아니다. 이 설명 전반에 걸쳐서 사용되는 "예시적인" 이라는 용어는 "예, 예시, 또는 예증으로서 제공되는"의 의미로 사용되며, 반드시 다른 예시적인 실시형태들보다 더 바람직하거나 유리한 것으로서 이해될 필요는 없다. 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태들의 철저한 이해를 제공할 목적으로 특정 세부사항을 포함한다. 당업자에게는, 본 발명의 예시적인 실시형태들이 이들 특정 세부사항들 없이 실시될 수도 있다는 것이 자명하다. 일부 경우들에 있어서, 주지된 구조들 및 디바이스들은 여기에서 제시되는 예시적인 실시형태들의 신규성을 불명료하게 하지 않도록 하기 위해 블록도 형태로 도시된다.

"무선 전력"이라는 용어는, 여기에서 전기장, 자기장, 전자기장, 또는 물리적 전기 컨덕터들의 사용 없이 송신기 내지 수신기 사이에서 송신되는 이외의 것들과 관련된 임의의 에너지 형태를 의미하는 데 사용된다.

도 1 은 본 발명의 다양한 예시적인 실시형태들에 따른 무선 송신 또는 충전 시스템 (100) 을 나타낸다. 입력 전력 (102) 은 에너지 수송을 제공하기 위해 방사 장 (106) 을 생성하는 송신기 (104) 에 제공된다. 수신기 (108) 는 방사 장 (106) 에 커플링되며, 출력 전력 (110) 에 커플링된 디바이스 (미도시) 에 의해 저장 또는 소비되는 출력 전력 (110) 을 생성한다. 송신기 (104) 및 수신기 (108) 양측 모두는 거리 (112) 만큼 이격되어 있다. 일 예시적인 실시형태에서, 송신기 (104) 및 수신기 (108) 는 상호 공진 관계에 따라 구성되며, 수신기 (104) 의 공진 주파수 및 수신기 (108) 의 공진 주파수가 매우 가까운 경우, 수신기 (108) 가 방사 장 (106) 의 "근접 장 (near-field)"에 위치될 때, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이의 송신 손실들이 최소가 된다.

송신기 (104) 는 에너지 송신 수단을 제공하는 송신 안테나 (114) 를 더 포함하며, 수신기 (108) 는 에너지 수신 수단을 제공하는 수신 안테나 (118) 를 더 포함한다. 송신 및 수신 안테나들은 그들과 연계될 애플리케이션들 및 디바이스들에 따라 사이즈 조정된다. 설명되는 바와 같이, 효율적인 에너지 수송은, 전자기파의 대부분의 에너지를 원거리 장으로 전달하는 것이 아니라 송신 안테나의 근접 장의 대부분의 에너지를 수신 안테나에 커플링함으로써 일어난다. 이 근접 장에 있을 때, 커플링 모드는 송신 안테나 (114) 와 수신 안테나 (118) 사이에서 발생할 수도 있다. 이 근접 장 커플링이 발생할 수도 있는 안테나들 (114, 118) 주위의 영역은 여기에서 커플링 모드 영역이라고 지칭된다.

도 2 는 무선 전력 수송 시스템의 단순화된 개략도를 나타낸다. 송신기 (104) 는 오실레이터 (122) 와, 전력 증폭기 (124) 와, 필터 및 매칭 회로 (126) 를 포함한다. 오실레이터는, 조절 신호 (123) 에 응답하여 조절될 수도 있는 바람직한 주파수에서 신호를 생성하도록 구성된다. 오실레이터 신호는 제어 신호 (125) 에 응답하는 증폭량으로 전력 증폭기 (124) 에 의해 증폭될 수도 있다. 필터 및 매칭 회로 (126) 가 포함되어, 고조파 또는 다른 원치않는 주파수들을 필터링하고 송신기 (104) 의 임피던스를 송신 안테나 (114) 에 매칭시킬 수도 있다.

수신기 (108) 는 매칭 회로 (132) 와, 정류기 및 스위칭 회로 (134) 를 포함하여, 도 2 에 도시된 바와 같이 배터리 (136) 를 충전하거나 또는 수신기에 커플링된 디바이스 (미도시) 에 전력을 공급하도록 DC 전력 출력을 생성할 수도 있다. 매칭 회로 (132) 가 포함되어 수신기 (108) 의 임피던스를 수신 안테나 (118) 에 매칭시킬 수도 있다. 수신기 (108) 및 송신기 (104) 는 개별 통신 채널 (119)(예컨대, 블루투스, 지그비, 셀룰러 등) 에서 통신할 수도 있다.

도 3 에 나타낸 바와 같이, 예시적인 실시형태들에서 사용되는 안테나들은, 여기에서 "자기" 안테나로도 지칭될 수도 있는 "루프" 안테나 (150) 로서 구성될 수도 있다. 루프 안테나들은 공기 코어, 또는 페라이트 코어와 같은 물리적 코어를 포함하도록 구성될 수도 있다. 공기 코어 루프 안테나들은 코어 근처에 배치된 외부 물리 디바이스들에 대해 더 많이 용인될 수도 있다. 또한, 공기 코어 루프 안테나는 코어 영역 내에서의 다른 콤포넌트들의 배치를 허용한다. 또한, 공기 코어 루프는, 송신 안테나 (114)(도 2) 의 커플링 모드 영역이 더 강력할 수도 있는 송신 안테나 (114)(도 2) 의 평면 내에서 수신 안테나 (118)(도 2) 의 배치를 더 용이하게 인에이블할 수도 있다.

설명되는 바와 같이, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이의 효율적인 에너지 수송은 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이에서의 매칭된 또는 거의 매칭된 공진 동안에 일어난다. 그러나, 송신기 (104) 와 수신기 (108) 사이의 공진이 매칭되지 않는 때조차도, 에너지가 수송될 수도 있지만, 효율이 영향을 받을 수도 있다. 에너지 수송은, 송신 안테나로부터의 에너지를 자유 공간 내로 전달하는 것이 아니라, 이 근접 장이 확립되는 인접지에 상주하는 수신 안테나에 송신 안테나의 근접 장으로부터의 에너지를 커플링함으로써 일어난다.

