KR101702866B1 - 공진 전력 발생 장치 및 공진 전력 수신 장치 - Google Patents

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Abstract

공진 전력 발생 장치 및 공진 전력 수신 장치가 개시된다. 본 발명의 일측에 따른 공진 전력 발생 장치는, 대상 공진기로 전송되는 전송 데이터를 상기 전원 공진기의 전력 캐리어 신호에 변조하여 전송하도록 제어하는 변조부; 상기 대상 공진기로부터 수신된 수신 데이터를 수신하여 복조하는 복조부; 및 상기 전원 공진부에 연결되어, 상기 변조부 및 상기 복조부와 상기 전원 공진부를 커플링하는 커플링부를 포함한다.
Figure R1020090133298
무선 전력 전송, 변조, 복조, 커플링, 스위칭

Description

공진 전력 발생 장치 및 공진 전력 수신 장치{Resonance Power Generator and Resonance Power Receiver}
공진 전력 발생 장치 및 공진 전력 수신 장치가 개시된다. 보다 구체적으로, 공진 전력 전송 시스템에서 공진 전력 발생 장치와 공진 전력 수신 장치가 통신을 수행할 수 있는 변/복조부를 구비한 공진 전력 발생 장치 및 공진 전력 수신 장치가 개시된다.
IT 기술 발전과 함께 다양한 휴대용 전자제품이 출시되었고, 이들의 보급도 늘고 있다. 휴대용 전자제품의 특성 상, 해당 휴대용 전자제품의 배터리 성능이 중요한 문제로 대두되고 있다. 휴대용 전자제품뿐 아니라 생활가전제품에서 데이터를 무선으로 전송하는 기능이 제공되고 있으나, 전력(power)은 전력선(power line)을 통하여 제공 받는다.
최근 들어 무선으로 전력을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 기술 (wireless power transmission)이 연구되고 있다. 무선 전력 전송 시스템에서는 전력 증폭기(power amplifier)를 이용하여 고출력의 신호를 전송하고 있으므로 전력 효율을 어떻게 높이느냐가 관건이 되고 있다. 특히, 무선 전력 전송 기술의 특성 상 전력 전송 효율을 물리적으로 높이는 것은 한계가 있으므로, 공진 전력 발생 장치와 공진 전력 수신 장치 간 통신을 통하여 전력을 어떤 시점에서 어떠한 세기로 전송하느냐에 대한 정보를 주고 받는 것이 필요할 수 있다.
따라서, 공진 전력 발생 장치 및 공진 전력 수신 장치에서 전송되는 무선 전력 신호에 보내고자 하는 정보를 변조하여 전송하고, 이를 복조하여 정보를 해석할 수 있는 새로운 방안이 제시된다.
본 발명의 일측에 따른 공진 전력 발생 장치는, 대상 공진기로 전송되는 전송 데이터를 상기 전원 공진기의 전력 캐리어 신호에 변조하여 전송하도록 제어하는 변조부; 상기 대상 공진기로부터 수신된 수신 데이터를 수신하여 복조하는 복조부; 및 상기 전원 공진부에 연결되어, 상기 변조부 및 상기 복조부와 상기 전원 공진부를 커플링하는 커플링부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일측에 따른 공진 전력 수신 장치는, 전원 공진기로 전송되는 전송 데이터를 전력 캐리어 신호에 변조하여 전송하도록 제어하는 변조부; 상기 전원 공진기로부터 수신된 수신 데이터를 수신하여 복조하는 복조부; 및 대상 공진부에 연결되어, 상기 변조부 및 상기 복조부와 상기 전원 공진부를 커플링하는 커플링부를 포함한다.
