KR101684734B1 - 전원관리유닛 및 이를 응용하는 무선전력시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전원관리유닛에 관한 것으로, 상기 전원관리유닛은 무선전력시스템에 응용되며, 무선전력을 수신하는 입력포트를 구비하는 동시에 직류전압을 출력하는 정류 출력단을 구비하는 정류기, 외부 연결된 제1 보호 커패시턴스가 입력포트의 일단 및 통로 사이에 연결되는 제1 스위치, 외부 연결된 제2 보호 커패시턴스가 입력포트의 타단 및 통로 사이에 연결되는 제2 스위치, 참조 전압을 제공하는 참조 전압단, 각각 정류 출력단 및 참조 전압단에 연결되는 2개의 비교 입력단을 구비하는 동시에 제1 스위치 및 제2 스위치의 제어단에 연결되는 비교 출력단을 구비하는 비교기를 포함한다.

Description

전원관리유닛 및 이를 응용하는 무선전력시스템{Power management unit and wireless power system thereof}
본 발명은 전원관리유닛 및 이를 응용하는 무선전력시스템에 관한 것으로, 특히 과전압 보호작용을 가진 전원관리유닛 및 이를 응용하는 무선전력시스템에 관한 것이다.
무선전력（wireless power）은 무선 에너지 전송（wireless energy transmission）이라고도 하는데, 예를 들어 유도결합（inductive coupling）등 근거리 유도의 방식을 이용하여 전력공급설비에 의해 전력전자장치에 에너지를 전송하는 기술이다. 예를 들어 무선 충전（wireless charging）의 응용에 있어서, 전자장치는 무선전력에 의해 에너지를 수신하여 포함한 배터리를 충전하는 동시에 전자장치 자체가 동작할 수 있도록 하는 것이다. 전자장치와 전력공급장치 사이는 유도결합으로 에너지를 전송하므로 양자간에 전선 연결이 필요없기 때문에 전자장치와 전력공급장치는 모두 전도 접점이 외부에 노출되지 않게 할 수 있다. 전도 접점의 설계가 없기 때문에 무선전력기술은 감전의 위험을 방지할 수 있고 전력 전송 소자가 외부에 노출되지 않으므로 공기 중의 수분, 산소등에 의해 침식되지 않는다. 또한, 접점이 존재하지 않기 때문에 연결 및 분리할 때의 기계적 마모 또는 스파크(spark)로 인해 초래할 수 있는 위험성이 없다.
무선 전력 기술의 발전은 의료 응용 및 소비성 전자 사용면에서 큰 기여를 하였다. 무선 전력 기술은 의료이식장치를 안전하게 하여 사용자가 신체 조직을 손상하지 않는 상황하에서 인체 내에 이식한 의료장치에 대하여 충전을 진행할 수 있고 전선이 피부 및 기타 신체 조직을 통과할 필요가 없어 감염의 위험성을 제거하였다. 또한, 무선 충전은 소비성 전자장치의 사용상에서 매우 큰 편리성을 제공하였는데, 즉 장치를 충전할 때 전선 연결이 필요없기 때문에 충전기 근처에 놓기만 하면 되고, 또한 기술상에서 하나의 충전기는 복수개의 전기장치를 충전할 수 있기 때문에 복수개의 전기장치가 있는 경우, 복수개의 충전기의 사용을 생략하여 복수개의 콘센트를 점용하지 않아도 되고 복수갈래의 전선이 서로 엉키는 문제도 없게 된다.
도 1은 종래의 무선전력시스템(100)의 예시도이다. 무선전력시스템(100)은 전원 공급기(110), 전원 공급단 결합 커패시턴스(120) 및 1차 코일(130)로 무선전력 송신단을 형성하고, 2차 코일(150), 입력 커패시턴스(160)로 무선전력 수신단을 형성한다. 무선전력 송신단은 교류전기 형태의 무선전력(140)을 발생하는 동시에 근거리 유도 방식 예를 들어 1차 코일(130) 및 2차 코일(150)의 유도결합을 이용(단, 이에 한정하지 않음)함으로써 무선전력 수신단이 무선전력(140)을 수신하는 동시에 교류전기 형태의 전력을 발생하여 정류기(170)에 입력하도록 한다. 정류기(170)는 수신한 교류 전기를 직류전압으로 전환시키는 동시에 상기 직류 전압을 출력한다. 무선전력시스템(100)은 전압안정유닛(180)을 더 포함할 수 있고, 정류기(170)가 출력한 직류전압을 수신하는 동시에 안정적인 출력전압을 발생시켜 다음 레벨의 부하회로(미도시)에 사용하거나 또는 안정적인 출력전압 또는 출력전류를 발생시켜 배터리에 충전을 진행한다. 이는 즉 무선충전의 응용이다.
