KR101792936B1 - 무선 전력 수신기 및 그의 동작 방법 - Google Patents

무선 전력 수신기 및 그의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하는 수신코일, 상기 수신된 전력의 교류 전압을 정류하는 교류-직류 정류기, 상기 교류-직류 정류기로부터 출력되는 정류 전압을 변환하여 직류 전압을 출력하는 직류-직류 변환기; 및 상기 정류 전압을 모니터링하는 제어기를 포함하고, 상기 직류-직류 변환기는 상기 직류 전압을 피드백하는 참조 전압 입력단을 포함하고, 상기 참조 전압에 따라 상기 직류 전압의 전압 레벨을 유지하고, 상기 제어기는 상기 정류 전압에 기초하여 상기 참조 전압 입력단의 참조 전압을 조절한다.

Description

무선 전력 수신기 및 그의 동작 방법 {A WIRELESS POWER RECEIVER AND THEREOF OPERATION METHOD}
본 발명은 무선 전력 수신기 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 각종 전자 기기는 배터리를 구비하고, 배터리에 충전된 전력을 이용하여 구동한다. 이때 전자 기기에서, 배터리는 교체될 수 있으며, 재차 충전될 수도 있다. 이를 위해, 전자 기기는 외부의 충전 장치와 접촉하기 위한 접촉 단자를 구비한다. 즉 전자 기기는 접촉 단자를 통해, 충전 장치와 전기적으로 연결된다. 그런데, 전자 기기에서 접촉 단자가 외부로 노출됨에 따라, 이물질에 의해 오염되거나 습기에 의해 단락(short)될 수 있다. 이러한 경우, 접촉 단자와 충전 장치 사이에 접촉 불량이 발생되어, 전자 기기에서 배터리가 충전되지 않는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전자 기기를 충전하기 위한 무선전력전송(wireless power transfer; WPT)이 제안되고 있다. 무선전력전송 시스템은 공간을 통하여 선 없이 전력을 전달하는 기술로써, 모바일(Mobile) 기기 및 디지털 가전 기기들에 대한 전력 공급의 편의성을 극대화한 기술이다. 무선전력전송 시스템은 실시간 전력 사용 제어를 통한 에너지 절약, 전력 공급의 공간 제약 극복 및 배터리 재충전을 이용한 폐 건전지 배출량 절감 등의 강점을 지닌다.
무선전력전송 시스템의 구현 방법으로써 대표적으로 자기유도방식과 자기공진방식이 있다. 자기유도방식은 두 개의 코일을 근접시켜 한쪽의 코일에 전류를 흘려 그에 따라 발생한 자속을 매개로 하여 다른 쪽의 코일에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술로써, 수백 kHz의 주파수를 사용할 수 있다. 자기 공진 방식은 전자파나 전류를 이용하지 않고 전장 또는 자장만을 이용하는 자기 공명 기술로써 전력 전송이 가능한 거리가 수 미터 이상으로써, 수 MHz의 대역을 이용할 수 있다.
무선전력전송 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 송신장치와 전력을 수신하여 배터리 등 부하를 충전하는 수신장치를 포함한다. 이때 수신장치의 충전 방식, 즉 자기 유도 방식과 자기 공진 방식 중 어느 하나의 충전 방식을 택할 수 있고, 수신장치의 충전 방식에 대응하여 무선으로 전력을 전달할 수 있는 송신장치가 개발되고 있다.
수신장치는 송신장치로부터 수신한 무선 전력을 수신장치의 부하의 용량에 맞게 변환하는 전압 컨버터(converter)를 포함할 수 있다. 상기 전압 컨버터는, 입력된 전압을 미리 설정된 출력 전압으로 변환하는 장치이다. 입력된 전압보다 높은 전압을 출력하는 컨버터는 부스트(boost) 컨버터라고 지칭된다. 또한, 입력된 전압보다 낮은 전압을 출력하는 컨버터는 벅(buck) 컨버터라고 지칭된다.
상기 벅 컨버터는, 미리 설정된 출력 전압보다 높은 전압이 입력될 경우, 안정적으로 상기 미리 설정된 출력 전압을 출력할 수 있다. 벅 컨버터는, 미리 설정된 출력 전압보다 낮은 전압이 입력될 경우, 출력 전압이 일정하지 않게 출력될 수 있다. 또한, 상기 수신장치 또는 송신장치가 이동할 경우, 상기 수신장치의 정류전압이 안정적이지 않을 수 있다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기로부터 수신되는 무선 전력의 크기에 따라 출력 전압의 전압 레벨을 결정하고, 상기 결정된 전압 레벨에 따라 부하를 충전하기 위한 전압을 출력한다.
무선 전력 수신기는 정류되는 전압의 크기에 기초하여 상기 정류된 전압이 임계 전압 미만일 경우, 상기 정류된 전압을 변환하지 않고 상기 정류된 전압을 통해 부하를 충전한다.
무선 전력 수신기는 정류되는 전압의 크기에 기초하여 참조 전압을 조절하고, 상기 조절된 참조 전압에 따라 출력 전압의 전압 레벨을 결정하고, 상기 결정된 전압 레벨에 따라 부하를 충전한다.
무선 전력 수신기는 정류되는 정류 전압이 상기 정류 전압에 기초하여 변환되는 출력 전압보다 낮아져 상기 출력 전압을 안정적으로 출력할 수 없을 경우, 상기 출력 전압의 설정 값을 변경하여 상기 출력 전압의 레벨을 낮춘다.
실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 수신코일; 상기 수신된 전력의 교류 전압을 정류하는 교류-직류 정류기; 상기 교류-직류 정류기로부터 출력되는 정류 전압을 변환하여 직류 전압을 출력하는 직류-직류 변환기; 및 상기 정류 전압을 모니터링하는 제어기를 포함하고, 상기 직류-직류 변환기는 상기 직류 전압을 출력하는 출력단, 상기 직류 전압을 피드백하는 참조 전압 입력단 및 상기 출력단의 직류 전압을 전압 분배하여 상기 참조 전압 입력단에 참조 전압을 인가하는 전압 분배 저항을 포함하고, 상기 참조 전압에 따라 상기 직류 전압의 전압 레벨을 유지하고, 상기 제어기는 상기 정류 전압이 임계 전압 미만인 경우 상기 참조 전압 입력단의 참조 전압을 조절할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 전압 분배 저항은 제1 저항 및 제2 저항을 포함하고, 상기 출력단은 제1 저항의 일단에 연결되고, 상기 참조 전압 입력단은 상기 제1 저항의 타단 및 제2 저항의 일단에 연결되고, 상기 제2 저항의 타단은 접지되고, 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항 사이의 전압은 상기 참조 전압일 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 제2 저항은, 가변 저항일 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 제어기는 상기 제2 저항 값을 제어하여 상기 참조 전압을 조절할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 직류 전압을 입력받아 충전되는 부하를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 제어기가 참조 전압을 변경하는 적어도 하나의 제어 신호 출력단을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단이 적어도 하나의 출력단 저항의 일단과 각각 연결되고, 상기 적어도 하나의 출력단 저항의 타단은 상기 참조 전압 입력단에 연결될 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 제어기가 상기 정류 전압에 기초하여, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단의 연결 여부를 결정할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 제어기가 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상일 경우, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단의 연결을 해제할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단이 제1 출력단 및 제2 출력단, 제3 출력단을 포함하고, 상기 제어기가, 상기 정류기 출력 전압이 제1 임계 전압 미만, 제2 임계 전압 이상일 경우, 상기 제1 출력단을 연결하고, 상기 제2 출력단 및 상기 제3 출력단을 연결 해제하고, 상기 제1 임계 전압은 상기 제2 임계 전압을 초과할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 출력단 저항이 제1 출력단 저항, 제2 출력단 저항 및 제3 출력단 저항을 포함하고, 상기 제1 출력단이 제1 출력단 저항과 연결되고, 상기 제2 출력단이 제2 출력단 저항과 연결되고, 상기 제3 출력단은 제3 출력단 저항과 연결되고, 상기 제1 출력단 저항의 저항 값이 상기 제2 출력단 저항의 저항 값의 2배이고, 상기 제2 출력단 저항의 저항 값이 상기 제3 출력단 저항의 저항 값의 2배일 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 직류 전압을 입력받아 충전되는 부하; 및 상기 교류-직류 정류기의 출력단 및 상기 부하의 입력단에 연결되는 스위치를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 정류 전압이 임계 전압 이상일 경우, 상기 스위치를 개방하여 상기 정류 전압이 상기 직류-직류 변환기로 입력되도록 제어할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 제어기는 상기 정류 전압이 임계 전압 미만일 경우, 상기 스위치를 폐쇄하여 상기 정류 전압이 상기 직류-직류 변환기로 입력되지 않고, 상기 부하로 전달되도록 제어할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 상기 무선 전력 수신기는 무선 마우스(mouse)에 포함되고, 상기 무선 전력 송신 장치는 마우스 패드에 포함될 수 있다.