공진 전력 수신 장치와 정보를 송수신할 수 있는 공진 전력 발생 장치가 제공된다.
공진 전력 발생 장치와 정보를 송수신할 수 있는 공진 전력 수신 장치가 제공된다.
전송하고자 하는 정보를 전력 캐리어 신호에 변조하여 전송하고, 이를 복조할 수 있는 공진 전력 발생 장치 및 공진 전력 수신 장치가 제공된다.
공진 전력 발생 장치와 공진 전력 수신 장치 간에 간단한 변/복조부를 구비하여 양방향 통신을 수행할 수 있는 시스템이 제공된다.
이하에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치 및 공진 전력 수신 장치가 적용되는 환경을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치(110)는 공진 전력 수신 장치(120)에게 전력을 무선 전송한다. 공진 전력 발생 장치(110)는 전원 공진부(source resonator)(111)를 포함하며, 공진 전력 수신 장치(120)는 대상 공진부(target resonator)(121)를 포함한다. 공진 전력 발생 장치(110)는 휴대용 단말기에 일 모듈의 형태로 삽입되도록 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치(200) 및 공진 전력 수신 장치(250)의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 다른 공진 전력 발생 장치(200)는 전송부(201), 전송 시스템 커플링부(202), 복조부(203), 변조부(204), 및 전원 공진부(207)를 포함한다. 도 2에 도시된 일례에 따르면, 공진 전력 발생 장치(200)는 복조부(203) 및 변조부(204)에서 복조 또는 변조되는 데이터를 판독 및 발생시키도록 제어하는 송신 제어부(206) 및 제어 유닛(205)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일측에 따른 공진 전력 수신 장치(250)는 대상부(251), 대상 시스템 커플링부(252), 복조부(253), 변조부(254), 및 대상 공진부(258)를 포함한다. 도 2에 도시된 일례에 따르면, 공진 전력 수신 장치(250)는 대상부(251)과 연결된 전원 충전부(257), 복조부(253) 및 변조부(254)에서 복조 또는 변조되는 데이터를 판독 및 발생시키도록 제어하는 수신 제어부(256) 및 제어 유닛(255)를 더 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 무선 전력 발생 장치(200)의 전송부(201)는 전력 신호를 발생시키는 모듈로서, 소정의 전력 캐리어 신호에 전력을 싣는 다수의 기능 모듈을 포함할 수 있다. 일례로, RF 신호 발생부(도시되지 아니함) 및 다수의 필터 수단(도시되지 아니함)을 구비하여, 전원 공진부(207)를 통해 전송되는 무선 전력 신호를 생성한다. 또한, 무선 전력 수신 장치(250)의 대상부(251)는 수신된 전력 신호를 이용하여 전원 충전부(257) 등의 부하 수단에 전력을 공급하는 모듈로서, 상기 전력 캐리어 신호에 실린 전력을 추출하는 다수의 기능 모듈을 포함할 수 있다.
상술한 전송부(201) 및 대상부(251)는 본 발명의 일실시예에 따른 변조 및 복조 스킴(scheme)을 지원하기 위해 특별히 고안된 것일 수 있으나, 일반적으로 사용되는 통상의 무선 전력 전송 및 수신 장치에 포함되는 모듈을 그대로 사용할 수 있다.

