KR101699986B1 - 전력 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력 소비를 감소시키기 위한 방법들 및 장치들을 제공한다. 하나의 방법은 물체의 존재를 검출하는 단계, 그 물체가 유효 디바이스인지를 식별하는 단계 및 그것이 유효 디바이스가 아니면 전력을 제한하는 단계를 포함한다. 다른 방법은 부하를 검출하기 위해 1차 유닛에 낮은 양의 전력을 일시적으로 인가하는 단계, 그것이 유효 2차 디바이스인지를 결정하기 위해 더 많은 전력을 공급하는 단계, 그것이 유효 2차 디바이스가 아니면 전력을 제한하는 단계를 포함한다. 전력 소비를 감소시키기 위한 장치는 2개의 전력 입력을 포함하고, 여기서 더 낮은 전력 입력은 감지 회로에 전력을 공급한다. 스위치는 선택적으로 검출 모드 동안에는 1차 서브회로로부터 더 높은 전력 입력을 분리하고 전력 공급 모드 동안에는 1차 서브회로에 더 높은 전력 입력을 연결한다.
Description
휴대용 디바이스에 전통적인 전력 케이블을 플러그인할 필요 없이 휴대용 디바이스에 전력을 공급할 수 있는 것은 더 편리하다. 예를 들면 일부 무선 전력 시스템들은 무선 전원 유닛(wireless power supply unit)의 가까이에 배치될 때 직접적인 전기 접촉의 필요 없이 전력을 수신할 수 있는 휴대용 디바이스를 포함한다. 그러나, 유닛 상에 디바이스가 없을 때(또는 유닛 상의 디바이스들이 완전히 충전되어 있을 때만) 전력 소비를 최소한도로 유지하는 것이 가능하다.
일부 무선 전력 유닛들은 스탠바이 모드(standby mode)를 갖고, 그에 의해 그것은 디바이스들을 찾기 위해 짧은 기간 동안 전력을 주기적으로 전송한다. 만일 유닛이 전력을 요청하고 있는 유효 디바이스를 검출하고 근처에 뜨거워지거나 전력 전송을 방해할 이질적인 물체가 없다는 것을 결정하면, 유닛은 스탠바이에서 벗어날 수 있다. 스탠바이 모드에서의 펄스들의 전력 레벨은 휴대용 디바이스가 통신할 수 있도록 휴대용 디바이스에 충분한 전력을 전송하기에 충분할 만큼 높은데, 이는 휴대용 디바이스의 배터리가 완전히 고갈될 수 있는 것이 가능하기 때문이다. 펄스들의 길이는 디바이스가 유효한 디바이스이고 또한 뜨거워지거나 또는 다른 식으로 시스템을 방해할 수 있는 이질적인 물체가 존재하지 않는다는 것을 결정하기에 족할 만큼 길다. 펄스들 사이의 시간은 사용자가 유닛이 동작중이라는 빠른 피드백을 얻기에 족할 만큼 짧다. 그러므로 스탠바이 동안에 전력 소비가 얼마나 낮을 수 있는지에 대한 한계가 있다.
전력을 공급받을 디바이스의 존재를 결정하기 위한 전력 외에, 전력 소비를 증가시키는 실제적인 한계가 있다. 예를 들면, 일부 유도성 전원들(inductive power supplies)에서는 전송되는 펄스들 사이에도 DC 전원이 사용된다. 이것은 메인즈 정류 손실(mains rectification losses)은 항상 존재하고 상당할 수 있다는 것을 의미한다. 일부 시나리오들에서는, 다수의 DC 전압들이 사용되고 펄스 지속 기간 내에 이것들을 시동하는 것은 실용적이지 않을 것이고, 따라서 DC 변환 손실이 항상 존재할 수 있다. 인버터를 위해 펄스폭 변조를 구동하는 유닛 내의 마이크로프로세서는 전형적으로 비교적 고성능이고 어느 일정한 양의 전력을 계속해서 소비한다.
이들 및 다른 요인들은 무선 전력 시스템이 낮은 스탠바이 전력을 갖는 것을 어렵게 한다. 하나의 시도된 해결책은, 사용자가 유닛 상에 디바이스를 배치하기 전에 유닛을 온으로 스위칭하도록, 스위치를 갖는 것이다. 그러나, 이것은 시스템이 제공하는 주요 이익 - 단지 무선 전원 상에 디바이스를 배치하는 편리함 - 을 상당히 손상시킨다. 신중한 설계로, 0.5W만큼 낮은 스탠바이 전력을 달성하는 것이 가능하다. 그러나, 이 수치가 더 감소되기를 바라는 요구가 있다. 전형적인 휴대폰 충전기는 일주일에 3시간 동안만 사용되고 나머지 시간은 스탠바이에서 소비할 수 있다. 충전 동안에 평균 4W를 소비하고 스탠바이 동안에 0.5W를 소비한다고 가정하면, 연간 에너지 소비는 휴대폰을 충전하는 데 0.624kWH이고 스탠바이에 있는 동안 4.38kWH일 것이다. 이것은 사용된 에너지와 비교하여 스탠바이에서 7배나 많은 에너지가 낭비된다는 것을 의미한다. 100M 유닛들(2007년 연간 휴대폰 판매의 10%)을 발송하는 효과는 대략 50MW의 전력 생성 용량이 단지 스탠바이를 지원하기 위해 사용됨을 의미할 것이다. 스탠바이에서 방치된 전자 디바이스들을 통한 에너지 낭비는 기후 변화에 기여할 수 있다는 인식이 증가하고 있다. 그 결과 스탠바이에 있는 동안에 전자 디바이스들의 전력 소비를 감소시키려는 시도들이 있다.
원격 제어를 이용하여 텔레비전 및 기타 가전 기구들의 스탠바이 전력을 감소시키는 것을 목표 삼은 몇 개의 디바이스들이 있었다(US6330175, WO2006106310). 그러나, 이것들은 무선 전력 시스템에 적용될 수 없다.
무선 전력 시스템들 외에, 다른 시스템들 예를 들면 비접촉식(contactless) 카드 시스템들도 스탠바이에서의 전력 낭비로 곤란을 겪고 있다.
본 발명은 무선 전원에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다.
전력 소비를 감소시키기 위한 방법의 일 실시예는 1차 유닛(primary unit)의 근접 내에 물체의 존재를 검출하는 단계, 존재의 검출에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계, 상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛에 근접하여 유효 2차 디바이스(valid secondary device)가 존재하는지를 결정하는 단계, 및 유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 결정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계를 포함한다.
전력 소비를 감소시키기 위한 방법의 다른 실시예는 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계, 상기 1차 유닛의 근접 내에 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출(draw)이 있는지를 검출하는 단계, 부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계, 상기 더 높은 레벨의 전력의 공급에 응답하여 상기 1차 유닛에 근접하여 유효 2차 디바이스가 존재하는지를 결정하는 단계, 및 유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 결정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계를 포함한다.
1차 유닛의 일 실시예는 제1 전력 입력, 제2 전력 입력, 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 서브회로, 스위치, 및 감지 회로를 포함한다. 상기 제1 전력 입력은 전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하고 상기 제2 전력 입력은 검출 모드 동안에 전력을 공급한다. 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공한다. 상기 스위치는 상기 제1 전력 입력을 상기 1차 서브회로에 선택적으로 연결하고 분리한다. 상기 감지 회로는 상기 제2의, 보다 낮은, 전력 입력에 의해 전력을 공급받고 상기 1차 유닛의 근접 내에 물체의 존재를 검출한다. 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시킨다. 따라서, 상기 1차 유닛은 전력 공급 모드 동안보다 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비한다.
1차 유닛의 다른 실시예는 전원 회로, 검출 회로, 상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하는 스위치, 및 제어 회로를 포함한다. 상기 전원 회로는 전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 전력을 전송한다. 상기 검출 회로는 검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근접 내에 물체의 존재를 검출한다. 상기 제어 회로는 검출 모드와 전력 공급 모드에서 상기 1차 유닛을 교대로 동작시킨다. 검출 모드 동안에, 상기 제어 회로는 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시킨다. 상기 1차 유닛은 전력 공급 모드보다 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비한다.
전력 소비를 감소시키기 위한 일 실시예는 검출 모드, 식별 모드, 및 전력 공급 모드에서 선택적으로 동작할 수 있는 1차 유닛을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근접 내에 물체의 존재를 검출하는 단계, 식별 모드 동안에 상기 물체를 식별하는 단계, 상기 전력 공급 모드 동안에 상기 2차 디바이스에 무선으로 전력을 공급하는 단계를 포함한다. 상기 검출 모드는 상기 1차 유닛의 적어도 일부에의 전력의 공급을 제한하는 단계, 상기 1차 유닛의 근접 내에 물체의 존재를 검출하는 단계, 및 상기 검출하는 단계에 의존하여 상기 검출 모드에 머무르거나 상기 식별 모드에 들어가는 단계를 포함한다. 상기 식별 모드는 상기 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하는 단계, 유효 2차 디바이스를 식별하면 상기 전력 공급 모드에 들어가는 단계, 및 유효 2차 디바이스를 식별하지 못하면 상기 검출 모드에 들어가는 단계를 포함한다. 상기 전력 공급 모드는 상기 검출 모드 동안보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 더 높은 레벨의 전력은 상기 1차 유닛이 무선 전원으로서 기능하기에 충분하다.
본 발명의 제1 양태에 따르면 1차 유닛으로부터 분리 가능한 2차 디바이스와 상호 작용할 수 있는 상기 1차 유닛에 의해 인출된 전력을 감소시키기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은 제1 모드 및 제2 모드를 갖고,
상기 제1 모드는,
상기 1차 유닛에의 전력의 공급을 막거나 제한하는 단계;
상기 1차 유닛에 근접하여, 물체들 또는 물체의 수, 유형, 위치 또는 거리의 변화를 검출하는 단계;
상기 변화를 검출하면, 제2 모드에 들어가는 단계를 포함하고;
상기 제2 모드는,
상기 제1 모드보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
2차 디바이스가 근접하여 존재하는지를 식별하는 단계;
상기 식별에 의존하여 상기 제2 모드에 머무르거나 상기 제1 모드에 들어가는 단계를 포함한다.
상기 제1 모드는 상기 제2 모드와는 다른 소스로부터의 전력을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 모드는 에너지 저장 엘리먼트로부터 전력을 획득할 수 있다. 상기 제2 모드는 2차 디바이스가 존재하지 않으면 상기 제1 모드에 들어갈 수 있다. 상기 제2 모드는 또한 상기 1차 유닛이 상기 2차 디바이스와 상호 작용해야 하는지를 결정하고 만일 아니라면 상기 제1 모드에 들어가는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 모드는 또한 상기 2차 디바이스 외에 물체들이 존재하는지를 결정하고 그 결과 상기 제1 모드에 들어갈 수 있다. 상기 검출 방법은 상기 식별 방법과 다를 수 있다. 상기 검출 방법 및/또는 식별 방법은 1차 코일의 인덕턴스 또는 인덕턴스의 변화를 결정할 수 있다. 예를 들면, 상기 검출 방법 및/또는 식별 방법은 상기 1차 코일에 연결된 발진기의 주파수를 측정하는 것에 의해 상기 인덕턴스 또는 인덕턴스 변화를 결정할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면 2차 디바이스와의 사이에 무선으로 전력 및/또는 정보를 전송하기 위해 사용되는 1차 유닛에 의해 인출된 전력을 감소시키기 위한 방법이 제공되고, 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능하고, 상기 방법은 제1 모드, 제2 모드, 및 제3 모드를 갖고,
상기 제1 모드는,
상기 1차 유닛에의 전력의 공급을 막거나 제한하는 단계;
상기 1차 유닛에 근접하여, 물체들 또는 물체의 수 또는 위치의 변화를 검출하는 단계;
상기 변화를 검출하면, 제2 모드에 들어가는 단계를 포함하고;
상기 제2 모드는,
상기 제1 모드보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
2차 디바이스가 근접하여 존재하는지를 식별하는 단계;
2차 디바이스가 존재하는 것을 식별하면 제3 모드에 들어가는 단계를 포함하고,
상기 제3 모드는,
상기 제1 모드보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 1차 유닛과 상기 2차 디바이스 사이에 전력 및/또는 정보를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 제1 모드는 상기 제2 모드 및/또는 제3 모드와는 다른 소스로부터 전력을 획득할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 모드 및/또는 제2 모드는 에너지 저장 엘리먼트로부터 전력을 획득할 수 있다. 상기 제3 모드는 상기 제2 모드보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급할 수 있다. 상기 제2 모드는 2차 디바이스가 존재하지 않으면 상기 제1 모드에 들어가고 2차 디바이스가 존재하면 상기 제3 모드에 들어갈 수 있다. 상기 제2 모드는 또한 상기 제3 모드에 들어가기 전에 상기 1차 유닛이 상기 2차 디바이스와 상호 작용해야 하는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 모드는 또한 상기 2차 디바이스 외에 물체들이 존재하는지를 결정하고 그 결과 상기 제1 모드에 들어갈 수 있다. 상기 제3 모드는 또한 상기 1차 유닛과 2차 디바이스가 전력 및/또는 정보의 전송을 완료한 것을 결정하고 상기 제1 또는 제2 모드에 들어갈 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면 제1 유닛으로부터 분리 가능한 제2 디바이스와 상호 작용할 수 있는 상기 제1 유닛에 의해 인출된 전력을 감소시키기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은 제1 모드 및 제2 모드를 갖고,
상기 제1 모드는,
전원으로부터 상기 제1 유닛으로의 전력의 공급을 막거나 제한하는 단계;
상기 전원으로부터 분리된, 에너지 저장 엘리먼트로부터 전력을 획득하는 단계;
2차 디바이스가 근접하여 존재하는지를 식별하는 단계;
2차 디바이스가 존재하는 것을 결정하면 제2 모드에 들어가는 단계를 포함하고,
상기 제2 모드는,
상기 전원으로부터 상기 1차 유닛으로 전력을 공급하는 단계를 포함한다.
상기 제1 모드는 그것이 2차 디바이스인지 아닌지를 식별하기 전에 물체가 근접하여 존재하는 것을 검출할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 모드는 추가로 상기 에너지 저장 엘리먼트를 재충전하기 위해 그것에 전력을 공급할 수 있다.
상기 에너지 저장 유닛이 미리 정해진 임계치 미만이 되면 상기 제2 모드로부터 들어가는 제3 모드가 또한 존재할 수 있고, 상기 모드는, 상기 에너지 저장 엘리먼트를 재충전하기 위해 그것에 전력을 공급하는 단계; 2차 디바이스가 근접하여 존재하는지를 검출하거나 식별하는 단계; 2차 디바이스가 존재하는 것을 검출하면 상기 제2 모드에 들어가는 단계; 상기 에너지 저장 유닛이 완전히 충전되면 상기 제1 모드에 들어가는 단계를 포함한다.
본 발명의 제4 양태에 따르면 2차 디바이스와의 사이에 무선으로 전력 및/또는 정보를 전송하기 위해 사용되는 1차 유닛에 의해 인출된 전력을 감소시키기 위한 방법이 제공되고, 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능하고, 상기 방법은 제1 모드 및 제2 모드를 갖고,
상기 제1 모드는,
전원으로부터 상기 제1 유닛으로의 전력의 공급을 막거나 제한하는 단계;
에너지 저장 엘리먼트로부터 전력을 획득하는 단계;
2차 디바이스가 근접하여 존재하는지를 검출하거나 식별하는 단계;
2차 디바이스가 존재하는 것을 결정하면 제2 모드에 들어가는 단계를 포함하고,
상기 제2 모드는,
상기 제1 모드보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 1차 유닛과 상기 2차 디바이스 사이에 전력 및/또는 정보를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 제1 모드는 그것이 2차 디바이스인지 아닌지를 식별하기 전에 물체가 근접하여 존재하는 것을 검출할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 모드는 추가로 상기 에너지 저장 엘리먼트를 재충전하기 위해 그것에 전력을 공급할 수 있다.
상기 에너지 저장 유닛이 미리 정해진 임계치 미만이 되면 상기 제2 모드로부터 들어가는 제3 모드가 또한 존재할 수 있고, 상기 모드는, 상기 에너지 저장 엘리먼트를 재충전하기 위해 그것에 전력을 공급하는 단계; 2차 디바이스가 근접하여 존재하는지를 검출하거나 식별하는 단계; 2차 디바이스가 존재하는 것을 검출하면 상기 제2 모드에 들어가는 단계; 상기 에너지 저장 유닛이 완전히 충전되면 상기 제1 모드에 들어가는 단계를 포함한다.
본 발명의 제5 양태에 따르면 1차 유닛으로부터 분리 가능한 2차 디바이스와 감소된 전력으로 상호 작용하기 위한 상기 1차 유닛이 제공되고, 상기 1차 유닛은,
상기 1차 유닛에 근접하여 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 유닛;
상기 검출 유닛에 의해 검출된 2차 디바이스를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 1차 유닛의 적어도 일부에의 전력을 공급을 중단하거나 제한하기 위해 동작 가능한 적어도 하나의 스위치를 포함하고,
상기 적어도 하나의 스위치는 상기 검출 유닛 및/또는 상기 식별 유닛에 의존하여 작동된다.
상기 검출 유닛은 상기 식별 유닛과 동일하거나 상기 식별 유닛으로부터 분리될 수 있다. 상기 식별 유닛은 동작하기 위해 상기 검출 유닛보다 더 많은 전력을 필요로 할 수 있다. 상기 식별 유닛은 상기 검출 유닛과 상이한 소스로부터 그것의 전력을 획득할 수 있다. 상기 검출 유닛 및/또는 식별 유닛은 에너지 저장 엘리먼트로부터 전력을 획득할 수 있다.
상기 1차 유닛에 전력을 공급하거나 상기 1차 유닛에의 전력의 공급을 증가시키도록 동작 가능한 제1 스위치 및 제2 스위치가 존재할 수 있고, 상기 제1 스위치는 상기 검출 유닛에 의해 활성화되고 상기 제2 스위치는 상기 식별 유닛에 의해 활성화된다.
본 발명의 제6 양태에 따르면 1차 유닛으로부터 분리 가능한 2차 디바이스와의 사이에 감소된 전력으로 전력 및/또는 정보를 전송하기 위한 상기 1차 유닛이 제공되고, 상기 1차 유닛은,
상기 1차 유닛에 근접하여 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 유닛;
상기 검출 유닛에 의해 검출된 2차 디바이스를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 1차 유닛의 적어도 일부에의 전력을 공급을 중단하거나 제한하기 위해 동작 가능한 적어도 하나의 스위치;
상기 1차 유닛과 상기 2차 디바이스 사이에 전력 및/또는 정보를 전송하기 위한 안테나를 포함하고,
상기 적어도 하나의 스위치는, 2차 디바이스가 전력 및/또는 정보 전송을 요구하지 않을 때 전력이 감소되도록, 상기 검출 유닛 및/또는 상기 식별 유닛에 의존하여 작동된다.
상기 안테나는 상기 검출 유닛 및/또는 상기 식별 유닛에 연결될 수 있다. 상기 검출 유닛은 상기 식별 유닛과 동일할 수 있다. 상기 검출 유닛은 상기 식별 유닛으로부터 분리될 수 있다. 상기 식별 유닛은 동작하기 위해 상기 검출 유닛보다 더 많은 전력을 필요로 할 수 있다. 상기 식별 유닛은 상기 검출 유닛과 상이한 소스로부터 그것의 전력을 획득할 수 있다. 상기 검출 유닛 및/또는 식별 유닛은 에너지 저장 엘리먼트로부터 전력을 획득할 수 있다. 상기 식별 유닛은 상기 검출 유닛과 상이한 소스로부터 그것의 전력을 획득할 수 있다.
상이한 레벨들에서 상기 1차 유닛에 전력을 공급하도록 동작 가능한 제1 스위치 및 제2 스위치가 존재할 수 있고, 상기 제1 스위치는 상기 검출 유닛에 의해 활성화되고 상기 제2 스위치는 상기 식별 유닛에 의해 활성화된다.
본 발명의 제7 양태에 따르면 1차 유닛으로부터 분리 가능한 2차 디바이스와 감소된 전력으로 상호 작용하기 위한 상기 1차 유닛이 제공되고, 상기 1차 유닛은,
외부 소스로부터 전력을 수신하기 위한 전력 입력;
에너지 저장 유닛;
2차 디바이스를 검출하고 및/또는 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전력 입력으로부터 상기 1차 유닛의 적어도 일부로의 전력의 공급을 중단하거나 제한하기 위해 동작 가능한 스위치를 포함하고,
상기 1차 유닛에 근접하여 2차 디바이스가 부재하는 경우에, 상기 스위치는 전력을 중단하거나 제한하도록 작동되고 상기 식별 유닛은 상기 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 공급받고;
상기 식별 유닛이 상호 작용을 요구하는 2차 디바이스를 확증하면, 상기 스위치는 상기 전력 입력으로부터의 전력의 공급을 허용하도록 작동된다.
상기 에너지 저장 엘리먼트는 상기 전력 입력으로부터 재충전될 수 있다.
본 발명의 제8 양태에 따르면 1차 유닛으로부터 분리 가능한 2차 디바이스와의 사이에 감소된 전력으로 전력 및/또는 정보를 전송하기 위한 상기 1차 유닛이 제공되고, 상기 1차 유닛은,
외부 소스로부터 전력을 수신하기 위한 전력 입력;
에너지 저장 유닛;
2차 디바이스를 검출하고 및/또는 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전력 입력으로부터 상기 1차 유닛의 적어도 일부로의 전력의 공급을 중단하거나 제한하기 위해 동작 가능한 스위치;
상기 1차 유닛과 상기 2차 디바이스 사이에 전력 및/또는 정보를 전송하기 위한 안테나를 포함하고,
상기 1차 유닛에 근접하여 2차 디바이스가 부재하는 경우에, 상기 스위치는 전력을 중단하거나 제한하도록 작동되고 상기 식별 유닛은 상기 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 공급받고;
상기 식별 유닛이 전력 및/또는 정보를 요구하는 2차 디바이스를 확증하면, 상기 스위치는 상기 전력 입력으로부터 상기 안테나로의 전력의 공급을 허용하도록 작동된다.
상기 에너지 저장 엘리먼트는 상기 전력 입력으로부터 재충전될 수 있다.
본 발명의 제9 양태에 따르면 1차 유닛과 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능한 2차 디바이스 사이에 전력 및/또는 정보를 전송하기 위한 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 1차 유닛 및 2차 디바이스를 포함하고,
상기 1차 유닛은,
상기 1차 유닛에 근접하여 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 유닛;
정보 또는 전력을 송신하고 및/또는 수신하기 위한 송수신기;
상기 1차 유닛의 적어도 일부에의 전력의 공급을 중단하거나 제한하기 위해 동작 가능한 적어도 하나의 스위치를 포함하고,
상기 2차 디바이스는,
정보 또는 전력을 송신하고 및/또는 수신하기 위한 송수신기를 포함하고,
상기 1차 유닛에 근접하여 전력 및/또는 정보를 요구하는 2차 디바이스가 없을 때, 상기 스위치는 전력을 중단하거나 제한하도록 작동되고;
상기 검출 유닛이 물체의 존재를 검출하면, 상기 1차 유닛은 존재할 수 있는 임의의 2차 디바이스로부터 정보를 수신하고;
상기 1차 유닛이 2차 디바이스가 존재하는 것을 결정하면, 상기 1차 유닛과 상기 2차 디바이스 사이에 전력 및/또는 정보가 교환된다.
본 발명의 제10 양태에 따르면 1차 유닛과 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능한 2차 디바이스 사이에 전력 및/또는 정보를 전송하기 위한 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 1차 유닛 및 2차 디바이스를 포함하고,
상기 1차 유닛은,
외부 소스로부터 전력을 수신하기 위한 전력 입력;
에너지 저장 유닛;
2차 디바이스를 검출하고 및/또는 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전력 입력으로부터 상기 1차 유닛의 적어도 일부로의 전력의 공급을 중단하거나 제한하기 위해 동작 가능한 스위치;
상기 1차 유닛과 상기 2차 디바이스 사이에 전력 및/또는 정보를 전송하기 위한 안테나를 포함하고,
상기 2차 디바이스는,
상기 1차 유닛과 상기 2차 디바이스 사이에 정보 또는 전력을 송신하기 위한 안테나를 포함하고;
상기 1차 유닛에 근접하여 2차 디바이스가 부재하는 경우에, 상기 스위치는 전력을 중단하거나 제한하도록 작동되고 상기 식별 유닛은 상기 에너지 저장 유닛으로부터 전력을 공급받고;
상기 식별 유닛이 전력 및/또는 정보를 요구하는 2차 디바이스를 확증하면, 상기 스위치는 상기 전력 입력으로부터 상기 안테나로의 전력의 공급을 허용하도록 작동된다.