하지만 정류기의 디자인상에서 정류기(170)의 전환 효율을 고려하여야 하기 때문에 정류기(170) 중의 소자는 통상적으로 전압의 내수정격값이 있고, 정류기(170)의 출력전압이 이 내수정격값보다 클 경우, 정류기의 사용수명을 단축시키며 심지어는 직접적인 훼손을 초래할 수 있다. 하지만 무선전력기술의 점차적인 보급에 따라 무선전력시스템은 다양한 무선전력 사양으로 발전하여 다양한 적용 환경에 응용된다. 이때, 지나치게 낮은 전력 사양의 무선전력 수신단이 하나의 지나치게 높은 전력사양의 무선전력 송신단이 송신한 무선전력을 수신하는 상황이 발생할 수 있어 정류기의 입력포트에서 하나의 내수정격값보다 큰 전압을 형성하여 사용수명을 단축시키거나 또는 훼손을 초래할 수 있다. 따라서, 무선전력 수신단은 또한 반드시 상기 상황에 대비하여 필요한 보호 디자인을 진행해야 한다.
상기와 같은 문제점을 감안하여, 본 발명은 일종의 전원관리유닛 및 이를 응용하는 무선전력시스템을 제공하며, 특히는 일종의 과전압 보호작용을 갖고 있는 전원관리유닛 및 이를 응용하는 무선전력시스템을 제공한다.
본 발명은 무선전력시스템에 응용되는 전원관리유닛을 개시한다. 무선전력시스템은 2차 코일, 입력 커패시턴스, 제1보호 커패시턴스 및 제2보호 커패시턴스를 더 포함한다. 여기서 입력 커패시턴스는 2차 코일의 일단 및 전력수신단 사이에 연결되고, 2차 코일은 교류전기 형태의 무선전력을 수신한다. 전원관리유닛은 정류기, 전압안정유닛, 제1스위치, 제2스위치, 참조 전압단 및 비교기를 더 포함한다.
정류기는 입력포트 및 정류 출력단을 구비하고, 여기서 입력포트의 양단은 각각 전력 수신단 및 2차 코일의 타단에 연결된다. 정류기는 입력포트가 수신한 교류전기를 직류전압으로 전환시키고 또한 정류 출력단은 상기 직류전압을 출력한다. 전압안정유닛은 정류기에 연결되는 동시에 상기 직류전압을 수신하고 정격전압값을 갖고 있는 직류출력전압을 출력하며 또한 전압안정유닛은 배터리에 충전을 진행할 수 있다.
제1 보호 커패시턴스는 전력 수신단 및 제1 스위치의 통로의 일단 사이에 연결되고, 또한 제1 스위치의 통로의 타단은 접지단에 연결된다. 제2 보호 커패시턴스는 2차 코일의 타단 및 제2스위치의 통로의 일단 사이에 연결되고 또한 제2 스위치의 통로의 타단은 접지단에 연결된다.
참조 전압단은 참조전압을 제공한다. 비교기는 2개의 비교 입력단 및 비교 출력단을 구비하고, 여기서 2개의 비교 입력단은 각각 정류 출력단 및 참조 전압단에 연결되며 또한 비교 출력단은 동시에 제1 스위치의 제어단 및 제2 스위치의 제어단에 연결된다.
본 발명은 상기의 전원관리유닛에 적용되는 무선전력시스템과 동일한 회로로 구성된 일종의 무선전력시스템을 더 개시한다.
본 발명의 효과는 하기와 같다.
본 발명에서 개시한 전원관리유닛 및 이를 응용하는 무선전력시스템은 수신한 무선전력의 전압이 지나치게 높을 경우, 즉시 보호작용을 발생하는 동시에 전원관리유닛이 지속적으로 지나치게 높은 전압을 수신함으로 인해 전원관리유닛의 사용수명을 단축시키며 심지어는 직접적인 훼손을 초래하는 것을 추가로 방지할 수 있다.
본 발명의 특징, 실제작용과 효능에 관련해, 도면을 배합하여 바람직한 실시예에 대하여 상세한 설명을 진행하기로 한다.
도1은 통상적인 무선전력시스템의 예시도이고,
도2는 본 발명에서 개시한 제1실시예에 따른 무선전력시스템의 예시도이고,
도3은 본 발명에서 개시한 제2실시예에 따른 무선전력시스템의 예시도이고,
도4는 본 발명에서 개시한 전압제한회로의 실시예이고,
도5는 본 발명에서 개시한 제3실시예에 따른 무선전력시스템의 예시도이다.
명세서 및 후속적인 특허출원범위 중에서, 용어 “연결”은 어떠한 직접적 및 간접적인 전기적 연결의 수단을 포함한다. 따라서, 문장 중에서 제1 장치가 제2 장치에 연결된다고 묘사한 것은 제1 장치가 제2 장치에 직접적으로 전기적 연결되거나 또는 기타 장치 또는 연결수단을 통하여 제2 장치에 간접적으로 전기적 연결될 수 있음을 의미한다.