도 2에 도시된 공진 전력 발생 장치(200)와 공진 전력 수신 장치(250)의 데이터 변조 및 복조 방식은 동일하므로 이하 공진 전력 발생 장치(200)의 예를 들어 공진 전력 발생 장치(200)와 공진 전력 수신 장치(250) 간의 데이터 송수신 방식에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치(200)의 변조부 및 복조부(300) 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 변조부 및 복조부(300)는 스위칭부(302, 303, 305), 필터부(304), 및 믹서부(301)를 포함할 수 있다.
복조 동작을 보면, 스위칭부(302)는 전력 캐리어 신호가 믹서부(301)로 입력되도록 스위칭한다. 전원 공진부(207)를 통해 수신된 수신 데이터(변조 신호)는 전송 시스템 커플링부(202)를 통해 스위칭부(303)로 입력되고, 스위칭부(303)은 수신 데이터가 믹서부(301)로 입력되도록 스위칭한다. 믹서부(301)에 입력된 전력 캐리어 신호 및 수신 데이터는 믹싱되고, 그 출력 신호가 변환부(306)로 입력된다. 변환부(306)는 비교기(comparator) 또는 A/D 변환기 중 어느 하나일 수 있다. 변환부(306)을 통과한 비트 스트림은 제어 유닛(205) 및 송신 제어부(206)으로 전달되어 미리 약속된 동작을 수행하는데 이용된다.
변조 동작을 보면, 송신 제어부(206) 및 제어 유닛(205)의 제어에 따라 공진 전력 수신 장치(250)로 전송하고자 하는 전송 데이터에 대응되는 비트 스트림이 스위칭부(305)로 입력된다. 스위칭부(302)는 전력 캐리어 신호가 스위칭부(305)로 입력되도록 스위칭하고, 스위칭부(305)로 입력된 전력 캐리어 신호는 스위칭부(305)의 스위칭 동작에 따라 비트 스트림에 대응하도록 변조된다. 변조된 변조 신호는 필터부(304)에서 필터링되고, 스위칭부(303)는 필터링된 변조 신호가 전원 시스템 커플링부(202)를 경유하여 전원 공진부(207)로 입력되도록 스위칭한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 변조부 및 복조부(400) 구성의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 변조부 및 복조부(400)는 스위칭부(401, 404), 필터부(402), 및 디텍터부(403)를 포함할 수 있다.
복조 동작을 보면, 전원 공진부(207)를 통해 수신된 수신 데이터(변조 신호)는 전송 시스템 커플링부(202)를 통해 스위칭부(401)로 입력되고, 스위칭부(401)는 수신 데이터가 디텍터부(403)로 입력되도록 제어한다. 디텍터부(403)는 일종의 인벨럽(envelope) 검출기로 동작한다. 본 발명의 일측에 따른 디텍터부(403)는 다이오드, 로가리드믹(logarithmic) 증폭기, RMA 디텍터 등으로 구현될 수 있다. 수신 감도를 개선하여 빠른 응답을 필요로 하는 응용예인 경우 로가리드믹 증폭기가 사용될 수 있다. 디텍터부(403)를 경유한 신호는 변환부(405)로 입력되고, 변환부(405)는 비트 스트림과 동일한 비트 레이트를 갖는 기준 신호와 디텍터부(403)를 경유한 변조 신호를 비교하여 변조 신호를 복조한다.
변조 동작을 보면, 송신 제어부(206) 및 제어 유닛(205)의 제어에 따라 공진 전력 수신 장치(250)로 전송하고자 하는 전송 데이터에 대응되는 비트 스트림이 스위칭부(404)로 입력된다. 스위칭부(404)로 입력되는 전력 캐리어 신호는 스위칭부(404)의 스위칭 동작에 따라 비트 스트림에 대응하도록 변조된다. 변조된 변조 신호는 필터부(402)에서 필터링되고, 스위칭부(401)는 필터링된 변조 신호가 전원 시스템 커플링부(202)를 경유하여 전원 공진부(207)로 입력되도록 스위칭한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 변조부 및 복조부(204) 구성의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일측에 다른 공진 전력 발생 장치(200)는 위상 쉬프트 킹(Phase Shift Keying; PSK) 방식을 이용하여 전송 데이터를 변조할 수 있다.
제어 유닛(205)의 제어에 따라 공진 전력 수신 장치(250)로 전송하고자 하는 전송 데이터에 대응되는 비트 스트림이 믹서부(502, 503)로 입력된다. 스위칭부(302)는 전력 캐리어 신호가 위상 제어부(501)로 입력되도록 스위칭한다. 위상 제어부(501)는 입력된 신호를 각각 0도, 180도 위상을 I/Q 신호로 분리하여 준다. 위상 제어 부(501)에서 분리된 I/Q 신호 각각은 믹서부(502, 503)으로 입력되고, 전송 데이터에 대응하는 비트 스트림에 따라 변조된다. 변조된 변조 신호는 필터부(504)에서 필터링되고, 필터링된 변조 신호가 전원 시스템 커플링부(202)를 경유하여 전원 공진부(207)로 입력된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 변조부 출력 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 100101이라는 비트 스트림을 도 3 및 도 4에 도시된 스위칭 방식으로 변조한 변조 신호의 일례가 도시되어 있다. 전력 캐리어 신호를 상기 비트 스트림에 따라 스위칭하여 변조 신호를 얻을 수 있다. 도 7에 도시된 변조 신호는 도 3 또는 도 4에서 설명한 변조부 및 복조부(300, 400)를 통해 원 비트 스트림으로 복조할 수 있고, 이를 수신한 공진 전력 발생 장치(200) 또는 공진 전력 수신 장치(250)는 해당 비트 스트림의 비트 값을 해석하여 미리 약속된 동작을 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 변조부 출력 파형의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 100101이라는 비트 스트림을 도 5에 도시된 위상 제어 방식으로 믹싱하여 바이너리 위상 쉬프트 키잉(Binary Phase Shift Keying; BPSK) 변조 신호를 얻을 수 있다. 도 7에 도시된 변조 신호는 위상 제어된 변조 신호를 복조할 수 있는 회로를 통해 원 비트 스트림으로 복조할 수 있고, 이를 수신한 공진 전력 발생 장치(200) 또는 공진 전력 수신 장치(250)는 해당 비트 스트림의 비트 값을 해석하여 미리 약속된 동작을 수행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치가 적용되는 환경을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치 및 공진 전력 수신 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 변조부 및 복조부 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 변조부 및 복조부 구성의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 복조부 구성의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 변조부 출력 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 변조부 출력 파형의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.