루프 또는 자기 안테나들의 공진 주파수는 인덕턴스 및 커패시턴스에 기초한다. 루프 안테나의 인덕턴스는 일반적으로 단순히 루프에 의해 생성된 인덕턴스이며, 그 반면에, 커패시턴스는 바람직한 공진 주파수에서 공진 구조물을 생성하도록 일반적으로 루프 안테나의 인덕턴스에 추가된다. 비제한적인 실례로서, 커패시터 (152) 및 커패시터 (154) 는 공진 신호 (156) 를 생성하는 공진 회로를 생성하도록 안테나에 추가될 수도 있다. 따라서, 더 큰 직경의 루프 안테나들에 대해, 루프의 직경 또는 인덕턴스가 증가함에 따라, 공진을 유도하는 데 필요한 커패시턴스의 사이즈가 감소한다. 또한, 루프 또는 자기 안테나의 직경이 증가함에 따라, 근접 장의 효율적인 에너지 수송 영역이 증가한다. 물론, 다른 공진 회로들도 가능하다. 다른 비제한적인 실례로서, 커패시터는 루프 안테나의 2 개의 단자들 사이에 평행하게 배치될 수도 있다. 또한, 당업자는, 송신 안테나들에 대해, 공진 신호 (156) 가 루프 안테나 (150) 로의 입력일 수도 있음을 인식할 것이다.

도 4 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 송신기 (200) 의 간단한 블록도이다. 송신기 (200) 는 송신 회로 (202) 및 송신 안테나 (204) 를 포함한다. 일반적으로, 송신 회로 (202) 는 오실레이션 신호를 제공함으로써 송신 안테나 (204) 에 RF 전력을 제공하여 송신 안테나 (204) 주위에 근접 장 에너지를 발생시킨다. 송신기 (200) 는 임의의 적합한 주파수에서 동작할 수도 있음에 주목한다. 실례로서, 송신기 (200) 는 13.56 MHz ISM 대역에서 동작할 수도 있다.

예시적인 송신 회로 (202) 는 고조파 방사를 수신기들 (108)(도 1) 에 커플링된 디바이스들의 셀프-재밍 (self-jamming) 을 방지하는 레벨들로 감소시키도록 구성된 저역 통과 필터 (LPF)(208) 및 송신 안테나 (204) 에 송신 회로 (202) 의 임피던스 (예컨대, 50 옴) 를 매칭시키는 고정 임피던스 매칭 회로 (206) 를 포함한다. 다른 예시적인 실시형태들은, 특정 주파수들 외의 다른 주파수들을 통과시키면서 그 특정 주파수들을 감쇠시키는 노치 (notch) 필터들을 포함하지만 이것으로 국한되지 않는 상이한 필터 토폴로지들을 포함할 수도 있으며, 안테나로의 출력 전력 또는 전력 증폭기에 의해 유입된 DC 전류와 같은 측정 가능한 송신 메트릭들에 기초하여 변할 수도 있는 적응적 임피던스 매칭을 포함할 수도 있다. 송신 회로 (202) 는 오실레이터 (212) 에 의해 결정되는 RF 신호를 구동하도록 구성된 전력 증폭기 (210) 를 더 포함한다. 송신 회로는 이산 디바이스들 또는 회로들로 구성될 수도 있고, 또는 대안으로, 통합형 어셈블리로 구성될 수도 있다. 송신 안테나 (204) 로부터 출력되는 예시적인 RF 전력은 2.5 와트 정도일 수도 있다.

송신 회로 (202) 는, 특정 수신기들에 대해 송신 페이즈들 (또는 듀티 사이클들) 동안에 오실레이터 (212) 를 인에이블링하고, 오실레이터의 주파수 또는 위상을 조절하며, 이웃 디바이스들의 부착된 수신기들을 통해 그 이웃 디바이스들과 상호작용하기 위한 통신 프로토콜을 구현하는 출력 전력 레벨을 조절하는 제어기 (214) 를 더 포함한다. 당업계에 주지되어 있는 바와 같이, 송신 경로에서 오실레이터 위상 및 관련 회로의 조절은, 특히 하나의 주파수로부터 다른 주파수로 전이할 때, 대역 외 방출의 감소를 허용한다.

송신 회로 (202) 는 송신 안테나 (204) 에 의해 생성된 근접 장의 근처에서 활성 수신기들의 존재 또는 부재를 검출하는 부하 감지 회로 (216) 를 더 포함할 수도 있다. 실례로서, 부하 감지 회로 (216) 는, 송신 안테나 (204) 에 의해 생성된 근접 장의 근처에서 활성 수신기들의 존재 또는 부재에 의해 영향을 받는 전력 증폭기 (210) 로 흐르는 전류를 모니터링한다. 전력 증폭기 (210) 상에서의 부하 변경의 검출은 에너지 수송을 위해 오실레이터 (212) 를 인에이블링하고 활성 수신기와 통신할지를 판정할 때 이용하기 위해 제어기 (214) 에 의해 모니터링된다.

송신 안테나 (204) 는 저항 손실들을 낮게 유지하도록 선택된 두께, 폭 및 금속 타입의 리츠 (Litz) 와이어로 또는 안테나 스트립으로서 구현될 수도 있다. 종래의 구현에서, 송신 안테나 (204) 는 일반적으로 테이블, 매트, 램프 또는 다른 이동성이 떨어지는 구성과 같은 더 큰 구조물과의 연계성을 위해 구성될 수 있다. 따라서, 송신 안테나 (204) 는 일반적으로 실제 디멘전의 것이도록 하기 위해 "턴(turn)"을 필요로 하지 않을 것이다. 송신 안테나 (204) 의 예시적인 구현은 "전기적으로 작을" 수도 있고 (즉, 파장의 일부분일 수도 있고), 커패시터들을 사용하여 더 낮은 가용 주파수들에서 공진하도록 튜닝되어 공진 주파수를 정의할 수도 있다. 수신 안테나에 대해 송신 안테나 (204) 가 직경 또는 정사각형 루프인 경우의 변의 길이 (예컨대, 0.50 미터) 면에서 더 클 수도 있는 예시적인 애플리케이션에서, 송신 안테나 (204) 는 공진가능 커패시턴스를 획득하기 위해 반드시 다수의 턴을 필요로 하지는 않을 것이다.