도 2는 본 발명에서 개시한 제1 실시예에 따른 무선전력시스템(200)의 예시도이다. 무선전력시스템(200)은 2차 코일(250), 입력 커패시턴스(260), 제1 보호 커패시턴스(270), 제2 보호 커패시턴스(280), 전원관리유닛(290)을 포함한다. 2차 코일(250)은 교류전기 형태의 무선전력(240)을 수신한다. 입력 커패시턴스(260)는 2차 코일(250)의 일단 및 전력 수신단(265) 사이에 연결된다. 전원관리유닛(290)은 정류기(291), 전압안정유닛(292), 제1 스위치(293), 제2 스위치(294), 참조 전압단(295) 및 비교기(296)를 더 포함한다.
정류기(291)는 입력포트(2911) 및 정류 출력단(2912)을 구비하고, 여기서 입력포트(2911)의 양단은 각각 전력 수신단(265) 및 2차 코일(250)의 타단에 연결된다. 정류기(291)는 입력포트(2911)가 수신한 교류전기를 직류전압으로 전환시키고, 정류 출력단(2912)은 상기 직류전압을 출력한다. 전압안정유닛(292)은 정류기(291)에 연결되는 동시에 상기 직류전압을 수신하여 정격전압값을 갖고 있는 직류출력전압을 출력하며 또한 그 출력단과 연결된 부하회로(미도시)에 전기를 공급하고 또는 전압안정유닛(292)은 배터리(미도시)에 충전을 진행할 수 있는 바, 예를 들어 정전압（constant voltage，CV）모드 또는 정전류（constant current，CC）모드로 배터리에 충전을 진행할 수 있다.
제1 보호 커패시턴스(270)는 전력 수신단(265) 및 제1 스위치(293)의 통로의 일단 사이에 연결되고, 제1 스위치(293)의 통로의 타단은 접지단(275)에 연결된다. 제2 보호 커패시턴스(280)는 2차 코일(250)의 타단 및 제2 스위치(294)의 통로의 일단 사이에 연결되고, 또한 제2 스위치(294)의 통로의 타단은 접지단(275)에 연결된다.
참조 전압단(295)은 참조전압을 제공한다. 비교기(296)는 2개의 비교 입력단(2961, 2962) 및 비교 출력단(2963)을 구비하고, 여기서 2개의 비교 입력단(2961, 2962)은 각각 정류 출력단(2912) 및 참조 전압단(295)에 연결되며, 비교 출력단(2963)은 동시에 제1 스위치(293)의 제어단 및 제2 스위치(294)의 제어단에 연결된다. 제1 스위치(293) 및 제2 스위치(294)는 N형 전계효과 트랜지스터（N-type field-effect transistor） 또는 NPN형 양극성 접합 트랜지스터（NPN-type bipolar junction transistor）일 수 있으며 단 이에 한하지 않는다. 유의해야 할 점은 전계효과 트랜지스터의 집합은 금속산화 반도체 전계효과 트랜지스터（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET）, 접합 전계효과 트랜지스터（junction field-effect transistor，JFET）, 절연게이트 양극성 트린지스터（insulated-gate bipolar transistor，IGBT）또는 상기 소자와 유사한 구조 및 기능을 구비하는 반도체 소자를 포함한다. 또한, 전계효과 트랜지스터의 제어단은 게이트단（gate terminal）을 가리키는 것이고, 전계효과 트랜지스터의 통로는 소스단（source terminal）및 드레인단（drain terminal）사이의 통로를 가리키는 것이며, 양극성 접합 트랜지스터（bipolar junction transistor，BJT）의 제어단은 베이스단（base terminal）을 가리키는 것이고, 양극성 접합 트랜지스터의 통로는 콜렉터단（collector terminal）및 이미터단（emitter terminal）사이의 통로를 가리키는 것이다.
또한, 무선전력시스템(200)은 무선전력 송신단을 더 포함할 수 있고, 전원 공급기(210), 전원 공급단 결합 커패시턴스(220) 및 1차 코일(230)이 직렬연결되어 형성된 것이며, 무선전력(240)을 발생시키고 1차 코일(230)로 무선전력(240)을 송신한다. 즉, 전원 공급기(210)는 에너지를 발생시키는 동시에 전원 공급단 결합 커패시턴스(220)를 거쳐 에너지를 1차 코일(230)에 연결시키며, 1차 코일(230)은 에너지를 무선전력(240)으로 전환시키는 동시에 무선전력(240)을 송신한다.
또한, 반도체 프로세스（semiconductor process） 기술의 진보로 하여 전원관리유닛(290)은 반도체 프로세스가 구현한 집적회로（integrated circuit，IC）일 수 있는 바, 즉 반도체 프로세스를 이용하여 전원관리유닛(290)이 포함하고 있는 소자를 하나 또는 하나 이상의 집적회로 IC칩（IC chip）에 집적시켜 패키지（package）를 진일보로 진행할 수 있고 또한 핀（pins）으로 외부 회로와 전기적 연결을 진행할 수 있다.