본 발명의 제11 양태에 따르면 교류(AC) 메인즈 전기(mains electricity)를 직류(DC)로 변환하고 감소된 전력 소모로 외부 디바이스에 공급하기 위한 전원이 제공되고, 상기 전원은,
상기 메인으로부터 AC 전압을 수신하기 위한 전력 입력;
상기 AC 전압을 DC 전압으로 변환하기 위한 정류기;
상기 전력 입력 및 상기 정류기에 연결된 스위치;
상기 DC 전압을 상기 외부 디바이스에 공급하기 위한 전력 출력;
상기 AC 전압이 상기 정류기에 전달되는 것을 막도록 상기 스위치를 작동하기 위한 신호 입력을 포함하고,
외부 디바이스는 상기 전력 출력을 통해 DC 전력을 수신할 수 있고;
외부 디바이스는 상기 정류기에서 전력이 소모되는 것을 막도록 상기 신호 입력을 통해 상기 스위치를 동작시킬 수 있다.
상기 전원은 상기 정류기로부터의 상기 DC 전압을 상기 전원의 출력에서 상이한 DC 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 제12 양태에 따르면 유닛에 전력을 공급하기 위한 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 전원 및 유닛을 포함하고,
상기 전원은,
메인으로부터 AC 전압을 수신하기 위한 전력 입력;
상기 AC 전압을 DC 전압으로 변환하기 위한 정류기;
상기 전력 입력 및 상기 정류기에 연결된 스위치;
상기 DC 전압을 외부 디바이스에 공급하기 위한 전력 출력;
상기 AC 전압이 상기 정류기에 전달되는 것을 막도록 상기 스위치를 작동하기 위한 신호 입력을 포함하고,
상기 유닛은,
에너지 저장 엘리먼트;
신호 출력을 포함하고;
상기 유닛은 상기 전력 출력을 통해 DC 전력을 수신할 수 있고;
상기 외부 디바이스는 상기 정류기에서 전력이 소모되는 것을 막도록 신호 출력 및 신호 입력을 통해 상기 스위치를 작동할 수 있고,
상기 외부 디바이스는 상기 스위치가 상기 AC 전압이 상기 전달되는 것을 막도록 작동될 때 상기 에너지 저장 엘리먼트에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
본 발명의 제13 양태에 따르면 유닛의 전력 소비를 감소시키기 위한 액세서리가 제공되고, 상기 액세서리는,
동작 중에 상기 유닛의 입력 전원에 연결되는 스위치;
상기 유닛에 근접하여 디바이스 또는 물체의 근접을 검출하기 위한 센서를 포함하고,
상기 액세서리는 상기 센서에 의존하여 상기 스위치를 작동한다.
본 발명의 제14 양태에 따르면 미리 존재하는(pre-existing) 유닛의 전력 소비를 감소시키기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은,
상기 미리 존재하는 유닛의 입력 전원에 스위치를 추가하는 단계;
상기 미리 존재하는 유닛에 근접하여 디바이스 또는 물체를 검출하기 위한 센서를 상기 미리 존재하는 유닛에 추가하는 단계;
상기 센서에 의존하여 상기 스위치를 작동하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제15 양태에 따르면 1차 유닛으로부터 분리 가능한 2차 디바이스에 무선으로 전력 및/또는 정보를 공급하기 위한 상기 1차 유닛이 제공되고, 상기 1차 유닛은,
근접 센서;
전원과 상기 1차 유닛 사이에 연결된 스위치를 포함하고;
상기 스위치는 상기 근접 센서에 의존하여 작동되고;
상기 근접 센서에 의해 검출된 디바이스가 없을 때 상기 전원으로부터 상기 1차 유닛으로 실질적으로 전력이 전송되지 않는다.
본 발명의 제16 양태에 따르면 상기와 같은 임의의 1차 유닛 및 상기 1차 유닛으로부터 무선으로 전력 및/또는 정보를 수신할 수 있는 휴대용 디바이스를 포함하는 시스템이 제공된다.
모든 이들 양태들은 전체적인 전력 소비가 감소된다는 이점을 갖는다. 본 발명의 이러한 및 기타 목적들, 이점들, 및 특징들은 본 실시예의 설명 및 도면들을 참조하는 것에 의해 더 충분히 이해되고 바르게 인식될 것이다.
도 1은 종래 기술의 무선 전력 시스템의 예를 도시한다.
도 2는 초저전력 무선 전원의 실시예를 도시한다.
도 3은 1차 코일에의 전력의 예시 타이밍도를 도시한다.
도 4는 대표적인 감지 회로를 도시한다.
도 5는 비교기를 이용한 도 4의 감지 회로 구현을 도시한다.
도 6은 마이크로컨트롤러를 이용한 도 4의 감지 회로 구현을 도시한다.
도 7은 무선 전력 회로에 대한 대표적인 초저전력 회로 인터페이스를 도시한다.
도 8은 ULP 프로세서에 의해 실행되는 예시 상태 기계를 도시한다.
도 9는 도 8의 상태 기계의 예시 타이밍도를 도시한다.
도 10은 상보형 FET들에 의해 구동되는 싱글 코어 릴레이를 도시한다.
도 11은 마이크로컨트롤러 및 싱글 코어 릴레이를 이용한 도 4의 감지 회로 구현을 도시한다.
도 12는 초저전력 시스템의 개장 응용(retro-fit application)을 도시한다.
도 13은 제2 릴레이를 이용한 도 4의 감지 회로 구현을 도시한다.
도 14는 업그레이드를 위해 설계되지 않은 무선 전력 시스템의 예시 상태 기계를 도시한다.
도 15는 현존하는 DC 전원이 계속 유지되는 구현을 도시한다.
도 16은 대표적인 재충전 가능한 에너지 저장 유닛의 실시예를 도시한다.
도 17은 충전 회로로의 백 피드(back feed)를 막는 도 16의 구현을 도시한다.
도 18은 무선 전원 동작의 예시 흐름도를 도시한다.
도 19는 2개의 전력 상태가 존재하는 무선 전원 동작의 흐름도를 도시한다.
도 20은 도 19의 타이밍도를 도시한다.
도 21은 에너지 저장 유닛이 비교적 긴 재충전을 필요로 하는 동작의 예시 흐름도를 도시한다.
도 22는 에너지 저장 유닛이 또한 메인 회로에 전력을 공급하는 도 2의 대안을 도시한다.
도 23은 단일 프로세서가 ULP 및 메인 회로 기능들을 수행하는 도 2의 대안을 도시한다.
도 24는 추가적인 감지 인덕터를 이용한 대표적인 감지 회로를 도시한다.
도 25는 인덕턴스 변화를 결정하기 위해 행해진 개별 측정들을 예시하는 흐름도를 도시한다.
도 26은 마이크로컨트롤러를 이용한 도 4의 감지 회로를 도시한다.
도 27은 도 26의 회로의 예시적인 동작을 도시한다.
도 28은 피크 검출기를 이용한 대표적인 감지 회로를 도시한다.
도 29는 위상 검출 회로를 이용한 대표적인 감지 회로를 도시한다.
도 30은 1차 코일과 직렬로 커패시터를 이용한 감지 회로들을 갖는 무선 전원의 실시예를 도시한다.
도 31은 DC 전력 입력을 갖는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 32는 스마트 전원을 갖는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 33은 개별 저장 엘리먼트가 사용되지 않는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 34는 전력 입력이 DC인 도 33의 실시예를 도시한다.
도 35는 감지 회로가 사용되지 않는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 36은 다수의 1차 코일이 있는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 37은 액티브 1차 코일들의 조합을 허용하는 도 36의 실시예를 도시한다.
도 38은 DC 전원의 원격 제어를 허용하는 도 37의 실시예를 도시한다.
도 39는 DC 전원의 원격 제어를 허용하는 도 36의 실시예를 도시한다.
도 40은 근접 센서를 이용한 도 2의 실시예를 도시한다.
도 41은 보조 메인즈 출력을 갖는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 42는 보조 회로의 원격 제어를 갖는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 43은 원격 제어에의 직접 액세스를 감지 회로에 제공하는 도 42의 실시예를 도시한다.
도 44는 다른 전자 디바이스에 통합된 도 2의 실시예를 도시한다.
도 45는 다른 전자 디바이스에 통합된 도 2의 실시예를 도시한다.
도 46은 RFID(radio frequency identification)를 이용한 도 2의 실시예를 도시한다.
도 2는 초저전력 무선 전원의 실시예를 도시한다.
도 3은 1차 코일에의 전력의 예시 타이밍도를 도시한다.
도 4는 대표적인 감지 회로를 도시한다.
도 5는 비교기를 이용한 도 4의 감지 회로 구현을 도시한다.
도 6은 마이크로컨트롤러를 이용한 도 4의 감지 회로 구현을 도시한다.
도 7은 무선 전력 회로에 대한 대표적인 초저전력 회로 인터페이스를 도시한다.
도 8은 ULP 프로세서에 의해 실행되는 예시 상태 기계를 도시한다.
도 9는 도 8의 상태 기계의 예시 타이밍도를 도시한다.
도 10은 상보형 FET들에 의해 구동되는 싱글 코어 릴레이를 도시한다.
도 11은 마이크로컨트롤러 및 싱글 코어 릴레이를 이용한 도 4의 감지 회로 구현을 도시한다.
도 12는 초저전력 시스템의 개장 응용(retro-fit application)을 도시한다.
도 13은 제2 릴레이를 이용한 도 4의 감지 회로 구현을 도시한다.
도 14는 업그레이드를 위해 설계되지 않은 무선 전력 시스템의 예시 상태 기계를 도시한다.
도 15는 현존하는 DC 전원이 계속 유지되는 구현을 도시한다.
도 16은 대표적인 재충전 가능한 에너지 저장 유닛의 실시예를 도시한다.
도 17은 충전 회로로의 백 피드(back feed)를 막는 도 16의 구현을 도시한다.
도 18은 무선 전원 동작의 예시 흐름도를 도시한다.
도 19는 2개의 전력 상태가 존재하는 무선 전원 동작의 흐름도를 도시한다.
도 20은 도 19의 타이밍도를 도시한다.
도 21은 에너지 저장 유닛이 비교적 긴 재충전을 필요로 하는 동작의 예시 흐름도를 도시한다.
도 22는 에너지 저장 유닛이 또한 메인 회로에 전력을 공급하는 도 2의 대안을 도시한다.
도 23은 단일 프로세서가 ULP 및 메인 회로 기능들을 수행하는 도 2의 대안을 도시한다.
도 24는 추가적인 감지 인덕터를 이용한 대표적인 감지 회로를 도시한다.
도 25는 인덕턴스 변화를 결정하기 위해 행해진 개별 측정들을 예시하는 흐름도를 도시한다.
도 26은 마이크로컨트롤러를 이용한 도 4의 감지 회로를 도시한다.
도 27은 도 26의 회로의 예시적인 동작을 도시한다.
도 28은 피크 검출기를 이용한 대표적인 감지 회로를 도시한다.
도 29는 위상 검출 회로를 이용한 대표적인 감지 회로를 도시한다.
도 30은 1차 코일과 직렬로 커패시터를 이용한 감지 회로들을 갖는 무선 전원의 실시예를 도시한다.
도 31은 DC 전력 입력을 갖는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 32는 스마트 전원을 갖는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 33은 개별 저장 엘리먼트가 사용되지 않는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 34는 전력 입력이 DC인 도 33의 실시예를 도시한다.
도 35는 감지 회로가 사용되지 않는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 36은 다수의 1차 코일이 있는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 37은 액티브 1차 코일들의 조합을 허용하는 도 36의 실시예를 도시한다.
도 38은 DC 전원의 원격 제어를 허용하는 도 37의 실시예를 도시한다.
도 39는 DC 전원의 원격 제어를 허용하는 도 36의 실시예를 도시한다.
도 40은 근접 센서를 이용한 도 2의 실시예를 도시한다.
도 41은 보조 메인즈 출력을 갖는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 42는 보조 회로의 원격 제어를 갖는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 43은 원격 제어에의 직접 액세스를 감지 회로에 제공하는 도 42의 실시예를 도시한다.
도 44는 다른 전자 디바이스에 통합된 도 2의 실시예를 도시한다.
도 45는 다른 전자 디바이스에 통합된 도 2의 실시예를 도시한다.
도 46은 RFID(radio frequency identification)를 이용한 도 2의 실시예를 도시한다.
도 1은 전자기 유도를 이용하는, 무선 전력 시스템(100)의 예를 도시한다. 전력을 획득하고 이 전력을 휴대용 디바이스(104)에 전송하는 무선 전원(102)이 있다. 충전기는 메인으로부터 AC 전기 입력을 획득한다. 이것은 메인즈 정류기(106)를 이용하여 정류되어 DC 전력을 생성한다. 이 DC 전력은 DC-DC 컨버터(108)를 이용하여 보다 낮은 전압으로 하향 변환된다(down-converted). 하향 변환된 전압은 인버터(110)를 구동하기 위해 사용된다. 인버터(110)는, 커패시터(114) 및 1차 코일(112)을 포함하는, 탱크 회로에 인가되는 AC 전압을 생성한다. 휴대용 디바이스(104)는 2차 코일(116), 및 때때로 공진 커패시터(116)를 갖고, 이것은 1차 코일(112)에 결합되어 전압을 생성한다. 이 전압은 정류기(120)로 정류되고 부하(124)에 공급하기 위해 DC/DC 컨버터(122)를 사용하여 보다 낮은 전압으로 하향 변환된다. 부하(124)는 휴대용 디바이스(104)의 전력 요구 부품들을 나타내고, 예를 들면 배터리 및 충전 회로를 포함한다. 무선 전원(102)에는 제어 엘리먼트(126)가 있다. 이것은 DC/DC 컨버터(108)를 조정하여 코일 전압을 조절하고 인버터(110)를 위한 펄스 폭 변조된 신호들을 생성하기 위해 이용된다. 그것은 또한 디바이스 검출을 위해 그리고 동작에 악영향을 미칠 수 있는 이질적인 물체의 존재를 검출하기 위해 사용될 수 있다.
다음의 실시예 설명들은 설명되는 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니라, 숙련된 당업자가 본 발명을 실시하고 이용하는 것을 가능하게 하려는 것이다. 같은 참조 번호들은 도면들의 전체에 걸쳐서 유사한 컴포넌트들을 지시하기 위해 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 무선 전원(200)을 도시한다. 이 실시예는 메인즈 정류기(218), DC/DC 컨버터(216), 인버터(210), 커패시터(214), 1차 코일(212), 및 제어 유닛(208)을 포함한다. 이 실시예는 또한 스위치 SW1(202), 에너지 저장(204) 및 감지 회로(206)를 포함한다. 무선 전원 또는 1차 유닛(200)이 (여기서 '초저전력(Ultra Low Power)' 또는 ULP 모드로 알려진) 스탠바이에 있을 때, SW1(202)은 열리고, 이에 따라 메인으로부터 전력이 인출되지 않는다. 초저전력 모드에서, 유일한 전력 인출 엘리먼트는 감지 회로(206)이다. 감지 회로(206)는 에너지 저장 엘리먼트(204)로부터 그것의 전력을 획득한다. 감지 회로(206)는 무선 전원(200)의 근접에 물체가 배치되는 때(또는 무선 전원(200)의 근접으로부터 제거되는 때)를 검출하지만, 그 물체가 유효 2차 디바이스와 같은 정당한 물체인지 여부를 결정하지 않고, 그것이 전력을 요구하는지 여부도 결정하지 않는다. 만일 감지 회로(206)가 무선 전원(200) 상에(또는 무선 전원(200)에 근접하여) 물체가 배치된 것을 결정하면, SW1(202)은 닫혀 무선 전원(200) 내의 회로들이 전력을 수신하도록 허용한다. 옵션으로, 에너지 저장 엘리먼트(204)는 SW1(202)이 닫힌 때 재충전되도록 전력을 획득할 수 있다. 그때 무선 전원(200) 내의 제어 엘리먼트(208)는 ⅰ) 유효 디바이스가 존재하는지, ⅱ) 유효 디바이스가 존재한다면 그것이 전력을 요구하는지, ⅲ) 이질적인 물체가 존재하는지를 결정한다. 만일 전력을 요구하는 유효 디바이스가 존재하고 이질적인 물체가 존재하지 않는다면, 제어 유닛(208)은 휴대용 디바이스(도시되지 않음)에 전력을 전달하기 위해, 1차 코일(212) 및 커패시터(214)를 포함하는, 탱크 회로에 전류를 공급하도록 인버터(210)를 활성화할 것이다.
이질적인 물체는 여기에 참고로 통합되는 GB2414121에 개시된 방법을 이용하여 검출될 수 있다. 만일 유효 디바이스가 검출된다면, 그것은 그것의 전력 요구를 무선 전원(200)에 전달한다. 무선 전원(200)은 1차 코일(212)로부터 인출되는 전력을 측정하고 그것을 상기 디바이스에 의해 전달된 전력 요구와 비교한다. 일 실시예에서, 2개의 값들 사이에 상당한 차이가 없다면 무선 전원(200)은 유효 디바이스가 존재하고 이질적인 물체는 존재하지 않는다고 결정하고 따라서 상기 디바이스에 최대 전력(full power) 전달을 가능하게 한다.
이러한 구성의 하나의 이점은 감지 회로(206)가 매우 낮은 전력을 소비하도록 만들어질 수 있다는 것인데, 이는 그것이 인덕턴스의 변화가 일어났는지를 결정하는 것보다 더 복잡한 어떤 것도 할 필요가 없기 때문이다. 인덕턴스 변화 임계치는 높은 감도를 얻기 위해 비교적 낮게 설정될 수 있다. 무선 전원(200) 내의 제어 유닛(208)이 최대 전력을 전달하기 전에 옵션으로 유효 디바이스가 존재하는 것을 확인할 것이기 때문에, 거짓 트리거(false trigger)는 전력 소비에 극적인 영향을 미치지 않을 것이다. 일반적으로, 인덕턴스 변화를 감지하기 위한 전류는 휴대용 디바이스에 전력을 전송하기 위한 전류보다 훨씬 더 낮고 따라서 상당한 절전이 가능하다. 이들 스위치들은 감지 회로(206)를 분리시키고 손실을 최소화하도록 구성될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 또한 블로킹 다이오드 및 다양한 스위치 회로를 이용한 대안들은 최소의 손실을 갖는 대안 해법을 제공할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
도 3은 1차 코일(212)에 전달되는 전력의 예시 타이밍도를 도시한다(일정한 비례는 아님). 도 3(a)는 시점 A에서 무선 전원(200) 상에 이질적인 물체가 배치되는 경우의 예를 도시한다. 주기적으로, 감지 회로(206)는 이전의 측정 이후에 인덕턴스 변화가 일어났는지를 알기 위해 파워 업한다. 무선 전원(200) 상에 이질적인 물체가 배치된 후에, 다음 감지 시점 B에서 인덕턴스 변화가 검출될 것이다. 이것은 시스템이 메인을 연결하도록 유발할 것이다. 시점 C에서, 시스템은 그것이 유효 디바이스인지, 그것이 전력을 요구하는지 및 이질적인 물체들이 존재하는지를 알기 위해 확인할 것이다. 물체가 이질적인 것일 때, 시스템은 파워 업하지 않을 것이고, 초저전력 모드에 머무를 것이다. 다음 감지 시점 D에서, 인덕턴스는 이질적인 물체가 여전히 거기에 있기 때문에 시점 B에서의 인덕턴스와 동일할 것이다. 따라서 인덕턴스 변화가 관찰되지 않을 것이고 시스템은 초저전력 모드에 머무를 것이다. 그것은 다음 인덕턴스 변화까지 초저전력 모드에 머무를 것이다. 물체가 제거될 때, 이것은 다른 인덕턴스 변화를 초래할 것이고 시스템은 다시 유효 디바이스를 찾을 것이다.
도 3(b)는 시점 E에서 무선 전원(200) 상에 유효 디바이스가 배치되는 경우의 예시 타이밍도를 도시한다. 다음 감지 시점(시점 F)에서, 무선 전원(200)은 인덕턴스 변화를 검출하고, 메인을 연결하고 시점 G에서 유효 디바이스를 찾을 것이다. 그것은 유효 디바이스가 존재한다고 결정할 것이다. 그 결과 시점 H에서 시스템은 휴대용 디바이스에 최대 전력을 전달할 것이다. 디바이스가 완전히 충전될 때, 제어 유닛(208)은 더 이상의 전력이 요구되지 않는다고 결정하고 시스템을 초저전력 모드에 둘 것이다(전력을 요구하는 다른 유효 디바이스가 없다면). 디바이스를 제거하는 것은 감지 회로(206)를 트리거할 것이지만, 전력을 요구하는 유효 디바이스가 무선 전원(200) 상에 배치될 때만 최대 전력이 전달될 것이다. 시스템은 이질적인 물체 및 유효 디바이스 양자 모두가 동시에 배치되는 경우에 작동할 수 있다는 것에 유의해야 한다. 그것은 또한 다수의 이질적인 물체들이 동시에 배치되지만 상이한 시간에 제거되고 반대로 다수의 이질적인 물체들이 상이한 시간에 배치되지만 동일한 시간에 배치되는 경우에 작동할 수 있다.
도 3(c)는 전력을 수신하는 디바이스가 존재하고 그 후에 이 디바이스가 더 이상 전력을 요구하지 않는 경우(예를 들면 그것이 완전히 충전되었기 때문에 또는 그 디바이스가 제거되었기 때문에)의 예시 타이밍도를 도시한다. 시점 I에서 무선 전원(200)은 존재하는 디바이스(또는 디바이스들)에 전력을 전달하고 있다. 시점 J에서 시스템은 이제 전력을 요구하는 디바이스가 없다고 결정하고 따라서 전력 전달을 중단한다. 시점 K에서, 시스템은 캘리브레이션(calibration) 인덕턴스 측정을 수행한다. 이것은 감지 회로(206)를 트리거하기 위하여 후속의 측정들과 비교될 인덕턴스 측정이다. 이것은 캘리브레이션 측정이 유효한 것이고 사기 측정(rogue measurement)이 아닌 것을 확인하는 것이 중요하기 때문에 통상의 측정보다 더 오래 걸릴 수 있다. 시점 L에서 시스템은 유효한 디바이스가 존재하는지를 결정하기 위해 다른 체크를 하는데, 이는 캘리브레이션 측정이 행해지기 바로 전에 유닛 상에 디바이스가 배치되었을 수 있기 때문이다. 디바이스가 검출되지 않았다고 가정하여, 시점 M에서 시스템은 근접하여 배치되는 다른 디바이스를 감지하기 위해 저전력 인덕턴스 측정이 주기적으로 행해지는 초저전력 상태로 들어간다.