송신기 (200) 는 송신기 (200) 과 연계될 수도 있는 수신기 디바이스들의 소재 및 상태에 관한 정보를 수집하고 추적할 수도 있다. 따라서, 송신기 회로 (202) 는 제어기 (214)(여기에서 프로세서로도 지칭됨) 에 접속된, 존재 검출기 (280), 폐쇄형 검출기 (290) 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 제어기 (214) 는 존재 검출기 (280) 및 폐쇄형 검출기 (290) 로부터의 존재 신호들에 응답하여 증폭기 (210) 에 의해 전달되는 전력의 양을 조절할 수도 있다. 송신기는, 예를 들어 빌딩에 존재하는 통상적인 AC 전력을 변환하는 AC-DC 컨버터 (미도시) 와 같은 다수의 전력 소스들을 통해, 또는 통상적인 DC 전력 소스를 송신기 (200) 에 적합한 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터 (미도시) 를 통해, 또는 통상적인 DC 전력 소스 (미도시) 로부터 직접적으로 전력을 수신할 수도 있다.

여기에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 다양한 예시적인 실시형태들은 무선 전력 수신기로부터 배터리와 같은 부하로 에너지를 전달하는 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다. 도 5 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 수신 안테나 (504) 에 동작 가능하게 커플링된 수신기 (500) 를 포함하는 전자 디바이스 (400) 의 블록도를 나타낸다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 수신기 (500) 는, 예를 들어 배터리를 포함할 수도 있는 부하 (502) 에 커플링될 수도 있다. 더 구체적으로, 실례로서, 부하는 카메라, 이동 전화, 또는 전기 운송 수단과 같은 전기 디바이스의 배터리를 포함할 수도 있다. 여기에서 설명되는 바와 같이, 수신기 (500) 는 수신 안테나 (504) 를 통해, 연계된 송신기로부터 에너지를 무선으로 수신할 수도 있고, 그의 수신 시, 단지 예를 들어 배터리를 포함할 수도 있는 부하 (502) 로, 정류된 DC 전압을 전달할 수도 있다. 수신기 (500) 의 수신 안테나는 송신 안테나 (예컨대, 도 4 의 송신 안테나 (204)) 와 동일한 주파수 또는 거의 동일한 주파수에서 공진하도록 튜닝될 수도 있다. 수신기 (500) 는 주파수 독립적이며, 단지 실례로서, 13.56 MHz 또는 6.78 MHz 와 같은 임의의 적합한 주파수에서 동작할 수도 있다는 것에 주목한다. 또한, 수신기 (500) 는 인덕션 또는 전기 운송 수단 애플리케이션들에 적합한 주파수들과 같은 낮은 주파수들에서 동작할 수도 있다는 것에 주목한다. 또한, 수신기 (500) 는 느슨하게 또는 타이트하게 (즉, 유도성으로) 커플링된 시스템들 내에서 사용되도록 구성될 수도 있다.

도 6 은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 수신기 (500) 의 회로도를 나타낸다. 수신기 (500) 는 커패시터 C1 과 커패시터 C2 사이에 커플링된 인덕터 L1 을 포함한다. 일 예시적인 실시형태에 따르면, 매칭 커패시터들을 포함하는 커패시터들 C1 및 C2 와 함께 인덕터 L1 은 수신 안테나 (551) 를 포함할 수도 있다. 임의의 적합한 값을 포함할 수도 있는 커패시터들 C1 및 C2 는 수신 안테나의 공진 주파수를 결정할 수도 있다는 것에 주목한다. 또한, 인덕터 L1 은, 단지 실례로서 1 턴 루프 (one-turn loop) 를 포함할 수도 있다. 수신기 (500) 는 또한 커패시터 C1 의 일측과 노드 N5 사이에 커플링된 노드 N1 및 커패시터 C2 의 일측과 노드 N4 사이에 커플링된 노드 N2 를 더 포함한다.

수신기 (500) 는 제 1 전류 감지 비교기 (550) 및 제 2 전류 감지 비교기 (552) 를 더 포함한다. 예시된 바와 같이, 제 1 전류 감지 비교기 (550) 의 제 1 입력은 노드 N1에 커플링되고, 그에 따라 노드 N1 을 통과한 전류를 감지하도록 구성된다. 제 1 전류 감지 비교기 (550) 의 제 2 입력은 임계 전류를 공급하도록 구성된 입력 (554) 에 커플링된다. 또한, 제 2 전류 감지 비교기 (552) 의 제 1 입력은 노드 N2 에 커플링되고, 그에 따라 노드 N2 를 통과한 전류를 감지하도록 구성된다. 제 2 전류 감지 비교기 (552) 의 제 2 입력은, 전술된 바와 같이 임계 전류를 공급하도록 구성된 입력 (554) 에 커플링된다. 당업자가 인지하는 바와 같이, 제 1 전류 감지 비교기 (550) 는 노드 N1 을 통과한 전류를 입력 (554) 에 의해 생성된 전류와 비교할 수도 있고, 그에 응답하여, 하나 이상의 제어 신호들 (예컨대, 제어 신호 CT1 및 제어 신호 CT2) 을 생성할 수도 있다. 또한, 제 2 전류 감지 비교기 (552) 는 노드 N2 를 통과한 전류를 입력 (554) 에 의해 생성된 전류와 비교할 수도 있고, 그에 응답하여 하나 이상의 제어 신호들 (예컨대, 제어 신호 CT3 및 제어 신호 CT4) 을 생성할 수도 있다.

수신기 (500) 는 제 1 스위칭 엘리먼트 S1, 제 2 스위칭 엘리먼트 S2, 제 3 스위칭 엘리먼트 S3 및 제 4 스위칭 엘리먼트 S4 를 더 포함한다. 스위칭 엘리먼트들 S1, S3, S3 및 S4 는 임의의 적합하고 공지되어 있는 스위칭 엘리먼트들을 포함할 수도 있다는 것에 주목한다. 도 6 을 다시 참조하면, 수신기 (500) 는 다이오드들 D1-D4, 커패시터 C3 및 출력 전압 V3 을 또한 포함할 수도 있다. 당업자가 인지하는 바와 같이, 다이오드들 D1-D4 는 보호 다이오드들을 포함할 수도 있으며, 여기서 각각의 다이오드 D1-D4 는 스위칭 엘리먼트와 연계된다 (예컨대, 다이오드 D1 은 스위칭 엘리먼트 S4 와 연계된 보호 다이오드이다).