또한, 제1보호 커패시턴스(270) 및 제2보호 커패시턴스(280)는 예를 들어 470 나노패러드(nano-Farad，nF)의 비교적 큰 커패시턴스값을 갖고 있기 때문에 기존의 반도체 프로세스 기술로는 집적회로 칩에 직접적으로 집적시킬 수 없다. 따라서 제1 보호 커패시턴스(270) 및 제2 보호 커패시턴스(280)는 외부연결방식의 전해 커패시턴스（electrolytic capacitor）또는 세라믹 커패시턴스（ceramic capacitor）일 수 있고, 여기서 일상적으로 사용하는 전해 커패시턴스는 알루미늄（aluminum） 전해 커패시턴스와 탄탈륨（tantulum） 전해 커패시턴스 등을 포함한다.
나아가, 무선전력시스템(200)이 정상적으로 동작할 경우, 정류 출력단(2912)의 전압은 참조 전압단(295)의 참조전압보다 낮고, 비교기(296)의 비교 출력단(2963)이 출력한 전압준위는 제1 스위치(293) 및 제2 스위치(294)의 통로가 스톱상태에 처하게 하며, 이때 제1 보호 커패시턴스(270) 및 제2 보호 커패시턴스(280)는 플로우팅（floating）이기 때문에 정류기의 동작에 대해 실질적인 영향을 미치지 않는다. 예를 들어 비교 출력단(2963)은 접지단(275)의 전압 준위에 상당한 0볼트를 출력함으로써 그 형태가 N형 전계효과 트랜지스터 또는 NPN형 양극성 접합 트랜지스터인 제1 스위치(270) 및 제2 스위치(294)의 통로가 스톱상태에 처하게 한다. 이 밖에 유의할 점은, 플로우팅된 제1 보호 커패시턴스(270) 및 제2 보호 커패시턴스는 이때 자체의 누전경로를 통하여 방전을 진행한다. 즉, 긴 시간을 경과한 후 제1 보호 커패시턴스(270) 및 제2 보호 커패시턴스의 양단 극판은 전하량이 부재하는 경향을 보인다.
하지만 비교적 낮은 전력사양을 구비하는 무선전력시스템(200)은 또다른 그룹의 비교적 높은 전력사양을 구비하는 무선전력 송신단이 송신한 무선전력을 수신할 시, 정류기의 입력포트(2911)는 정상적인 동작 범위를 초과하는 전압이 존재할 수 있기 때문에 정류기의 정류 출력단(2912)으로 하여금 하나의 비교적 높은 전압값을 발생시키게 한다. 정류 출력단(2912)의 전압이 참조 전압단(295)의 참조전압보다 높을 경우, 비교 출력단(2963)은 제1 스위치(293) 및 제2 스위치(294)의 임계전압보다 높은 전압준위를 출력함으로써 제1 스위치(270) 및 제2 스위치(294)의 통로가 도통상태에 처하게 하고, 이때 제1 보호 커패시턴스(270) 및 제2 보호 커패시턴스(280)는 다음과 같은 몇가지 작용을 발휘한다.
첫째, 제1 보호 커패시턴스(270)는 제1 스위치(293)를 통하여 접지단(275)에 연결되고, 제2 보호 커패시턴스(280)는 제2 스위치(294)를 통하여 접지단(275)에 연결되며, 입력포트(2911)의 양단(접지단(275)에 상대적인)의 절대전압을 효과적으로 낮출 수 있고, 입력포트(2911) 양단의 절대전압이 내수정격값보다 높게 되는 것을 방지한다.
둘째, 입력포트(2911)는 하나의 제1보호 커패시턴스(270) 및 제2보호 커패시턴스(280)가 직렬연결되어 형성된 등가 커패시턴스를 병렬연결하는 동시에 입력 커패시턴스(260) 및 2차 코일(250)과 직렬연결되어 하나의 완전한 전류회로를 형성한다.
따라서 2차 코일(250) 상에 하나의 비교적 큰 전압이 존재할 시, 상기 등가 커패시턴스에 비해 입력 커패시턴스(260)의 커패시턴스값이 극히 작기 때문에 입력 커패시턴스(260)가 상기 등가 커패시턴스와 분압한 결과 입력포트(2911) 상의 전압을 방지할 수 있다. 즉 입력포트(2911) 양단의 전압차이는 내수정격값보다 높다.
상기의 설명에 따라 알 수 있다시피, 제1 스위치(293), 제2 스위치(294), 참조 전압단(295), 비교기(296), 제1 보호 커패시턴스(270) 및 제2 보호 커패시턴스(280)로 구성된 보호회로는 전원관리유닛(290)이 지속적으로 높은 전압을 수신하여 전원관리유닛(290)의 사용수명을 단축시키며 심지어는 직접적으로 훼손시키는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명에서 개시한 제2 실시예에 따른 무선전력시스템(300)의 예시도이다. 무선전력시스템(300) 중의 각각의 구성 소자의 기능 및 구현방식은 도 2에 도시된 무선전력시스템(200)의 각각의 대응하는 소자에 대한 설명을 참조할 수 있다. 무선전력시스템(300)과 무선전력시스템(200)의 구별점은 무선전력시스템(300) 중의 전원관리유닛(390)은 전압제한회로(391)를 더 포함하는 것이다. 전압제한회로(391)는 정류 출력단(2912) 및 접지단(275) 사이에 연결되며, 또한 정류 출력단(2912)의 전압이 전압제한 밸브값보다 클 경우 도통되고, 정류 출력단(2912)의 전압이 전압제한 밸브값보다 작을 경우 스톱되는 전압제한 전류경로를 구비한다.