도 4는 감지 회로(206)를 구현하는 하나의 방법을 도시한다. 이 실시예에서, 감지 회로(206)는 인덕턴스 변화를 검출하기 위해 가변 주파수 발진기를 이용한다. 감지 회로(206)는 발진기(402)를 갖고, 이 발진기의 주파수는 부분적으로 외부 인덕턴스에 의해 결정된다. 이 외부 인덕턴스는 1차 코일(212)에 의해 제공된다. 만일 1차 코일(212)이 접지에 연결된 하나의 단부를 갖는다면, 인덕터가 접지 연결되는 발진기 토폴로지를 이용하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 1차 코일(212)이 단일 스위치를 이용하여 감지 회로(206)에 연결되는 것을 가능하게 한다. 1차 코일(212)을 감지 회로(206)에 직접 연결하기보다, 1차 코일(212)은 (예를 들면 1차 코일(212) 리드(lead) 주위의 권선들(winding turns)에 의해) 유도 결합되거나 또는 외부 커패시터 또는 커패시턴스를 이용하여 용량 결합될 수 있다. 도 4에 도시된 예에서, 코일(212) Lp는 SW3(404)를 통해 발진기(402)에 연결된다. 발진기(402)의 출력은 마이크로프로세서 유닛(MPU)(406)의 디지털 입력에 연결된다. 발진기(402)는 디지털, 사인 곡선 또는 다른 출력을 가질 수 있다. 그러나, 만약 디지털이 아닌 출력이 이용된다면, 이 신호는 MPU(406)에 앞서 디지털 신호로 변환될 수 있다(예를 들면 비교기를 이용하여). 출력의 형태에 상관없이, 불필요한 고조파들이 전자기 간섭의 원인이 되는 것을 막기 위해, 인덕터에 사인 곡선 신호가 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인덕터 코일은 넓은 주파수 범위에 걸쳐서 방사할 수 있다. MPU(406)는 신호의 주파수를 측정하는 것에 의해 인덕턴스의 상대 측정을 한다. 이것은 MPU(406) 내의 내부 카운터들을 이용하고 정의된 시간 간격 내에 펄스들의 수를 카운트하는 것에 의해 달성된다.
도 5는 비교기(502)에 기초한, 발진기(402)의 한 유형을 이용한 감지 회로(206)를 도시한다. 이러한 유형의 발진기(402)는 잘 알려져 있다. 예를 들면 http://ironbark.bendigo.latrobe.edu.au/~rice/lc/index2.html을 참조한다. 이러한 유형의 발진기(402)에서, 액티브 컴포넌트는 비교기(Comp)(502)이고 이것은 비반전(+I/P) 입력이 반전(-I/P)보다 더 크면 최대 출력을 제공하고 그렇지 않으면 최소 출력(통상적으로 0V 또는 마이너스 전원(negative supply)에 가까움)을 제공한다. 주파수는 Lp(212) 및 C1에 의해 제공된 공진 LC 탱크에 의해 결정된다. C1은 LC 회로의 공진 주파수 1/(2π√(LC))가 마이크로프로세서의 주파수 입력 범위 사이의 중간쯤이도록 선택되고 코일로부터 불필요한 방사가 없도록 충분히 낮을 수 있다. 예를 들면, 1차 코일(212)이 60μH의 인덕턴스를 갖는다면 대략 2nF의 C1의 값은 460kHz의 공진 주파수를 생성한다. 2nF 값은 병렬로 2개의 1nF 커패시터를 이용하여 실현될 수 있다. 많은 마이크로프로세서들은 1MHz 주파수의 입력들을 허용하고, 따라서 이것은 넓은 범위의 주파수 변화를 생성한다. 공진 주파수는 전형적으로 그것이 페라이트(ferrite) 또는 페라이트와 유사한 특성을 갖는 재료를 포함하는 경우에 그것 위에 유효 디바이스가 배치될 때 감소될 것이다. 예를 들면, 디바이스는 페라이트 코어를 가질 수 있고 또는 디바이스는 보다 높은 포화 특성을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 그러나 금속 물체들은 주파수를 증가시키는 경향이 있을 것이다. 물체들 및 디바이스들에 의해 초래된 인덕턴스 변화를 허용하는 것 외에, 코일과 C1 양자 모두의 컴포넌트 공차(component tolerances)에 대처하기 위해 넓은 주파수 범위가 이용 가능하다. 그것은 또한 뒤에 명백해지는 바와 같이 다중 코일 시스템들에서 유용할 수 있다.
탱크 회로는 커패시터 C2를 통해 비반전 입력에 연결된 AC이다. C2의 값은 AC 신호들에 대하여 낮은 임피던스를 제공하기 위해 커야 한다. 그러나 큰 커패시터는 더 많은 공간을 차지하고 더 많은 비용이 든다. 일 실시예에서, 양호한 절충안은 100nF인데, 이것이 값싸고 작은 비전해 세라믹 커패시터가 사용될 수 있게 하기 때문이다. 저항들 R1 및 R2 사이에 형성된 분압기(potential divider)를 통해 비반전 입력에 DC 바이어스가 제공된다. R1 및 R2는 전원 레일들(supply rails) 사이의 중간쯤에 비반전 입력을 바이어스시키기 위해 대략 같아야 한다. 그것들은 전원 레벨들 사이의 바이어스 전류를 감소시키기 위해 커야 하는데, 이는 그 바이어스 전류가 전력 소비로 귀결될 것이기 때문이다. 그러나 그것들은 비교기(502)의 입력 임피던스에 관하여 작을 수 있다. 절충안은 R1=R2=100k를 만드는 것이다. 이것은 입력 임피던스보다 10배 작아야 한다. 3V 전원을 사용하면 이것은 바이어스 저항들에서 겨우 15μA 전류(45μW의 전력 손실)로 귀결될 것이다. 과도 상태 성능을 개선할 수 있는 저항 R4(전형적으로 100k)에 의해 추가적인 포지티브 피드백이 제공된다. R3에 의해 DC 네거티브 피드백이 제공되고 반전 입력을 전원 레일들 사이의 중간쯤의 비반전 입력과 동일한 DC 값으로 가져온다. 커패시터 C3는 의사 잡음(spurious noise)을 막기 위해 반전 입력과 접지 사이에 AC 단락 회로를 제공한다. C3는 C2와 유사한 이유로 100nF의 값을 가질 수 있다.
발진기(402)는 고이득 비교기(502)에의 입력에서 의사 잡음으로부터 시작할 것이다. LC 탱크 회로를 가로지르는 신호는 사인 곡선일 것이다. 그러나 비교기로부터의 출력은 디지털일 것이고, 이에 의해 마이크로프로세서 유닛(MPU)(406) 디지털 입력(OSC I/P)에의 직접 접속을 가능하게 한다. MPU(406), 비교기(502) 및 바이어스 저항들에 대한 전원은 에너지 저장 유닛(204)으로부터 제공된다. MPU(406)는 OSC I/P가 그것의 내부 카운터에 연결되도록 구성된다. MPU(406)는 카운터를 리셋하고 특정한 미리 정해진 시간 기간 동안 대기한다. 그 시간 기간의 끝에, MPU(406)는 카운터를 판독하고 이 값을 지시된 인덕턴스 측정으로서 사용한다. MPU(406)는 처음에 측정을 취하고 그것을 저장할 것이다. 그것은 처음 측정과 충분히 달라서 (잡음과는 대조적으로) 인덕턴스 변화가 일어난 것을 나타내는 측정이 취해질 때까지 주기적으로 측정을 취할 것이다. 그 후 감지 회로(206)는 외부 스위치(들)를 제어하기 위해 그것의 출력들을 적절히 변경하는 것에 의해 이 인덕턴스 변화에 응답할 것이다.
이러한 유형의 발진기(402)의 이점은 그것이 비교기(502)의 고이득 때문에 빠르게 시동하고 또한 넓은 주파수 범위 및 넓은 전원 전압 범위에 걸쳐 발진할 수 있다는 것이다. 이 뒤의 특징이 중요한데, 이는 대부분의 에너지 저장 기술들이 전형적으로 시간에 걸쳐서 전압이 감소하고 넓고 낮은 전압 범위에 걸쳐서 동작할 수 있는 것은 에너지 저장 엘리먼트가 재충전되거나 대체되기 전에 유닛이 동작할 수 있는 시간 기간을 증가시킬 수 있기 때문이다.
도 6은 감지 회로의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 특정한 마이크로프로세서(602), Microchip®에 의해 제조된 PIC16F506을 사용한다. 다른 제조업체들로부터의 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서를 사용하여 유사한 구현들이 가능하다. PIC16F506은 도 5의 외부 커패시터(Comp)(502)를 대체하기 위해 사용될 수 있는 내부 비교기를 갖는다. 이것은 시스템의 사이즈 및 비용에서 상당한 감소를 가능하게 한다. 기본적인 발진기 회로는 도 4와 동일하고 동일한 컴포넌트 값들이 사용될 수 있다. 바이어스 저항 R1을 플러스 전원에 연결하는 대신에, 그것은 PIC(바이어스)로부터의 디지털 출력에 연결된다. 이 출력은 이용 가능한 디지털 출력들 중 임의의 것, 예를 들면 RC0로서 구성될 수 있다. PIC는 25mA까지 소싱할 수 있고 따라서 15μA를 공급하는 것은 충분히 그것의 능력 안에 있다. 이것은 발진기가 사용되지 않을 때 PIC가 바이어스를 오프로 스위칭하는 것을 허용하고, 이에 의해 전력 소비의 상당한 감소를 제공한다. 메인(Mains)을 스위칭하고 또한 코일을 스위칭하기 위해 단일 릴레이(604)가 사용된다. 적당한 릴레이(604)는 파나소닉 DE2BL2-3V이다. 이 릴레이(604)는 2개의 접점(x1, x2)을 갖는다. "세트" 상태에서 접점(x1)은 연결되고 접점(x2)은 분리되고; "리셋" 상태에서 접점(x1)은 분리되고 접점(x2)은 연결된다. 릴레이(604)는 2개의 코일(y1, y2)을 갖는다. (2.25V 내지 3.75V 및 약 10-100ms 지속 기간의) 펄스가 y1에 인가될 때, 릴레이(604)는 "세트" 상태에 들어간다. 유사한 펄스가 y2에 인가될 때, 릴레이(604)는 "리셋" 상태에 들어간다. 릴레이(604)는 세트 또는 리셋 상태에서 래칭하고 무기한 거기에 머무를 수 있다. 이것은 릴레이(604)가 그것이 스위칭되는 때의 매우 짧은 순간들을 제외하고 전력을 소비하지 않는다는 이점을 갖는다. 이것은 릴레이(604)는 일반적으로 초저전력 상태에서 전력 소비를 더하지 않는다는 것을 의미한다. 접점 x1은 무선 전력 시스템에 공급하는 메인즈 라이브 입력 라인(mains live input line)과 직렬로 배치되고 시스템이 초저전력 상태에 있을 때 메인을 분리하기 위해 사용된다. 접점 x2는 도 5의 스위치 SW3(404)를 대체하기 위해 사용되고 시스템이 초저전력 모드에 있을 때 코일에서 스위칭하기 위해 사용된다.
일 실시예에서, MPU(406)는 그것의 전원이 고갈되지 않는 것을 보증한다. 이용 가능한 전력을 결정하는 간단한 방법은 입력 전압을 측정하는 것인데, 이는 입력 전압은 전형적으로 에너지가 고갈될 때 감소하기 때문이다. 이것은 에너지 저장 엘리먼트(204)로부터 직접 MPU(406)에 전력을 공급하는 것에 의해 달성될 수 있다. PIC16F506에는 입력 전압원에 참조되는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)가 있다. 또한 ADC를 캘리브레이트하기 위해 내부에서 생성된 0.6V 기준 전압이 있다. 0.6V 기준을 판독하도록 ADC를 구성함으로써 전원의 전압을 결정하는 것이 가능하다. 예를 들면, PIC16F506은 아래로 2V 전원까지 동작하지만, 전형적으로 발진기의 확실한 동작을 보증하기 위해 2.6V의 전원이 사용된다. 그러므로, 예를 들면, 부족전압(undervoltage) 조건을 결정하기 위해 2.8V의 임계치가 적절할 수 있다. ADC 컨버터는 8개 비트(256개 레벨)를 갖고, 따라서 2.8V의 전원에서, 0.6V 기준은 (0.6/2.8)*256=54를 판독해야 한다. 만일 판독치가 54를 초과하면, 그것은 전력이 2.8V 아래로 떨어졌다는 지시이다. 만일 시스템이 재충전 가능한 배터리를 갖고 있다면 그것은 부족전압 조건이 결정될 때 그것을 재충전하기 위해 소정의 시간 기간 동안 파워 업할 수 있다. 만일 시스템이 재충전 가능한 배터리를 갖고 있지 않다면 그것은 배터리의 교체가 필요하다는 것을 사용자에게 알리기 위해 단순히 LED를 밝힐 수 있다. 어느 쪽의 경우이든 시스템은 무선 전원 유닛(200)이 계속해서 동작하도록 부족전압 조건 동안에 전원이 켜질 수 있다.
일 실시예에서, 만일 MPU(406)가 그것의 전원에서 전압 조절기를 채용한다면(예를 들면, 에너지 저장 유닛(204)이 폭넓게 변화하는 출력 전압을 갖는다면), 부족전압 조건은 에너지 저장(204) 출력 전압에 걸쳐서 분압기를 형성하기 위해 2개의 낮은 공차 저항들(전형적으로 1% 미만)을 이용하는 것에 의해 결정될 수 있다. 만일 MPU(406) 상에 이용 가능한 입력 핀이 없다면 바이어스 네트워크(R1, R2)가 사용될 수 있다. 정확한 바이어스 전압은 발진기(402)에 대하여 결정적이지 않고 따라서 바이어스 저항들은 조절된 전압(R1 및 R2의 비율이 조정될 수 있다)보다는 에너지 저장(204) 출력에 연결될 수 있다. 발진기(402)가 오프로 스위칭될 때(비교기들(502, 602)을 오프로 스위칭하는 것에 의해), 비반전 입력은 바이어스 전압이 판독될 수 있도록 아날로그 입력이도록 일시적으로 재구성될 수 있다.
릴레이(604)는 MPU(406)로부터의 디지털 출력들 OP1 및 OP2에 의해 제어된다. 디지털 출력들은 y1 또는 y2를 선택적으로 펄싱하도록 트랜지스터들 Q1 및 Q2를 제어한다. 이것들은 이용 가능한 디지털 출력 핀들 중 임의의 것이 되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, OP1은 RC1으로서 구성될 수 있고 OP2는 RC2로서 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 디지털 출력 핀들은 릴레이들을 활성화하기 위해 충분한 전류를 소싱하거나 싱킹할 수 없다. 외부 트랜지스터들이 채용될 수 있다. MOSFET, JFET, 또는 다른 유형의 트랜지스터가 채용될 수 있다. 일 실시예에서 릴레이들이 스위칭되지 않을 때 전력 소비를 최소화하기 위해 매우 높은 오프-저항을 갖는 트랜지스터가 선택된다. 이 예에서는 NMOS 디바이스들이 선택되지만, PMOS 디바이스들이 선택될 수도 있다. (PMOS 디바이스들은 릴레이 코일들이 접지 연결되게 할 수 있고 이는 신뢰성을 개선할 수 있고, 그 예는 뒤에 도 13에서 예시된다). 코일에서 생성된 임의의 백 emf(back emf)에 대한 귀환 경로를 생성하기 위해 다이오드들 D1 및 D2가 사용된다. OP1은 트랜지스터 Q1의 게이트에 연결되고 OP2는 트랜지스터 Q2의 게이트에 연결된다. Q1 및 Q2의 소스들은 접지에 연결된다. Q1의 드레인은 코일 y1에 연결되고 Q2의 드레인은 y2에 연결된다. 2개의 코일 사이의 공통의 연결부는 플러스 전원에 연결된다. 또한 메인 프로세서에 정보를 전송하기 위한 출력 포트 및 메인 프로세스로부터 정보를 수신하기 위한 입력 포트가 존재한다. 대안적으로 단일 양방향 포트가 사용될 수 있다.
도 7은 초저전력 회로(700)가 메인즈 무선 전력 회로(704)와 어떻게 상호 작용하는지를 예시한다. 초저전력 회로(700)는 에너지 저장 유닛(204) 및 감지 회로(206)를 포함한다. 감지 회로(206)는 이 실시예에서 ULP 프로세서(702)라고 불리는 마이크로프로세서를 포함한다. 메인 회로(704)는 무선 전력 전송을 위한 컴포넌트들을 포함한다(이 예에서 메인 프로세서(706), 스위치 SW1(202), 메인즈 정류(218), DC/DC 컨버터(216), 인버터(210), 공진 커패시터(214) 및 1차 코일(212)). ULP 회로(700)는 연속적으로 전원이 켜 있다(비록 활발하게 기능을 수행하지 않을 때 "슬립(sleep)" 모드에 있을 수 있지만). 메인 회로(704)는 ULP 회로(700)에 의해 제어되고 ULP 회로(700)가 SW1(202)을 활성화할 때만 전원이 켜진다. ULP 프로세서(702)의 출력 포트(SigU)는 메인 프로세서(706)의 입력 포트에 연결되고 메인 프로세서(706)의 출력 포트(SigM)는 ULP 프로세서(702)의 입력 포트에 연결된다.
도 8은 무선 전원의 일 실시예에서 ULP 프로세서(702)에 의해 실행되는 예시 상태 기계를 도시한다. 초기화 후에, ULP 프로세서(702)는 Cal 상태(S1)에서 시작한다. 이 상태에서, ULP 프로세서(702)는 감지 회로의 발진기의 주파수를 측정하여 후속의 측정들이 그것에 대비하여 비교될 수 있도록 한다. 상이한 감지 회로들을 갖는 대안적인 실시예들에서 이 프로세서는 상이하거나 불필요할 수 있다. Cal 상태는 주파수 비교를 위한 상위 및 하위 임계치들을 생성한다. 시스템은 유효 캘리브레이션이 획득될 때까지 Cal 상태에 머무른다.
Cal 상태(S1) 후에, 시스템은 메인즈를 온으로 스위칭하고 Power Up 상태(S2)에 들어간다. Cal 상태(S1)가 실행되기 바로 전에 시스템 상에 디바이스가 배치되었을 수 있고, 따라서 시스템은 초저전력 상태에 관여하기 전에 유효 디바이스에 대한 적당한 체크를 행할 수 있다. 메인 회로(704)가 파워 업하는 데는 시간이 걸린다. 그러므로 상태 기계는 메인 프로세서(706)가 그것의 출력에서 하이 신호(SigM=1)를 어서트(assert)할 때까지 Power Up 상태(S2)에 머무른다. 이 신호가 수신된 후에 시스템은 Look 카운터를 초기화하고 Look 상태(S3)에 들어간다.
Look 상태(S3)에서, 시스템은 메인 프로세서(706)가 유효 디바이스가 존재하는지 여부를 결정하는 것을 기다린다. 만일 메인 프로세서(706)가 유효 디바이스가 없다고(또는 이질적인 물체가 존재한다고) 결정하면 그것은 신호를 로우로 취한다(SigM=0). Look 카운터는 이 상태가 실행될 때마다 감소된다. 시스템은 메인 프로세서(706)가 로우 신호(SigM=0)를 어서트하거나 또는 Look 카운터가 제로에 도달하여 그것이 x회 이상 이 상태를 실행하였다는 것을 지시할 때까지 이 상태에 머무른다. 만일 SigM=0이면 시스템은 Power Down 상태(S4)에 들어가고, 그렇지 않다면 시스템은 Operate 상태(S6)에 들어간다.
Power Down 상태(S4)에서, ULP 프로세서(702)는 메인 회로(704)가 메인즈를 파워 다운하는 것이 안전하다고 결정하는 것을 기다린다. 메인 회로(704)는 순서 바른 방식(orderly fashion)으로 모든 컴포넌트들을 파워 다운하고 SigM=1을 어서트하기 전에 코일 전압이 제로에 가까운 값에 도달할 때까지 기다린다. SigM=1을 결정한 후에, ULP 프로세서는 메인즈를 오프로 스위칭하고 Ultra Low Power 상태(S5)에 들어간다.
Ultra Low Power 상태(S5)에서, ULP 프로세서(702)는 감지 회로 발진기를 파워 업하고, 주파수를 측정하고 감지 회로 발진기를 파워 다운한다. 만일 주파수가 Cal 상태에 의해 결정된 임계치 범위 밖에 있다면 시스템은 메인즈를 온으로 스위칭하고 Power Up 상태(S2)에 들어간다. 그것이 일어날 때까지 시스템은 Ultra Low Power 상태(S5)에 머무른다.
만일 시스템이 Look 상태(S3)로부터 Operate 상태(S6)로 들어가면, 그것은 메인 프로세서(706)가 유효 디바이스가 존재하고 이질적인 물체가 존재하지 않는다고 결정했기 때문이다. 그러므로 메인 회로(704)는 디바이스에 전력을 공급하기 위해 모든 회로를 활성화한다. 시스템은 메인 프로세서(706)가 어서트(SigM=1)할 때까지 Operate 상태(S6)에 머무른다. SigM=1일 때, 시스템은 메인즈를 오프로 스위칭하고 Power Reset 상태(S7)에 들어간다. 이것은 디바이스가 완전히 충전되었다는 것 또는 그것이 제거되었다는 것을 나타낸다. 이들 이벤트들 중 어느 한쪽의 이벤트 후에 새로운 캘리브레이션 값으로 다시 시작하는 것이 가능할 수 있다.
Power Reset 상태에서, 메인 프로세서(706)는 순서 바른 방식으로 메인 회로(704)의 엘리먼트들을 오프로 스위칭하고, 코일 전압이 제로에 가까워지는 것을 기다리고 그 후 SigM=0을 어서트한다. ULP 프로세서(702)가 SigM=0이라고 결정하면 그것은 Cal 상태(S1)에 들어간다.
Power Reset 상태는, Ultra Lower Power 상태(S5)로 종료하는 대신에, Cal 상태(S1)로 종료하는 것을 제외하면, Power Down 상태와 유사하다. 여분의 상태(S7)를 갖는 대신에 Power Down 상태(S4) 후의 상태가 Cal 상태(S1)이어야 하는지 Ultra Low Power 상태(S5)이어야 하는지를 나타내는 Look 상태에 의해 설정되는 여분의 변수를 사용하는 것이 가능하다.
(예를 들면 발진기 드리프트 때문에 또는 주위 온도 변동 때문에) 시스템이 드리프트했다면 거짓 트리거가 일어날 수 있다. 시스템이 계속적으로 파워 업하고 Ultra Low Power로 되돌아가는 루프에 빠지는 것을 막기 위하여, '거짓 트리거들'의 수에 대한 제한을 갖는 것이 가능하다. 이것은 거짓 트리거가 일어날 때마다 증가하는 거짓 트리거 카운트(False Trigger Count)를 갖는 것에 의해 구현될 수 있다. 각 상태를 카운트하는 카운터가 사용될 수 있고 이 카운터가 오버플로우할 때(예를 들면, 256개 상태 후에) 거짓 트리거 카운트는 리셋된다. 거짓 트리거 카운트가 특정한 임계치를 초과한 후에, 시스템은 새로운 캘리브레이션이 획득될 수 있도록 Cal 상태(S1)에 들어간다.
또한, 에러가 발생하면 임의의 상태로부터 들어갈 수 있는 Error 상태가 존재한다. 에러를 발생시킬 수 있는 다수의 상이한 원인들이 존재하고 몇 개만이 여기에 열거된다. 이것은 타임아웃에 의해, 예를 들면, 설정된 수의 상태 사이클 후에 유효 캘리브레이션이 수신되지 않거나 또는 메인 프로세서(706)가 설정된 수의 상태 사이클 내에 파워 업한 것을 나타내기 위해 SigM=1을 어서트하지 않으면 발생될 수 있다. 일단 에러가 클리어되면, 시스템은 Power Reset 상태(S7)에 들어가고, 다음으로 Calibration 상태(S1)에 들어갈 수 있다. 부족전압 조건도 시스템을 에러 상태에 놓을 수 있다. 대안적으로 부족전압 조건에 대한 개별 상태가 있을 수 있다.