단지 실례로서, 도 7 을 참조하면, 스위칭 엘리먼트들 S1, S2, S3 및 S4 는 각각 트랜지스터를 포함한다. 도 7 에 예시된 예시적인 실시형태에서, 스위칭 엘리먼트 S1 은 제어 신호 CT1 에 커플링된 게이트, 노드 N4 에 커플링된 드레인, 및 접지 전압 (510) 에 커플링된 소스를 갖는다. 스위칭 엘리먼트 S2 는 제어 신호 CT2 에 커플링된 게이트, 노드 N6 에 커플링된 드레인, 및 노드 N4 에 커플링된 소스를 갖는다. 스위칭 엘리먼트 S3 은 제어 신호 CT3 에 커플링된 게이트, 노드 N3 에 커플링된 드레인, 및 접지 전압 (510) 에 커플링된 소스를 갖는다. 또한, 스위칭 엘리먼트 S4 는 제어 신호 CT4 에 커플링된 게이트, 노드 N5 에 커플링된 드레인, 및 노드 N3 에 커플링된 소스를 갖는다. 전술된 바와 같이, 그리고 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 연계된 입력들에서의 전류들의 비교에 응답하여, 제 1 전류 감지 비교기 (550) 는 제어 신호들을 생성하여 스위칭 엘리먼트들 S1 및 S2 의 동작을 제어할 수도 있다. 마찬가지로, 연계된 입력들에서의 전류들의 비교에 응답하여, 제 2 전류 감지 비교기 (552) 는, 제어 신호들을 생성하여 스위칭 엘리먼트들 S3 및 S4 의 동작을 제어할 수도 있다.

도 8a 는 스위칭 엘리먼트들 S1 및 S3 이 폐쇄되고 스위칭 엘리먼트들 S2 및 S4 가 개방된 구성의 수신기 (500) 를 나타낸다. 당업자가 인지하는 바와 같이, 수신기 (500) 가 도 8a 에 나타낸 구성으로 있는 동안, 수신 안테나 (551) 의 각각의 단자 (즉, 여기서 노드 N1 은 수신 안테나 (551) 의 제 1 의 포지티브 단자이고 노드 N2 는 수신 안테나 (551) 의 제 2 의 네거티브 단자임) 는 접지 전압 (510) 에 커플링된다. 따라서, 이 구성에서, 각각의 노드 N1 및 N2 를 통과하는 전류가 증가할 수도 있다. 도 8b 는 스위칭 엘리먼트들 S1 및 S4 가 폐쇄되고 스위칭 엘리먼트들 S2 및 S3 이 개방된 구성의 수신기 (500) 를 나타낸다. 당업자가 인지하는 바와 같이, 도 8b 에 예시된 구성은 노드 N2 로부터 노드 N1 로 흐르고 있는 전류가 출력 (512) 으로 흐르게 한다. 도 8c 는 스위칭 엘리먼트들 S3 및 S2 가 폐쇄되고 스위칭 엘리먼트들 S1 및 S4 가 개방된 구성의 수신기 (500) 를 나타낸다. 당업자가 인지하는 바와 같이, 도 8c 에 예시된 구성은 노드 N1 로부터 노드 N2 로 흐르고 있는 전류가 출력 (512) 으로 흐르게 한다.

도 9 는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른, 수신기 (500) 및 송신기 (700) 를 포함한 시스템 (600) 의 회로도를 나타낸다. 본 발명의 예시적인 실시형태에 따르면, 송신기 (700) 에 의해 무선으로 송신된 에너지는 인덕터 L1 에 의해 수신될 수도 있다. 또한, 여기에서 설명된 예시적인 실시형태들 중 하나 이상에 따르면, 수신기 (500) 는 부하 (예컨대, 전자 디바이스의 충전가능 배터리) 에 커플링될 수도 있는 출력 (512) 으로 DC 전력을 전달할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 로드는, 단지 실례로서, 카메라, 이동 전화, 또는 전기 운송 수단과 같은 전기 디바이스의 배터리를 포함할 수도 있다.

도 10 내지 도 12 는 시간 T 에 대해 수신기 (500)(도 6 참조) 와 연계되는 다양한 신호들을 나타낸 플롯들 (700, 800, 900) 을 각각 나타낸다. 도 6 및 도 10 을 참조하면, 신호 (800) 는 시간 T 에 대해 인덕터 L1 을 통과하는 전류를 나타낸다. 신호 (802) 는 시간 T 에 대해 노드 N1 에서의 전압을 나타내고, 신호 (804) 는 시간 T 에 대해 노드 N2 에서의 전압을 나타낸다. 도 10 에 예시된 바와 같이, 신호 (802, 804) 는 각각 대략 0.0 볼트로부터 대략 4.0 볼트로 주기적으로 급등한다. 노드 N1 에서의 전압을 나타내는 신호 (802) 의 전압 급등은 스위칭 엘리먼트 S1 을 개방하고 스위칭 엘리먼트 S2 를 폐쇄함으로써 야기된다. 마찬가지로, 노드 N2 에서의 전압을 나타내는 신호 (804) 의 전압 급등은 스위칭 엘리먼트 S3 을 개방하고 스위칭 엘리먼트 S4 를 폐쇄함으로써 야기된다.

도 6 및 도 11 을 참조하면, 신호 (903) 는 시간 T 에 대해 인덕터 L1 을 통과하는 전류를 나타낸다. 신호 (902) 는 시간 T 에 대해 노드 N1 에서의 전압을 나타내고, 신호 (904) 는 시간 T 에 대해 노드 N2 에서의 전압을 나타낸다. 도 11 에 예시된 바와 같이, 신호 (902) 및 신호 (904) 각각은 대략 0.0 볼트로부터 대략 4.0 볼트로 주기적으로 급등한다. 노드 N1 에서의 전압을 나타내는 신호 (902) 의 전압 급등은 스위칭 엘리먼트 S1 을 개방하고 스위칭 엘리먼트 S2 를 폐쇄함으로써 야기된다. 마찬가지로, 노드 N2 에서의 전압을 나타내는 신호 (904) 의 전압 급등은 스위칭 엘리먼트 S3 을 개방하고 스위칭 엘리먼트 S4 를 폐쇄함으로써 야기된다. 도 11 에서, 도 10 에 예시된 바와 같은 인덕터 L1 을 통과하는 전류 (즉, 신호 (800)) 의 값은, 더 큰 양의 에너지가 도 11 에 예시된 실시형태에서 해방되기 때문에, 도 10 에 예시된 바와 같이, 인덕터 L1 을 통과한 전류의 값 (즉, 신호 (800)) 보다 작다는 것에 주목한다. 다시 말해, 도 11 의 폴롯에서 신호들 (902, 904) 의 펄스들의 폭은, 방출되는 더 큰 양의 에너지로 인해, 도 10 의 플롯에서 신호들 (802, 804) 의 펄스들보다 넓으며, 이로 인해 인덕터 L1 을 통과하는 전류가 더 적어진다.