나아가, 무선전력시스템(200)의 보호회로의 동작 상에서 지나치게 높은 정류 출력단(2912)의 전압으로 인해 비교기(296)가 반응하여 제1 스위치(293) 및 제2 스위치(294)를 도통시킨 후, 제1 보호 커패시턴스(270) 및 제2 보호 커패시턴스(280)를 통하여 입력포트(2911)의 전압을 낮춘 후 재반응하여 종전의 지나치게 높은 정류 출력단(2912)의 전압을 낮춤으로써 일정한 반응시간을 형성하기에 보호회로가 반응하기 전에 정류 출력단(2912)의 관련 소자가 이미 높은 전압으로 인해 훼손되는 것을 초래할 수 있다. 다른 일면으로, 무선전력시스템(300)의 전원관리유닛(390) 중에 가입된 전압제한회로(391)는 정류 출력단(2912)의 전압이 지나치게 높을 시, 바로 정류 출력단(2912)의 전압을 제한할 수 있어 정류 출력단(2912)의 관련 소자를 보호한다. 하지만, 전압제한회로(391)의 도통 경로는 일정한 크기의 저항과 등가일 수 있어 제한된 전류 도통 능력만을 구비하기 때문에 반드시 추가로 비교기(296)의 반응을 통하여 제2전선의 보호작용 즉 제1 스위치(293), 제2 스위치(294), 제1 보호 커패시턴스(270) 및 제2 보호 커패시턴스(280)가 제공하는 보호작용을 가동하여야 한다.
상기의 설명에 근거하여 알수 있다시피, 무선전력시스템(300)의 전압제한회로(391), 제1 스위치(293), 제2 스위치(294), 참조 전압단(295), 비교기(296), 제1 보호 커패시턴스(270) 및 제2 보호 커패시턴스(280)로 구성된 보호회로는 가장 빠른 시간내에 정류 출력단(2912)의 전압이 높아지는 것을 방지할 수 있고, 전원관리유닛(290)이 지속적으로 지나치게 높은 전압을 수신하여 전원관리유닛(290)의 사용수명을 단축시키며 심지어는 직접적인 훼손을 초래하는 것을 추가로 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명에서 개시한 전압제한회로의 일 실시예이며 즉 전압제한회로(400)이다. 전압제한회로(400)는 전압제한 스위치(410), 전류제한 저항(420), 이극체 직렬연결회로(430) 및 제어단 저항(440)을 포함한다.
전압제한 스위치(410)의 통로의 일단은 접지단(275)에 연결된다. 전류제한 저항(420)은 정류 출력단(2912) 및 전압제한 스위치(410)의 통로의 타단 사이에 연결된다. 이극체 직렬연결회로(430)는 복수개의 이극체 소자가 직렬연결되어 형성되고 정류 출력단(2912) 및 전압제한 스위치(410)의 제어단 사이에 연결된다. 제어단 저항(440)은 전압제한 스위치(410)의 제어단 및 접지단(275) 사이에 연결된다. 전압제한 스위치(410)은 N형 전계효과 트랜지스터 또는 NPN형 양극성 접합 트랜지스터일 수 있으며 단 이에 한하지 않는다.
나아가, 이극체 직렬연결회로(430)는 복수개의 이극체 소자가 순시침 방향으로 직렬연결되어 형성한 것이며 또한 각각의 이극체 소자의 순시침 방향의 바이어스가 Vf라고 가정할 경우, 정류 출력단(2912)의 전압이N*Vf보다 높을 시 이극체 직렬연결회로(430)는 도통되기 시작한다. 하지만 정류 출력단(2912)의 전압의 증가에 따라 전압제한 스위치(410)의 제어단의 전압은 전압제한 스위치(410)의 밸브전압보다 높아질 때까지 증가되고 전압제한 스위치(410)의 통로는 도통되기 시작하는 동시에 전류제한 저항(420)과 함께 상기의 전압제한 전류경로를 형성하며, 전압제한 전류경로는 일정한 크기의 저항과 등가일 수 있고, 정류기의 등가 출력저항과 분압의 관계를 형성함으로써 정류 출력단(2912)의 전압의 상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
유의해야 할 점은, 도 3에 개시된 전압제한회로(391)의 실시예는 도 4에 도시된 실시예에 한하지 않고, 도 4에 개시된 전압제한회로(400)는 본 발명의 사상을 설명하는 것에 한하며 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 실제적인 응용 상황에 따라 기존기술 중에서 적합한 전압제한회로(391)의 회로형태를 이해하는 동시에 실행할 수 있다.