일 실시예에서, ULP 프로세서(702)는 메인 ULP 프로세서 발진기 클록 및 개별 감시(watchdog) ULP 프로세서 발진기 클록 또는 타이머를 포함한다. ULP 프로세서는 감시 타이머의 타임아웃 후마다 상태를 실행하도록 구성된다. 각 상태와 관련된 명령들을 실행한 후에, ULP 프로세서(702)는 저전력 '슬립' 모드에 놓인다. 이 구성에서 ULP 프로세서는 일시적으로 정지되고, 메인 ULP 프로세서 발진기 클록을 포함하여, 가능한 곳에서 모든 기능들이 파워 다운된다. 감시 ULP 프로세서 타이머는 액티브 상태로 남는 반면 다른 ULP 프로세서 기능들은 정지된다. 슬립 모드에서의 전력 소비는 2V에서 1.2μA 미만인 것으로 특정되고 전형적으로 100nA이다. 각 상태 사이의 시간 간격은 전력을 절약하기 위해 프로세서가 슬립 모드에 있는 시간을 최대화하는 것과 관찰할 수 있는 지연이 거의 없도록 충분히 짧은 시간 간격을 갖는 것 사이의 절충안이다. 적당한 절충안은 감시 프리스케일러(Watchdog prescaler)의 적절한 설정에 의해 명목상 288ms이도록 시간 간격을 설정하는 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 형태의 상태 기계에 대한 일부 예시 타이밍도를 도시한다. 이것들은 ULP 프로세서(702)로부터의 신호 SigU 및 메인 프로세서(706)로부터의 신호 SigM을 도시한다. 처음에 시스템은 ULP 상태(S5)에 있다. 제1 상태(도면의 1)에서 ULP 회로(700)는 인덕턴스 변화가 일어난 것을 검출하고 메인즈를 온으로 스위칭하고 SigU=1을 설정한다. ULP 회로(700)는 Power Up 상태(S2)에 들어간다. 다음 2개의 상태 전이들(2,3)에서, 메인 회로(704)는 여전히 파워 업하고 있고 따라서 SigM=0이다. 제3 전이와 제4 전이 사이에, 메인 회로(704)는 완전히 파워 업하였고 SigM=1을 설정하였다. 메인 회로(704)는 이제 디바이스들을 찾기 시작한다. 제4 전이에서 ULP 프로세서(702)는 SigM=1인 것을 확인하고, 따라서 그것은 SigU=0을 설정하는 것에 의해 Ack하고 그 후 그것은 Look 상태(S3)에 들어간다. Look 상태 동안에, ULP 프로세서(702)는 상태 사이클들을 카운트한다.
만일 메인 프로세서(706)가 디바이스가 존재하지 않는다고 결정다면 그것은 SigM=0을 설정한다. 만일 고정된 수의 상태 사이클들(예를 들면 5 또는 10) 내에 이것이 발생하면 ULP 프로세서(702)는 디바이스가 존재하지 않았다고 결정한다. 이 예에서 메인 프로세서(706)는 제5 전이와 제6 전이 사이에 SigM=0을 설정한다. 제6 전이에서 ULP 프로세서(702)는 메인 프로세서(706)가 파워 다운하기를 원한다는 것을 나타내는 SigU=0인 것을 확인한다. ULP 프로세서(702)는 (그것이 적절히 동작하고 있고 인계받을 준비가 되었다는 것을 나타내기 위해) SigU=0를 신호하고 그 후 Power Down 상태(S4)에 들어간다.
메인 프로세서(706)가 제6 전이에서 ULP 프로세서(702)로부터 Ack를 수신한 후에 그것은 순서 바른 방식으로 모든 회로들이 파워 다운하기 시작한다. 이것이 완료되었을 때 그것은 코일 전압이 임계값(전형적으로 0V에 가까움) 아래로 떨어지는 것을 기다리고 그 후 SigM=1을 설정한다. ULP 프로세서(702)가 (제8 상태에서) 이 신호를 수신하면 그것은 메인즈를 오프로 스위칭하고 초저전력 상태(S5)에 들어간다.
만일 디바이스가 존재했다면, 대신에 메인 프로세서(706)는 제5 상태와 제6 상태 사이에 SigM=0을 설정하는 것보다 SigM=1을 유지했을 것이다. 이것은 Look 상태 동안에 카운트된 사이클들의 수가 임계치를 초과했을 것이고 ULP 프로세서(702)는 디바이스가 존재한다고 결정했을 것이고 따라서 그것은 Operate 상태(S6)에 들어갈 것임을 의미했을 것이다. ULP 회로(700)는 SigM=0을 수신할 때까지 Operate 상태에 머무를 것이고 SigM=0을 수신하면 그것은 Power Reset 상태(S7)에 들어갈 것이다.
상태 기계를 구현하는 소프트웨어는 MPU의 어셈블리 언어로 직접 작성될 수 있고 또는 그것은 보다 고수준 언어(예를 들면 C)로 작성되고 어셈블리 언어로 컴파일될 수 있고 또는 이 둘의 혼성이 사용될 수 있다. 측정 기능을 구현하기 위해 어셈블리 언어를 사용하는 것은 유리한데, 이는 단일 8비트 카운터만이 요구되는 것을 의미하기 때문이다. 측정은 MPU에 의해 실행되는 설정된 수의 명령 사이클들에 의해 고정된 시간 간격에 걸쳐서 행해질 수 있다. MPU는 카운터가 오버플로우하였는지를 확인하기 위해 주기적으로 체크하고 이것이 발생하면 (이 분기가 걸리는 시간을 변경하지 않는 것을 보증하기 위해 주의하여) 오버플로우 카운터 바이트를 증가시킬 수 있다. 측정 시간 간격은 높은 감도를 갖는 것과 MPU가 시간의 대부분 동안 슬립 모드에 있는 것을 보증하는 것 사이의 트레이드 오프이다. 적당한 절충안은 1ms이지만, 더 짧은 또는 더 긴 시간들이 사용될 수 있다. PIC는 정확한 측정들이 행해지도록 허용하면서 저전력 소비를 제공하기 위해 내부 4MHz 발진기를 사용하도록 구성될 수 있다.
캘리브레이션 루틴은 감지 회로(206)를 트리거하기 위하여 상위 및 하위 임계치들을 설정할 수 있다. 임의의 특정한 측정 기간 동안에 카운트된 기간들의 수는 전형적으로 측정이 행해지는 때에 내부 클록의 위상에 관하여 발진기(402)의 위상에 따라서 1만큼 변화할 것이다. 최고 및 최저 카운트들을 결정하기 위해 캘리브레이션 루틴을 위한 일련의 측정들(예를 들면, 5 또는 10)을 행하는 것이 가능하다. 그 후 하위 임계치는 최저 판독치 아래의 고정된 수의 카운트(예를 들면, 2)인 것으로 설정될 수 있고 상위 임계치는 최고 판독치 주위의 고정된 수의 카운트인 것으로 설정될 수 있다.
각 측정 또는 일련의 측정들 전에 발진기(402) 및 바이어스 회로는 온으로 될 수 있다. 이것은 비교기(502)를 온으로 스위칭하고 바이어스를 적용하기 위한 포트를 온으로 스위칭하는 것에 의해 달성된다. 마찬가지로 이것들은 각 측정 또는 일련의 측정들 후에 오프로 스위칭되어야 한다.
시스템은 아마 시간의 대부분 동안 초저전력 모드에 있을 것이기 때문에 초저전력 모드에서 전력을 절약하는 것이 가능하다. 발진기(402)가 깨어나고 안정되는 데 걸리는 시간의 양은 디바이스에 따라 및 시간 및 온도에 걸쳐 변할 수 있다. (얼마간의 여분의 마진을 포함할 수 있는) 설정된 시간 기간 동안 기다리는 것보다 전력을 절약하기 위해 발진기(402)가 온으로 스위칭되는 시간을 감소시키는 것이 가능하다. 다수의 측정들이 루프에서 취해지고 이 루프는 측정이 상위 임계치와 하위 임계치 사이에 들면 조기에 종료된다. 랜덤 잡음이 이 2개의 임계치들 사이에 측정으로 귀결될 것 같지는 않다(이것이 일어나더라도, 시스템은 인덕턴스 변화가 발생했다면 다음 상태 전이에서 트리거할 것이다). 예를 들면, 일련의 7개의 1ms 측정들이 취해지고 루프는 제1 유효 측정에서 종료한다. 이 기법을 이용하여, 결정하기 위한 총 측정 시간은 전형적으로 2ms이다(발진기는 일반적으로 1ms 미만에 시동하기 때문에). 이것은 초저전력 동안에 극도로 낮은 전력 소비로 귀결되는데, 이는 MPU(406) 및 발진기(402)는 각 상태 전이에서 2ms 동안만 액티브이기 때문이다. 만약 상태 전이들 사이의 시간이 288ms이면, MPU(406)는 그 시간의 99.3% 동안 (발진기를 오프로 하여) 슬립 모드에 있다. PIC16F506을 이용하여, 초저전력 모드에서의 시스템의 전력 소비는 전형적으로 겨우 약 30μW이다. 이것은 재충전 가능하지 않은 배터리들(예를 들면, 2xAA 또는 2xAAA 알칼리 전지들)이 사용될 수 있다는 것을 의미하는데, 이는 그 수명이 여러 해일 것이기 때문이다.
예시는, 각 상태 사이에 같은 시간 간격이 있는, 동기 상태 기계(synchronous state machine)을 나타내지만, 비동기 상태 기계를 사용하거나, 또는 상태 기계 없는 대안적인 구현을 사용하는 것이 가능하다. 상태 기계 또는 알고리즘은 마이크로프로세서 대신에 하드웨어로, ASIC(application specific integrated circuit)으로, FPGA(field programmable gate array)로 구현될 수 있다.
설명된 바와 같이 ULP 프로세서(702)와 메인 프로세서(706) 사이에 통신하는 대신에, 프로세서들은 직렬 또는 병렬 링크를 이용하여 더 복잡한 메시지들을 통신할 수 있다. 그것들은 I2C 버스와 같은 표준을 이용할 수 있다. ULP 프로세서(702)는 행해진 측정들에 관한 정보를 메인 프로세서(706)에 통신할 수 있다. 이것은 메인 프로세서(706)가 디바이스들에 관한 정보를 추론하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들면 측정된 인덕턴스 변화로부터, 메인 프로세서(706)는 디바이스가 특정한 유형의 디바이스인 것을 추론하고 그에 따라 그것의 주파수 및/또는 전압/전류/전력 레벨들을 적절히 적응시킬 수 있다. 이것은 디바이스 유형을 확증하기 위해 상이한 주파수의 다수의 핑들(pings)을 전송할 필요를 회피할 것이기 때문에 보다 빠른 시동을 가능하게 할 수 있다. 주파수는 코일들에 인가되는 신호의 주파수를 변경하는 것 및/또는 시스템의 공진 주파수를 변경하기 위해 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 변경하는 것에 의해 적응될 수 있다. 시스템은 대안적으로, 또는 추가로, 시스템의 공진 주파수를 직접 확립하기 위해 발진의 절대 주파수에 대한 지식을 이용할 수 있다.
LC 비교기 발진기 대신에 사용될 수 있는 다수의 다른 발진기 회로들이 존재한다. 예를 들면, JFET, 바이폴라 또는 MOSFET 트랜지스터, 연산 증폭기 또는 논리 게이트에 기초한 발진기들이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 하틀리(Hartley), 클랩(Clapp) 및 암스트롱(Armstrong)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 발진기 토폴로지들이 사용될 수 있다. 1차 코일(212)의 인덕턴스를 측정하기보다는, 디바이스 또는 다른 물체의 존재를 감지하기 위해 개별 코일이 사용될 수 있다.
2-코일 래칭 릴레이들을 사용하는 대신에, 단일 코일 래칭 릴레이를 사용하는 것이 가능하다. 이것은 릴레이가 2개 대신에 하나의 코일만을 갖기 때문에 비용 감소를 가능하게 할 수 있다. 그러한 릴레이는 그것을 '세트'하기 위해 하나의 방향으로 짧은(~5ms) 전류 펄스 및 그것을 '리셋'하기 위해 반대 방향으로 전류 펄스를 요구한다. 그러한 릴레이는 브리지 구성의 4개의 MOSFET 트랜지스터를 이용하여 구동될 수 있다. 도 10은 2개의 상보형 MOSFET 쌍들 Qa, Qb, Qc, Qd에 의해 구동되는 단일 코일 릴레이일 수 있다(저항들 Ra, Rb, Rc 및 Rd는 릴레이를 구동하기 위해 요구되지 않는다). 만일 A와 B가 양자 모두 로우(0)이면 전류가 흐르지 않는다. 마찬가지로 A와 B가 양자 모두 하이(1)이면 전류가 흐르지 않는다. 그러나 A=1이고 B=0이면 하나의 방향으로 전류가 흐른다(예를 들면, '세트'). 반대로 A=0이고 B=1이면 반대 방향으로 전류가 흐른다(예를 들면, '리셋'). A에 펄스를 인가하는 것에 의해, 릴레이는 '세트' 상태에 래칭할 것이고 B에 펄스를 인가하는 것에 의해, 릴레이는 '리셋' 상태에 래칭할 것이다.
비용과 사이즈 양자 모두를 감소시키기 위해 저사양 MPU(406)가 사용될 수 있다. 핀들의 새로운 다중화에 의해 8-핀 PIC12F510을 대신에 사용하여 비용을 절약하는 것이 가능하다. 바이어스를 위한 개별 I/O 포트는 그것을 릴레이를 구동하기 위해 요구되는 2개의 포트와 조합하는 것에 의해 제거될 수 있다. 도 10에서 4개의 저항들 Ra, Rb, Rc 및 Rd는 발진기(402)에 바이어스를 공급하기 위해 사용된다). 예로서, 그것들은 각각 100k 옴 저항들일 수 있다. 이들 저항들의 존재는 릴레이 구동의 동작에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. A=1이고 B=0이면 릴레이를 통하여 하나의 방향으로 및 A=0 및 B=1에 대하여 반대 방향으로 전류가 흐른다. A=B=0이거나 또는 A=B=1이면 릴레이를 통하여 전류가 흐르지 않을 것이다. 그러나 A=B=1이면, Vbias는 통상적으로 전원 전압의 절반일 것이고 A=B=0이면, Vbias는 통상적으로 0V일 것이다. 이것은 개별 I/O 포트에 대한 필요 없이 발진기(402)에 대한 바이어스를 온으로 및 오프로 스위칭하는 편리한 방식을 가능하게 한다. 저항들은 이질적인(extraneous) 전류를 방지하기 위해 비교적 잘 정합되어야 한다. Rc 및 Rd는 Ra의 저항의 2배의 저항으로 대체될 수 있다. 릴레이들이 스위칭될 때 저항들을 통하여 여분의 전류가 흐르지만, 펄스들은 매우 짧고 여분의 전류(~15μA)는 릴레이를 통한 전류(전형적으로 50mA)와 비교하여 무시해도 좋다.
ULP 프로세서(702)가 메인 프로세스(706)와 통신하기 위한 출력 포트는 발진기(402, 602)를 위해 사용되는 비교기 출력 핀과 다중화될 수 있다. 발진기가 주행중일 때, 메인 프로세서(706)는 일반적으로 오프로 스위칭될 것이고 따라서 이 시간 동안에 출력 포트가 인에이블될 필요가 없을 수 있다. 도 11은 (동일한 레벨들을 사용하는) 도 10의 바이어스 구성을 이용한, PIC12F510 및 단일 코일 릴레이를 이용한 시스템의 구현을 도시한다.
메인즈 및 코일 양자 모두를 함께 스위칭하기 위해 단일 릴레이를 사용하는 것은 비용 절약을 위해 유리할 수 있다. 그러나 단점은 파워 업하는 것과 파워 다운하는 것 사이에 여분의 시간 지연이 있을 수 있다는 것이다. 이것은 캘리브레이션이 수행된 후에 명백할 것이고 시스템은 초저전력 모드에 들어가기 전에 디바이스들에 대하여 체크하기 위해 파워 업한다. 대안은 하나는 코일을 위한 것이고 다른 하나는 메인즈를 위한 것인 2개의 개별 릴레이를 사용하는 것이다. 이것은 캘리브레이션을 수행할 때 모든 것을 파워 다운하는 것이 필요하지 않다는 것을 의미한다. 대안은 단일 릴레이를 사용하지만, 캘리브레이션을 위해 메인즈가 잠시 오프로 스위칭되는 동안에 메인 프로세서(706)가 파워 업된 상태에 있도록 (예를 들면 커패시터로) 메인 프로세서(706)에의 전력을 올리는 것이다.
도 12는 초저전력 시스템이 부품 시장(aftermarket) 액세서리로서 '개장되는(retro-fitted)' 본 발명의 대안 실시예를 도시한다. 이것은 동일한 제조업체로부터 또는 상이한(제3자) 제조업체로부터 무선 전력 시스템을 업그레이드하기 위해 사용될 수 있다. 옵션으로 무선 전력 시스템은 미래에 보다 용이한 업그레이를 가능하게 하기 위해 설계될 수 있다. 도 12에서, 무선 전원(1214)에 DC 전력을 공급하기 위해 사용되는 DC 전원은 '대체 DC 전원'(1202)으로 대체된다. 대체 DC 전원(1202)은 입력에 메인즈 입력 소켓, 퓨즈, EMI/RFI 억제 필터를 갖는다. 라이브 단자는 메인즈 릴레이(1206)를 통해 스위치 모드 전원(1210)의 입력에 라우팅된다. 옵션으로 중립 단자는 릴레이를 통해 라우팅될 수 있고 또는 그것은 전원에 직접 배선될 수 있다. 전원(1210)의 출력은 과부하 및 단락 회로 보호를 또한 갖는 전압 조절기를 통해 조절된다. 조절기의 출력은 NTC(negative temperature coefficient) 서미스터(1216)를 통하여 DC 전력 출력 소켓(1222)으로 간다. 무선 전원(1214)은 디바이스가 파워 업될 때 생성된 큰 돌입 전류(inrush current)를 가질 것이다. 이것은 짧은 시간 기간 동안 큰 스파이크의 전류이고(20A 이상 높을 수 있음) 시스템 전원 레일들에 걸쳐서 존재하는 큰 커패시터들을 충전하는 것에 의해 초래될 수 있다. NTC 서미스터(1216)는 그것이 가열될 때 저항이 감소하는 저항이다. 서미스터는 메인즈가 처음에 온으로 스위칭될 때 전류를 제한하고 그 후 통상의 동작 동안에 낮은 손실을 갖도록 가열된다. 약 10Ω의 값이 적당할 수 있다.
DC 전력 소켓(1222)뿐만 아니라 제어 소켓(1224)도 존재한다(이들 2개는 단일 케이블만이 요구되도록 결합될 수 있다). 릴레이(1206)에 대한 접점들(Coil1, Coil2 및 Coil Comm)은 제어 소켓(1224)에 라우팅된다. 또한 2개의 AA 전지들(1208)이 존재하고, 그것의 단자들도 제어 소켓(1224)에 라우팅된다. AA 전지들(1208)은 대체 DC 전원(1202)에서 다른 연결들(예를 들면 라이브 메인즈)을 노출시키지 않고 접근 가능한 배터리 컴파트먼트(battery compartment)에 위치할 수 있다. AA 전지들은 1차 또는 재충전 가능한 전지들일 수 있다.
DC 전력 소켓(1222)은 무선 전원(1214) 상의 기존 전력 입력 소켓(1218)에 연결된다. 제어 소켓(1224)은, 도 13에 그 예가 도시되어 있는, ULP 회로에 연결된다. ULP 회로는 도 6의 것과 유사한 감지 회로(206)를 갖는다. 그러나, 이 구성에서 감지 회로(206)에 코일을 연결하고 코일을 분리하기 위해 사용되는 제2 릴레이(1306)가 존재한다(제1 릴레이(1206)는 대체 DC 전원에 위치한다). 작은 표면 실장 단일 코일 릴레이가 사용된다(Axicom IM41GR). 회로는 코일 단자, 접지 단자 및 '유효 디바이스 존재(Valid Device Present)' 신호를 나타내는 메인 프로세서(706)로부터의 출력에 연결된다. '유효 디바이스 존재' 신호는 (완전히 충전된 디바이스가 존재하거나 또는 전력을 수신하기 위해 구성되지 않은 물체가 존재하는 것과 대조적으로) 전력을 수신중이거나 전력을 수신할 준비가 되어 있는 디바이스가 존재하는 때에만 액티브이어야 한다. 이 유효 디바이스 존재 신호는 LED 출력을 제어하기 위해 사용되는 메인 프로세서(706)로부터의 출력일 수 있다(예를 들면 무선 전원은 디바이스가 충전중일 때 LED를 조명할 수 있다). 시스템은 사용자가 기존 회로 보드에 납땜하는 키트를 공급하는 것에 의해 회로 보드에 개장될 수 있다. 대안적으로 사용자는 유닛을 제조업체 또는 소매 상인에 발송하여 작업이 실행되게 할 수 있다.
무선 전력 유닛은 메인 회로 보드 상의 핀들을 소켓으로 라우팅하는 것에 의해 미래의 업그레이드를 위해 설계될 수 있다. 회로는 매우 작고 따라서 메인 회로 보드(704) 상의 이 소켓에 연결되는 플러그에 실제로 통합될 수 있다. 소켓은 보기 흉한 돌출이 없도록 배치 및 설계될 수 있다. 옵션으로 도 8에 예시된 것과 같은 제어 시스템이 구현되는 것을 가능하게 하는 메인 프로세서(706)와 ULP 프로세서(702) 사이의 완전한 통신이 가능하도록 메인 프로세서(706)로부터 소켓으로 I/O 핀들이 라우팅될 수 있다. 또한 메인 프로세서(706)가 초저전력 시스템이 존재하면 상이한 소프트웨어 코드를 실행할 수 있도록 그것이 존재하는지를 결정하는 것을 가능하게 하는 연결이 있을 수 있다. 대안적으로 개장 작업은 또한 초저전력 동작을 위해 코드를 적응시키기 위한 메인 프로세서(706) 소프트웨어의 재프로그래밍(리플래싱(re-flashing)을 수반할 것이다.
만일 무선 전력 시스템이 미래의 업그레이드를 위해 설계되지 않았다면, ULP 프로세서(702)는 도 14의 것과 유사한 상태 기계를 구현할 수 있다. 시스템은 캘리브레이션 상태(1402)에서 시작한다. 인덕턴스 변화를 트리거하기 위한 상위 및 하위 측정 임계치들을 결정하기 위해 캘리브레이션 측정이 행해지고 사용된다. 유효 캘리브레이션 측정이 행해진 후에 시스템은 Ping 상태(1404)에 들어간다. 시스템은 각 상태 전이에서 핑 카운터를 감소시키는 것에 의해 결정된, 설정된 시간 기간 동안 Ping 상태에 머무른다. 핑 카운터가 제로에 도달한 후에, 시스템은 Device Present=0이면 Ultra Low Power 상태(1406)로 이동한다. 그러나, Device Present=1이면, 시스템은 Operate 상태(1408)로 이동한다. 카운터는 디바이스가 검출되고 Device Present 출력이 인에이블되기 위해 충분한 시간이 있도록 설정되어야 한다.
Ultra Low Power 상태(1406)에서, 시스템은 각 상태 전이에서 인덕턴스를 측정한다. 그것은 캘리브레이션 상태(1402)에 의해 설정된 상위 임계치 및 하위 임계치 밖에 있는 측정이 행해질 때까지 이 상태에 머무른다. 그러한 측정이 발견될 때, 거짓 트리거 카운트는 감소되고 그것이 제로에 도달하지 않으면 시스템은 Ping 상태(1404)에 들어간다. 거짓 트리거가 제로에 도달하면, 시스템은 캘리브레이션 상태(1402)에 들어간다. 거짓 트리거 카운터는 주기적으로 재초기화된다.
Operate 상태(1408)에서, 시스템은 각 상태 전이에서 Device Present 핀을 주시한다. 시스템은 Device Present=0일 때까지 operate 상태(1408)에 머무르고 그 후 다시 캘리브레이션 상태(1402)로 이동한다.
만일 무선 전력 시스템이 에러와 마주치면, 시스템은 에러가 클리어될 때까지 error 상태(1410)로 이동하고, 에러가 클리어된 시점에 시스템은 캘리브레이션 상태(1402)로 이동한다.
도 15는 기존 DC 전원(1502)이 계속 유지되는 실시예를 도시한다. 대신에 기존 무선 전원(1506)의 메인즈 입력과 메인즈 소켓 사이에 개장된 메인즈 스위치(1504)가 존재한다. 이 시스템은 기존 무선 전력 유닛(1506)이 일체형 DC 전원(1502)을 갖는 경우 또는 DC 전원이 개별 유닛(도시되지 않음)인 경우에 사용될 수 있다. 메인즈 스위치는 메인즈 릴레이(1206), 에너지 저장 엘리먼트(1208) 및 제어 케이블을 위한 커넥터를 포함한다. 제어 케이블은 기준 무선 전원(1506)에 개장되는 개별 감지/제어 회로(1510)에 연결된다.