실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 동작 방법은 출력 전압을 출력하는 출력단, 상기 출력 전압을 전압 분배하여 참조 전압을 출력하는 전압 분배 저항, 상기 참조 전압이 입력되는 참조 전압 입력단을 포함하는 직류-직류 변환기를 구비한 무선 전력 수신기에 있어서, 무선 전력을 수신하는 단계; 무선 전력의 교류 전압을 정류하여 정류 전압을 출력하는 단계; 상기 정류 전압을 출력 전압으로 변환하는 단계; 및 상기 출력 전압을 부하로 전달하는 단계를 포함하고, 상기 출력 전압으로 변환하는 단계는 상기 정류 전압의 전압 레벨을 검출하는 단계; 및 상기 정류 전압이 임계 전압 미만인 경우, 상기 참조 전압을 조절하는 단계를 포함하고, 상기 조절된 참조 전압에 따라 상기 출력 전압의 전압 레벨을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 동작 방법은 상기 참조 전압을 조절하는 단계는, 상기 입력단에 연결된 상기 전압 분배 저항의 임피던스를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 동작 방법은 상기 정류 전압을 제공하는 교류-직류 정류기의 출력단 및 상기 출력 전압이 입력되는 부하의 입력단에 연결되는 스위치를 더 포함하고, 상기 출력 전압으로 변환하는 단계는, 상기 정류 전압이 임계 전압 이상일 경우, 상기 스위치를 개방하여 상기 정류 전압이 상기 직류-직류 변환기로 입력되고, 상기 정류 전압이 임계 전압 미만일 경우, 상기 스위치를 폐쇄하여 상기 정류 전압이 상기 직류-직류 변환기로 입력되지 않고, 상기 부하로 전달될 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 동작 방법은 상기 참조 전압을 변경하는 적어도 하나의 제어 신호 출력단을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단은 적어도 하나의 출력단 저항의 일단과 연결되고, 상기 출력단 저항의 타단은 상기 참조 전압 입력단에 연결되고, 상기 참조 전압을 조절하는 단계는, 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상일 경우, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단의 연결을 해제할 수 있다.
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본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기로부터 수신되는 무선 전력의 크기에 따라 출력 전압의 전압 레벨을 결정하고, 상기 결정된 전압 레벨에 따라 부하를 충전하기 위한 전압을 출력함으로써, 상기 무선 전력의 크기가 일정하지 않더라도 상기 부하를 안정적으로 충전할 수 있다.
무선 전력 수신기는 정류되는 전압의 크기에 기초하여 상기 정류된 전압이 임계 전압 미만일 경우, 상기 정류된 전압을 변환하지 않고 상기 정류된 전압을 통해 부하를 충전함으로써, 상기 무선 전력의 크기가 일정하지 않더라도 상기 부하를 안정적으로 충전할 수 있다.
무선 전력 수신기는 정류되는 전압의 크기에 기초하여 참조 전압을 조절하고, 상기 조절된 참조 전압에 따라 출력 전압의 전압 레벨을 결정하고, 상기 결정된 전압 레벨에 따라 부하를 충전함으로써, 상기 무선 전력의 크기가 일정하지 않더라도 상기 부하를 안정적으로 충전할 수 있다.
무선 전력 수신기는 정류되는 정류 전압이 상기 정류 전압에 기초하여 변환되는 출력 전압보다 낮아져 상기 출력 전압을 안정적으로 출력할 수 없을 경우, 상기 출력 전압의 설정 값을 변경하여 상기 출력 전압의 레벨을 낮춤으로써, 상기 정류 전압이 기설정된 출력 전압보다 낮아지는 경우에도 안정적으로 낮은 전압을 출력할 수 있다.
도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다.
도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다.
도 3은 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신기를 나타낸 블록도이다.
도 4는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신기를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 회로도이다.
도 6은 무선 전력 수신기의 회로도에 대한 실시 예이다.
도 7은 무선 전력 수신기의 회로도에 대한 다른 실시 예이다.
도 8은 무선 전력 수신기의 회로도에 대한 또 다른 실시 예이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 동작 순서도이다.
도 10은 무선 전력 수신기의 동작 순서에 대한 실시 예이다.
도 11은 무선 전력 수신기의 동작 순서에 대한 다른 실시 예이다.
도 12는 무선 전력 수신기의 동작 순서에 대한 또 다른 실시 예이다.
도 13은 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 송신 장치가 적용된 무선 마우스 및 무선 마우스 패드의 실시 예이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 무선전력전송 시스템을 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
실시예는 무선 전력 전송을 위하여 저주파(50kHz)부터 고주파(15MHz)까지의 다양한 종류의 주파수 대역을 선택적으로 사용하며, 시스템 제어를 위하여 데이터 및 제어신호를 교환할 수 있는 통신시스템을 포함할 수도 있다.
실시예는 배터리를 사용하거나 필요로 하는 전자기기를 사용하는 휴대단말 산업, 스마트 시계 산업, 컴퓨터 및 노트북 산업, 가전기기 산업, 전기자동차 산업, 의료기기 산업, 로봇 산업 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.
실시예는 하나 또는 복수개의 전송 코일을 사용하여 한 개 이상의 다수기기에 전력 전송이 가능한 시스템을 고려할 수 있다.
실시예에 따르면 스마트폰, 노트북 등 모바일 기기에서의 배터리 부족문제를 해결할 수 있고, 일 예로 테이블에 무선충전패드를 놓고 그 위에서 스마트폰, 노트북을 사용하면 자동으로 배터리가 충전되어 장시간 사용할 수 있게 된다. 또한 까페, 공항, 택시, 사무실, 식당 등 공공장소에 무선충전패드를 설치하면 모바일기기 제조사별로 상이한 충전단자에 상관없이 다양한 모바일기기를 충전할 수 있다. 또한 무선전력전송 기술이 청소기, 선풍기 등의 생활가전제품에 적용되면 전원케이블을 찾아 다닐 필요가 없게 되고 가정 내에서 복잡한 전선이 사라지면서 건물 내 배선이 줄고 공간활용 폭도 넓어질 수 있다. 또한 현재의 가정용 전원으로 전기자동차를 충전할 경우 많은 시간이 소요되지만 무선전력전송 기술을 통해서 고전력을 전송한다면 충전시간을 줄일 수 있게 되고 주차장 바닥에 무선충전시설을 설치하게 되면 전기자동차 주변에 전원케이블을 준비 해야 하는 불편함을 해소 할 수 있다.
실시예에서 사용되는 용어와 약어는 다음과 같다.