도 5는 본 발명에서 개시한 제4 실시예에 따른 무선전력시스템(500)의 예시도이다. 무선전력시스템(500) 중의 각각의 구성 소자의 기능 및 구현방식은 도2에 도시된 무선전력시스템(200)의 각각의 대응하는 소자에 대한 설명을 참조할 수 있다. 무선전력시스템(500)과 무선전력시스템(200)의 구별점은 무선전력시스템(500) 중의 전원관리유닛(590)은 제1전압제한회로(591) 및 제2전압제한회로(592)를 더 포함하는 것이다. 제1전압제한회로(591)는 전력 수신단(265) 및 접지단(275) 사이에 연결되고, 전력 수신단(265)의 전압이 제1 전압제한 밸브값보다 클 경우 도통되고, 전력 수신단(265)의 전압이 제1 전압제한 밸브값보다 작을 경우 스톱되는 제1 전압 전류경로를 구비한다. 제2 전압제한회로(592)는 2차 코일(250)의 타단 및 접지단(275) 사이에 연결되고, 2차 코일(250)의 타단의 전압이 제2 전압제한 밸브값보다 클 경우 도통되고, 2차 코일(250)의 타단의 전압이 제2 전압제한 밸브값보다 작을 경우 스톱되는 제2 전압 전류경로를 구비한다.
또한, 제1 전압제한회로(591) 또는 제2 전압제한회로(592)는 도 4에 개시된 전압제한회로(400)를 바람직한 실시예로 참조할 수 있다. 하지만 유의해야 할 점은, 제1 전압제한회로(591) 또는 제2 전압제한회로(592)의 실시예는 도 4에 개시된 실시예에 한하지 않고, 도 4에 개시된 전압제한회로(400)는 본 발명의 사상을 설명하는 것에 한하며 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 실제적인 응용 상황에 따라여 기존기술 중에서 적합한 제1 전압제한회로(591) 또는 제2 전압제한회로(592)의 회로 형태를 이해하는 동시에 실행할 수 있다.
나아가, 무선전력시스템(500)의 전원관리유닛(590) 중에 가입된 제1 전압제한회로(591) 및 제2 전압제한회로(592)는 각각 정류기(291)의 입력포트(2911)의 양단점의 전압이 지나치게 높을 경우, 즉시 정류기(291)의 내부 소자를 보호할 수 있다. 하지만 제1 전압제한회로(591) 및 제2 전압제한회로(592)의 도통 경로는 각각 일정한 크기의 저항과 등가인 것으로 제한적인 전류 도통 능력만을 구비하기 때문에 반드시 비교기(296)의 반응을 통하여 제2 전선의 보호를 가동하여야 한다. 즉 제1 스위치(293) 및 제2 스위치(294)의 통로를 도통시킴으로써 제1 보호 커패시턴스(270) 및 제2보호 커패시턴스(280)로 하여금 제1실시예 및 제2실시예 중에서 설명한 것과 같이 보호작용을 발휘하게 한다.
이상의 설명에 근거하여 알수 있다시피, 무선전력시스템(300)의 제1 전압제한회로(591), 제2 전압제한회로(592), 제1 스위치(293), 제2스위치(294), 참조 전압단(295), 비교기(296), 제1보호 커패시턴스(270) 및 제2보호 커패시턴스(280)로 구성된 보호회로는 가장 빠른 시간내에 입력포트(2911)의 전압이 지나치게 높아지는 것을 방지하고, 전원관리유닛(290)이 지속적으로 지나치게 높은 전압을 수신하여 전원관리유닛(290)의 사용수명을 단축시키며 심지어는 직접적인 훼손을 초래하는 것을 추가로 방지한다.
비록 본 발명의 실시예는 상기와 같이 개시하였지만, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니며 당업자는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 전제하에서 본 발명의 출원 범위에 따른 상기의 형태, 구조, 특징 및 수량에 대하여 일부 변경을 진행할 수 있다. 따라서 본 발명의 특허보호범위는 반드시 본 명세서에 첨부한 특허청구범위를 기준으로 해야 한다.