감지/제어 회로(1510)는 ULP 회로, 예를 들면 도 13에 도시된 ULP 회로를 포함한다. 대안적으로 감지/제어 회로(1510)는 나중의 실시예에서 설명되는 바와 같이 완전히 독립적이고 메인 회로에의 어떤 연결도 필요로 하지 않을 수 있다. 예를 들면 개별 근접 센서가 사용될 수 있다. 이것은 특히 메인 회로가 액세스 가능하지 않은 제3자 시스템들을 개장하기에 편리하다.
만일 이용 가능한 Device Present 핀이 없다면, 제어 회로는 근접 검출기에 의해 검출된 디바이스가 있는 경우에는 단순히 메인즈를 온으로 스위칭하고 검출된 디바이스가 없는 경우에는 오프로 스위칭할 수 있다.
발진기 회로가 1차 코일에의 비교적 짧은 리드들을 갖도록 이 개장 예에서는 2개의 릴레이가 사용될 수 있다. 이것은 신뢰할 수 있는 발진기 동작을 보증하도록 AC 저항이 감소될 수 있게 한다. 메인즈 릴레이(1206)를 위한 MOSFET들은 대안적으로 대체 전원 내에 위치할 수 있다.
도 16은 에너지 저장 유닛이 메인 회로(704)로부터 재충전될 수 있는 에너지 저장 유닛(204)의 일 구현을 도시한다. 에너지 저장 유닛(204)은 그의 입력으로서 DC 전력을 획득한다. 이것은 에너지 저장 엘리먼트(1604)에 전력을 공급하는 충전 제어기(charge controller)(1602)에 연결된다. 에너지 저장 엘리먼트(1604)는 옵션으로 초고용량 커패시터(supercapacitor)이지만, 배터리 또는 다른 형태의 전기 에너지 저장과 같은 다른 엘리먼트들이 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 충전 제어기(1602)의 한 형태는 출력 커패시터가 초고용량 커패시터로 대체되는 벅 레귤레이터(Buck regulator)이다. 초고용량 커패시터에 일정한 전류가 전달되도록 벅 레귤레이터를 구동하기 위해 피드백이 이용된다. 에너지 저장 엘리먼트(1604)는 에너지 저장 유닛 출력에 연결된다. 보호 회로들(1606) 및/또는 전압/전류 조절/제한(1606)이 또한 존재할 수 있다. 일 실시예에서 에너지 저장 엘리먼트(1604)의 에너지 레벨을 나타내는 출력이 또한 존재한다.
이 실시예에서, 에너지 저장 엘리먼트(1604)는 그것이 완전히 고갈하여, 감지 회로(206)의 동작을 방해하지 않도록 모니터된다. 이것은 무선 전원이 부하에 전력을 전달하고 있을 때 전력 입력으로부터 충전될 수 있다. 또한, 감지 회로(206)는 에너지 저장 유닛(204)으로부터의 에너지 레벨 출력을 통해 에너지 저장 엘리먼트(1604) 내의 에너지를 주기적으로 모니터한다. 만일 이것이 특정한 임계치 미만이 되면, 감지 회로(206)는 에너지 저장 엘리먼트(1604)가 재충전될 수 있도록 SW1(202)을 활성화한다.
도 17은 충전 회로로의 전류의 백 피드(back feed)를 막기 위한 다이오드(1702)가 추가로 존재하는 에너지 저장 유닛(204)을 도시한다. 이 실시예에는 또한 스위치(1704)가 존재한다. 스위치(1704)는 역방향 누설 전류(reverse leakage current)가 커패시터 또는 전지를 고갈시키는 것을 막기 위해 감지 회로(206)가 에너지 저장 유닛(204)으로부터 전력을 공급받고 있을 때 열릴 수 있다. 재충전 가능한 에너지 저장 유닛(204)을 사용하는 대신에, 재충전 가능한 1차 전지를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 배터리 또는 배터리들이 고갈될 때 그것들이 제거될 수 있도록 제거 가능한 커버를 갖는 배터리 컴파트먼트가 사용된다.
도 18은 초저전력 시스템의 동작을 예시하는 예시 흐름도를 도시한다. 시스템은 먼저 에너지 저장 엘리먼트 내의 에너지 레벨을 체크한다(1802). 만일 그것이 낮다면 메인즈가 연결되고(1810) 그것을 재충전하기 위해 그것에 전력이 공급된다(1812). 만일 에너지가 낮지 않다면 전력 소비를 감소시키기 위해 메인즈가 분리된다(1804). 그 후 감지 회로(206)는 인덕턴스 변화가 있었는지를 확인한다(1806). 만일 없었다면, 대기(1808)의 기간 후에, 시스템은 시작(1800)으로 되돌아간다. 만일 인덕턴스 변화가 있었다면, 시스템은 메인즈를 연결하고(1814) 전력을 요구하는 디바이스가 존재하는지를 확인한다(1816). 만일 존재하지 않는다면 그것은 시작(1800)으로 되돌아간다. 만일 존재한다면, 시스템은 이질적인 물체가 존재하는지를 알기 위해 체크한다(1818)(이것은 디바이스와 동시에 배치되었을 수 있다). 만일 존재한다면 시스템은 시작(1800)으로 되돌아간다. 만일 존재하지 않는다면, 시스템은 휴대용 디바이스에 전력을 공급하기 위해 1차 코일에 전력을 전달한다(1820). 그것은 디바이스가 여전히 전력을 요구하는지를 계속해서 체크하고(1816) 디바이스가 더 이상 전력을 요구하지 않는 경우 또는 무선 전원 상에 이질적인 물체가 배치되는 경우(1818)에만 시작(1800)으로 되돌아간다.
일부 실시예들에서, 1차 유닛은 유효 2차 디바이스가 존재하는지 및 2차 디바이스가 전력을 요구하는지에 관한 결정을 행할 수 있다. 이 결정들은 동시에 또는 상이한 시점들에서 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 만일 2차 디바이스가 전력에 대한 요청을 송신하면, 그것은 유효 2차 디바이스가 존재하는 것 및 2차 디바이스가 전력을 요구하는 것 양쪽 모두를 지시하는 것으로 해석될 수 있다. 또한, 2차 디바이스가 전력을 요구하는 한에는, 그 2차 디바이스는 전력을 요구하기 위하여, 전력에 대한 요청을 발행하거나, 전력이 낮을 필요가 없다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 세류 충전(trickle charge)을 수신하기를 원하는 2차 디바이스는 여전히 전력을 요구하는 것으로 특징지어질 수 있다.
도 19는 2개의 전력 상태가 존재하는 시스템을 구현하기 위한 방법의 일 실시예를 도시한다. 제1 모드 A(1902)에서 시스템은 위에 설명된 초저전력 모드에 상당하는 상태에 있다. 이 상태에서 감지 회로(206)는 에너지 저장 유닛(204)으로부터 전력을 공급받는다. 만일 에너지 저장 유닛(204)이 낮아지면(1908), 시스템은 그것을 재충전하기 위해 메인즈를 파워 업한다(1910). 감지 회로(206)는 디바이스 또는 물체가 충전기 위에 배치되었거나 충전기로부터 제거되었을 수 있는 것을 나타내는 변화를 주기적으로 찾는다(1912). 만일 감지 회로(206)가 변화가 일어난 것을 검출하면 시스템은 상태 B(1904)에 들어간다.
모드 B(1904)에서, 시스템은 메인즈에 연결된다. 시스템은 1차 코일 Lp를 변조하는 것에 의해 주기적으로 시스템을 '핑(ping)'한다(1914). 만일 휴대용 디바이스가 존재한다면 그것은 응답한다(예를 들면, 그것의 부하를 변조하는 것에 의해). 만일 시스템이 유효 디바이스가 존재하는 것을 검출한다면(1916) 이질적인 물체들이 존재하지 않는 것을 체크한 후에, 시스템은 1차 코일에 최대 전력을 전달할 것이다. 시스템은 미리 정해진 수의 '핑' 또는 미리 정해진 양의 시간(1918) 동안 계속해서 '핑'을 송신할 것이다. 이 미리 정해진 수들은 소프트웨어로 구성 가능한(및/또는 동적으로 변할 수 있는) 것일 수 있다. 만일 이 시간 동안 디바이스가 검출되지 않는다면 시스템은 상태 A(1902)로 되돌아갈 것이다.
이 구성의 하나의 이점은 그것은 유효 디바이스가 존재하는지를 체크하기 위한 더 많은 기회를 제공한다는 것이다. 이것은 첫 번째 '핑'에서 검출되지 않은 유효 디바이스가 그 위에 있다면 시스템이 무기한 스탠바이에 머무르는 것을 방지한다. 일부 휴대용 디바이스들은 '깨어나는' 데 시간이 걸린다. 첫 번째 '핑'은 마이크로프로세서를 시동하기 위해 충분한 전력을 전달할 수 있다. 그러나 '핑' 지속 기간보다 '부팅하는(boot up)' 것이 더 오래 걸릴 수 있다. 그러한 디바이스는 두 번째 '핑'에서 인증해야 한다.
도 20은 도 19의 방법을 설명하기 위한 예시적인 타이밍도를 도시한다. 도 20(a)는 시스템 상에 이질적인 물체가 배치되는 경우의 시스템을 도시한다. 시스템은 모드 A(1902)에서 시작한다. 그것은 인덕턴스 변화를 확인하고 그 후 3개의 '핑'을 위해 모드 B(1904)에 들어간다. 이들 '핑'은 감지 회로(206)의 폴링까지 시간 간격이 상이할 수 있다. 디바이스가 검출되지 않기 때문에, 시스템은 모드 A(1902)로 되돌아간다. 도 20(b)는 시스템 상에 유효 디바이스가 배치되는 경우의 시스템을 도시한다. 이 예에서, 디바이스는 첫 번째 '핑'에서 인증하지 않지만, 그것은 두 번째 '핑'에서 인증할 수 있다.
만일 에너지 저장 유닛(204)이 재충전하는 데 비교적 긴 시간을 필요로 한다면, (예를 들면 에너지 저장 유닛(204)이 리튬-이온 배터리와 같은 배터리인 경우)빠른 충전을 위해 파워 업하는 대신에, 도 21의 예시 흐름도가 사용될 수 있다. 이 흐름도에서 시스템은 슬립 모드를 떠나고 메인즈가 분리되고(2006) 에너지 저장 유닛(2004)이 설정된 임계치 아래로 떨어지거나(2008) 코일 상태가 변화하면(2010) 모드 B(2004)에 들어간다. 시스템은 충전을 요구하는 디바이스가 존재하지 않고(2014, 2016) 에너지 저장 유닛이 완전히 충전된(2018, 2022, 2020) 때까지 모드 B(2004)에 머무른다.
도 22는 소정의 기간 동안 메인 회로(704)에 전력을 공급하기 위해 에너지 저장 유닛(204)이 또한 사용되는 대안 실시예를 도시한다. 디바이스가 시스템을 트리거하는 것과 시스템이 파워 업하는 것 사이의 시간 지연을 감소시키기 위하여, 시스템은 에너지 저장 엘리먼트(1604)를 일시적인 전원으로 사용한다. 일단 감지 회로(206)가 트리거되면, 메인즈는 온으로 스위칭된다. 시스템은 그 후 다양한 엘리먼트들을 파워 업하기 위해 에너지 저장 엘리먼트(1604)를 메인 회로(704)에 연결한다. 이것은 메인즈 전력이 여전히 켜져 있는 동안에 시스템이 디바이스를 인증하도록 허용한다. 디바이스를 인증하기 위해 필요한 에너지는 전력을 전달하기 위해 필요한 것보다 작을 수 있다. 옵션으로, 에너지 저장 엘리먼트(1604)가 전력을 전달하기에 충분한 용량이라면, 시스템은 또한 에너지 저장 엘리먼트(1604)로부터 디바이스로 전력을 공급할 수 있다. 일단 모든 다른 전원들과 함께 메인즈가 파워 업하면, 시스템은 그것이 완전히 메인즈로부터 전력을 공급받도록 전환한다. 그 후 시스템은 또한 에너지 저장 유닛(204)을 재충전하기 위하여 그것에 전력을 공급할 수 있다.
도 23은 ULP 회로(700) 및 메인즈 회로(704)에 대한 개별 프로세서들 대신에 단일 프로세서(2302)가 사용되는 대안 실시예를 도시한다. 이 구성에서, 프로세서(2302)는 어느 특정한 시간에 그것이 필요로 하는 엘리먼트들의 전력만을 높일 것이다. 단일 프로세서(2302)는 계속적으로 에너지 저장 엘리먼트(1604)로부터 전력을 공급받을 수 있고, 또는 대안적으로 그것은 그것이 파워 업되면 그것의 전력 입력을 메인즈 발생된 것으로 스위칭할 수 있다. 전력을 절약하기 위하여, 단일 프로세서(2302)는 초저전력 모드에서 보다 낮은 클록 속도에서 실행하도록 클록들을 '스위칭'할 수 있다. 이 실시예는 추가로 메인즈가 파워 업하기를 기다리는 동안 디바이스들에 전력을 공급하기 위해 에너지 저장 유닛(204)을 이용할 수 있다. 단일 프로세서(2302) 구성은 둘 이상의 프로세서가 사용되는 모든 실시예들을 구현하기 위해 이용될 수 있다. 이것은 인덕턴스 감지로부터 디바이스에 관한 정보를 추론하고 그 후에, 디바이스의 유형을 식별하고 주파수 및 전압을 적절히 조정하는 것과 같이, 이 정보를 이용하는 것을 포함한다.
프로세서는 듀얼 코어(또는 멀티코어) 프로세서이도록 구성될 수 있다. 2개의 코어는 서로 독립적으로 실행할 수 있다. 하나의 코어는 메인 무선 전력 회로를 위해 사용되고 다른 코어(ULP 코어)는 (감지 회로 및 릴레이의 제어와 같은) ULP 기능을 위해 사용된다. 감지 회로의 일부 또는 전부는 ULP 코어에 통합될 수 있다(예를 들면, 발진기 회로를 위한 비교기들 및 다른 수동 컴포넌트들). 메인 코어는 ULP 모드에 있을 때 파워 다운될 수 있고 ULP 코어는 동작 모드에서 파워 다운될 수 있다. 전이 기간 동안에는, 2개의 코어 모두가 전력을 공급받을 수 있다. ULP 코어는 오로지 에너지 저장 유닛으로부터만 그것의 전력을 획득할 수 있고 또는 그것은 메인즈 회로와 에너지 저장 유닛의 조합으로부터 그것의 전력을 획득할 수 있고 또는 그것은 메인즈 회로로부터만 그것의 전력을 획득할 수 있다. ULP 프로세서는 메인 프로세서보다 더 낮은 전력 소비를 위하여 최적화될 수 있다(예를 들면, 더 낮은 클록 속도에서 실행함으로써). ULP 코어는 전류 누설을 최소화하기 위하여 메인 코어로부터 분리될 수 있다(예를 들면, 트렌치를 에칭하거나 절연 재료를 퇴적하는 것에 의해).
다양한 실시예들에 걸쳐서 다수의 상이한 프로세서들 및 제어 유닛들이 설명된다. 도 2 실시예는, 예를 들면, 도 4-6에 도시된 바와 같이, 통합된 마이크로프로세서를 포함하는 감지 회로(206) 및 제어 유닛(208)을 포함한다. 도 7 실시예는 감지 회로와 독립된 ULP 프로세서를 갖는 ULP 회로를 포함한다. 감지 회로는 도 7 실시예에서 그 자신의 마이크로프로세서를 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다. 에너지 저장 디바이스의 도 16 실시예는 충전 제어기를 포함하다. 방금 설명한 바와 같이, 도 23 실시예는 단일 프로세서를 포함하고 감지 회로는 프로세서를 포함하지 않는다. 도 26 실시예는 디지털 발진기 출력 및 아날로그-디지털(A/D) 입력을 포함하는 마이크로프로세서를 포함한다. 마이크로프로세서의 수 및 기능은 적절한 제어 기능들이 적절한 때에 파워 업되고 이용 가능할 수 있게 하는 본질적으로 임의의 방식으로 전개될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 프로세서, 마이크로프로세서, MPU, MCU, PIC, ULP 프로세서, 충전 제어, 충전 유닛, 또는 임의의 다른 제어기 용어와 같은, 상이한 용어의 도입에 의해 도입되는 임의의 상당한 차이들이 있다는 점에서, 이러한 용어의 차이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 대신에, 제어기 위치들 및 방식들은 실시예들 사이에 교환될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
감지 회로(206)를 구현하기 위해 발진기(402)의 주파수를 측정하는 대신에, 이용될 수 있는 다수의 다른 기법들이 존재한다. 도 24는 감지 회로(206)의 대안 구현을 도시한다. 이 구성에서, 감지 회로(206)는 검출을 위해 전력의 전송을 위해 사용되는 것과 동일한 코일 Lp(212)를 이용한다. 감지 회로(206)는 1차 코일 Lp(212)과 함께 브리지를 형성하는 추가적인 인덕터 Lsen(2404)을 갖는다. (비록 인덕터가 사용되기는 하지만 임의의 임피던스: 저항성, 리액티브(reactive) 또는 다른 엘리먼트들의 조합이 사용될 수도 있다). 이 브리지는 발진기(402)에 의해 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 발진기 출력 전압 및 주파수는 Lsen(2404)과 Lp(212) 사이에 형성된 인덕턴스 브리지를 가로질러 최소의 전력 소모가 있는 것이다. 만일 Lp(212)를 가로질러 관찰되는 인덕턴스가 변화하면, 이것은 브리지의 중간점 M에서의 피크 전압의 변화로 귀결될 것이다. 이 인덕턴스는 도 1에 도시된 것과 같은 휴대용 디바이스가 무선 전원(200) 상에 배치되는 경우에 변화할 것이고, 그 결과 2차 코일이 1차 코일에 결합된다. 이것은 휴대용 디바이스에 부하가 있든지 아니든지 간에 사실일 것이다. 인덕턴스는 또한 금속 물체 또는 자성 재료를 포함하는 물체가 1차 코일 Lp(212)에 근접하여 배치되는 경우에 변화할 것이다. 마찬가지로 인덕턴스는 디바이스 또는 금속 물체가 무선 전원(200)으로부터 제거되는 경우에 변화할 것이다.
이 실시예에서, 감지 회로(206)는 피크 검출기(2402)를 사용하여 점 M에서의 피크 전압을 검출한다. 피크 검출기(2402)의 출력은 마이크로프로세서 유닛(MPU)(406)에 공급된다. MPU(406)는 주기적으로 피크 검출기(2402)의 값을 판독한다. 만일 2개의 연속적인 판독 사이에 이 값이 변화하면, 감지 회로(206)는 인덕턴스 변화가 일어난 것을 검출하고, 무선 전원(200)은 전력을 요구하는 유효 디바이스가 존재하는지 또는 이것이 이질적인 물체에 기인하는 것인지를 체크한다. 그것은 잡음의 효과를 감소시키기 위해 측정들에 대해 런닝 평균(running average)을 수행할 수 있다.
감지 회로(206)는 MPU(406)에 의해 제어되는 2개의 스위치들, SW3(404) 및 SW4(408)를 이용할 수 있다. 예시된 실시예에서, SW3(404)는 전원(200)이 휴대용 디바이스에 전력을 전달하고 있을 때 1차 코일 Lp(212)로부터 감지 회로(206)를 분리시키기 위해 사용된다. 스위치 SW3(404)는 스탠바이 모드 동안에는 닫히고 전력 전달 동안에는 열린다. 스위치 SW4(408)는 감지 회로(206)의 전력 소비를 더욱 더 감소시키기 위해 사용된다. 발진기(402) 및 피크 검출기(2402)가 연속적으로 전력을 공급받게 하기보다는, MPU(406)는 각 인덕턴스 측정의 기간 동안에만 SW4(408)를 닫는다. SW3(404)은 이 예에서 감지 회로(206) 내의 MPU(406)에 의해 제어되지만, 그것은 대신에 메인 무선 전원(200) 내의 제어 유닛(208)에 의해 제어될 수도 있다.
도 25는 시스템의 일 구현을 예시하는 흐름도를 도시한다. 이 흐름도는 인덕턴스 변화를 결정하기 위해 행해지는 개별 측정들을 예시한다. 이 변형에서, 만일 에너지 축적 엘리먼트(1604)가 고갈되면 시스템은 일시적으로 감지 회로(206)를 사용하지 않고, 에너지 저장 엘리먼트(1604)가 충전될 때까지 디바이스 확인 시스템(device validation system)만을 사용한다. 도 25에서, X1은 그보다 아래에서 에너지 저장 엘리먼트(1604)가 재충전되는 임계치이고, X2는 그보다 위에서 그것이 완전히 충전되는 임계치이다. Y는 감지 회로(206)를 트리거하는 인덕턴스 측정들의 차이이다. 이 예에서, 인던턴스 판독치를 포함하는 메모리는 각 측정 후에 업데이트된다. 이것은, 예를 들면, 주위의 온도에 따른 코일 인덕턴스의 변동으로 인해, 회로가 시간에 걸쳐 드리프트를 따를 것이라는 것을 의미한다. 대안적으로, 메모리는 업데이트되지 않는다. 이것은 주위의 조건들의 변동으로 인해 더 많은 거짓 트리거들이 있을 것임을 의미할 것이다. 그러나, 그것은 또한 디바이스가 시스템과의 근접 내에 매우 느리게 도입된다면 시스템이 속임을 당하는 것을 방지할 것이다.
이제 도 25를 참조하여, 흐름도의 시작(2502)에서 시작하여, SW3 및 SW4가 닫힌 동안에 SW1은 열리고(2504) 그에 따라 피크 검출기가 판독되고(2506) 메모리에 저장될 수 있다(2508). 측정이 완료될 때, SW4는 열리고(2510) 에너지 저장 엘리먼트 내의 에너지의 양이 측정되고(2512) 메모리에 저장된다(2514). 만일 에너지의 양이 임계치 미만이 아니라면(2516), 프로세서는 대기하고(2518) SW4를 닫아(2520) 피크 검출기를 판독하고(2522) 그 값을 메모리에 저장한다(2524). 일단 두 번째 피크 판독치가 획득되면 SW4는 열리고(2526) 이 2개의 판독치들의 절대값이 임계치와 비교된다(2528). 만일 그 비교가 임계치 미만이면 인덕턴스 측정들에서 감지 회로를 트리거하기에 충분히 큰 차이가 존재하지 않고 에너지 저장 엘리먼트 내의 에너지의 양을 판독하기 위해(2512) 되돌아가기 전에 제2 측정치가 메모리 내의 제1 측정치를 덮어쓰기한다(2530, 2532). 만일 인덕턴스 측정들의 차이가 감지 회로를 트리거하거나(2528) 에너지 저장 엘리먼트가 재충전될 필요가 있다면(2376), SW3는 열리고 SW1은 닫힌다(2534). 시스템은 디바이스가 존재하는지(2536) 및 그것이 전력을 요구하는지(2538)를 결정한다. 만일 이질적인 물체가 존재하지 않는다면(2540) 원격 디바이스에 전력이 전달된다(2542). 대기 기간(2544) 후에, 시스템은 디바이스가 여전히 존재하고, 전력을 요구하는지, 및 이질적인 물체가 배치되지 않은 것을 확인하기 위해 체크한다. 만일 디바이스가 존재하지 않고, 전력을 요구하지 않는다면, 또는 이질적인 물체가 존재한다면, 시스템은 에너지 저장 엘리먼트가 그것의 충전된 임계치(2546)보다 높은지를 체크한다. 시스템은 그것이 임계치보다 높을 때까지 계속해서 에너지 저장 엘리먼트를 충전하고 그 후 스탠바이(2504)로 되돌아갈 것이다.
도 26은 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)(2602)을 이용하는 감지 회로의 일 구현을 도시한다. MCU는 디지털 발진기 출력 및 아날로그-디지털(A/D) 입력을 포함한다. 이 구현에서, 1차 코일 Lp(212)의 인덕턴스는 대역 통과 필터를 형성하기 위해 사용된다. 이 필터는 구형파(square-wave) 신호의 기본 주파수 성분을 선택적으로 필터링하여 정현파 신호를 생성하기 위해 사용된다. 그러나, Lp(212)의 인덕턴스가 변화할 때, 통과 대역 주파수도 변화하고, 그에 의해 결과 신호의 진폭 및 위상 양쪽 모두를 변경한다. 이 실시예의 하나의 이점은 수동 컴포넌트들만을 이용하여 동일한 단계에서 필터링 및 인덕턴스 검출이 수행된다는 것이다.