도 6 및 도 12 를 참조하면, 신호 (950) 는 시간 T 에 대해 인덕터 L1 을 통과하는 전류를 나타낸다. 또한, 신호 (954) 는 인덕터 L1 에 걸리는 전압 (즉, 노드 N2 에서의 전압 - 노드 N1 에서의 전압) 을 나타낸다.

도 6 내지 도 12 를 참조하여, 이제, 수신기 (500) 의 고려된 동작이 설명될 것이다. 먼저, 입력 (554) 은 임계 전압 V2 를 생성하고, 이 전압은 이어서 제 1 전류 감지 비교기 (550) 및 제 2 전류 감지 비교기 (552) 의 각각에 의해 감지될 수도 있는 임계 전류를 생성한다. 또한, 스위칭 엘리먼트 S1 및 스위칭 엘리먼트 S3 이 먼저 폐쇄되고, 스위칭 엘리먼트들 S2 및 S4 가 개방되며, 따라서, 인덕터 L1 에서의 에너지 수신 시, 예를 들어 노드 N1 로부터 노드 N2 로 흐를 수도 있는 전류가 증가하기 시작한다. 이 구성은, 충전 페이즈로 지칭될 수도 있다. 노드 N1 에서의 전류가 제 1 전류 감지 비교기 (550) 에 공급되는 임계 전류보다 더 커질 때, 제 1 전류 감지 비교기 (550) 는 제어 신호들 CT1 및 CT2 를 생성할 수도 있고, 이어서 이들 제어 신호들은 각각 스위칭 엘리먼트 S1 을 개방하고 스위칭 엘리먼트 S2 를 폐쇄한다. 일 예시적인 실시형태에 따르면, MOSFET 를 포함할 수도 있는 스위칭 엘리먼트 S1 에 걸리는 전압 강하는 노드 N1 에서의 전류가 스위치 S1 을 개방하고 스위치 S2 를 폐쇄하기에 충분한 레벨일 때를 판정하도록 측정될 수도 있다는 것에 주목한다. 도 6, 도 10 및 도 11 을 참조하면, 스위칭 엘리먼트 S1 을 개방하고 스위칭 엘리먼트 S2 를 폐쇄하는 것은 노드 N2 에서의 전압을 나타내는 신호 (804) 의 급등을 발생시킬 수도 있다. 스위칭 엘리먼트 S1 을 개방하고 스위칭 엘리먼트 S2 를 폐쇄할 때, 노드 N1 로부터 노드 N2 로 흐르고 있는 전류가 출력 (512) 으로 흐를 수도 있다. 이 구성은 출력 페이즈로 지칭될 수도 있다.

그 후, 스위칭 엘리먼트 S1 이 폐쇄될 수도 있고 스위칭 엘리먼트 S2 가 개방될 수도 있다. 따라서, 스위칭 엘리먼트 S1 및 스위칭 엘리먼트 S3 은 다시 폐쇄되고, 스위칭 엘리먼트들 S2 및 S4 는 개방되며, 그에 따라, 인덕터 L1 에서의 에너지 수신 시, 예를 들어 노드 N1 로부터 노드 N2 로 흐를 수도 있는 전류가 증가하기 시작한다. 이 구성은, 충전 페이즈로 지칭될 수도 있다. 노드 N2 에서의 전류가 제 2 전류 감지 비교기 (552) 에 공급되는 임계 전류보다 클 때, 제 2 전류 감지 비교기 (552) 는 제어 신호들 CT3 및 CT4 를 생성할 수도 있으며, 이어서 이들 제어 신호들은 각각 스위칭 엘리먼트 S3 을 개방하고 스위칭 엘리먼트 S4 를 폐쇄한다. 일 예시적인 실시형태에 따르면, MOSFET 를 포함할 수도 있는 스위칭 엘리먼트 S3 에 걸친 전압 강하는 노드 N2 에서의 전류가 스위치 S3 을 개방하고 스위치 S4 를 폐쇄하기에 충분한 레벨일 때를 판정하도록 측정될 수도 있다는 것에 주목한다. 도 6, 도 10 및 도 11 을 참조하면, 스위칭 엘리먼트 S3 을 개방하고 스위칭 엘리먼트 S4 를 폐쇄하는 것은 노드 N1 에서의 전압을 나타내는 신호 (802) 의 급등을 발생시킬 수도 있다. 스위칭 엘리먼트 S3 을 개방하고 스위칭 엘리먼트 S4 를 폐쇄할 때, 노드 N2 로부터 노드 N1 로 흐르고 있는 전류가 출력 (512) 내로 흐를 수도 있다. 이 구성은 출력 페이즈로 지칭될 수도 있다.

일 예시적인 시스템에 따르면, 안테나의 전류 파형은 전압 파형과 동위상일 수도 있다는 것에 주목한다. 단지 실례로서, 위상 잠금 루프 또는 지연 잠금 루프는 전류 및 전압 파형을 정렬시키는 데 사용될 수 있다. 또한, 도 10 및 도 11 을 참조하면, 신호들 (802, 804) 의 펄스들의 폭은 수신기 (500) 의 부하 임피던스의 크기를 결정할 수도 있다. 또한, 펄스들 (즉, 신호들 (802, 804) 의 펄스들) 과 전류 (즉, 신호 (800)) 사이의 위상 관계는 회로 (즉, 도 6 의 회로) 가 공진 주파수에서 저항성으로 작용하는지, 용량성으로 작용하는지, 또는 유도성으로 작용하는지를 나타낼 수도 있다. 회로가 저항성으로 작용하는 것이 유리할 수도 있지만, 덜 최적인 튜닝으로 조절하도록 회로를 유도성으로 또는 용량성으로 작용하게 하는 데에는 일부 이점들이 존재할 수도 있다.