무선전력전송 시스템 (Wireless Power Transfer System): 자기장 영역 내에서 무선 전력 전송을 제공하는 시스템.
송신기(Wireless Power Transfer System-Charger): 자기장 영역 내에서 전력수신기에게 무선전력전송을 제공하며 시스템 전체를 관리하는 장치.
수신기(Wireless Power Transfer System-Device): 자기장 영역 내에서 전력송신기로부터 무선전력 전송을 제공받는 장치.
충전 영역(Charging Area): 자기장 영역 내에서 실제적인 무선 전력 전송이 이루어지는 지역이며, 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작주파수에 따라 변할 수 있다.
S 파라미터(Scattering parameter): S 파라미터는 주파수 분포상에서 입력전압 대 출력전압의 비로 입력 포트 대 출력 포트의 비(Transmission; S21) 또는 각각의 입/출력 포트의 자체 반사값, 즉 자신의 입력에 의해 반사되어 돌아오는 출력의 값(Reflection; S11, S22).
품질 지수 Q(Quality factor): 공진에서 Q의 값은 주파수 선택의 품질을 의미하고 Q 값이 높을수록 공진 특성이 좋으며, Q 값은 공진기에서 저장되는 에너지와 손실되는 에너지의 비로 표현됨.
무선으로 전력을 전송하는 원리를 살펴보면, 무선 전력 전송 원리로 크게 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 있다.
자기 유도 방식은 소스 인덕터(Ls)와 부하 인덕터(Ll)를 서로 근접시켜 한쪽의 소스 인덕터(Ls)에 전류를 흘리면 발생하는 자속을 매개로 부하 인덕터(Ll)에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술이다. 그리고 자기 공진 방식은 2개의 공진기를 결합하는 것으로 2개의 공진기 간의 고유 주파수에 의한 자기 공진이 발생하여 동일 주파수로 진동 하면서 동일 파장 범위에서 전기장 및 자기장을 형성시키는 공명 기법을 활용하여 에너지를 무선으로 전송하는 기술이다.
도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다.
도 1을 참조하면, 자기 유도 방식 등가회로에서 송신기는 전원을 공급하는 장치에 따른 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs), 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs) 그리고 수신기와의 자기적 결합을 위한 소스 코일(Ls)로 구현될 수 있고, 수신기는 수신기의 등가 저항인 부하 저항(Rl), 임피던스 매칭을 위한 부하 커패시터(Cl) 그리고 송신기와의 자기적 결합을 위한 부하 코일(Ll)로 구현될 수 있고, 소스 코일(Ls)과 부하 코일(Ll)의 자기적 결합 정도는 상호 인덕턴스(Msl)로 나타낼 수 있다.
도 1에서 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs)와 부하 커패시터(Cl)이 없는 오로지 코일로만 이루어진 자기 유도 등가회로로부터 입력전압 대 출력전압의 비(S21)를 구하여 이로부터 최대 전력 전송 조건을 찾으면 최대 전력 전송 조건은 이하 수학식 1을 충족한다.
Figure 112016022560488-pat00001
상기 수학식 1에 따라 송신 코일(Ls)의 인덕턴스와 소스 저항(Rs)의 비와 부하 코일(Ll)의 인덕턴스와 부하 저항(Rl)의 비가 같을 때 최대 전력 전송이 가능하다. 인덕턴스만 존재하는 시스템에서는 리액턴스를 보상할 수 있는 커패시터가 존재하지 않기 때문에 최대 전력 전달이 이루이지는 지점에서 입/출력 포트의 자체 반사값(S11)의 값은 0이 될 수 없고, 상호 인덕턴스(Msl) 값에 따라 전력 전달 효율이 크게 변화할 수 있다. 그리하여 임피던스 매칭을 위한 보상 커패시터로써 송신기에 소스 커패시터(Cs)가 부가될 수 있고, 수신기에 부하 커패시터(Cl)가 부가될 수 있다. 상기 보상 커패시터(Cs, Cl)는 예로 수신 코일(Ls) 및 부하 코일(Ll) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한 임피던스 매칭을 위하여 송신기 및 수신기 각각에는 보상 커패시터 뿐만 아니라 추가적인 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 소자가 더 부가될 수 있다.
도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다.
도 2를 참조하면, 자기 공진 방식 등가회로에서 송신기는 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs) 그리고 소스 인덕터(Ls)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 소스 코일(Source coil)과 송신측 공진 인덕터(L1)와 송신측 공진 커패시터(C1)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 송신측 공진 코일(Resonant coil)로 구현되고, 수신기는 부하 저항(Rl)와 부하 인덕터(Ll)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 부하 코일(Load coil)과 수신측 공진 인덕터(L2)와 수신측 공진 커패시터(C2)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 수신측 공진 코일로 구현되며, 소스 인덕터(Ls)와 송신측 인덕터(L1)는 K01의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 부하 인덕터(Ll)와 부하측 공진 인덕터(L2)는 K23의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 송신측 공진 인덕터(L1)와 수신측 공진 인덕터(L2)는 L12의 결합 계수로 자기적으로 결합된다. 또 다른 실시예의 등가회로에서는 소스 코일 및/또는 부하 코일을 생략하고 송신측 공진 코일과 수신측 공진 코일만으로 이루어질 수도 있다.
자기 공진 방식은 두 공진기의 공진 주파수가 동일할 때에는 송신기의 공진기의 에너지의 대부분이 수신기의 공진기로 전달되어 전력 전달 효율이 향상될 수 있고, 자기 공진 방식에서의 효율은 이하 수학식 2를 충족할 때 좋아진다.
Figure 112016022560488-pat00002
(여기서, k는 결합계수, Γ는 감쇄율)
자기 공진 방식에서 효율을 증가시키기 위하여 임피던스 매칭을 위한 소자를 부가할 수 있고, 임피던스 매칭 소자는 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 소자가 될 수 있다.
이와 같은 무선 전력 전송 원리를 바탕으로 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전달하기 위한 무선전력전송 시스템을 살펴본다.
도 3은 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신기를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무선전력전송 시스템은 송신기(1000)와 상기 송신기(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신기(2000)를 포함할 수 있고, 상기 송신기(1000)는 송신측 교류/직류 변환기(1100), 송신측 직류/교류 변환기(1200), 송신측임피던스 매칭기(1300), 송신 코일(1400) 그리고 송신측 통신 및 제어기(1500)을 포함할 수 있다.
송신측 교류/직류 변환기(1100)는 송신측 통신 및 제어기(1500)의 제어 하에 외부로부터 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 전력 변환기로써, 상기 송신측 교류/직류 변환기(1100)는 서브 시스템으로 정류기(1110)와 송신측 직류/직류 변환기(1120)을 포함할 수 있다. 상기 정류기(1110)는 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 시스템으로써 이를 구현하는 실시예로 고주파수 동작 시 상대적으로 높은 효율을 가지는 다이오드 정류기, 원-칩(one-chip)화가 가능한 동기 정류기 또는 원가 및 공간 절약이 가능하고 및 데드 타임(Dead time)의 자유도가 높은 하이브리드 정류기가 될 수 있다. 또한 상기 송신측 직류/직류 변환기(1120)는 송신측 통신 및 제어기(1500)의 제어 하에 상기 정류기(1110)으로부터 제공되는 직류 신호의 레벨을 조절하는 것으로 이를 구현하는 예로 입력 신호의 레벨을 낮추는 벅 컨버터(Buck converter), 입력 신호의 레벨을 높이는 부스트 컨버터(Boost converter), 입력 신호의 레벨을 낮추거나 높일 수 있는 벅 부스트 컨버터(Buck Boost converter) 또는 축 컨버터(Cuk converter)가 될 수 있다. 또한 상기 송신측 직류/직류 변환기(1120)는 전력 변환 제어 기능을 하는 스위치소자와 전력 변환 매개 역할 또는 출력 전압 평활 기능을 하는 인덕터 및 커패시터, 전압 이득을 조절 또는 전기적인 분리 기능(절연 기능)을 하는 트랜스 등을 포함할 수 있으며, 입력되는 직류 신호에 포함된 리플 성분 또는 맥동 성분(직류 신호에 포함된 교류 성분)을 제거하는 기능을 할 수 있다. 그리고 상기 송신측 직류/직류 변환기(1120)의 출력 신호의 지령치와 실제 출력 치와의 오차는 피드백 방식을 통해 조절될 수 있고, 이는 상기 송신측 통신 및 제어기(1500)에 의하여 이루어 질 수 있다.