이 실시예에서, 디지털 구형파 출력은 C2를 통해 Lp(212) 및 C1의 병렬 조합에 AC 결합된다. Lp 및 C1은 발진기 주파수의 근처에서 공진한다. 이 조합은 그 후 C3를 통해 R1 및 R2에 의해 형성된 레벨 시프터에 AC 결합된다. R1 및 R2는 MCU에 들어가는 마이너스 전압들을 막기 위해 신호에 DC 성분을 추가한다. R1의 상부에는 발진기의 레일 전압이 공급된다. 이것은 MCU(2602)의 출력 핀으로부터 제공된다. 이것은 측정이 일어나지 않을 때 MCU(2602)는 이 전압을 제거하고 R1 및 R2를 통한 전력 소모를 방지할 수 있다는 것을 의미한다. 레벨 시프터로부터의 출력은 MCU(2602)의 아날로그-디지털 컨버터 입력에 인가된다.
일반적으로, 더 큰 감도는 더 많은 전력 소비의 대가로 획득될 수 있고, 따라서 트레이드오프가 이루어져야 한다. 이것은, 예를 들면, 증폭기를 이용하는 것, 피크 검출보다는 위상 민감 검출을 이용하는 것, 보다 높은 전압 레벨을 이용하는 것, 또는 보다 긴 획득 시간을 갖고 따라서 감지 회로(206)가 슬립 모드에 있을 때 보다 적은 시간을 갖는 것일 수 있다. 시스템이 어디에 위치하는지에 따라서, 감도 및 전력 소비가 최적화될 수 있도록, 이 트레이드오프를 소프트웨어 구성 가능하게 하는 것이 가능하다.
감지 회로(206)에서의 발진기 신호의 주파수는 동적으로 적응할 수 있다. 이것은 인덕턴스 대 출력 진폭 곡선의 가장 민감한 부분에 주파수를 위치시키는 것, 또는 저전력 소모의 영역에 그것을 위치시키는 것 또는 그 둘 사이의 최적화된 트레이드오프에 그것을 위치시키는 것일 수 있다. 주파수는 파워 업할 때, 주기적으로 또는 감지 회로(206)가 리셋될 때마다 적응될 수 있다. 예를 들면 디바이스 또는 금속 물체가 무선 전원(200) 상에 배치될 때 그것은 감지 회로(200)를 그것의 동적 범위의 한계 가까이로 가져갈 수 있다. 감지 회로(206)는 다음 이벤트에 대하여 감지할 때 그 범위의 중심의 가까이로 다시 가져가기 위해 발진기를 조정할 수 있다. 시스템을 구현하는 대안적인 방법은 항상 주파수를 최대 진폭의 위치로 조정하는 것이다. 진폭에 임의의 감소가 있다면 변화가 일어난 것을 나타낼 것이다.
도 27은 도 26의 이 회로의 예시적인 동작을 도시한다. 도 27(a)는 MCU(2602) 내의 (그것의 내부 발진기 클록으로부터 분할된) 신호를 도시한다. 도 27(b)는 임피던스 브리지에 인가되는 MCU(2602)로부터의 발진기 출력을 도시한다. 도 27(c)는 하나의 조건들의 세트 하에 브리지의 중간점에서의 신호를 도시한다. 이 신호는 진폭 및/또는 위상이 다르다. 도 27(d)는 상이한 조건들의 세트 하에 브리지의 중간점에서의 신호를 도시한다(예를 들면 디바이스 또는 금속 물체가 무선 전원 상에 배치되는 경우). 일반적으로 도 27(d)는 진폭 및/또는 위상이 도 27(c)와 다르다. 마이크로프로세서(2602)는 먼저 발진기 신호가 안정되게 한다. 각 인덕턴스 측정마다, 주어진 기준점 0으로부터 특정한 수의 클록 사이클들에서 A/D 컨버터로부터의 다수의 판독치들이 취해진다. 이들 3개의 판독점들은 도 27(a)에서 i, ii, iii로 표시되어 있다. 이들 판독점들에서 A/D 컨버터에 의해 판독된 값들이 도 27(c) 및 27(d)에 예시되어 있다. 이 예에서 도 27(d)의 경우에 획득된 값들은 도 27(c)의 것들과 상이하여 어떤 변화가 일어난 것을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 단순히 피크 신호를 측정하는 것보다, 상이한 점들에서 신호를 샘플링하는 것의 하나의 이점은 감지 회로(206)가 진폭뿐만 아니라 위상의 변화에 응답하기 때문에 그 회로가 더욱 민감해질 수 있다는 것이다. 일 실시예에서, 측정점들은 감지 주파수의 사이클에서의 동일한 점들과 일치하지 않는다. 특히 제로에 가까운 2개의 값을 비교하는 것은 잡음에 의해 야기된 오류를 일으키기 쉽기 때문에 진폭이 큰 적어도 하나의 판독치가 획득될 수 있다. 이것을 보증하는 한 방법은 시간 간격이 일정하지 않은 것을 확인하는 것이다(예를 들면 판독 i와 판독 ii 사이의 시간 간격은 판독 ii와 판독 iii 사이의 시간 간격과 상이하다).
감지 회로(206)는 위상에 민감할 수 있는데, 이는 부하의 임피던스의 균형을 정확히 맞추는 2차 코일 내의 페라이트 또는 다른 유사한 재료의 추가에 의해 야기되는 임피던스의 변화가 존재할 가능성이 있기 때문이다. 감지 회로(206)를 위상에 민감하게 만드는 것의 대안은 인덕턴스 임피던스가 AC 저항 손실들에 대해 상이한 주파수 의존성을 갖기 때문에 상이한 주파수들에서 2개의 피크 진폭 측정을 행하는 것이다.
도 28은 피크 검출기가 사용되는 도 26 구현의 대안 실시예를 도시한다. 일부 MPU들은 빠른 아날로그-디지털 컨버터를 갖고 있지 않아, 위상 민감 기법을 비실용적으로 만든다. 이 예에서, 피크 검출기는 다이오드, D1(2802) 및 커패시터 C4에 의해 형성된다.
도 29는 위상 민감 검출이 사용되는 대안 실시예를 도시한다. 커패시터 C1은, 도 26 실시예와 유사하게, 1차 코일 Lp(212)로 대역 통과 필터를 형성한다. DC 블로킹 커패시터들 C2 및 C3 및 레벨 시프터(R1, R2)이 또한 존재한다. 그러나, 레벨 시프터로부터의 출력은 이 실시예의 마이크로컨트롤러(2902)가 이용하는 내부 비교기의 입력에 연결된다. 다른 입력은 전원 레일들 사이의 중간쯤의 내부 기준을 이용하여 설정될 수 있다. 이 비교기는 정현파이고 감쇠될 레벨 시프터로부터의 깨끗한 디지털 신호를 생성하기 위해 사용된다. 비교기로부터의 디지털 신호는 위상 검출기(Phase Detector)(2904)의 하나의 입력에 연결되고, 다른 입력은 발진기 출력으로부터 온다. 위상 검출기(2904)의 출력은 MCU의 아날로그 입력에 연결된다. 1차 코일(212)의 유효 인덕턴스가 변화하기 때문에, 레벨 시프터에서의 신호이 위상은 발진기 출력에 관하여 변할 것이다. 위상 검출기(2904)는 발진기 출력에 관하여 신호 사이의 위상차를 나타내는 아날로그 전압을 출력으로 갖고 따라서 인덕턴스의 측정이다.
위상 검출기(2904)는, 예를 들면, 저역 통과 필터(low pass filter)에 연결된 배타적 OR 게이트(2906)를 이용하여 실현될 수 있고, 상기 저역 통과 필터는 직렬의 저항(2908) 및 접지에의 커패시터(2910)이다. 옵션으로, 위상 검출기(2904)로의 양쪽 경로에 위상 시프터(2906)가 사용될 수 있다. 이것은 대역 통과 응답이 발진기 주파수에 중심을 두고 있을 때 위상 검출기(2904) 출력이 그것의 범위 사이의 중간쯤에 있도록 시스템을 바이어스시키기 위해 사용될 수 있다. 그러면 중심 주파수로부터 포지티브 및 네거티브 인덕턴스 편위들(positive and negative inductance excursions)을 구별하는 것이 가능하다. 위상 시프터(2906)는 90도의 위상 시프트를 제공해야 한다. 이것은 신호를 감쇠시키는 대가로 도시된 바와 같이 2개의 RC 회로망들(2912, 2914, 2916, 2918)을 사용하여 구현될 수 있다. 신호 경로에 추가의 감쇠를 도입하기보다는, 대안은 위상 검출기의 제2 입력에 인가된 발진기 신호를 위상 시프트하는 것이다. 이 경우 신호는 제2 비교기를 이용하여 디지털 신호로 변환될 수 있다.
도 30은 도 24의 실시예에 대한 변형을 도시한다. 개별 임피던스(도 24의 Lsen)를 갖는 감지 회로(206) 대신에, 감지 회로(206)는 1차 코일과 직렬로 공진 커패시터(214)를 사용한다. 도 24에서 약술된 감지 서브회로(sense subcircuit)는 도 30에 예시된 본 실시예 내의 감지 회로를 나타낸다. 발진기(402)는 커패시터(814)가 인버터(210) 출력에 연결되는 지점에 인가된다. 커패시터(214)와 인덕터(212)의 중간점은 피크 검출기(2402)에 연결된다. 디바이스가 1차 코일(212)에 근접하여 배치될 때, 1차 코일(212)을 가로질러 관찰되는 유효 인덕턴스는 변화할 것이고, 그에 의해 커패시터-인덕터 조합의 공진 주파수를 변화시킨다. 이것은 또한 피크 검출기에서의 신호의 진폭 및/또는 위상을 변화시킬 것이다. 이 실시예의 이점은 감지 회로'(Sense Circuit')를 위한 여분의 임피던스를 가질 필요가 없다는 것이다. 그러나, 그것은 1차 코일로부터 감지 회로'를 분리시키기 위해 2개의 스위치가 필요하다는 것을 의미할 수 있다.
도 31은 무선 전원(200)이 메인즈 입력보다는 DC 입력을 갖는 경우의 본 발명의 예를 도시한다. 이 예에서, DC 전원(3102)은 메인즈 전기 콘센트(mains electricity outlet)에 위치하고 케이블(3104)이 무선 전원(200)에 DC 전력을 전달한다. DC 전원(3102)은 메인즈 정류(218) 및 DC/DC 컨버터(216)를 포함한다. 그러나, 그것은 또한 메인즈 정류(218)에 앞서 스위치(3108)를 포함한다. DC 전원과 무선 전원(200) 사이의 케이블(3104)은 DC 전원(3102) 내의 스위치(3108)가 감지 회로(206)에 의해 제어될 수 있도록 다른 라인을 포함한다.
DC 전원(3102)은 또한 상이한 장비에 전력을 공급하기 위해 무선 전원(200) 없이 사용될 수 있다. DC 전력 입력을 갖는 다른 장비는 도 31의 DC 전원(3102)으로부터 이익을 얻을 수 있다. 그러한 장비는 그것의 스탠바이 상태에 있을 때 작은 MPU(406)에 전력을 공급하는 에너지 저장 유닛(204)을 가질 수 있다. 자극(stimulus)으로부터 트리거 신호를 수신하는 즉시, 장비는 스위치 SW3(3108)를 닫기 위해 케이블(3104)을 통해 신호할 수 있다. 그러한 자극은 원격 제어 신호(예를 들면, 광학, 무선, RF, 초음파)로부터, 또는 근접 센서로부터 또는 다른 장비의 부품으로부터, 또는 타이머 등으로부터) 올 수 있다. 대안적으로 장비는 개별 에너지 저장 유닛(1604) 또는 마이크로프로세서(406)에 대한 필요 없이 SW2(3108)를 활성화하는 푸시 버튼을 가질 수 있다.
도 32는 유사한 프로세스를 제거하는 로직(3202)을 갖는 스마트 전원(3102)의 일 실시예를 도시한다. 이 동일한 전원(3102)은 전원(3102)의 슬립 사이클 및 전압 레벨들을 제어할 수 있다. 그러한 전원들은 신형 랩톱들에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 간단한 명령 또는 논리 레벨이 훨씬 더 낮은 전력 소비의 슬립 사이클을 시작 및 종료하는 것과 함께 전원(3102)의 다양한 양태들을 제어할 수 있다.
도 33은 개별 에너지 저장 엘리먼트(1604)가 사용되지 않는 실시예를 도시한다. 이 구성에서는 2차 전원이 없기 때문에 메인즈 정류 전에 스위치(3108)를 가질 수 없다. 대신에, 메인즈 정류(218)는 시종일관 동작한다. 감지 회로(206)는 메인즈 정류 유닛(218)의 출력으로부터 전력을 공급받는다. 스위치(3108)는 그 후 메인즈 정류(218) 유닛과 모든 다른 유닛들(또는 실제로 가능한 수만큼) 사이에 배치된다. 메인즈 정류와 관련된 손실이 있을 것이다. 스위치(3108)는 또한 스탠바이 동안에 작동하는 시스템의 여러 부분들을 선택적으로 유지하기 위하여 시스템 내의 다른 지점들에 배치될 수 있다.
도 34는 전력 입력이 직류인 실시예를 도시한다. 이 실시예에 대한 하나의 응용은 자동차 응용이다. 동작은 도 33 실시예와 매우 유사하다.
도 35는 개별 감지 회로(206)가 사용되지 않는 실시예를 도시한다. 대신에 디바이스들은 (참고로 통합된) GB2414121에 개시된 것과 유사한 방법을 이용하여 1차 코일(212)에 주기적으로 전력을 인가하는 것에 의해 검출된다. 그러나, 이 실시예는 에너지 저장 유닛(204)이 존재하고 메인즈로부터의 전기의 공급을 스위치 오프하는 스위치(3502)가 존재한다는 점에서 GB2414121과는 다르다. 스탠바이 동안에, 제어 유닛(208)은 에너지 저장 엘리먼트(1604)로부터 전력을 공급받는다. 제어 유닛(208)은 또한 에너지 저장 엘리먼트(1604)로부터 인버터(210)를 통해 1차 코일(212)에 전력을 전달할 수 있다. 디바이스가 그것의 존재를 인정하기 위해 통신하는지를 확인하기 위해 때때로 짧은 시간 동안 1차 코일(212)에 전력이 인가된다. 그러나, 디바이스가 통신하기 위해 필요한 전력의 레벨은 디바이스에 최대 전력을 전송하기 위해 필요한 전력보다 작다. 따라서 제어 유닛(208)은 보다 낮은 레벨의 전력을 전달하기 위해 인버터(210)를 활성화할 수 있고 따라서 에너지 저장 엘리먼트(1604)로부터 획득된 에너지의 양은 적다. 만일 제어 유닛(208)이 디바이스가 존재한다는 신호를 수신하면, 그것은 시스템이 에너지 저장 유닛(204)보다는 메인즈로부터 전력을 공급받도록 메인즈 정류(218)를 온으로 스위칭할 수 있다. 만일 유효 디바이스가 존재한다면, 그것은 또한 그것의 전력 요구를 전달할 수 있다. 무선 전원(200)은 1차 코일(212)로부터 인출되고 있는 전력을 측정하고 그것의 디바이스의 전력 요구와 비교한다. 만일 그 둘 사이에 큰 차이가 없다면 무선 전원(200)은 유효 디바이스가 존재하고 이질적인 물체는 존재하지 않는다고 결정하고 따라서 디바이스에 최대 전력 전달을 가능하게 한다.
디바이스로부터 그것이 존재한다는 통신을 수신하는 대신에, 무선 전원(200)은 단지 1차 코일(212)로부터 인출된 전력을 모니터하는 것에 의해 무언가가 존재하는 것을 간단히 검출할 수 있다. 만일 인출된 전력이 연속적인 측정들 사이에 변화한다면(또는 그것이 임계값보다 크다면), 전력을 인출하는 디바이스 또는 대안적으로 이질적인 물체가 존재한다. 본 실시예에서, 무선 전원(200)은 최대 전력을 인가하기 전에 이질적인 물체가 존재하는지를 결정한다. 이 방법은, 인버터(210)가 발진기(402)로서 사용되고 있는 것을 제외하면, 감지 회로(206)와 유사하다. 전력 소비를 감소시키기 위하여, 주파수가 공진으로부터 떨어지도록 시프트할 수 있고 전력 소모를 감소시키기 위한 큰 리액턴스가 존재한다. 인버터(210)에 인가되는 레일 전압은 감소될 수 있다.
도 36은 다수의 1차 코일들(212, 3606, 3608, 3610)이 존재하는 실시예를 도시한다. 이들 개별 1차 코일들은 각각 휴대용 디바이스에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 이것은 다수의 디바이스들이 동시에 전력을 공급받는 것을 허용한다. 대안적으로 1차 코일들(212, 3606, 3608, 3610)은, 예를 들면 WO2004038888에서 제공된 바와 같이, 여러 유형의 디바이스가 전력을 공급받을 수 있도록, 서로 다를 수 있다. 대안적으로 무선 전원(200)의 일부 구성들은, 디바이스가 연속적인 영역 상의 어디에나 배치되고 그럼에도 전력을 수신할 수 있게 하기 위해, 코일들의 어레이를 갖는다. 그러한 시스템의 예는 WO0315308에서 기술되어 있다. 다수의 코일을 갖는 무선 전원(200)에서, 감지 회로(3602)는 일부 또는 모든 코일들에 걸쳐 공유될 수 있어, 다수의 감지 회로(206)에 대한 필요를 덜어준다. 디바이스(또는 다른 물체)가 무선 전원(200) 상에 배치되거나 무선 전원(200)으로부터 제거되는 때마다 감지 회로(3602)는 트리거된다. 무선 전원 유닛(200)은 그 후 어느 코일들에 유효 디바이스가 근접하여 존재하는지를 알기 위해 각 인액티브(inactive) 코일을 폴링할 것이다. 무선 전원(200)은 그 후 먼저 이질적인 물체의 존재에 대하여 체크한 후에 전력을 요구하는 코일들에 전력을 인가할 것이다. 일 실시예에서, 전원 상의 일부 디바이스들은 전력을 요구하거나 요구하지 않을 수 있는데, 예를 들면 디바이스들 중 일부는 충만한 배터리를 가질 수 있다. 따라서 무선 전원은 일부 부분들은 파워 업되고 다른 부분들은 파워 업되지 않도록 분할될 수 있다.
도 36에서는 무선 전원(200) 내의 모든 코일들은 병렬로 연결하기 위해 다극 스위치(multipole switch)(3612)가 사용된다. 어떠한 개별 인덕턴스 변화라도 병렬 조합의 전체 인덕턴스를 변경할 것이기 때문에, 감지 회로(3602)는 디바이스(또는 물체)가 코일들(212, 3606, 3608, 3610) 중 임의의 것에 근접하여 배치될 때 트리거할 것이다. 본 실시예에서, 메인 제어 회로는 어느 코일이 전력을 공급받아야 하는지를 결정하기 위해 각 코일을 폴링한다. 대안으로서, 도 21에서 모든 스위치들을 함께 연동(gang)시키는 것보다, 스위치들은 MPU에 의해 개별적으로 제어될 수 있다. 그러한 시스템에서, MPU는 각 코일에 대하여 개별 측정을 수행해야 한다. 이것은 전체 검출 시간이 더 길다는(따라서 스탠바이 전력이 더 크다는) 것을 의미하기는 하지만, 인덕턴스 변화에 대한 감도가 더 클 것이라는 것을 의미한다.
1차 코일들 Lp1, Lp2(212, 3606, 3608, 3610) 등을 DC 연결로 결합하기보다는, 그것들은 각 1차 코일(212, 3606, 3608, 3610)의 주위에 몇 번의 감김의 감지 코일(a few turns of sense coil)을 감는 것에 의해 결합될 수 있다. 이 방법을 이용하여 스위치들(3612) 중 일부 또는 전부를 제거하는 것이 가능할 수 있다.
도 37은 전력 절약을 위해 다수의 채널들에의 전력을 최소화하기 위한 시스템의 일 실시예를 도시한다. 이 구성은 액티브 1차 코일들의 임의의 조합이 필요할 때 충전하거나 전력을 공급하도록 허용한다. 그것은 또한 감지 및 감지 제어 유닛(3702)이 스위치들(3714, 3716, 3718, 및 3720)을 이용하여 개별적으로 각 채널 또는 1차 코일을 타임 아웃하는 것을 허용하여 각각이 독립적인 초저전력 모드를 갖도록 허용한다. 도 36 실시예에서 사용된 것과 유사한 다극 스위치(3704)가 또한 사용될 수 있다. 일단 모두가 파워 다운되면 그것은 그 후 메인 전력을 오프시키고 또한 보조 디바이스들 및 전력을 제어할 수도 있다.
도 37에서 각 1차 코일(212, 3606, 3608, 3610)은 그것과 관련된 개별 드라이버/제어 유닛을 갖는다. 물론, 도 36 실시예에서 도시된 바와 같이 대신에 단일 드라이브/제어 유닛(3604)이 구현될 수 있다.
도 38은 다중 채널 시스템에서의 초저전력 시스템의 사용의 일 실시예를 도시한다. 각 채널 또는 1차 제어기는 먼저 2차 시스템들을 셧 다운하고 그 후 한층 더 낮은 전력 소비를 위해 1차 시스템들을 셧 다운할 수 있다. 이 시스템은 DC 전원(3102)이 논리 통신 링크를 통해 원격으로 제어되도록 허용한다.
도 39는 감지 회로(3702)에 의해 제어되는 SW2(3108)를 이용한 직접 전력 차단(direct power shut off)을 갖는 전원의 일 실시예를 도시한다.
도 40에 예시된 실시예에서 근접 검출기(4002)로서 기능하는 감지 회로는 처음에 디바이스 또는 이질적인 물체가 무선 전원(200)의 부근에 배치된 것을 검출하기 위해 사용된다. 그것은 또한 디바이스 또는 이질적인 물체가 무선 전원(200)으로부터 제거되는지를 검출한다. 이 근접 검출기(4002)는 1차 코일(212)로부터 완전히 독립되고 따라서 그것에 연결되지 않는다. 일 실시예에서, 근접 검출기(4002)는 존재하는 디바이스 또는 물체에 변화가 일어난 것만을 안다.
옵션으로, 전력을 전송하기 위해 사용되는 코일과 관계없는 무선 전원(200) 내의 다른 코일을 사용하여 유도성(inductive) 근접 센서가 형성될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 유형의 근접 검출기(4002)는 용량성(capacitive) 근접 검출기이다. 물체들의 존재는 2개의 금속 전극들 사이의 유전 상수의 변화를 일으킨다. 대안적으로 그 커패시턴스는 센서와 물체 사이의 상호 커패시턴스의 변화 때문에 변화할 수 있다. 다른 유형의 근접 검출기(4002)는, 자기장의 변화에 응답하여 전압의 변화가 존재하는, 홀 효과(Hall Effect) 센서이다. 휴대용 디바이스 내에 페라이트 코어 또는 유사한 특성을 갖는 다른 재료의 존재는 자기장을 변경하는 것으로 귀결될 수 있다.