도 13 은 하나 이상의 예시적인 실시형태에 따른, 다른 방법 (950) 을 나타낸 흐름도이다. 방법 (950) 은 안테나 내에 에너지를 저장하는 충전 페이즈 동안에 안테나의 각각의 단자를 접지 전압에 커플링하는 단계 (참조부호 952 로 표기됨) 를 포함할 수도 있다. 또한, 방법 (950) 은 안테나로부터 출력으로의 에너지 수송을 위한 출력 페이즈 동안에 안테나의 적어도 하나의 단자를 출력에 커플링하는 단계 (참조부호 954 로 표기됨) 를 포함할 수도 있다.

도 14 는 하나 이상의 예시적인 실시형태들에 따른, 다른 방법 (980) 을 나타낸 흐름도이다. 방법 (980) 은 안테나 내에 에너지를 저장하기 위해 에너지를 무선으로 수신하는 동안에 안테나의 제 1 단자 및 제 2 단자의 각각을 접지 전압에 커플링하는 단계 (참조부호 982 로 표기됨) 를 포함할 수도 있다. 방법 (980) 은 안테나로부터 출력으로의 에너지 수송을 위한 출력 페이즈 동안에 안테나의 제 1 단자 및 제 2 단자 중 하나를 출력에 커플링하는 단계 (참조부호 984 로 표기됨) 를 더 포함할 수도 있다. 또한, 방법 (980) 은 안테나로부터 출력으로의 에너지 수송을 위한 다른 출력 페이즈 동안에 안테나의 제 1 단자 및 제 2 단자 중 다른 단자를 출력에 커플링하는 단계 (참조부호 986 으로 표기됨) 를 포함할 수도 있다.

여기에서 설명되는 본 발명의 예시적인 실시형태들은 벅 (buck) 또는 부스트 전압 조절기 및 관련 콤포넌트들에 대한 필요성을 감소시키거나 또는 가능하다면 제거할 수도 있다. 따라서, 보드 영역, BOM 비용들, 및 전력 변환 스테이지들의 수가 감소할 수도 있다. 또한, 전력 변환 스테이지들의 감소는 효율성을 증가시킬 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시형태들은 무선 전력의 수신을 위한 종래의 방법들 (즉, 안테나를 정류기에 접속시켜 RF 전력을 DC 로 변환하고, 그 후에 스위칭 모드 또는 선형 조절기를 사용하여 DC 를 조절함) 에 비해 더 적은 콤포넌트들을 요구할 수도 있다.

당업자는 정보 및 신호들이 다양한 여러 기법들 및 기술들 중 임의의 것을 이용하여 나타내질 수도 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 전술된 설명 전반에 걸쳐서 언급될 수도 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기 파들, 자기장들 또는 자기 입자들, 광학 필드들 또는 필드 입자들, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 나타내질 수도 있다.

당업자는 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 구현될 수도 있음을 인지할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이 상호 교환 가능성을 명백히 나타내기 위해, 다양한 예시적인 콤포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 그들의 기능과 관련하여 일반적으로 전술되었다. 그러한 기능이 하드웨어로 구현될지 소프트웨어로 구현될지는 전체 시스템에 부과된 특정한 애플리케이션 및 설계 제약조건들에 의존한다. 당업자는 설명된 기능을 각각의 특정한 애플리케이션에 대하여 다양한 방식으로 구현할 수도 있지만, 그러한 구현의 결정이 본 발명의 예시적인 실시형태들의 범주를 벗어나도록 하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들 및 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적회로 (ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이 신호 (FPGA), 또는 기타 프로그래머블 로직 디바이스, 별도의 게이트 또는 트랜지스터 로직, 별도의 하드웨어 컴포넌트들, 또는 여기서 설명된 기능을 수행하도록 설계되는 이들의 임의의 결합으로 구현 또는 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 다른 방법으로, 그 프로세서는 임의의 종래 프로세서, 제어기, 마이크로 제어기, 또는 상태 기계일 수도 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스들의 결합, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 결합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들 또는 임의의 기타 다른 구성물로 구현될 수도 있다.

여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

하나 이상의 예시적인 실시형태에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 하나 이상의 명령들 또는 컴퓨터 판독가능 매체 상의 코드 상에 저장되거나 이를 통해 송신될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 일 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체 양자 모두를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수도 있다. 비 제한적인 예시의 방식으로, 이러한 컴퓨터 판독가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광 디스크 저장장치, 자기 디스크 저장장치 또는 다른 자기 저장 디바이스, 또는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있고 명령들 또는 데이터 구조들 형태로 원하는 프로그램 코드를 운반 또는 저장하는데 이용될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속을 적당히 컴퓨터 판독가능 매체로 칭한다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선 (twisted pair), DSL (digital subscriber line), 또는 적외선, 무선, 및 마이크로파와 같은 무선 기술을 이용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 송신되면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL, 또는 적외선, 무선, 및 마이크로파와 같은 무선 기술은 매체의 정의 내에 포함된다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 디스크 (disk) 및 디스크 (disc) 는 컴팩트디스크 (CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, DVD (digital versatile disc), 플로피 디스크 및 블루-레이 디스크를 포함하는데, 여기서 디스크 (disk) 는 보통 자기적으로 데이터를 재생하는 반면, 디스크 (disc) 는 레이저를 이용하여 광학적으로 데이터를 재생한다. 상기의 조합은 또한 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.

개시된 실시형태의 이전 설명은 당업자가 본 발명을 구현 또는 이용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시형태의 각종 변형은 당업자에게 자명하고, 본 명세서에서 한정된 일반적인 원리는 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 도시된 실시형태에 제한되는 것은 아니며, 본 명세서에 개시된 원리 및 신규한 특성과 일치하는 가장 넓은 범위에 따른다.

