KR101649483B1 - 공진 전력 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

공진 전력 발생 장치가 개시된다. 본 발명의 일측에 따른 공진 전력 발생 장치는, 선정된 파형 및 시퀀스(sequence)를 기록하는 파형 및 시퀀스 메모리; 상기 파형 및 시퀀스 메모리의 출력 신호를 델타-시그마 변조하는 델타-시그마 변조부; 및 상기 델타-시그마 변조부의 출력 RF 신호를 입력 받아 임펄스 형태의 파형으로 변환하는 파형 리커버리부를 포함한다.
Figure R1020090133305
무선 전력 전송, AC, 변조, 임펄스, 스위칭

Description

공진 전력 발생 장치{Resonance Power Generator}
공진 전력 발생 장치가 개시된다. 보다 구체적으로, 전송 전력 효율을 높일 수 있도록 파형을 리커버리(recovery)하여 공진 전력을 전송하는 공진 전력 발생 장치가 개시된다.
IT 기술 발전과 함께 다양한 휴대용 전자제품이 출시되었고, 이들의 보급도 늘고 있다. 휴대용 전자제품의 특성 상, 해당 휴대용 전자제품의 배터리 성능이 중요한 문제로 대두되고 있다. 휴대용 전자제품뿐 아니라 생활가전제품에서 데이터를 무선으로 전송하는 기능이 제공되고 있으나, 전력(power)은 전력선(power line)을 통하여 제공 받는다.
최근 들어 무선으로 전력을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 기술 (wireless power transmission)이 연구되고 있다. 무선 전력 전송 시스템에서는 전력 증폭기(power amplifier)를 이용하여 고출력의 신호를 전송하고 있으므로 전력 효율을 어떻게 높이느냐가 관건이 되고 있다.
일반적으로 무선 전력 전송 시스템 설계 시, 공진기가 high Q를 갖도록 설계하지만 무선 전력 전송 신호의 대역 폭이 충분히 좁지 않은 경우 효율적으로 전력 을 전송하기 어렵다.
따라서, 공진 전력 발생 장치에서 전력 전송 신호의 대역 폭을 충분히 좁게 하면서 전력 효율을 높일 수 있는 새로운 방안이 제시된다.
본 발명의 일측에 따른 공진 전력 발생 장치는, 선정된 파형 및 시퀀스(sequence)를 기록하는 파형 및 시퀀스 메모리; 상기 파형 및 시퀀스 메모리의 출력 신호를 델타-시그마 변조하는 델타-시그마 변조부; 및 상기 델타-시그마 변조부의 출력 RF 신호를 입력 받아 임펄스 형태의 파형으로 변환하는 파형 리커버리부를 포함한다.
파형 리커버리를 수행하여 전원 공진부의 출력 신호의 대역 폭을 제어하는 공진 전력 발생 장치가 제공된다.
전력 전송 효율을 높일 수 있는 공진 전력 발생 장치가 제공된다.
대상 공진기의 종류에 따라 무선 전력 신호 전송을 적응적으로 선택하는 공진 전력 발생 장치가 제공된다.
대상 공진기로부터 피드백 된 신호에 따라 전송되는 전력 레벨을 적응적으로 변화시키는 공진 전력 발생 장치가 제공된다.
이하에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치 및 공진 전력 수신 장치가 적용되는 환경을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치(110)는 공진 전력 수신 장치(120)에게 전력을 무선 전송한다. 공진 전력 발생 장치(110)는 전원 공진부(source resonator)(111)를 포함하며, 공진 전력 수신 장치(120)는 대상 공진부(target resonator)(121)를 포함한다. 공진 전력 발생 장치(110)는 휴대용 단말기에 일 모듈의 형태로 삽입되도록 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 다른 공진 전력 발생 장치(200)는 파형 및 시퀀스 메모리(201), 델타-시그마 변조부(202), 파형 리커버리부(205), 및 전원 공진부(208)를 포함한다. 또한, 도 2에 도시된 일례에 따르면, 공진 전력 발생 장치(200)는 델타-시그마 변조부(202)의 출력 RF 신호를 필터링하는 저대역 통과 필터(203), 저대역 통과 필터(203)의 출력 신호를 소요되는 전력 레벨로 증폭하는 드라이브 앰프(drive amplifier)(204), 이격부(isolator)(206), 대상 공진기(도시되지 아니함)로부터 피드백 된 펄스 신호를 수신하여 펄스 전압을 검출하는 펄스 전압 디텍터(209), 펄스 전압 디턱터(209)의 출력 신호에 대해 아날로그-디지털 컨버전하는 A/D 컨버터(210), 및 A/D 컨버터의 출력 신호에 따라 파형 및 시퀀스 메모리(201) 및 파형 리커버리부(205)를 제어하는 제어 유닛(MCU)(211)을 더 포함할 수 있다. 또한, 이격부(206)의 출력과 대상 공진기(도시되지 아니함)로부터 피드백 된 펄스 신호를 전원 공진부(208) 및 펄스 전압 디텍터(209)로 각각 스위칭하는 스위칭부(207)를 더 포함할 수 있다.