근접 검출기(4002)를 구현하는 다수의 상이한 방법들이 존재한다. 광 검출기, 예를 들면, 광전지 디바이스가 사용될 수 있다. 디바이스가 무선 전원(200) 상에 배치될 때, 보다 적은 주위 광이 광전지에 들어가고, 그에 의해 디바이스의 존재를 나타낸다. 변동하는 광 조건들에 의해 생성된 거짓 트리거들은 극적인 영향을 주지 않을 것이다. 대안적으로 보이는 또는 보이지 않는 주파수들에서 광을 생성하기 위해 LED 또는 레이저가 사용될 수 있고 반사된 광이 검출될 수 있다. 다른 옵션은 초음파 근접 센서일 것이다. 압력 스위치와 같은 접촉 기반 검출기를 사용하는 것도 가능하다. 디바이스가 무선 전원(200) 상에 배치될 때, 인가된 압력은 전기 접촉을 하고 따라서 감지 회로가 제공할 동일한 신호를 제공하기에 충분하다. 휴대용 디바이스에 그것의 검출을 용이하게 하는 엘리먼트를 가질 수 있다. 예를 들면 디바이스는 영구 자석을 포함할 수 있다. 이 자석이 무선 전원(200)에 근접하여 존재할 때 그것은 자력에 의해 무선 전원(200) 내의 스위치를 활성화한다. 근접 검출기로서 기능하는 추가적인 감지 회로들은 1차 유닛의 근접 내에 물체의 존재를 검출할 수 있는 홀 센서, 리드 스위치(reed switch), 운동 센서, 압력 센서, 광 센서, 또는 임의의 다른 센서를 포함할 수 있다.
사용될 수 있는 감지 회로(206)의 다수의 가능한 구성들이 존재한다. 인덕턴스 브리지를 사용하는 대신에, 브리지를 형성하기 위해 다른 리액티브 및/또는 저항성 엘리먼트들이 사용될 수 있다. 리액티브 엘리먼트들은 용량성 또는 유도성일 수 있다. 인덕턴스 변화에 대한 브리지의 감도를 증가시키기 위하여 공진이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 개별 에너지 소스는 외부 수단이다. 이들 외부 수단은 에너지 하베스팅(energy harvesting)(그에 의해 RF 방출 디바이스들로부터의 대기 중의 표유(stray) RF 에너지가 추출됨), 태양, 열, 바람, 운동 에너지, 수력 전기 등을 포함할 수 있다. 재충전 가능한 에너지 소스를 사용하는 대신에 1차 전지와 같은 재충전 가능하지 않은 소스가 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 에너지 저장의 다른 형태들은 연료 전지를 포함한다. 다른 형태의 에너지 저장은 스프링에 저장된 에너지를 사용하는 것이다. 와인드업(windup) 라디오, 광 및 토크에 대하여 유사한 기법들이 사용되었다. 사용자는 스프링에 에너지를 저장하기 위해 핸들을 감을 수 있다. 다른 실시예에서, 메인즈 DC 전원은, 그 자신의 스탠바이 모드를 갖는, 30mW와 같은, 적은 양의 전력의 추가적인 출력을 제공할 수 있다.
감지 회로(206)를 구현하는 다른 방법은 그것이 (예를 들면 RF 또는 다른 주파수들에서) 에너지의 짧은 핑들(short pings of energy)을 주기적으로 송출하고 유효 디바이스가 동일한 또는 상이한 주파수에서 메시지를 송신하는 것에 의해 응답하는 것을 기다리는 것이다. 그러한 정보의 핑들은 동일한 유도성 코일을 사용하여 전송될 수 있고 또는 대안적으로 개별 안테나가 사용될 수 있다. 대안적으로 디바이스 자체가 프로세스를 시작할 수 있다. 감지 회로(206)는 디바이스가 존재하는 것을 결정할 수 있도록 정보의 핑들에 대하여 주기적으로 청취할 수 있다. 그 정보는 정현파 톤, 또는 다른 유형의 톤(예를 들면, 구형 또는 삼각파) 또는 펄스 시퀀스 또는 정보 패킷일 수 있다.
메인즈 정류기(218)는 AC 전압을 낮추는(step down) 변압기, AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 다이오드 브리지 및 평활 커패시터(smoothing capacitor)를 포함할 수 있다. 리플을 감소시키기 위해 또는 전자기 컴프라이언스(electromagnetic compliance)를 위해 인덕터 또는 필터와 같은 다른 컴포넌트들이 또한 존재할 수 있다. DC 전압을 상이한 DC 전압으로 변환하기 위해 DC-DC 컨버터(이것은 스위치 모드 DC-DC 컨버터일 수 있음)가 또한 존재할 수 있다. (4개의 다이오드로 구성되는) 풀 다이오드 브리지(full diode bridge) 대신에, 하프 브리지(half bridge)가 사용될 수 있고(2개의 다이오드) 또는 대안적으로 2개의 다이오드와 함께 중심 탭 변압기(centre-tapped transformer)가 사용될 수 있다. 다이오드들은 쇼트키 다이오드들일 수 있다. 다이오드들 대신에, 전압 강하를 감소시키기 위해 트랜지스터들(MOSFET 트랜지스터일 수 있음)이 사용될 수 있다. 메인즈 스위치가 작동될 때 과도 서지들(transient surges)을 회피하기 위한 기법들이 사용될 수 있다. 이것들은 필터를 이용할 수 있다. 대안적으로 부하는 가변 온 저항(variable on-resistance)을 갖는 MOSFET을 사용하여 점차 온으로 스위칭될 수 있다. 직렬 연결된 스위치들이 사용될 수도 있다.
설명된 실시예들에서는 자기장 및 유도성 코일들 양쪽 모두가 다양한 형태를 취할 수 있다. 생성된 자기장은 전력 전송 표면에 관하여 수직 또는 평행 또는 임의의 다른 방위일 수 있다. 코일들은 자기 코어가 있거나 없는, 평평한 나선형으로 감긴 코일들(flat spiral wound coils)일 수 있고; 그것들은 PCB 코일들일 수 있다. 코일들은 페라이트 막대 또는 직사각형 막대의 주위에 감길 수 있다. 코일들은 실딩(shielding)을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 코일 축들은 전력 전송 표면에 평행 또는 수직일 수 있다. 스탠바이 감지 동안의 전류 및/또는 전압은 전형적으로 전력 전송 동안보다 훨씬 더 낮을 것이다. 감지 스탠바이 동안에 인가되는 주파수는 전력 전송 동안에 인가되는 주파수와 상이하거나 동일할 수 있다. 동작 및/또는 스탠바이 감지 동안에 전압, 전류 및 주파수의 일부 또는 전부가 변하거나 고정될 수 있다.
스위치들은 전자기 릴레이, MOSFET 트랜지스터, 솔리드 스테이트 릴레이, 또는 다른 컴포넌트일 수 있다. 래칭(latching) 릴레이들은 옵션이고, 그것들은 계속적으로 존재하기 위해 제어 전압에 의지하지 않고 따라서 누설 전류 및 전력 손실이 적을 것이다. 그러나 래칭 릴레이들은 논 래칭(non latching) 릴레이들보다 상당히 많이 비용이 들 수 있다. 대안으로서 제어 전압이 없을 때 SW1은 열리고 SW4는 닫히도록 구성된, 논 래칭 릴레이들을 사용하는 것이 가능하다. 메인 제어 로직이 파워 업할 때, 그것이 릴레이들을 적당한 위치에 유지하기 위해 그것의 전력을 릴레이들에 공급하도록 전자 래치가 행해질 수 있다.
본 발명의 동작은 유도성 무선 전력 시스템(200)에 관련하여 예시되었으나, 그것은 또한 다른 유형의 무선 전력 시스템들에 적용될 수 있다. 예를 들면 그것은 (마이크로파 주파수를 포함하지만 이에 제한되지 않는) RF 방사를 통해 에너지가 전송되는 경우에 사용될 수 있다. 무선 전력은 또한 소멸 파 결합(evanescent wave coupling)에 의해 전송될 수 있다(예를 들면, Witricity). 전력은 또한 용량성 결합에 의해 전송될 수 있다. 전력은 또한 광학적으로 전송될 수 있다. 다른 형태의 유도성, 용량성, 자기, 정전기 또는 전자기 전력 전송이 사용될 수 있다. 휴대용 디바이스가 에너지 저장 디바이스를 가질 필요는 없다. 무선 전력 송신기가 메인즈 전기에의 연결을 갖는 것이 불필요하다. 송신기는 배터리, 초고용량 커패시터, 연료 전지 또는 연료 전력 생성기(fuel powered generator) 또는 다른 것과 같은 내부 또는 외부 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 대안적으로 그것은 다른 수단(예를 들면, 에너지 하베스팅, 태양, 바람, 운동, 열, 수력 전기 등)에 의해 그것의 전력을 획득할 수 있다.
도 41은 본 발명의 일 실시예를 이용하여 보조 회로를 제어하는 것의 추가를 도시한다. 이것은 이 제어에 의해 영향을 받을 추가적인 장비일 수 있다. 메인즈 전기를 무선 전원(200)으로 통과시키도록 SW1(202)이 닫힐 때, 그것은 또한 메인즈 전기를 보조 출력 소켓으로 통과시킨다. 이 소켓에 연결된 임의의 장비도 온으로 스위칭될 것이다.
도 42는 원격 제어되는 보조 유닛의 일 실시예를 도시한다. 메인 회로(704)는 예를 들면 스위치(4204)를 통해 추가적인 전력을 제어하고, 및/또는 필요에 따라 기능하는 제2 디바이스(4202)에 송신되는 신호를 제어한다. 그 신호는 종래의 유선 연결, 광섬유, 무선, 자유 공간 광학, 초음파 등에 의해 전송될 수 있다. 이 무선 제어는 임의의 유형의 수신기/송신기 쌍 또는 송수신기 쌍(4206, 4210)일 수 있다는 것에 또한 유의해야 한다. 통신 포맷들의 일부 예들은 Zigbee, ZWave, (메쉬 네트워크) 전류 라인 캐리어, X10, 또는 다른 것들을 포함한다. 이들 제어 기술들은 전기 기구들, 온도 조절 장치들, 조명 및 기타 전력 디바이스들을 제어하도록 설계되기 때문에 다른 시스템 기능들(4208)을 제어하는 것을 더 용이하게 한다. 이것은 외부 디바이스들을 제어하기 위해 송신되는 명령들을 갖는 단순한 명령 세트일 수 있다. 보조 유닛은 메인즈 전원이 보조 유닛의 일부 또는 전부로부터 분리되는 동안 얼마간의 전력을 제공하는 배터리 또는 다른 전원을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 메인즈 전력은 보조 유닛 내의 다른 회로가 메인즈 전원으로부터 분리되는 동안 수신 회로에 전력을 공급하는 다른 전원으로서 사용된다.
도 43은 감지 회로(206)가 직접 신호를 전송하는 것을 제외하면, 도 27 실시예와 유사한 대안 실시예를 도시한다.
도 44 및 45는 무선 전원이 전자 장비의 다른 부품과 통합되는 대안 실시예들을 도시한다. 무선 전력 시스템 내의 제어 회로는 전자 회로의 나머지에의 전력의 공급을 제어할 수 있다.
이 시스템은 무선 전력 시스템에 관련하여 예시되었지만, 그것은 다른 시스템들에도 적용될 수 있고, 여기서 시스템은 물체, 사람 또는 동물이 그것에 근접하여 오는 것에 응답하여 스탠바이에서 벗어난다.
하나의 가능한 부류의 시스템은 RFID(radio frequency identification)와 NFC(Near Field Communications) 및 비접촉식 스마트 카드와 같은 관련 기술들이다. 이들 시스템들에서는 라디오 주파수 또는 유도성 수단에 의해 판독기(4606)와 태그(4604) 사이에 정보가 교환된다. 태그/디바이스(4604)는 수동적일 수 있고, 여기서 그것은 수신된 전자기 전력으로부터 그것의 전력을 획득하여, 내부 배터리에 대한 필요를 회피한다. 대안적으로 태그/디바이스(4604)는 능동적이고 전력을 위한 내부 배터리들을 가질 수 있다. 디바이스들은 전형적으로 코일로 이루어진 안테나, 송신/수신 회로 및 마이크로프로세서 또는 제어를 위한 다른 로직을 갖는다. 단순한 태그는 수동적이고 단순히 그것의 ID(identity)를 제공하는 일련 번호를 반송할 수 있다. 이동 전화기에 내장되어 있는 보다 복잡한 NFC 디바이스들은 판독기와 전화기 사이에 정보를 송신하고 수신할 수 있다. 판독기들은 각종의 목적, 예를 들면 현금 없는 지불 시스템, 광고, 로컬 정보를 위해 사용된다. 그러한 시스템들은 자주 방문되지 않을 수 있기 때문에, 그러한 시스템들이 영구적으로 전원이 켜져 있는 것은 바람직하지 않다.
도 46은 (NFC 및 다른 비접촉식 지불 시스템들에 적용 가능한) RFID 시스템에서 사용되는 본 발명의 예를 도시한다. RFID 태그(4604)가 판독기(4602)에 근접하여 배치될 때, 감지 회로(206)는 태그/디바이스가 근접하여 존재하는 것을 결정한다. 따라서 시스템은 메인즈 전원을 연결하고 판독기(4602)를 파워 업한다. 그 후 판독기는 근접해 있는 태그들/디바이스들(4604)을 찾고 그들과 통신한다. 판독기(4602)가 태그/디바이스에 전력을 전송하는 것은 불필요하다. 판독기(4602)가 근접해 있는 모든 태그들/디바이스들(4604)과의 통신을 완료한 후에, 그것은 스탠바이 상태에 다시 들어갈 수 있다. 시스템은 다음 변화(태그들/디바이스들이 제거되거나 배치되는 것)가 일어날 때까지 이 상태에 머무른다.
상기 설명은 본 발명의 현재 실시예들에 관한 것이다. 부속된 청구항들에서 정의된 본 발명의 정신 및 광범위의 양태들에서 벗어나지 않고 다양한 변경들 및 변화들이 이루어질 수 있고, 부속된 청구항들은 균등론을 포함하는 특허법의 원리에 따라 해석되어야 한다. 예를 들면, 관사 "a", "an", "the" 또는 "said"를 사용하여 단수로 청구항 구성 요소를 언급하는 어떤 것이라도 그 구성 요소를 단수로 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.
Claims (94)
- 2차 디바이스(secondary device)에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛(primary unit)에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - ,
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 상기 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계;
상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛의 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계;
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계; 및
추가로, 유효 2차 디바이스가 존재한다는 판정에 응답하여, 상기 유효 2차 디바이스가 전력을 요구하는지 여부를 판정하고, 전력을 요구하는 유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하는 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 상기 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계;
상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛의 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하며, 상기 전력의 펄스는 통신 신호를 포함하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 상기 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계;
상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛의 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하며, 상기 전력의 펄스는 2차 디바이스로부터의 통신을 가능하게 하기에 충분한, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 제3항에 있어서, 상기 검출하는 단계는 상기 전력의 펄스보다 적은 양의 전력을 사용하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 검출하는 단계는, 물체의 존재를 나타내는 자기장의 변화를 검출하는 단계, 커패시턴스의 변화를 검출하는 단계, 질량의 변화를 검출하는 단계, 물체의 존재를 나타내는 운동의 변화를 검출하는 단계, 물체의 존재를 나타내는 압력의 변화를 검출하는 단계, 및 물체의 존재를 나타내는 광 레벨의 변화를 검출하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 상기 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계;
상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛의 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계;
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계; 및
상기 2차 디바이스의 상태를 나타내는 상기 2차 디바이스로부터의 통신을 수신하는 단계
를 포함하고, 상기 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 2차 디바이스의 상기 상태의 함수인, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 상기 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계;
상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛의 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하며, 상기 물체의 존재를 검출하는 단계는, 상기 1차 유닛 근처의 물체들의 수의 변화; 및 상기 1차 유닛 근처의 하나 이상의 물체들의 위치의 변화 중 적어도 하나를 검출하는 단계를 포함하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 상기 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계;
상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛의 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하며, 상기 물체의 존재를 검출하는 단계 및 상기 전력을 송신하는 단계는 상이한 전원들로부터의 전력을 이용하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 상기 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계;
상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛의 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하며, 상기 검출하는 단계는 에너지 저장 엘리먼트로부터의 전력을 이용하고; 유효 2차 디바이스가 존재한다는 판정에 응답하여, 2차 디바이스 배터리를 충전하는 것 및 상기 2차 디바이스에 직접 전력을 공급하는 것 중 적어도 하나를 수행하기 위하여 상기 2차 디바이스에 전력을 전송하기에 충분한 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 상기 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계;
상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛의 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하며, 상기 검출하는 단계는 에너지 저장 엘리먼트로부터의 전력을 이용하고; 유효 2차 디바이스가 존재한다는 판정에 응답하여, 상기 에너지 저장 엘리먼트를 재충전하고, 또한 2차 디바이스 배터리를 충전하는 것 및 상기 2차 디바이스에 직접 전력을 공급하는 것 중 적어도 하나를 수행하기 위하여 상기 2차 디바이스에 전력을 전송하기에 충분한 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 상기 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계;
상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛의 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하며, 유효 2차 디바이스가 존재하는지에 대한 상기 판정의 함수로서, 보조 유닛에 공급되는 전력을 제어하기 위해 상기 보조 유닛과 통신하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출(draw)이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계;
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계; 및
추가로, 유효 2차 디바이스가 존재한다는 판정에 응답하여, 상기 유효 2차 디바이스가 전력을 요구하는지 여부를 판정하고, 전력을 요구하는 유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하는 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하고, 상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계는 상기 2차 디바이스가 상기 1차 유닛과의 통신을 허용하기에 충분한 전력을 그것의 회로에 공급할 수 없도록 충분히 작은 자기장을 생성하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하고, 상기 1차 유닛에 대한 상기 저전력의 펄스보다 상기 더 높은 레벨의 상기 전력은 통신 신호를 포함하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하고, 상기 1차 유닛에 대한 상기 저전력의 펄스보다 상기 더 높은 레벨의 상기 전력은 2차 디바이스와의 통신을 가능하게 하기에 충분한, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 제15항에 있어서, 유효 2차 디바이스가 존재한다는 판정에 응답하여, 상기 유효 2차 디바이스에 전력을 전송하기 위해 상기 1차 유닛에 전력을 공급하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계;
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계; 및
상기 2차 디바이스의 상태를 나타내는 상기 2차 디바이스로부터의 통신을 수신하는 단계
를 포함하고, 상기 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 2차 디바이스의 상기 상태의 함수인, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하고, 상기 부하의 존재를 검출하는 단계는
상기 1차 유닛 근처의 물체들의 수의 변화; 및
상기 1차 유닛 근처의 하나 이상의 물체들의 위치의 변화
중 적어도 하나를 검출하는 단계를 포함하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하고, 상기 저전력의 펄스 및 상기 더 높은 레벨의 전력은 상이한 전원들로부터의 전력을 이용하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하고, 상기 저전력의 펄스는 에너지 저장 엘리먼트로부터의 전력을 이용하고; 유효 2차 디바이스가 존재한다는 판정에 응답하여, 2차 디바이스 배터리를 충전하는 것 및 상기 2차 디바이스에 직접 전력을 공급하는 것 중 적어도 하나를 수행하기 위하여 상기 2차 디바이스에 전력을 전송하기에 충분한 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하고, 상기 저전력의 펄스는 에너지 저장 엘리먼트로부터의 전력을 이용하고; 유효 2차 디바이스가 존재한다는 판정에 응답하여, 상기 에너지 저장 엘리먼트를 재충전하고, 또한 2차 디바이스 배터리를 충전하는 것 및 상기 2차 디바이스에 직접 전력을 공급하는 것 중 적어도 하나를 수행하기 위하여 상기 2차 디바이스에 전력을 전송하기에 충분한 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하고, 유효 2차 디바이스가 존재하는지에 대한 상기 판정의 함수로서, 보조 유닛에 공급되는 전력을 제어하기 위해 상기 보조 유닛과 통신하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제1 전력 입력;
검출 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제2 전력 입력 - 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공함 -;
2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 서브회로(primary subcircuit);
상기 1차 서브회로에 상기 제1 전력 입력을 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 감지 회로 - 상기 감지 회로는 상기 제2 전력 입력에 의해 전력을 공급받고, 상기 감지 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 감지 회로는,
임피던스 엘리먼트;
상기 임피던스 엘리먼트에 연결된 발진기 - 상기 발진기는 상기 제2 전력 입력을 AC 전력으로 변환함 -;
상기 임피던스 엘리먼트 양단에 걸리는 피크 전압을 검출하기 위한 피크 검출기; 및
상기 피크 검출기의 값을 주기적으로 판독하고, 임피던스의 변화를 검출하고, 상기 제1 전력 입력을 상기 1차 서브회로에 선택적으로 연결하기 위해 상기 스위치를 활성화하도록 프로그램된 마이크로프로세서
를 포함하는 1차 유닛. - 제23항에 있어서, 피크 검출 측정의 기간 동안 상기 피크 검출기 및 상기 발진기를 상기 제2 전력 입력에 선택적으로 연결하는 스위치를 더 포함하는 1차 유닛.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제1 전력 입력;
검출 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제2 전력 입력 - 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공함 -;
2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 서브회로;
상기 1차 서브회로에 상기 제1 전력 입력을 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 감지 회로 - 상기 감지 회로는 상기 제2 전력 입력에 의해 전력을 공급받고, 상기 감지 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 감지 회로는,
상기 1차 서브회로 내에 위치하는 1차 코일에 선택 가능하게 연결되는 발진기 회로; 및
상기 발진기 회로의 주파수를 측정하도록 프로그램된 마이크로프로세서
를 포함하는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제1 전력 입력;
검출 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제2 전력 입력 - 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공함 -;
2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 서브회로;
상기 1차 서브회로에 상기 제1 전력 입력을 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 감지 회로 - 상기 감지 회로는 상기 제2 전력 입력에 의해 전력을 공급받고, 상기 감지 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 감지 회로는 임피던스 엘리먼트를 포함하고, 상기 임피던스 엘리먼트는 2차 디바이스에 전력을 전송하기 위해 상기 서브회로에 위치하는 1차 코일을 포함하고, 상기 감지 회로는 피크 검출 측정의 기간 동안 상기 1차 코일을 상기 감지 회로에 선택적으로 연결하는 스위치를 포함하는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제1 전력 입력;
검출 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제2 전력 입력 - 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공함 -;
2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 서브회로;
상기 1차 서브회로에 상기 제1 전력 입력을 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 감지 회로 - 상기 감지 회로는 상기 제2 전력 입력에 의해 전력을 공급받고, 상기 감지 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 감지 회로는 마이크로프로세서를 포함하며, 상기 마이크로프로세서는, 감지 회로 측정 동안에만 상기 마이크로프로세서가 깨어나는 것(wake up)을 가능하게 하는 감시 타이머(watchdog timer)를 갖는 1차 유닛. - 제27항에 있어서, 상기 감지 회로는 홀 센서(hall sensor), 리드 스위치(reed switch), 운동 센서, 스위치, 커패시턴스 센서, 질량 센서, 압력 센서, 및 광 센서 중 적어도 하나를 포함하는 1차 유닛.