Claims

무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법으로서,
에너지를 저장하는 충전 페이즈 동안에, 무선 전력을 수신하는 수신 안테나의 제 1 단자를 기준 전압에 커플링하기 위해 제 1 스위칭 엘리먼트를 작동시키고 상기 수신 안테나의 제 2 단자를 상기 기준 전압에 커플링하기 위해 제 2 스위칭 엘리먼트를 작동시키는 단계로서, 상기 수신 안테나는 송신 안테나의 커플링 모드 영역에 위치되고 상기 송신 안테나와 동작가능하게 커플링된 동안 상기 송신 안테나로부터 상기 무선 전력을 수신하는, 상기 제 1 스위칭 엘리먼트를 작동시키고 상기 제 2 스위칭 엘리먼트를 작동시키는 단계; 및
상기 수신 안테나로부터의 에너지를 상기 부하에 커플링된 출력으로 수송하는 출력 페이즈 동안에, 상기 기준 전압으로부터 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 하나만을 커플링해제하기 위해 상기 제 1 스위칭 엘리먼트 또는 제 2 스위칭 엘리먼트 중 하나만을 작동시키는 단계
를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 출력 페이즈 동안에, 상기 제 2 단자가 상기 기준 전압에 커플링되는 동안 상기 제 1 단자를 상기 출력에 커플링하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 2 항에 있어서,
다른 출력 페이즈 동안에, 상기 제 1 단자가 상기 기준 전압에 커플링되는 동안 상기 제 2 단자를 상기 출력에 커플링하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 수신 안테나는, 제 1 커패시터에 커플링된 하나의 단자 및 제 2 커패시터에 커플링된 제 2 단자를 갖는 인덕터에서 무선 전력을 수신하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 수신 안테나의 각각의 단자에서의 전류를 감지하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 출력 페이즈 동안에, 상기 제 2 단자에서의 전류가 임계 전류 레벨을 초과할 때 상기 제 1 단자를 상기 출력에 커플링하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 스위칭 엘리먼트는 적어도 하나의 제 1 트랜지스터를 포함하고,
상기 제 2 스위칭 엘리먼트는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 1 트랜지스터는, 서로에 대해 역 위상에서 작동되는 트랜지스터들의 제 1 쌍을 포함하고,
상기 적어도 하나의 제 2 트랜지스터는, 서로에 대해 역 위상에서 작동되는 트랜지스터들의 제 2 쌍을 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 출력으로부터의 에너지를 전자 디바이스의 배터리로 전달하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법으로서,
에너지를 저장하기 위해 수신 안테나가 송신 안테나로부터의 에너지를 무선으로 수신하고 있는 동안 상기 수신 안테나의 제 1 단자 및 제 2 단자의 각각을 기준 전압에 커플링하는 단계;
상기 수신 안테나로부터의 저장 에너지를 출력으로 수송하는 출력 페이즈 동안에 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 다른 하나가 상기 기준 전압에 커플링되는 동안 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 하나를 상기 기준 전압으로부터 커플링해제하고 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 하나를 상기 출력에 커플링하는 단계; 및
상기 수신 안테나로부터의 저장 에너지를 상기 출력으로 수송하는 다른 출력 페이즈 동안에 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 하나가 상기 기준 전압에 커플링되는 동안 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 다른 하나를 상기 기준 전압으로부터 커플링해제하고 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 다른 하나를 상기 출력에 커플링하는 단계
를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 수신 안테나의 제 1 단자 및 제 2 단자의 각각을 기준 전압에 커플링하는 단계는, 제 1 스위칭 엘리먼트를 통해서 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자를 상기 기준 전압에 선택적으로 커플링하고 제 2 스위칭 엘리먼트를 통해서 상기 수신 안테나의 상기 제 2 단자를 상기 기준 전압에 선택적으로 커플링하는 단계를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 스위칭 엘리먼트 및 상기 제 2 스위칭 엘리먼트 중 적어도 하나에 걸리는 전압 강하를 감지하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 출력 페이즈 동안에 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 하나를 상기 출력에 커플링하는 단계는, 상기 제 1 스위칭 엘리먼트 또는 상기 제 2 스위칭 엘리먼트 중 하나에 걸리는 전압 강하에 응답하여 제 3 스위칭 엘리먼트를 통해서 상기 제 1 단자를 상기 출력에 커플링하는 단계를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 다른 출력 페이즈 동안에 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 다른 하나를 상기 출력에 커플링하는 단계는, 상기 제 2 단자를 상기 기준 전압으로부터 선택적으로 커플링해제하고 제 4 스위칭 엘리먼트를 통해서 상기 제 2 단자를 상기 출력에 커플링하는 단계를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 출력 페이즈 동안에 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 하나를 상기 출력에 커플링하는 단계는, 상기 제 1 단자를 상기 기준 전압으로부터 선택적으로 커플링해제하고 제 3 스위칭 엘리먼트를 통해서 상기 제 1 단자를 상기 출력에 커플링하는 단계를 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 적어도 하나를 통과한 전류를 감지하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기로부터의 에너지를 부하로 전달하는 방법.
송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 수신기로서,
상기 수신기는 상기 송신기의 송신 안테나의 커플링 모드 영역에 위치되고,
상기 수신기는,
수신 안테나; 및
복수의 스위칭 엘리먼트들
을 포함하고,
상기 복수의 스위칭 엘리먼트들은,
선택적으로 상기 수신 안테나의 제 1 단자를 출력에 그리고 기준 전압에 커플링하거나 또는 상기 출력으로부터 그리고 상기 기준 전압으로부터 커플링해제하도록 구성된 적어도 하나의 스위칭 엘리먼트; 및
선택적으로 상기 수신 안테나의 제 2 단자를 상기 출력에 그리고 상기 기준 전압에 커플링하거나 또는 상기 출력으로부터 그리고 상기 기준 전압으로부터 커플링해제하도록 구성된 적어도 하나의 다른 스위칭 엘리먼트
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 스위칭 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 다른 스위칭 엘리먼트는 서로 독립적으로 동작가능한, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 수신기.