100, 200, 300, 500 : 무선전력시스템
110, 210 : 전원 공급기
120, 220 : 전원 공급단 결합 커패시턴스
130, 230 : 1차 코일
140, 240 : 무선전력
150, 250 : 2차 코일
160, 260 : 입력 커패시턴스
170, 291 : 정류기
180, 292 : 전압안정유닛
265 : 전력 수신단
270 : 제1보호 커패시턴스
275 : 접지단
280 : 제2보호 커패시턴스
290, 390, 590 : 전원관리유닛
2911 : 입력포트
2912 : 정류 출력단
293 : 제1스위치
294 : 제2스위치
295 : 참조 전압단
296 : 비교기
2961, 2962 : 비교 입력단
2963 : 비교 출력단
391, 400 : 전압제한회로
410 : 전압제한 스위치
420 : 전류제한 저항
430 : 이극체 직렬연결회로
440 : 제어단 저항
591 : 제1전압제한 회로
592 : 제2전압제한 회로

Claims (18)

  1. 2차 코일, 입력 커패시턴스, 제1 보호 커패시턴스 및 제2 보호 커패시턴스를 더 포함하고, 상기 입력 커패시턴스는 상기 2차 코일의 일단과 전력 수신단 사이에 연결되며 상기 2차 코일은 교류전기 형태의 무선전력을 수신하는 무선전력시스템에 응용되는 전원관리유닛에 있어서,
    입력포트 및 정류 출력단을 포함하고, 여기서 상기 입력포트의 양단은 각각 상기 전력 수신단 및 상기 2차 코일의 타단에 연결되며, 상기 정류 출력단은 상기 입력포트가 수신한 교류전기를 직류전압으로 전환시키고 또한 상기 직류전압을 출력하는 정류기;
    상기 정류기에 연결되는 동시에 상기 직류전압을 수신하며 직류출력전압을 출력하거나 또는 배터리에 충전을 진행하는 전압안정유닛;
    제1 스위치로서, 상기 제1 보호 커패시턴스가 상기 전력 수신단과 그리고 상기 제1 스위치의 통로의 일단 사이에 연결되고, 또한 상기 제1 스위치의 통로의 타단은 접지단에 연결되는 제1 스위치;
    제2 스위치로서, 상기 제2 보호 커패시턴스가 상기 2차 코일의 타단과 그리고 상기 제2 스위치의 통로의 일단 사이에 연결되고, 또한 상기 제2 스위치의 통로의 타단은 상기 접지단에 연결되는 제2 스위치;
    참조 전압을 제공하는 참조 전압단; 및
    2개의 비교 입력단 및 1개의 비교 출력단을 포함하고, 여기서 상기 2개의 비교 입력단은 각각 상기 정류 출력단 및 상기 참조 전압단에 연결되며, 또한 상기 비교 출력단은 상기 제1 스위치의 제어단 및 상기 제2 스위치의 제어단에 동시에 연결되는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원관리유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정류 출력단 및 상기 접지단 사이에 연결되고, 상기 정류 출력단의 전압이 전압제한 밸브값보다 클 경우 도통되며, 상기 정류 출력단의 전압이 전압제한 밸브값보다 작을 경우 스톱되는 전압제한 전류경로를 포함하는 전압제한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원관리유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전압제한회로는,
    통로의 일단이 상기 접지단에 연결되는 전압제한 스위치;
    상기 정류 출력단 및 상기 전압제한 스위치의 통로의 타단 사이에 연결되는 전류제한 저항;
    복수개의 이극체 소자가 직렬연결되어 형성되고, 상기 정류 출력단 및 상기 전압제한 스위치의 제어단 사이에 연결되는 이극체 직렬연결회로; 및
    상기 전압제한 스위치의 제어단 및 상기 접지단 사이에 연결되는 제어단 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원관리유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 수신단 및 상기 접지단 사이에 연결되고, 또한 상기 전력 수신단의 전압이 제1 전압제한 밸브값보다 클 경우 도통되고, 상기 전력 수신단의 전압이 제1 전압제한 밸브값보다 작을 경우 스톱되는 제1 전압제한 전류 경로를 포함하는 제1 전압제한회로; 및
    상기 2차 코일의 타단 및 상기 접지단 사이에 연결되고, 또한 상기 2차 코일의 타단의 전압이 제2 전압제한 밸브값보다 클 경우 도통되고, 상기 2차 코일의 타단의 전압이 제2 전압제한 밸브값보다 작을 경우 스톱되는 제2 전압제한 전류 경로를 포함하는 제2 전압제한회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원관리유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전압 제한 회로 또는 상기 제2 전압 제한 회로는,
    전압제한 스위치로서, 상기 전압제한 스위치의 통로의 일단이 상기 접지단에 연결되는 전압제한 스위치;
    상기 전압제한 스위치의 통로의 타단과 그리고 상기 전력 수신단 또는 상기 2차 코일의 타단 사이에 연결되는 전류제한 저항;
    복수개의 이극체 소자가 직렬연결되어 형성되고, 상기 전압제한 스위치의 제어단과 그리고 상기 전력 수신단 또는 상기 2차 코일의 타단 사이에 연결되는 이극체 직렬연결 회로; 및
    상기 전압제한스위치의 제어단과 그리고 상기 접지단 사이에 연결되는 제어단 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원관리유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    전원 공급기, 전원 공급단 결합 커패시턴스 및 1차 코일이 직렬연결되어 형성되고, 상기 무선전력을 발생하는 동시에 상기 1차 코일이 상기 무선전력을 송신하는 무선전력 송신단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원관리유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 N형 전계효과 트랜지스터 또는 NPN형 양극성 접합 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전원관리유닛.
  8. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원관리 유닛이 반도체 프로세스에 의해 집적회로로 구현되는 것을 특징으로 하는 전원관리 유닛.