- 제27항에 있어서, 상기 감지 회로는 상기 제1 전력 입력을 보조 유닛에 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치를 제어하도록 프로그램되는 1차 유닛.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제1 전력 입력;
검출 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제2 전력 입력 - 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공함 -;
2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 서브회로;
상기 1차 서브회로에 상기 제1 전력 입력을 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치;
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 감지 회로 - 상기 감지 회로는 상기 제2 전력 입력에 의해 전력을 공급받고, 상기 감지 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -; 및
상기 2차 디바이스의 상태를 나타내는 상기 2차 디바이스로부터의 통신을 수신하기 위한 수신기
를 포함하고, 식별 유닛이 적어도 부분적으로 상기 2차 디바이스의 상기 상태의 함수로서 상기 2차 디바이스가 유효한지를 판정하는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제1 전력 입력;
검출 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제2 전력 입력 - 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공함 -;
2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 서브회로;
상기 1차 서브회로에 상기 제1 전력 입력을 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 감지 회로 - 상기 감지 회로는 상기 제2 전력 입력에 의해 전력을 공급받고, 상기 감지 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 1차 서브회로는 식별 유닛을 포함하고, 상기 제1 전력 입력의 상기 1차 서브회로에의 상기 연결에 응답하여, 상기 식별 유닛은 유효 2차 디바이스가 상기 1차 유닛의 근처 내에 존재하는지를 식별하도록 프로그램되고, 유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키는 것에 의해 상기 1차 서브회로에의 전력이 제한되는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제1 전력 입력;
검출 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제2 전력 입력 - 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공함 -;
2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 서브회로;
상기 1차 서브회로에 상기 제1 전력 입력을 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 감지 회로 - 상기 감지 회로는 상기 제2 전력 입력에 의해 전력을 공급받고, 상기 감지 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 1차 서브회로는 식별 유닛을 포함하고, 상기 제1 전력 입력의 상기 1차 서브회로에의 상기 연결에 응답하여, 상기 식별 유닛은 상기 2차 디바이스가 전력을 요구하는지를 식별하도록 프로그램되고, 전력을 요구하는 2차 디바이스가 없다는 판정에 응답하여, 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키는 것에 의해 상기 1차 서브회로에의 전력이 제한되는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제1 전력 입력;
검출 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제2 전력 입력 - 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공함 -;
2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 서브회로;
상기 1차 서브회로에 상기 제1 전력 입력을 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 감지 회로 - 상기 감지 회로는 상기 제2 전력 입력에 의해 전력을 공급받고, 상기 감지 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 제2 전력 입력은 에너지 저장 엘리먼트를 포함하고; 상기 에너지 저장 엘리먼트는 상기 제1 전력 입력이 상기 1차 서브회로에 연결되는 동안 재충전되는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제1 전력 입력;
검출 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제2 전력 입력 - 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공함 -;
2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 서브회로;
상기 1차 서브회로에 상기 제1 전력 입력을 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 감지 회로 - 상기 감지 회로는 상기 제2 전력 입력에 의해 전력을 공급받고, 상기 감지 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 제2 전력 입력은 에너지 저장 엘리먼트를 포함하는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전원 회로;
검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 회로;
식별 모드 동안에 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛을 교대로 상기 검출 모드, 상기 식별 모드, 및 상기 전력 공급 모드에서 동작시키도록 프로그램된 상기 1차 유닛 내에 위치하는 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 식별 유닛은, 상기 식별 모드 동안에 상기 검출된 유효 2차 디바이스가 전력을 요구하는지 여부를 판정하는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전원 회로;
검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 회로;
식별 모드 동안에 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛을 교대로 상기 검출 모드, 상기 식별 모드, 및 상기 전력 공급 모드에서 동작시키도록 프로그램된 상기 1차 유닛 내에 위치하는 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 검출 모드는,
상기 스위치를 여는 것에 의해 상기 전원 회로에의 전력의 공급을 제한하는 것;
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 것;
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하면, 상이한 모드에 들어가는 것
을 포함하고;
상기 전력 공급 모드는,
상기 스위치를 닫는 것에 의해 상기 1차 유닛에 전력을 공급하는 것;
2차 디바이스가 근접하여 존재하는지를 식별하는 것;
상기 식별에 의존하여 전력 공급에 머무르거나 검출 모드에 들어가는 것
을 포함하는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전원 회로;
검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 회로;
식별 모드 동안에 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛을 교대로 상기 검출 모드, 상기 식별 모드, 및 상기 전력 공급 모드에서 동작시키도록 프로그램된 상기 1차 유닛 내에 위치하는 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 검출 회로는,
임피던스 엘리먼트;
상기 임피던스 엘리먼트에 연결된 발진기;
상기 임피던스 엘리먼트 양단에 걸리는 피크 전압을 검출하기 위한 피크 검출기; 및
상기 피크 검출기의 값을 주기적으로 판독하고, 임피던스의 변화를 검출하고, 상기 전원 회로를 상기 전력의 공급에 선택적으로 연결하기 위해 상기 스위치를 활성화하도록 프로그램된 마이크로프로세서
를 포함하는 1차 유닛. - 제37항에 있어서, 상기 임피던스 엘리먼트는 2차 디바이스에 전력을 전송하기 위해 상기 전원 회로에 위치하는 1차 코일을 포함하고, 상기 검출 회로는 피크 검출 측정의 기간 동안 상기 1차 코일을 상기 검출 회로에 선택적으로 연결하는 스위치를 포함하는 1차 유닛.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전원 회로;
검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 회로;
식별 모드 동안에 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛을 교대로 상기 검출 모드, 상기 식별 모드, 및 상기 전력 공급 모드에서 동작시키도록 프로그램된 상기 1차 유닛 내에 위치하는 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 검출 회로는,
상기 1차 유닛 내에 위치하는 1차 코일에 선택 가능하게 연결되는 발진기 회로; 및
상기 발진기 회로의 주파수를 측정하도록 프로그램된 마이크로프로세서
를 포함하는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전원 회로;
검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 회로;
식별 모드 동안에 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하도록 동작 가능한 스위치;
상기 1차 유닛을 교대로 상기 검출 모드, 상기 식별 모드, 및 상기 전력 공급 모드에서 동작시키도록 프로그램된 상기 1차 유닛 내에 위치하는 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -; 및
추가로 피크 검출 측정의 기간 동안 피크 검출기 및 발진기를 전력의 제2 공급에 선택적으로 연결하는 스위치를 포함하는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전원 회로;
검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 회로;
식별 모드 동안에 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛을 교대로 상기 검출 모드, 상기 식별 모드, 및 상기 전력 공급 모드에서 동작시키도록 프로그램된 상기 1차 유닛 내에 위치하는 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 검출 회로는 마이크로프로세서를 포함하며, 상기 마이크로프로세서는, 감지 회로 측정 동안에만 상기 마이크로프로세서가 깨어나는 것을 가능하게 하는 감시 타이머를 갖는 1차 유닛. - 제41항에 있어서, 상기 검출 회로는 홀 센서, 리드 스위치, 운동 센서, 스위치, 압력 센서, 및 광 센서 중 적어도 하나를 포함하는 1차 유닛.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전원 회로;
검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 회로;
식별 모드 동안에 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하도록 동작 가능한 스위치;
상기 1차 유닛을 교대로 상기 검출 모드, 상기 식별 모드, 및 상기 전력 공급 모드에서 동작시키도록 프로그램된 상기 1차 유닛 내에 위치하는 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -; 및
상기 2차 디바이스의 상태를 나타내는 상기 2차 디바이스로부터의 통신을 수신할 수 있는 수신기를 포함하고;
상기 1차 유닛은 적어도 부분적으로 상기 2차 디바이스의 상기 상태의 함수로서 상기 2차 디바이스가 유효한지 여부를 판정하는 식별 회로를 포함하는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전원 회로;
검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 회로;
식별 모드 동안에 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛을 교대로 상기 검출 모드, 상기 식별 모드, 및 상기 전력 공급 모드에서 동작시키도록 프로그램된 상기 1차 유닛 내에 위치하는 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 1차 유닛은 식별 유닛을 포함하고, 상기 검출 회로가 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여, 상기 식별 유닛은,
상기 1차 유닛의 근처 내에 유효 2차 디바이스가 존재하는지를 식별하도록 프로그램되고,
유효 2차 디바이스를 식별하지 못하는 것에 응답하여, 상기 제어 회로는 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 무선으로 전력을 전송하기 위한 전원 회로;
검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 회로;
식별 모드 동안에 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하도록 동작 가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛을 교대로 상기 검출 모드, 상기 식별 모드, 및 상기 전력 공급 모드에서 동작시키도록 프로그램된 상기 1차 유닛 내에 위치하는 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하고, 상기 1차 유닛은 전력 공급 모드 동안에는 메인즈 전원(mains power source)으로부터 전력을 획득하고 검출 모드 동안에는 2차 전원으로부터 전력을 획득하는 1차 유닛. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
검출 모드, 식별 모드, 및 전력 공급 모드에서 선택적으로 동작할 수 있는 1차 유닛을 제공하는 단계;
상기 검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계 - 상기 검출 모드는, 1차 유닛의 적어도 일부에의 전력의 공급을 제한하는 단계; 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계; 상기 검출하는 단계에 의존하여, 상기 검출 모드에 머무르거나 상기 식별 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 식별 모드 동안에 상기 물체를 식별하는 단계 - 상기 식별 모드는, 상기 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하면 상기 전력 공급 모드에 들어가는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하지 못하면 상기 검출 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 전력 공급 모드 동안에 상기 2차 디바이스에 무선으로 전력을 공급하는 단계 - 상기 전력 공급 모드는, 상기 검출 모드 동안보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 더 높은 레벨의 전력은 상기 1차 유닛이 무선 전원으로서 기능하기에 충분함 -
를 포함하고,
상기 식별 모드는 상기 2차 디바이스의 상태를 나타내는 상기 2차 디바이스로부터의 통신을 수신하는 단계를 포함하고;
상기 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 2차 디바이스의 상기 상태의 함수인, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 제46항에 있어서, 상기 검출하는 단계는 물체의 존재를 나타내는 자기장의 변화를 검출하는 단계, 커패시턴스의 변화를 검출하는 단계, 질량의 변화를 검출하는 단계, 물체의 존재를 나타내는 운동의 변화를 검출하는 단계, 물체의 존재를 나타내는 압력의 변화를 검출하는 단계, 및 물체의 존재를 나타내는 광 레벨의 변화를 검출하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
검출 모드, 식별 모드, 및 전력 공급 모드에서 선택적으로 동작할 수 있는 1차 유닛을 제공하는 단계;
상기 검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계 - 상기 검출 모드는, 1차 유닛의 적어도 일부에의 전력의 공급을 제한하는 단계; 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계; 상기 검출하는 단계에 의존하여, 상기 검출 모드에 머무르거나 상기 식별 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 식별 모드 동안에 상기 물체를 식별하는 단계 - 상기 식별 모드는, 상기 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하면 상기 전력 공급 모드에 들어가는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하지 못하면 상기 검출 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 전력 공급 모드 동안에 상기 2차 디바이스에 무선으로 전력을 공급하는 단계 - 상기 전력 공급 모드는, 상기 검출 모드 동안보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 더 높은 레벨의 전력은 상기 1차 유닛이 무선 전원으로서 기능하기에 충분함 -
를 포함하고,
상기 물체의 존재를 검출하는 단계는 상기 1차 유닛 근처의 물체들의 수의 변화; 및 상기 1차 유닛 근처의 하나 이상의 물체들의 위치의 변화 중 적어도 하나를 검출하는 단계를 포함하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
검출 모드, 식별 모드, 및 전력 공급 모드에서 선택적으로 동작할 수 있는 1차 유닛을 제공하는 단계;
상기 검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계 - 상기 검출 모드는, 1차 유닛의 적어도 일부에의 전력의 공급을 제한하는 단계; 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계; 상기 검출하는 단계에 의존하여, 상기 검출 모드에 머무르거나 상기 식별 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 식별 모드 동안에 상기 물체를 식별하는 단계 - 상기 식별 모드는, 상기 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하면 상기 전력 공급 모드에 들어가는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하지 못하면 상기 검출 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 전력 공급 모드 동안에 상기 2차 디바이스에 무선으로 전력을 공급하는 단계 - 상기 전력 공급 모드는, 상기 검출 모드 동안보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 더 높은 레벨의 전력은 상기 1차 유닛이 무선 전원으로서 기능하기에 충분함 -
를 포함하고, 상기 1차 유닛은 검출 모드 및 상기 전력 공급 모드 동안에 상이한 전원들로부터의 전력을 이용하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
검출 모드, 식별 모드, 및 전력 공급 모드에서 선택적으로 동작할 수 있는 1차 유닛을 제공하는 단계;
상기 검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계 - 상기 검출 모드는, 1차 유닛의 적어도 일부에의 전력의 공급을 제한하는 단계; 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계; 상기 검출하는 단계에 의존하여, 상기 검출 모드에 머무르거나 상기 식별 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 식별 모드 동안에 상기 물체를 식별하는 단계 - 상기 식별 모드는, 상기 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하면 상기 전력 공급 모드에 들어가는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하지 못하면 상기 검출 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 전력 공급 모드 동안에 상기 2차 디바이스에 무선으로 전력을 공급하는 단계 - 상기 전력 공급 모드는, 상기 검출 모드 동안보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 더 높은 레벨의 전력은 상기 1차 유닛이 무선 전원으로서 기능하기에 충분함 -
를 포함하고, 상기 검출 모드 동안에 상기 1차 유닛은 에너지 저장 엘리먼트로부터의 전력을 이용하고; 상기 전력 공급 모드는 상기 에너지 저장 엘리먼트를 재충전하는 단계를 포함하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
검출 모드, 식별 모드, 및 전력 공급 모드에서 선택적으로 동작할 수 있는 1차 유닛을 제공하는 단계;
상기 검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계 - 상기 검출 모드는, 1차 유닛의 적어도 일부에의 전력의 공급을 제한하는 단계; 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계; 상기 검출하는 단계에 의존하여, 상기 검출 모드에 머무르거나 상기 식별 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 식별 모드 동안에 상기 물체를 식별하는 단계 - 상기 식별 모드는, 상기 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하면 상기 전력 공급 모드에 들어가는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하지 못하면 상기 검출 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 전력 공급 모드 동안에 상기 2차 디바이스에 무선으로 전력을 공급하는 단계 - 상기 전력 공급 모드는, 상기 검출 모드 동안보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 더 높은 레벨의 전력은 상기 1차 유닛이 무선 전원으로서 기능하기에 충분함 -
를 포함하고, 상기 검출 모드 동안에 상기 1차 유닛은 에너지 저장 엘리먼트로부터의 전력을 이용하는 전력 소비 감소 방법. - 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
물체로 인한 인덕턴스의 변화를 검출하기 위하여 1차 유닛에서 브리지를 갖는 감지 회로를 사용하여 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계;
상기 1차 유닛의 근처 내의 상기 물체의 존재를 검출하는 것에 응답하여 상기 물체에 전력의 펄스를 송신하는 단계;
상기 물체에 상기 전력의 펄스를 송신하는 것에 응답하여 상기 1차 유닛의 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하는 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 제52항에 있어서, 상기 검출하는 단계는 상기 펄스 전력보다 적은 양의 전력을 사용하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법.
- 제52항에 있어서, 상기 검출하는 단계는 물체의 존재를 나타내는 자기장의 변화를 검출하는 단계, 커패시턴스의 변화를 검출하는 단계, 질량의 변화를 검출하는 단계, 물체의 존재를 나타내는 운동의 변화를 검출하는 단계, 물체의 존재를 나타내는 압력의 변화를 검출하는 단계, 및 물체의 존재를 나타내는 광 레벨의 변화를 검출하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
상기 1차 유닛에 저전력의 펄스를 인가하는 단계;
부하로 인한 인덕턴스의 변화를 검출하기 위하여 1차 유닛에서 브리지를 갖는 감지 회로를 사용하여 상기 1차 유닛의 근처 내의 부하를 나타내는 상기 1차 유닛의 전력의 인출이 있는지를 검출하는 단계;
부하를 검출하면, 상기 저전력의 펄스보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계;
상기 더 높은 레벨의 전력의 상기 공급에 응답하여 상기 1차 유닛 근처에 유효 2차 디바이스가 존재하는지 여부를 판정하는 단계; 및
유효 2차 디바이스가 존재하지 않는다는 판정에 응답하여, 상기 1차 유닛에 공급되는 전력을 제한하는 단계
를 포함하는 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 제55항에 있어서, 유효 2차 디바이스가 존재한다는 판정에 응답하여, 상기 유효 2차 디바이스에 전력을 전송하기 위해 상기 1차 유닛에 전력을 공급하는, 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제1 전력 입력;
검출 모드 동안에 전력을 공급하기 위한 제2 전력 입력 - 상기 제2 전력 입력은 상기 제1 전력 입력보다 적은 전력을 제공함 -;
2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 스위칭 회로를 포함하는 1차 서브회로;
상기 1차 서브회로에 상기 제1 전력 입력을 선택적으로 연결하도록 동작 가능하고, 상기 스위칭 회로로부터 분리된 스위치; 및
상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 감지 회로 - 상기 감지 회로는 상기 제2 전력 입력에 의해 전력을 공급받고, 상기 감지 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 제1 전력 입력으로부터 상기 1차 서브회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하는 1차 유닛. - 제57항에 있어서, 상기 감지 회로는 홀 센서, 리드 스위치, 운동 센서, 스위치, 커패시턴스 센서, 질량 센서, 압력 센서, 및 광 센서 중 적어도 하나를 포함하는 1차 유닛.
- 제57항에 있어서, 상기 감지 회로는 상기 제1 전력 입력을 보조 유닛에 선택적으로 연결하도록 동작 가능한 스위치를 제어하도록 프로그램되는 1차 유닛.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리 가능함 - 으로서,
전력 공급 모드 동안에 2차 디바이스에 무선으로 전력을 전송하기 위한 스위칭 회로를 포함하는 전원 회로;
검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하기 위한 검출 회로;
식별 모드 동안에 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하기 위한 식별 유닛;
상기 전원 회로를 전력의 공급에 선택적으로 연결하고 분리하도록 동작 가능하고, 상기 스위칭 회로로부터 분리가능한 스위치; 및
상기 1차 유닛을 교대로 상기 검출 모드, 상기 식별 모드, 및 상기 전력 공급 모드에서 동작시키도록 프로그램된 상기 1차 유닛 내에 위치하는 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출 모드 동안에 상기 전력의 공급으로부터 상기 전원 회로를 분리하도록 상기 스위치를 동작시키고, 상기 1차 유닛은 상기 전력 공급 모드 동안보다 상기 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비함 -
를 포함하는 1차 유닛. - 제60항에 있어서, 상기 검출 회로는 홀 센서, 리드 스위치, 운동 센서, 스위치, 압력 센서, 및 광 센서 중 적어도 하나를 포함하는 1차 유닛.
- 2차 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 1차 유닛에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법으로서 - 상기 2차 디바이스는 상기 1차 유닛으로부터 분리가능함 -,
검출 모드, 식별 모드, 및 전력 공급 모드에서 선택적으로 동작할 수 있는 1차 유닛을 제공하는 단계;
상기 검출 모드 동안에 상기 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계 - 상기 검출 모드는, 1차 유닛의 적어도 일부에의 전력의 공급을 제한하는 단계; 물체로 인한 인덕턴스의 변화를 검출하기 위하여 1차 유닛에서 브리지를 갖는 감지 회로를 사용하여 1차 유닛의 근처 내의 물체의 존재를 검출하는 단계; 상기 검출하는 단계에 의존하여, 상기 검출 모드에 머무르거나 상기 식별 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 식별 모드 동안에 상기 물체를 식별하는 단계 - 상기 식별 모드는, 상기 검출된 물체가 유효 2차 디바이스인지를 식별하는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하면 상기 전력 공급 모드에 들어가는 단계; 유효 2차 디바이스인 것으로 식별하지 못하면 상기 검출 모드에 들어가는 단계를 포함함 -;
상기 전력 공급 모드 동안에 상기 2차 디바이스에 무선으로 전력을 공급하는 단계 - 상기 전력 공급 모드는, 상기 검출 모드 동안보다 더 높은 레벨의 전력을 상기 1차 유닛에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 더 높은 레벨의 전력은 상기 1차 유닛이 무선 전원으로서 기능하기에 충분함 -
를 포함하는 1차 유닛에서 전력 소비 감소 방법. - 전력 시스템으로부터 분리가능한 휴대용 디바이스에 전력을 전송할 수 있는 전력 시스템으로서,
메인즈 전압(mains voltage)을 DC 전압으로 변환하도록 구성되고 메인즈 전압에의 전기적 연결을 위한 전원; 및
전력 공급 DC 전압에 전기적으로 연결된 무선 전력 유닛 - 무선 전력 유닛은 무선 전력 유닛의 근처 내의 물체를 검출하기 위하여 저전력 검출 모드에서 동작가능하고, 무선 전력 유닛은 무선 전력 유닛의 근처 내의 물체에 무선 전력을 공급하기 위하여 전력 공급 모드에서 또한 동작가능함 -
을 포함하고, 전원은 저 전력 검출 모드에서 무선 전력 유닛의 동작 동안 메인즈 전압의 DC 전압으로의 변환을 방해하도록 구성되고, 전원은 또한 전력 공급 모드에서 무선 전력 유닛의 동작 동안 메인즈 전압의 DC 전압으로의 변환을 재개하도록 구성되는, 전력 시스템. - 제63항에 있어서, 전원이
메인즈 공급(mains supply)에의 전기적 연결을 위한 메인즈 입력(mains input);
메인즈 전압을 DC 전압으로 변환시키기 위한 메인즈 입력에 연결된 정류기; 및
저전력 검출 모드에서 무선 전력 유닛의 동작 동안 메인즈 입력으로부터 정류기를 선택적으로 단리시키기 위한 스위치
를 포함하는 전력 시스템. - 제63항에 있어서, 무선 전력 유닛이
전력 공급 DC 전압을 AC 전압으로 변환하기 위한 스위칭 회로;
무선 전력 유닛의 근처 내의 물체를 검출하기 위한 감지 회로; 및
전력 공급 모드에서 물체에 전력을 공급하기 위한 1차 코일
을 포함하는 전력 시스템. - 제65항에 있어서, 전원은 무선 전력 유닛의 감지 회로에 전력을 공급하기 위한 전기 에너지 저장 디바이스를 포함하는 전력 시스템.
- 제63항에 있어서, 무선 전력 유닛은 전력 공급 모드 동안보다 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비하는 전력 시스템.
- 제63항에 있어서, 전원은 DC 출력 및 제어 입력을 포함하며, DC 출력 및 제어 입력은 적어도 하나의 케이블을 통해 무선 전력 유닛에 전기적으로 연결되는 전력 시스템.
- 디바이스에의 전기적 연결을 위한 전원으로서,
메인즈 공급에의 전기적 연결을 위한 메인즈 입력;
메인즈 공급을 DC 전압으로 변환시키기 위한 메인즈 입력에 연결된 정류기;
디바이스에 DC 전압을 공급하기 위한 DC 출력; 및
메인즈 입력과 정류기 사이에 배치되어 메인즈 입력으로부터 정류기로의 전력의 공급을 선택적으로 방해하는 스위치
를 포함하는 전원. - 제69항에 있어서, 디바이스에서 스위치로의 제어 입력을 더 포함하는 전원.
- 제69항에 있어서, 디바이스에 2차 전원을 제공하기 위한 전기 에너지 저장 디바이스를 더 포함하는 전원.
- 제69항에 있어서, DC 출력을 디바이스에 전기적으로 연결하기 위한 케이블을 더 포함하는 전원.
- 전력 공급 시스템으로서,
DC 입력을 포함하는 디바이스; 및
DC 입력을 위해 메인즈 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 정류기를 포함하고, 디바이스로부터의 제어 입력에 응답하여 정류기에 메인즈 전력의 공급을 선택적으로 허용하기 위한 스위치를 포함하는 전원
을 포함하는 전력 공급 시스템. - 제73항에 있어서, 디바이스는 자극에 반응하여 제어 입력을 제공하도록 동작가능한 전력 공급 시스템.
- 제74항에 있어서, 자극은 수신기, 센서 또는 타이머 중 적어도 하나로부터 제공되는 전력 공급 시스템.
- 제73항에 있어서, 디바이스는 디바이스가 스탠바이 상태에 있을 때 2차 전원을 제공하기 위한 에너지 저장 유닛을 포함하는 전력 공급 시스템.
- 제73항에 있어서, 전원은 디바이스가 스탠바이 상태에 있을 때 2차 전원을 제공하기 위한 에너지 저장 유닛을 포함하는 전력 공급 시스템.
- 제73항에 있어서, 디바이스는
DC 전력을 AC 전력으로 변환하기 위한 스위칭 회로;
무선 전력 유닛의 근처에 있는 물체를 검출하기 위한 감지 회로; 및
무선 전력 유닛의 근처에 있는 물체의 검출에 응답하여 물체에 무선 전력을 공급하기 위한 1차 코일
을 포함하는 무선 전력 유닛인 전력 공급 시스템. - 제78항에 있어서, 무선 전력 유닛은 검출 모드 및 전력 공급 모드에서 1차 코일을 동작시키도록 프로그램되고, 무선 전력 유닛은 전력 공급 모드 동안보다 검출 모드 동안에 적은 전력을 소비하는 전력 공급 시스템.
- 제79항에 있어서, 전기 에너지 저장 디바이스가 검출 모드 동안에 무선 전력 유닛에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템.
- 제78항에 있어서, 무선 전력 유닛은 또한 식별 모드에서 1차 코일을 동작시키도록 프로그램된 전력 공급 시스템.
- 제78항에 있어서, 감지 회로는 홀 센서, 리드 스위치, 운동 센서, 스위치, 압력 센서, 및 광 센서 중 적어도 하나를 포함하는 전력 공급 시스템.
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