송신측 직류/교류 변환기(1200)는 송신측 통신 및 제어기(1500)의 제어 하에 송신측 교류/직류 변환기(1100)으로부터 출력되는 직류 신호를 교류 신호로 변환하고, 변환된 교류 신호의 주파수를 조절할 수 있는 시스템으로 이를 구현하는 예로 하프 브릿지 인버터(Half bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(Full bridge inverter)가 있다. 또한 상기 송신측 직류/교류 변환기(1200)는 출력 신호의 주파수를 생성하는 오실레이터(Ocillator)와 출력 신호를 증폭하는 파워 증폭기를 포함할 수 있다.
송신측 임피던스 매칭기(1300)는 서로 다른 임피던스를 가진 지점에서 반사파를 최소화하여 신호의 흐름을 좋게 한다. 송신기(1000)와 수신기(2000)의 두 코일은 공간적으로 분리되어 있어 자기장의 누설이 많으므로 상기 송신기(1000)와 수신기(2000)의 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정하여 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 송신측 임피던스 매칭기(1300)는 인덕터, 커패시터 그리고 저항 소자로 구성될 수 있고, 통신 및 제어기(1500)의 제어 하에 상기 인덕터의 인덕턴스와 커패시터의 커패시턴스 그리고 저항의 저항 값을 가변하여 임피던스 매칭을 위한 임피던스 값을 조정할 수 있다. 그리고 무선전력전송 시스템이 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭기(1300)는 직렬 공진 구조 또는 병렬 공진 구조를 가질 수 있고, 송신기(1000)와 수신기(2000) 사이의 유도 결합 계수를 증가시켜 에너지 손실을 최소화 할 수 있다. 그리고 무선전력전송 시스템이 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭기(1300)는 송신기(1000)와 수신기(2000) 간의 이격 거리가 변화되거나 금속성 이물질, 다수의 디바이스에 의한 상호 영향 등에 따라 코일의 특성의 변화로 에너지 전송 선로상의 매칭 임피던스 변화에 따른 임피던스 매칭의 실시간 보정을 가능하게 할 수 있고, 그 보정 방식으로써 커패시터를 이용한 멀티 매칭 방식, 멀티 안테나를 이용한 매칭 방식, 멀티 루프를 이용한 방식 등이 될 수 있다.
송신측 코일(1400)은 복수개의 코일 또는 단수개의 코일로 구현될 수 있고, 송신측 코일(1400)이 복수개로 구비되는 경우 이들은 서로 이격되어 배치되거나 서로 중첩되어 배치될 수 있고, 이들이 중첩되어 배치되는 경우 중첩되는 면적은 자속 밀도의 편차를 고려하여 결정할 수 있다. 또한 송신측 코일(1400)을 제작할 때 내부 저항 및 방사 저항을 고려하여 제작할 수 있고, 이 때 저항 성분이 작으면 품질 지수(Quality factor)가 높아지고 전송 효율이 상승할 수 있다.
통신 및 제어기(1500)는 송신측 제어기(1510)와 송신측 통신기(1520)를 포함할 수 있다. 상기 송신측 제어기(1510)는 수신기(2000)의 전력 요구량, 현재 충전량 그리고 무선 전력 방식을 고려하여 상기 송신측 교류/직류 변환기(1100)의 출력 전압을 조절하는 역할을 할 수 있다. 그리고 최대 전력 전송 효율를 고려하여 상기 송신측 직류/교류 변환기(1200)를 구동하기 위한 주파수 및 스위칭 파형들을 생성하여 전송될 전력을 제어할 수 있다. 또한 수신기(2000)의 메모리(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 수신ㄱ기(2000)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 한편 상기 송신측 제어기(1510)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤유닛(Micro Controller Unit) 또는 마이콤(Micom)이라고 지칭할 수 있다. 상기 송신측 통신기(1520)는 수신측 통신기(2620)와 통신을 수행할 수 있고, 통신 방식의 일 예로 블루투스, NFC, Zigbee 등의 근거리 통신 방식을 이용할 수 있다. 상기 송신측 통신기(1520)와 수신측 통신기(2620)는 서로간에 충전 상황 정보 및 충전 제어 명령 등의 송수신을 진행할 수 있다. 그리고 상기 충전 상황 정보로는 수신기(2000)의 개수, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 그리고 송신기(1000)의 전송 전력량 등을 포함할 수 있다. 또한 송신측 통신기(1520)는 수신기(2000)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있고, 상기 충전 기능 제어 신호는 수신기(2000)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다.
이처럼, 송신측 통신기(1520)는 별도의 모듈로 구성되는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 형식으로 통신될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 송신기가 전송하는 전력신호를 이용하여 수신기가 송신기에 전달하는 피드백 신호를 이용하는 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 수신기는 피드백 신호를 변조하여 충전 개시, 충전 종료, 배터리 상태 등의 정보를 피드백 신호를 통해 송신기에 전달할 수도 있다. 또한 상기 송신측 통신기(1520)는 상기 송신측 제어기(1510)와 별도로 구성될 수 있고, 상기 수신기(2000) 또한 수신측 통신기(2620)가 수신기의 제어기(2610)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다.
도 4는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신기를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무선전력전송 시스템은 송신기(1000)와 상기 송신기(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신기(2000)를 포함할 수 있고, 상기 수신기(2000)는 수신측 코일기(2100), 수신측 임피던스 매칭기(2200), 수신측 교류/직류 변환기(2300), 직류/직류변환기(2400), 부하(2500) 및 수신측 통신 및 제어기(2600)를 포함할 수 있다.
수신측 코일기(2100)은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식을 통해 전력을 수신할 수 있다. 이와 같이 전력 수신 방식에 따라서 유도 코일 또는 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리고 수신측 코일기(2100)는 근거리 통신용 안테나(NFC: Near Field Communication)를 함께 구비할 수 있다. 그리고 상기 수신측 코일기(2100)은 송신측 코일기(1400)와 동일할 수 있고, 수신 안테나의 치수는 수신기(200)의 전기적 특성에 따라 달라질 수 있다.
수신측 임피던스 매칭기(2200)는 송신기(1000)와 수신기(2000) 사이의 임피던스 매칭을 수행한다.
상기 수신측 교류/직류 변환기(2300)는 수신측 코일(2100)로부터 출력되는 교류 신호를 정류하여 직류 신호를 생성한다.
수신측 직류/직류변환기(2400)는 수신측 교류/직류 변환기(2300)에서 출력되는 직류 신호의 레벨을 부하(2500)의 용량에 맞게 조정할 수 있다.
상기 부하(2500)는 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서 그리고 각종 센서들을 포함할 수 있다.
수신측 통신 및 제어기(2600)는 송신측 통신 및 제어기(1500)로부터 웨이크-업 전력에 의해 활성화 될 수 있고, 상기 송신측 통신 및 제어기(1500)와 통신을 수행하고, 수신기(2000)의 서브 시스템의 동작을 제어할 수 있다.