파형 및 시퀀스 메모리(201)는 선정된(predetermined) 전력 전송 파형 및 시퀀스를 하나 이상 저장한다. 공진 전력 발생 장치(200)의 설치 환경 및 주변 환경에 따라 파형 및 시퀀스 메모리(201)를 참조하여 해당 환경에 맞는 전력 전송 파형 및 시퀀스를 독출할 수 있다. 또한, 대상 공진기(도시되지 아니함)로부터 피드백 된 펄스 신호를 입력 받은 제어 유닛(211)의 제어에 따라 대상 공진기의 응용 예(application)에 맞는 파형 및 시퀀스를 독출할 수 있다. 또한, 파형 및 시퀀스 메모리(201)는 전력 전송 효율 값에 대한 파형 및 시퀀스를 추가로 저장할 수 있다. 대상 공진기의 응용 예에 따라 적절한 전력 전송 효율 값이 입력되면 이에 따라 적절한 파형 및 시퀀스를 독출할 수 있다.
델타-시그마 변조부(202)는 파형 및 시퀀스 메모리(201)에서 독출한 파형 및 시퀀스에 따라 RF 신호를 변조한다. 또한, RF 신호에 대해, 임펄스 발생기를 통해 RF 파형의 듀티 사이클(duty cycle) 또는 전력 레벨을 제어한다.
저대역 통과 필터(203)는 델타-시그마 변조부(202)의 출력 RF 신호의 스펙트럼 마스크(mask) 특성 상 출력 단에서 발생될 수 있는 델타(delta) 만큼의 하모닉(harmonic) 스펙트럼을 필터링한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 저대역 통과 필터(203)는 액티브 필터일 수 있다.
드라이브 앰프(drive amplifier)(204)는 저대역 통과 필터(203)를 경유한 RF 신호의 파워 레벨을 증폭한다.
파형 리커버리부(205)는 드라이브 앰프(204)의 출력 RF 신호를 입력 받아 임펄스(impulse) 형태의 파형으로 변환한다. 파형 리커버리부(205)는 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 파형 리커버리부의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 파형 리커버리부는 드라이브 앰프(204)의 출력 RF 신호 및 선정된 기준 전압(Vcc)을 입력 받는 하나 이상의 인덕터(301, 302), 하나 이상의 커패시터(303, 304, 305), 및 다이오드(306)로 구성될 수 있다. 다이오드(306)는 편의 상 순방향 바이어스(bias)에서는 무한대의 캐패시턴스(capacitance)를 가지고 천이(transition) 시간이 0인 이상적인 다이오드로 가정할 수 있다. 인덕터(301, 302)는 임펄스 발생 구간에서 공진(resonance)이 발생되도록 설계될 수 있다.
파형 리커버리부(205)를 경유한 출력 신호의 예가 도 4 및 도 5에 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 출력 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, RF 입력이 사인파(sine wave)(401) 인 경우, 파형 리커버리부(205)를 경유한 출력 파형(402)이 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 출력 파형의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, RF 입력이 구형파(rectangular wave)(501) 인 경우, 파형 리커버리부(205)를 경유한 출력 파형(502)이 도시되어 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 출력 파형의 듀티 사이클 중에서 적어도 하나의 임펄스 파형이 포함되어 있다. 이는 물리적으로 순식간에 발생하는 전력을 의미하고, 짧은 시간에 많은 에너지를 방출하므로 순간적으로 높은 레벨의 전력에 도달할 수 있음을 의미한다.
다시 도 2를 참조하면, 파형 리커버리부(205)의 출력 RF 신호는 이격부(206)를 경유한다. 이격부(206)는 전원 공진부(208)와 파형 리커버리부(205)를 전기적으로 이격시킨다. 이격부(206)를 경유한 출력 신호는 스위칭부(207)의 제어에 따라 전원 공진부(208)로 입력된다.
대상 공진기(도시되지 아니함)는 공진 전력 발생 장치(200)로부터 전력을 수신하고, 수신된 전력에 대해 다양한 방법으로 피드백 신호를 공진 전력 발생 장 치(200)로 전송할 수 있다. 피드백 신호로는, 대상 공진기에서 요청하는 전력 레벨, 대상 공진기의 응용 예 등이 있을 수 있다. 피드백 신호로 수신된 펄스 신호는 스위칭부(207)의 제어에 따라 펄스 전압 디텍터(209)로 입력된다. 펄스 전압 디텍터(209)는 펄스 신호의 펄스 전압을 검출하고, 검출된 신호는 A/D 컨버터(210)에서 아날로그-디지털 컨버전 된다. A/D 컨버터(210)의 출력 신호는 제어 유닛(211)로 입력되어 대상 공진기로부터 수신한 피드백 신호에 따라 파형 및 시퀀스 메모리(201) 및 파형 리커버리부(205)가 제어되도록 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치가 적용되는 환경을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 파형 리커버리부의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 출력 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 출력 파형의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.