Claims (10)

  1. 대상 공진부로 전송되는 전송 데이터를 전원 공진부의 전력 캐리어 신호에 변조하여 전송하도록 제어하고, 상기 대상 공진부로부터 수신된 수신 데이터를 수신하여 복조하는 변조/복조부; 및
    상기 전원 공진부에 연결되어, 상기 변조/복조부와 상기 전원 공진부를 커플링하는 커플링부
    를 포함하고,
    상기 변조/복조부는 상기 전력 캐리어 신호를 변조 스위치 또는 믹서부에 선택적으로 전달하는 스위칭부를 포함하고, 상기 변조 스위치는 상기 전력 캐리어 신호를 상기 전송 데이터에 대응하는 비트 스트림에 따라 변조시키고, 상기 믹서부는 상기 수신 데이터와 상기 전력 캐리어 신호를 믹싱하는,
    공진 전력 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변조/복조부는,
    상기 수신 데이터의 수신 경로를 스위칭하는 제2 스위칭부
    를 더 포함하고,
    상기 믹서부의 출력 신호를 A/D 변환하여 상기 대상 공진부로부터 전송된 비트 값을 읽는 공진 전력 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변조/복조부는,
    상기 수신 데이터의 인벨럽(envelope)을 검출하는 인벨럽 검출부
    를 더 포함하고,
    상기 인벨럽 검출부의 출력 신호와 상기 전력 캐리어 신호를 비교하여 상기 대상 공진부로부터 전송된 비트 값을 읽는 공진 전력 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변조 스위치는,
    제어 유닛의 제어에 의해, 상기 전송 데이터에 대응하는 비트 스트림에 따라 상기 전력 캐리어 신호를 스위칭하는, 공진 전력 발생 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변조/복조부는,
    상기 전력 캐리어 신호의 위상을 쉬프트 시키는 위상 제어부; 및
    제어 유닛의 제어에 의해 생성된, 상기 전송 데이터에 대응하는 비트 스트림과 상기 위상 제어부의 출력을 믹싱하는 제2 믹서부
    를 더 포함하는 공진 전력 발생 장치.
  6. 전원 공진부로 전송되는 전송 데이터를 전력 캐리어 신호에 변조하여 전송하도록 제어하고, 상기 전원 공진부로부터 수신된 수신 데이터를 수신하여 복조하는 변조/복조부; 및
    대상 공진부에 연결되어, 상기 변조/복조부와 상기 전원 공진부를 커플링하는 커플링부
    를 포함하고,
    상기 변조/복조부는 상기 전력 캐리어 신호를 변조 스위치 또는 믹서부에 선택적으로 전달하는 스위칭부를 포함하고, 상기 변조 스위치는 상기 전력 캐리어 신호를 상기 전송 데이터에 대응하는 비트 스트림에 따라 변조시키고, 상기 믹서부는 상기 수신 데이터와 상기 전력 캐리어 신호를 믹싱하는,
    공진 전력 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변조/복조부는,
    상기 수신 데이터의 수신 경로를 스위칭하는 제2 스위칭부
    를 더 포함하고,
    상기 믹서부의 출력 신호를 A/D 변환하여 상기 전원 공진부로부터 전송된 비트 값을 읽는 공진 전력 수신 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 변조/복조부는,
    상기 수신 데이터의 인벨럽(envelope)을 검출하는 인벨럽 검출부
    를 더 포함하고,
    상기 인벨럽 검출부의 출력 신호와 상기 전력 캐리어 신호를 비교하여 상기 전원 공진부로부터 전송된 비트 값을 읽는 공진 전력 수신 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 변조 스위치는,
    제어 유닛의 제어에 의해, 상기 전송 데이터에 대응하는 비트 스트림에 따라 상기 전력 캐리어 신호를 스위칭하는, 공진 전력 수신 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 변조/복조부는,
    상기 전력 캐리어 신호의 위상을 쉬프트 시키는 위상 제어부; 및
    제어 유닛의 제어에 의해 생성된, 상기 전송 데이터에 대응하는 비트 스트림과 상기 위상 제어부의 출력을 믹싱하는 제2 믹서부
    를 더 포함하는 공진 전력 수신 장치.
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