상기 수신기(2000)는 단수 또는 복수개로 구성되어 송신기(1000)로부터 동시에 에너지를 무선으로 전달 받을 수 있다. 즉 자기 공진 방식의 무선전력전송 시스템에서는 하나의 송신기(1000)로부터 복수의 타켓 수신기(2000)가 전력을 공급받을 수 있다. 이때 상기 송신기(1000)의 송신측 매칭기(1300)는 복수개의 수신기(2000)들 사이의 임피던스 매칭을 적응적으로 수행할 수 있다. 이는 자기 유도 방식에서 서로 독립적인 수신측 코일을 복수개 구비하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한 상기 수신기(2000)가 복수개로 구성된 경우 전력 수신 방식이 동일한 시스템이거나, 서로 다른 종류의 시스템이 될 수 있다. 이 경우, 송신기(1000)는 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 시스템이거나 양 방식을 혼용한 시스템일 수 있다.
한편 무선전력전송 시스템의 신호의 크기와 주파수 관계를 살펴보면, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신기(1000)에서 송신측 교류/직류 변환기(1100)은 110V~220V의 60Hz의 교류 신호를 인가 받아 10V 내지 20V의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환기(1200)는 직류 신호를 인가받아 125KHz의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신기(2000)의 수신측 교류/직류 변환기(2300)는 125KHz의 교류 신호를 입력 받아 10V 내지 20V의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 수신측 직류/직류변환기(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다. 그리고 자기 공진 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신기(1000)에서 송신측 교류/직류 변환기(1100)은 110V~220V의 60Hz의 교류 신호를 인가 받아 10V 내지 20V의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환기(1200)는 직류 신호를 인가받아 6.78MHz의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신기(2000)의 수신측 교류/직류 변환기(2300)는 6.78MHz의 교류 신호를 입력 받아 10V 내지 20V의 수신측 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 직류/직류변환기(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 회로도이다.
도 5를 참고하면, 무선 전력 수신기 2000은 수신 코일 2100, 교류-직류 정류기 2300, 직류-직류 변환기 2400, 제어기 2610을 포함할 수 있다. 수신 코일 2100은 무선 전력 송신기 1000으로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 교류-직류 정류기 2300은 상기 무선으로 수신된 전력의 교류 전압을 정류할 수 있다.
직류-직류 변환기 2400은 교류-직류 정류기 2300으로부터 출력되는 정류 전압을 변환하여 출력 전압을 출력할 수 있다. 제어기 2610은 교류-직류 정류기 2300이 출력하는 정류 전압을 모니터링할 수 있다. 부하 2500은 상기 출력 전압을 입력 받아 충전될 수 있다.
직류-직류 변환기 2400은 상기 출력 전압을 피드백하는 참조 전압 입력단(미도시)을 포함할 수 있다. 직류-직류 변환기 2400은 상기 참조 전압에 따라 출력 전압의 전압 레벨을 유지할 수 있다. 제어기 2610은 상기 정류 전압에 기초하여 상기 참조 전압 입력단의 참조 전압을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기 2000은 무선 전력 송신기 1000으로부터 무선 전력이 불안정하게 수신될 경우, 직류/직류 변환기 2400으로 입력되는 상기 참조 전압을 제어함으로써, 부하 2500으로 공급되는 상기 출력 전압이 안정적으로 출력되도록 제어할 수 있다.
도 6은 무선 전력 수신기의 회로도에 대한 실시 예이다.
도 6을 참고하면, 무선 전력 수신기 2000은 정류기 2300, 직류/직류 변환기 2400, 부하 2500을 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 제어기 2610을 더 포함할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 정류기 2300으로부터 정류 전압(V_rect)을 입력받을 수 있다. 상기 정류 전압은 5V를 초과하는 전압일 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 정류 전압을 변환하여 출력 전압(V_out)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 직류/직류 변환기 2400은 상기 5V를 초과하는 정류 전압을 4.9V로 변환할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 4.9V의 출력 전압을 출력할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 출력 전압을 부하 2500으로 공급할 수 있다.
직류/직류 변환기 2400은 출력단 및 참조 전압 입력단을 포함할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 상기 출력단을 통해 출력 전압을 출력할 수 있다. 상기 출력단은 부하 2500의 일단에 연결될 수 있다. 상기 출력단 및 참조 전압 입력단 사이에는 저항 R1이 병렬로 연결될 수 있다. 저항 R1의 일단은 상기 출력단에 연결되고 타단은 상기 참조 전압 입력단에 연결될 수 있다. 저항 R1의 타단에 저항 R2의 일단이 직렬로 연결될 수 있다. 저항 R2의 일단은 상기 출력단에 연결되고 타단은 접지될 수 있다.
직류/직류 변환기 2400은 상기 참조 전압 입력단을 통해 참조 전압(V_ref)을 입력받을 수 있다. 제어기 2610은 저항 R1 및 저항 R2 중 적어도 하나를 제어하여 참조 전압을 제어할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 참조 전압에 기초하여 출력 전압을 출력할 수 있다. 출력 전압은 아래의 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112016022560488-pat00003
본 발명의 실시 예에 따라, 저항 R2는 가변 저항일 수 있다. 제어기 2610은 상기 정류 전압을 모니터링할 수 있다. 제어기 2610은 상기 정류 전압이 미리 정해진 임계 전압 미만일 경우, 저항 R2의 저항 값을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기 2610은 상기 정류 전압이 미리 정해진 임계 전압 미만일 경우, 저항 R2의 저항 값을 제어하여 상기 참조 전압을 제어함으로써 직류/직류 변환기 2400의 상기 출력 전압이 안정적으로 출력되도록 제어할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400는 제어된 상기 참조 전압에 기초하여 안정적으로 상기 출력 전압을 출력할 수 있다.
도 7은 무선 전력 수신기의 회로도에 대한 다른 실시 예이다.
도 7을 참고하면, 무선 전력 수신기 2000은 직류/직류 변환기 2400, 제어기 2610, 스위치 2700을 포함할 수 있다.
직류/직류 변환기 2400은 정류기 2300으로부터 정류 전압을 수신할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 상기 정류 전압을 변환하여 출력 전압을 생성할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 출력 전압을 부하 2500으로 공급할 수 있다.
직류/직류 변환기 2400은 출력단을 포함할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 상기 출력단을 통해 부하 2500으로 상기 출력 전압을 공급한다. 상기 출력단은, 부하 2500의 일단에 연결된다. 상기 출력단 및 참조 전압 입력단 사이에는 저항 R1이 병렬로 연결된다. 상기 저항 R1의 일단은, 상기 출력단에 연결되고, 타단은 상기 참조 전압 입력단에 연결된다. 상기 저항 R1의 타단에 저항 R2의 일단이 직렬로 연결된다. 상기 저항 R2의 일단은 상기 출력단에 연결되고, 타단은 접지된다.
제어기 2610은, 정류기 2300이 생성하는 상기 정류 전압을 수신할 수 있다. 제어기 2610은 상기 정류 전압을 감시할 수 있다. 제어기 2610은 정류기 2300 및 스위치 2700에 연결될 수 있다.
스위치 2700은, 상기 정류 전압이 직류/직류 변환기 2400을 통하지 않고, 부하 2500으로 바로 공급되도록 전류의 경로를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기 2610은 상기 정류 전압이 미리 정해진 임계 전압 미만일 경우, 상기 정류 전압이 상기 직류/직류 변환기 2400로 공급되지 않고, 스위치 2700을 통해 부하 2500으로 공급되도록 스위치 2700을 제어할 수 있다. 스위치 2700은 정류기 2300 및 부하 2500에 연결될 수 있다.