Claims (7)

  1. 선정된 파형 및 시퀀스(sequence)를 기록하는 파형 및 시퀀스 메모리;
    상기 파형 및 시퀀스 메모리의 출력 신호를 델타-시그마 변조하는 델타-시그마 변조부;
    상기 델타-시그마 변조부의 출력 RF 신호를 입력 받아 임펄스 형태의 파형으로 변환하는 파형 리커버리부; 및
    상기 임펄스 형태의 파형에 대응하는 전력을 대상 공진기로 전송하는 전원 공진부
    를 포함하는 공진 전력 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 델타-시그마 변조부의 상기 출력 RF 신호의 하모닉(harmonic) 스펙트럼을 제거하기 위한 필터를 더 포함하는 공진 전력 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 델타-시그마 변조부의 상기 출력 RF 신호를 증폭하는 드라이브 앰프를 더 포함하는 공진 전력 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    대상 공진기로부터 피드백된 펄스 파형을 검출하는 펄스 전압 디텍터; 및
    상기 펄스 전압 디텍터의 출력 파형에 따라 상기 파형 및 시퀀스 메모리 및 상기 파형 리커버리부를 제어하는 제어 유닛
    을 더 포함하는 공진 전력 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 대상 공진기로부터 피드백된 상기 펄스 파형 및 상기 파형 리커버리부의 출력 신호를 각각 스위칭하는 스위칭부
    를 더 포함하는 공진 전력 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파형 리커버리부는,
    상기 출력 RF 신호 및 기준 전압을 입력 받되, 하나 이상의 인덕터, 하나 이상의 캐패시터, 및 하나 이상의 다이오드(diode)를 포함하는 공진 전력 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파형 리커버리부는 상기 출력 RF 신호의 하나의 듀티 사이클 동안 하나 이상의 임펄스 신호를 출력하는 공진 전력 발생 장치.
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