제 17 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 다른 스위칭 엘리먼트는 접지와 상기 제 1 단자 사이에 흐르는 전류에 응답하고,
상기 적어도 하나의 스위칭 엘리먼트는 접지와 상기 제 1 단자 사이에 흐르는 다른 전류에 응답하는, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 수신기.
제 17 항에 있어서,
상기 수신 안테나는 매칭 커패시터들 사이에 커플링된 1 턴 (one-turn) 인덕터를 포함하는, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 수신기.
제 17 항에 있어서,
상기 복수의 스위칭 엘리먼트들의 각각의 스위칭 엘리먼트는 트랜지스터를 포함하는, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 수신기.
제 17 항에 있어서,
상기 수신 안테나는 전기 운송 수단 충전 또는 유도성 커플링 중 적어도 하나에 적합한 주파수에서 동작하도록 구성된, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 수신기.
제 17 항에 있어서,
상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자를 통과한 전류를 임계 전류와 비교하도록 구성된 제 1 전류 감지 비교기, 및 상기 수신 안테나의 상기 제 2 단자를 통과한 전류를 상기 임계 전류와 비교하도록 구성된 제 2 감지 비교기를 더 포함하는, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 수신기.
송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스로서,
상기 디바이스는 상기 송신기의 송신 안테나의 커플링 모드 영역에 위치되고,
상기 디바이스는,
제 1 및 제 2 단자들을 포함하는 수신 안테나로서, 상기 수신 안테나의 상기 제 1 및 제 2 단자들의 각각은 에너지를 저장하는 충전 페이즈 동안에 기준 전압에 커플링되는, 상기 수신 안테나;
상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자를 통과한 전류를 임계 전류와 비교하도록 구성된 제 1 전류 감지 비교기; 및
복수의 스위칭 엘리먼트들
을 포함하고,
적어도 하나의 스위칭 엘리먼트는 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자를 통과한 전류가 상기 임계 전류보다 더 클 때 상기 수신 안테나의 상기 제 2 단자를 상기 부하에 커플링된 출력에 선택적으로 커플링하도록 구성된, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.
제 23 항에 있어서,
상기 제 1 전류 감지 비교기는 상기 수신 안테나의 포지티브 단자를 통과한 전류를 상기 임계 전류와 비교하도록 구성된, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.
제 23 항에 있어서,
상기 수신 안테나의 상기 제 2 단자를 통과한 전류를 상기 임계 전류와 비교하도록 구성된 제 2 전류 감지 비교기를 더 포함하고,
적어도 하나의 다른 스위칭 엘리먼트는 상기 수신 안테나의 상기 제 2 단자를 통과한 전류가 상기 임계 전류보다 더 클 때 상기 수신 안테나의 상기 제 1 단자를 상기 출력에 선택적으로 커플링하도록 구성된, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.
제 23 항에 있어서,
상기 제 1 전류 감지 비교기는, 제 1 제어 신호를 상기 복수의 스위칭 엘리먼트들 중 적어도 하나의 스위칭 엘리먼트로 전달하여 상기 수신 안테나의 상기 제 2 단자를 기준 전압으로부터 커플링해제하고, 제 2 제어 신호를 상기 복수의 스위칭 엘리먼트들 중 적어도 하나의 스위칭 엘리먼트로 전달하여 상기 수신 안테나의 상기 제 2 단자를 상기 출력에 커플링하도록 구성된, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.
제 23 항에 있어서,
상기 출력은 전자 디바이스의 배터리에 커플링된, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.
송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스로서,
상기 디바이스는 상기 송신기의 송신 안테나의 커플링 모드 영역에 위치되고,
상기 디바이스는,
제 1 및 제 2 단자들을 포함하는, 무선 전력을 수신하는 수단;
에너지를 저장하는 충전 페이즈 동안에 상기 무선 전력을 수신하는 수단의 상기 제 1 및 제 2 수단들의 각각을 기준 전압에 커플링하는 수단;
상기 무선 전력을 수신하는 수단의 상기 제 2 단자가 상기 기준 전압에 커플링되는 동안 상기 무선 전력을 수신하는 수단으로부터의 에너지를 출력으로 수송하는 출력 페이즈 동안에 상기 무선 전력을 수신하는 수단의 상기 제 1 단자를 상기 기준 전압으로부터 커플링해제하고 상기 제 1 단자를 상기 출력에 커플링하는 수단; 및
상기 제 1 단자가 상기 기준 전압에 커플링되는 동안 상기 무선 전력을 수신하는 수단으로부터의 에너지를 상기 출력으로 수송하는 다른 출력 페이즈 동안에 상기 제 2 단자를 상기 기준 전압으로부터 커플링해제하고 상기 제 2 단자를 상기 출력에 커플링하는 수단
을 포함하는, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.
제 28 항에 있어서,
상기 제 1 단자를 상기 기준 전압으로부터 커플링해제하고 상기 제 1 단자를 상기 출력에 커플링하는 수단은, 상기 제 2 단자를 상기 기준 전압으로부터 커플링해제하고 상기 제 2 단자를 상기 출력에 커플링하는 수단과는 독립적으로 동작가능한, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.
제 28 항에 있어서,
상기 무선 전력을 수신하는 수단의 포지티브 단자 및 상기 무선 전력을 수신하는 수단의 네거티브 단자의 각각에서 전류를 감지하는 수단을 더 포함하는, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.
송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스로서,
상기 디바이스는 상기 송신기의 송신 안테나의 커플링 모드 영역에 위치되고,
상기 디바이스는,
제 1 및 제 2 단자들을 포함하는, 무선 전력을 수신하는 수단;
에너지를 저장하기 위해 에너지를 수신하는 동안 상기 무선 전력을 수신하는 수단의 상기 제 1 및 제 2 수단들의 각각을 기준 전압에 커플링하는 수단;
상기 무선 전력을 수신하는 수단으로부터의 에너지를 출력으로 수송하는 출력 페이즈 동안에 상기 무선 전력을 수신하는 수단의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 하나를 상기 출력에 커플링하는 제 1 수단; 및
상기 무선 전력을 수신하는 수단으로부터의 에너지를 상기 출력으로 수송하는 다른 출력 페이즈 동안에 상기 무선 전력을 수신하는 수단의 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 다른 하나를 상기 출력에 커플링하는 제 2 수단
을 포함하고,
상기 제 1 수단 및 상기 제 2 수단은 서로 독립적으로 동작가능한, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.
제 31 항에 있어서,
제 1 스위칭 엘리먼트를 통해서 상기 무선 전력을 수신하는 수단의 상기 제 1 단자를 상기 기준 전압에 선택적으로 커플링하고, 제 2 스위칭 엘리먼트를 통해서 상기 무선 전력을 수신하는 수단의 상기 제 2 단자를 상기 기준 전압에 선택적으로 커플링하는 수단을 더 포함하는, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.
제 31 항에 있어서,
상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자 중 적어도 하나를 통과한 전류를 임계치 전류와 비교하는 수단을 더 포함하는, 송신기로부터의 에너지를 부하로 전달하기 위한 디바이스.