도 8은 무선 전력 수신기의 회로도에 대한 또 다른 실시 예이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신기 2000은 정류기 2300, 직류/직류 변환기 2400, 부하 2500, 제어기 2610을 포함할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 출력단 및 참조 전압 입력단을 포함할 수 있다. 상기 출력단 및 상기 참조 전압 입력단 사이에는 저항 R1이 병렬로 연결될 수 있다. 저항 R1의 일단은 상기 출력단에 연결되고 타단은 상기 참조 전압 입력단에 연결될 수 있다. 저항 R1의 타단에 저항 R2의 일단이 직렬로 연결될 수 있다. 저항 R2의 일단은 상기 출력단에 연결되고 타단은 접지될 수 있다.
제어기 2610은, 제1 출력단, 제2 출력단, 제3 출력단을 포함할 수 있다. 상기 제1 출력단은, 저항 R3의 일단에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제2 출력단은, 저항 R4의 일단에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제3 출력단은, 저항 R5의 일단에 직렬로 연결될 수 있다. 저항 R3의 타단, 저항 R4의 타단, 저항 R5의 타단은, 저항 R1의 타단, 저항 R2의 일단, 직류/직류 변환기 2400의 제2 출력단에 연결될 수 있다.
상기 제1 출력단은, GP(general purpose) 1 신호를 출력할 수 있다. 상기 제2 출력단은, GP 2 신호를 출력할 수 있다. 상기 제3 출력단은, GP 3 신호를 출력할 수 있다. 상기 GP 1 내지 3 신호 각각은, 상기 제1 출력단 내지 상기 제3 출력단 각각에 연결된 저항들을 연결 또는 해제하기 위한 신호를 의미한다. 상기 GP 1 내지 3 신호 각각은, 1 또는 ∞일 수 있다. 상기 1은 로우 임피던스 레벨(low impedence level)로 지칭될 수 있다. 상기 ∞는 하이(high) 임피던스 레벨로 지칭될 수 있다.
예를 들어, GP1이 1일 경우, 상기 저항 R3는 상기 저항 R2에 병렬로 연결될 수 있다. GP1이 ∞일 경우, 상기 저항 R3는 상기 저항 R2에 병렬로 연결되지 않은 것처럼 동작할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 저항 R3의 값은, 저항 R4의 값의 2배, 저항 R4의 값은, 저항 R5 값의 2배일 수 있다. 즉, R3 = 2*R4 = 4*R5 일 수 있다.
이때, 출력 전압은 아래의 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112016022560488-pat00004
제어기 2610은 정류 전압의 값에 따라 상기 GP 1 내지 3 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제어기 2610은 상기 정류 전압이 5V를 이상일 경우, GP1, GP2, GP3를 하이 임피던스 레벨로 출력할 수 있다. 제어기 2610은 상기 정류 전압이 5V 미만이고 4.95V 이상일 경우, GP1을 하이 임피던스 레벨로, GP2 및 GP3를 로우 임피던스 레벨로 출력할 수 있다. 제어기 2610은 상기 정류 전압이 4.95V 미만이고 4.90V 이상일 경우, GP1을 로우 임피던스 레벨로, GP2를 하이 임피던스 레벨로, GP3를 로우 임피던스 레벨로 출력할 수 있다.
상기 GP 값이 하이 임피던스 레벨일 경우, 해당하는 저항은 접지되는 것과 같이 동작할 수 있다. 예를 들어, GP 1이 하이 임피던스 레벨일 경우, 저항 R3는 직류/직류 변환기 2400 및 제어기 2610에 연결되지 않은 것처럼 동작할 수 있다. 즉, 제어기 2610은 GP1, GP2, GP3을 제어하여, 각각 대응되는 저항의 연결 또는 해제를 결정할 수 있다. 상기 정류 전압에 따른 GP1 내지 3은 표 1과 같을 수 있다. 표 1은 특정 저항 조합들과 정류 전압의 일예이다. 예를 들어, 상기 전압 범위는 N 볼트(V) 이상인 제1 전압 범위, N 볼트 미만 N-n 볼트 이상인 제2 전압 범위, N-n 볼트 미만 N-2*n 볼트 이상인 제3 전압 범위 등으로 구분될 수 있다. 상기 정류 전압의 범위에 따라, GP1 내지 GPm을 조합하여 타겟 직류/직류 출력 전압을 출력할 수 있는 모든 조합은 본 발명의 범위에 속한다.
정류 전압 GP1 GP2 GP3 DC/DC 출력 전압
5.0V 이상 high impedence high impedence high impedence 4.9V
4.9~5.0V low impedence high impedence high impedence 4.8V
4.8~4.9V high impedence low impedence high impedence 4.7V
4.7~4.8V low impedence low impedence high impedence 4.6V
4.6~4.7V high impedence high impedence low impedence 4.5V
4.5~4.6V low impedence high impedence low impedence 4.4V
4.4~4.5V high impedence low impedence low impedence 4.3V
4.3~4.4V low impedence low impedence low impedence 4.2V
본 발명의 실시 예에 따른 제어기 2610은 직류/직류 변환기 2400의 출력 전압 값을 설정할 수 있다. 즉, 제어기 2610은 직류/직류 변환기 2400의 상기 출력 전압 값이 낮아지도록 설정할 수 있다. 이에 따라, 제어기 2610은 상기 정류 전압이 기존에 설정된 출력 전압 값 보다 낮은 값으로 입력될 경우에도, 상기 출력 전압이 낮은 값으로 출력되도록 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어기 2610은 기 설정된 출력 전압 보다 낮은 정류 전압이 입력될 경우, 출력 전압 값이 낮아지도록 제어함으로써, 부하 2500으로 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 동작 순서도이다.
도 9를 참고하면, 무선 전력 수신기 2000은 무선 전력을 수신할 수 있다(S901). 무선 전력 수신기 2000은 수신 코일 2100을 통해 무선 전력 송신기 1000으로부터 송신되는 무선 전력을 수신할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 무선 전력의 교류 전압을 정류하여 정류 전압을 출력할 수 있다(S903). 무선 전력 수신기 2000은 정류기 2300을 통해 상기 무선 전력의 교류 전압을 정류하여 정류 전압을 출력할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 제어기 2610을 통해 정류기 2300이 생성한 정류 전압의 전압 레벨을 검출할 수 있다(S905). 예를 들어, 무선 전력 수신기 2000은 제어기 2610을 통해 상기 정류 전압의 전압 레벨을 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 전압 범위는, N 볼트(V) 이상인 제1 전압 범위, N 볼트 미만 N-n 볼트 이상인 제2 전압 범위, N-n 볼트 미만 N-2*n 볼트 이상인 제3 전압 범위 등으로 구분될 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 레벨에 따라 참조 전압을 생성할 수 있다(S907). 예를 들어, 무선 전력 수신기 2000은 제어기 2610을 통해 상기 전압 레벨을 검출하고, 상기 전압 레벨에 따라 참조 전압을 생성하여 직류/직류 변환기 2400에 입력할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 참조 전압에 따라 변환기의 출력 전압의 전압 레벨을 조절할 수 있다(S909). 예를 들어, 무선 전력 수신기 2000은 제어기 2610 및 직류/직류 변환기 2400에 연결된 복수개의 저항들 중 적어도 하나의 연결을 제어하여 상기 참조 전압을 생성할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기 2000은 상기 직류/직류 변환기 2400을 통해 상기 참조 전압에 기초하여 출력 전압의 레벨을 조절할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압을 변환할 수 있다(S911). 무선 전력 수신기 2000은 직류/직류 변환기 2400을 통해 상기 정류 전압을 수신하고, 상기 수신된 정류 전압을 변환하여 변환된 전압을 출력할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 변환된 전압을 부하로 전달할 수 있다(S913). 무선 전력 수신기 2000은 직류/직류 변환기 2400를 통해 상기 변환된 전압을 부하 2500으로 전달할 수 있다.