  9. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 보호 커패시턴스 및 상기 제2 보호 커패시턴스는 전해 커패시턴스 또는 세라믹 커패시턴스인 것을 특징으로 하는 전원관리 유닛.
  10. 교류전기 형태의 무선 전력을 수신하는 2차 코일;
    상기 2차 코일의 일단 및 전력 수신단 사이에 연결되는 입력 커패시턴스;
    제1 보호 커패시턴스;
    제2 보호 커패시턴스; 및
    입력포트 및 정류 출력단을 포함하고, 여기서 상기 입력포트의 양단은 각각 상기 전력 수신단 및 상기 2차 코일의 타단에 연결되며, 입력포트가 수신한 교류전기를 직류전압으로 전환시키고, 또한 상기 정류 출력단은 상기 직류전압을 출력하는 정류기를 포함하는 전원관리유닛;
    상기 정류기에 연결되는 동시에 상기 직류전압을 수신하며, 직류출력전압을 출력하거나 또는 배터리에 충전을 진행하는 전압안정유닛;
    제1 스위치로서, 상기 제1 보호 커패시턴스는 상기 전력 수신단 및 제1 스위치의 통로의 일단 사이에 연결되고, 제1 스위치의 통로의 타단은 접지단에 연결되는 제1 스위치;
    제2 스위치로서, 상기 제2 보호 커패시턴스는 상기 2차 코일의 타단 및 제2 스위치의 통도의 일단 사이에 연결되고, 또한 제2 스위치의 통로의 타단은 상기 접지단에 연결되는 제2 스위치;
    참조 전압을 제공하는 참조 전압단; 및
    2개의 비교 입력단 및 1개의 비교 출력단을 포함하고, 여기서 상기 2개의 입력단은 각각 상기 정류 출력단 및 상기 참조 전압단에 연결되며, 또한 상기 비교 출력단은 동시에 상기 제1 스위치의 제어단 및 상기 제2 스위치의 제어단에 연결되는 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정류 출력단 및 상기 접지단 사이에 연결되고, 또한 상기 정류 출력단의 전압이 전압제한 밸브값보다 클 경우 도통되고, 상기 정류 출력단의 전압이 전압제한 밸브값보다 작을 경우 스톱되는 전압제한 전류 경로를 포함하는 전압제한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전압제한 회로는,
    통로의 일단이 상기 접지단에 연결되는 전압제한 스위치;
    상기 정류 출력단 및 상기 전압제한 스위치의 통로의 타단 사이에 연결되는 전류제한 저항;
    복수개의 이극체 소자가 직렬연결되어 형성되고, 상기 정류 출력단 및 상기 전압제한 스위치의 제어단 사이에 연결된 이극체 직렬연결 회로; 및
    상기 전압제한 스위치의 제어단 및 상기 접지단 사이에 연결된 제어단 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전력 수신단 및 상기 접지단 사이에 연결되고, 또한 상기 전력 수신단의 전압이 제1 전압제한 밸브값보다 클 경우 도통되고, 상기 전력 수신단의 전압이 제1 전압제한 밸브값보다 작을 경우 스톱되는 제1 전압제한 전류 경로를 포함하는 제1 전압제한 회로; 및
    상기 2차 코일의 타단 및 상기 접지단 사이에 연결되고, 또한 상기 2차 코일의 타단의 전압이 제2 전압제한 밸브값보다 클 경우 도통되고, 상기 2차 코일의 타단의 전압이 제2 전압제한 밸브값보다 작을 경우 스톱되는 제2전압제한 전류 경로를 포함하는 제2 전압제한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전압제한 회로 또는 상기 제2 전압제한 회로는,
    통로의 일단이 상기 접지단에 연결되는 전압제한 스위치;
    상기 전압제한 스위치의 통로의 타단 및 상기 전력 수신단 또는 상기 2차 코일의 타단 사이에 연결되는 전류제한 저항;
    복수개의 이극체 소자가 직렬 연결되어 형성되고, 상기 전압 제한 스위치의 제어단 및 상기 전력수신단 또는 상기 2차 코일의 타단 사이에 연결되는 이극체 직렬연결 회로; 및
    상기 전압제한 스위치의 제어단 및 상기 접지단 사이에 연결되는 제어단 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    전원 공급기, 전원 공급단 결합 커패시턴스 및 1차 코일이 직렬연결되어 형성되고, 상기 무선전력을 발생하는 동시에 상기 1차 코일이 상기 무선전력을 송신하는 무선전력 송신단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 시스템.
  16. 제10항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 N형 전계효과 트랜지스터 또는 NPN형 양극성 접합 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 무선전력 시스템.
  17. 제10항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원관리유닛은 반도체 프로세스로 집적회로를 구현하는 것을 특징으로 하는 무선전력 시스템.
  18. 제10항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 보호 커패시턴스 및 상기 제2 보호 커패시턴스는 전해 커패시턴스 또는 세라믹 커패시턴스인 것을 특징으로 하는 무선전력 시스템.
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