도 10은 무선 전력 수신기의 동작 순서에 대한 실시 예이다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기 2000은 수신 코일 2100, 정류기 2300, 직류/직류 변환기 2400, 부하 2500, 제어기 2610을 포함할 수 있다. 도 11을 참고하면, 무선 전력 수신기 2000은 수신 코일 2100을 통해 무선 전력 송신기 1000으로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있다(S1101).
무선 전력 수신기 2000은 정류 전압을 감시할 수 있다(S1103). 정류기 2300은 수신 코일 2100을 통해 수신된 무선 전력의 교류 전압을 정류할 수 있다. 정류기 2300은 상기 정류된 정류 전압을 출력할 수 있다. 제어기 2610은 상기 정류 전압을 감시할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상인지 여부를 결정할 수 있다(S1105). 예를 들어, 무선 전력 수신기 2000은 제어기 2610을 통해 상기 정류 전압이 미리 정해진 제1 임계 전압 이상인지 여부를 확인할 수 있다. 상기 제1 임계 전압은 5V일 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 상기 제1 임계 전압 이상일 경우, 기설정된 출력 레벨의 전압을 출력할 수 있다(S1107). 예를 들어, 무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 5V 이상일 경우, 직류/직류 변환기 2400을 통해 상기 5V의 정류 전압을 기설정된 출력 레벨인 4.9V의 전압으로 변환하여 출력할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 상기 제1 임계 전압 미만일 경우, 제2 저항을 제어할 수 있다(S1109). 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직류/직류 변환기 2400은 출력단 및 참조 전압 입력단을 포함할 수 있다. 상기 출력단은 부하 2500의 일단에 연결될 수 있다. 상기 출력단 및 참조 전압 입력단 사이에는 제1 저항이 병렬로 연결될 수 있다. 제1 저항의 일단은 상기 출력단에 연결되고 타단은 상기 참조 전압 입력단에 연결될 수 있다. 제1 저항의 타단에 제2 저항의 일단이 직렬로 연결될 수 있다. 제2 저항의 일단은 상기 출력단에 연결되고 타단은 접지될 수 있다. 상기 제2 저항은 가변 저항일 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 제어기 2610을 통해 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 미만일 경우, 제2 저항의 저항 값을 제어할 수 있다. 제어기 2610은 직류/직류 변환기 2400이 출력하는 전압을 제1 저항 및 제2 저항으로 분배하여 참조 전압을 생성할 수 있다.
직류/직류 변환기 2400은 재설정된 출력 레벨의 전압을 출력할 수 있다(S1011). 직류/직류 변환기 2400은 상기 참조 전압 입력단을 통해 상기 참조 전압을 입력받을 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 상기 참조 전압에 기초하여 정류 전압을 변환하여 출력할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 상기 참조 전압에 기초하여 출력 레벨을 재설정할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 상기 재설정된 출력 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압에 기초하여 상기 참조 전압을 생성함으로써 직류/직류 변환기 2400이 안정적으로 부하 2500으로 전압을 공급할 수 있도록 제어할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 부하 2500을 충전할 수 있다(S1013). 무선 전력 수신기 2000은 기설정된 출력 레벨의 전압 또는 재설정된 출력 레벨의 전압을 통해 부하 2500을 충전할 수 있다.
도 11은 무선 전력 수신기의 동작 순서에 대한 다른 실시 예이다.
도 11을 참고하면, 무선 전력 수신기 2000은 무선 전력 송신기 1000으로부터 무선 전력을 수신할 수 있다(S1101). 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신기 2000은 수신 코일 2100, 정류기 2300, 직류/직류 변환기 2400, 부하 2500, 제어기 2610, 스위치 2700을 포함할 수 있다. 상기 수신 코일 2100은 상기 무선 전력 송신기 1000으로부터 상기 무선 전력을 수신할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 정류 전압을 감시할 수 있다(S1103). 본 발명의 다른 실시 예에 따라 제어기 2610은 정류기 2300의 출력단 및 직류/직류 변환기 2400의 참조 전압 입력단에 연결될 수 있다. 제어기 2610은 정류기 2300이 출력하는 정류 전압을 수신하고, 상기 정류 전압을 감시할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상인지 여부를 결정할 수 있다(S1105). 예를 들어, 제어기 2610은 상기 정류 전압을 감시하고 상기 정류 전압이 미리 정해진 제1 임계 전압인지 여부를 결정할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상일 경우, 스위치 2700을 개방할 수 있다(S1107). 스위치 2700은 정류기 2300의 출력단, 부하 2500의 입력단 및 제어기 2610에 연결될 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상일 경우, 기설정된 출력 레벨의 전압이 출력될 수 있도록 상기 스위치 2700을 개방할 수 있다. 예를 들어, 제어기 2610은 상기 정류 전압이 직류/직류 변환기 2400으로 공급되도록 상기 스위치를 개방할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은, 상기 정류 전압이 상기 제1 임계 전압 이상일 경우, 기설정된 출력 레벨의 전압을 출력할 수 있다(S1109). 예를 들어, 제어기 2610은 상기 정류 전압이 5V 이상일 경우, 기 설정된 4.9V의 전압을 출력하도록 직류/직류 변환기 2400을 제어할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 상기 제1 임계 전압 미만일 경우, 스위치 2700을 폐쇄할 수 있다(S1111). 스위치 2700은, 상기 정류 전압이 직류/직류 변환기 2400을 통하지 않고, 부하 2500으로 바로 공급되도록 전류의 경로를 제어할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압을 부하로 전달할 수 있다(S1113). 제어기 2610은 상기 정류 전압이 미리 정해진 제1 임계 전압 미만일 경우, 상기 정류 전압이 상기 직류/직류 변환기 2400로 공급되지 않고, 스위치 2700을 통해 부하 2500으로 공급되도록 스위치 2700을 제어할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 부하를 충전할 수 있다(S1115). 무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 상기 제1 임계값 이상일 경우, 기설정된 출력 레벨의 전압을 통해 부하 2500을 충전할 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 상기 제1 임계값 미만일 경우, 상기 정류 전압이 부하 2500으로 직접 전달되도록 스위치 2700을 제어하여, 상기 정류 전압을 통해 부하 2500을 충전할 수 있다.
도 12는 무선 전력 수신기의 동작 순서에 대한 또 다른 실시 예이다.
도 12를 참고하면, 무선 전력 수신기 2000은 무선 전력 송신기 1000으로부터 무선 전력을 수신할 수 있다(S1201). 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신기 2000은 수신 코일 2100, 정류기 2300, 직류/직류 변환기 2400, 부하 2500, 제어기 2610을 포함할 수 있다. 수신 코일 2100은 상기 무선 전력 송신기 1000으로부터 상기 무선 전력을 수신할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 정류 전압을 감시할 수 있다(S1203). 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 직류/직류 변환기 2400은 참조 전압 입력단을 포함할 수 있다. 제어기 2610은 정류기 2300의 출력단 및 직류/직류 변환기 2400의 참조 전압 입력단에 연결될 수 있다. 제어기 2610은 정류기 2300이 출력하는 정류 전압을 수신하고, 상기 정류 전압을 감시할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상인지 여부를 결정할 수 있다(S1205). 제어기 2610은 상기 정류 전압을 감시하고 상기 정류 전압이 미리 정해진 제1 임계 전압 이상인지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 임계 전압은 5V일 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상일 경우, 제1 출력단 내지 제3 출력단의 연결을 해제할 수 있다(S1207). 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 직류/직류 변환기 2400은 출력단 및 참조 전압 입력단을 포함할 수 있다. 상기 출력단 및 상기 참조 전압 입력단 사이에는 저항 R1이 병렬로 연결될 수 있다. 저항 R1의 일단은 상기 출력단에 연결되고 타단은 상기 참조 전압 입력단에 연결될 수 있다. 저항 R1의 타단에 저항 R2의 일단이 직렬로 연결될 수 있다. 저항 R2의 일단은 상기 출력단에 연결되고 타단은 접지될 수 있다.
제어기 2610은, 제1 출력단, 제2 출력단, 제3 출력단을 포함할 수 있다. 상기 제1 출력단은, 저항 R3의 일단에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제2 출력단은, 저항 R4의 일단에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제3 출력단은, 저항 R5의 일단에 직렬로 연결될 수 있다. 저항 R3의 타단, 저항 R4의 타단, 저항 R5의 타단은, 저항 R1의 타단, 저항 R2의 일단, 직류/직류 변환기 2400의 입력단에 연결될 수 있다.
상기 제1 출력단 내지 제3 출력단 각각은 상기 제1 출력단 내지 상기 제3 출력단 각각에 연결된 저항들을 연결 또는 해제하기 위한 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 연결을 위한 신호는 1, 연결을 해제하기 위한 신호는 ∞일 수 있다.
상기 제1 출력단이 연결 해제를 위한 신호를 출력할 경우, 저항 R3는 저항 R2에 연결되지 않은 것처럼 동작할 수 있다. 마찬가지로 상기 제2 출력단 및 제3 출력단이 각각 연결 해제를 위한 신호를 출력할 경우, 저항 R4 및 저항 R5는 저항 R2에 연결되지 않은 것처럼 동작할 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 상기 제1 출력단 내지 상기 제3 출력단의 연결을 제어하여 직류/직류 변환기 2400에 입력되는 참조 전압을 생성할 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상일 경우, 제어기 2610을 통해 상기 제1 출력단 내지 제3 출력단의 연결을 해제하여 상기 참조 전압을 생성할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 상기 제1 임계 전압 미만일 경우, 상기 정류 전압이 상기 제1 임계 전압 미만이고 제2 임계 전압 이상인지 여부를 결정할 수 있다(S1209). 예를 들어, 제어기 2610은 상기 정류 전압이 5V 미만일 경우, 상기 정류 전압이 4.9V 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 상기 제1 임계 전압 미만이고 상기 제2 임계 전압 이상일 경우, 제1 출력단의 연결을 해제하고, 제2 출력단 및 제3 출력단을 연결할 수 있다(S1211). 예를 들어, 제어기 2610은, 상기 정류 전압이 5V 미만이고 4.9V 이상일 경우, 저항 R3가 저항 R2와 연결이 해제되도록 제1 출력단을 통해 ∞ 신호를 출력할 수 있다. 또한, 제어기 2610은 저항 R4 및 저항 R5가 저항 R2에 연결되도록 제1 출력단 및 제2 출력단 각각을 통해 1 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제어기 2610은 직류/직류 변환기 2400이 출력하는 전압이 저항 R3를 제외한 저항 R1, R2, R4, R5에 분배되도록 상기 출력 신호를 통해 상기 저항 R3 내지 R5의 연결을 제어할 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 직류/직류 변환기 2400이 출력하는 전압을 저항 R1, R2, R4, R5에 분배하여 참조 전압을 생성할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 상기 제2 임계 전압 미만일 경우, 상기 입력 전압이 상기 제2 임계 전압 미만이고 제3 임계 전압 이상인지 여부를 결정할 수 있다(S1213). 제어기 2610은 상기 정류 전압을 감시하고, 상기 정류 전압이 상기 제2 임계 전압 미만이고 상기 제3 임계 전압 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압이 상기 제2 임계 전압 미만이고 제3 임계 전압 이상일 경우, 제1 출력단 및 제3 출력단을 연결하고, 제2 출력단의 연결을 해제할 수 있다(S1215). 제어기 2610은 제1 출력단에 연결된 저항 R3가 저항 R2에 연결되도록 상기 제1 출력단을 통해 1 신호를 출력할 수 있다. 제어기 2610은 제2 출력단에 연결된 저항 R4가 저항 R2에 연결 해제되도록 상기 제2 출력단을 통해 ∞ 신호를 출력할 수 있다. 제어기 2610은 제3 출력단에 연결된 저항 R5가 저항 R2에 연결되도록 상기 제3 출력단을 통해 1 신호를 출력할 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 상기 제1 출력단 내지 제3 출력단의 출력 신호를 제어하여, 상기 제1 출력단 내지 제3 출력단에 연결된 저항 R3 내지 R5의 연결을 제어할 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 상기 저항 R3 내지 R5의 연결을 제어하여 직류/직류 변환기 2400에 입력되는 참조 전압을 제어할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따라 무선 전력 수신기 2000은 상기 출력단의 개수는, 3개 미만 또는 4개 이상이 될 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기 2000은 상기 정류 전압의 범위가 제n 임계 전압 내지 제n-1 임계 전압의 범위에 포함되는지 여부에 기초하여 복수개의 출력단들 각각의 연결 또는 해제를 제어하여 상기 참조 전압을 생성할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 저항 R3 내지 R5의 연결 또는 연결 해제에 따라 생성된 참조 전압을 입력받을 수 있다(S1217). 제어기 2610은 저항 R3 내지 R5의 연결 또는 연결 해제에 따라 참조 전압을 생성하고, 상기 참조 전압을 직류/직류 변환기 2400의 참조 전압 입력단으로 입력할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 상기 참조 전압에 따라 변환된 전압을 출력할 수 있다(S1219). 직류/직류 변환기 2400은 상기 참조 전압 입력단을 통해 수신되는 참조 전압에 기초하여, 정류 전압을 변환하여 출력할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 상기 참조 전압에 기초하여 출력 전압의 전압 레벨을 조절하여 상기 출력 전압을 출력할 수 있다.
무선 전력 수신기 2000은 부하를 충전할 수 있다(S1222). 직류/직류 변환기 2400은 상기 출력 전압을 부하 2500으로 공급할 수 있다. 무선 전력 수신기 2000은 상기 출력 전압을 통해 부하 2500을 충전할 수 있다.
도 13은 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 송신 장치가 적용된 무선 마우스 및 무선 마우스 패드의 실시 예이다.
도 13을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따라 무선 전력 수신 장치 2000은 무선 마우스에 포함될 수 있다. 또한, 무선 전력 송신 장치 2000은 마우스 패드에 포함될 수 있다. 무선 전력 수신 장치 2000은 수신 코일 2100, 정류기 2300, 직류/직류 변환기 2400, 부하 2500, 제어기 2610을 포함할 수 있다.
상기 무선 마우스의 이동에 따라 무선 전력 수신 장치 2000의 정류기 2300이 정류하는 정류 전압이 안정적이지 않을 수 있다. 무선 전력 수신 장치 2000은 상기 정류 전압을 일정 전압의 출력으로 변환하기 위해 직류/직류 변환기 2400을 통해 상기 정류 전압을 출력 전압으로 변환한다. 이때, 상기 정류 전압이 상기 출력 전압 보다 낮을 경우, 직류/직류 변환기 2400의 안정적인 동작을 기대할 수 없다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치 2000은 직류/직류 변환기 2400의 출력 전압 레벨을 낮춤으로써, 상기 정류 전압이 기설정된 출력 전압 레벨보다 낮아지는 경우에도 안정적으로 낮은 레벨의 전압이 출력되도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 무선 마우스의 이동에 따라 무선 전력 수신 장치 2000이 무선 전력 송신 장치 1000으로부터 수신하는 무선 전력은 일정하지 않을 수 있다. 무선 전력 수신 장치 2000은 무선 전력 송신 장치 1000으로부터 수신 코일 2100을 통해 무선 전력을 수신하고, 정류기 2300을 통해 상기 무선 전력의 교류 전압을 정류할 수 있다. 제어기 2610은 정류기 2300의 출력단에 연결되어 상기 정류된 정류 전압의 크기를 감시할 수 있다. 제어기 2610은 상기 정류 전압의 크기에 기초하여 직류/직류 변환기 2400으로 입력되는 참조 전압을 조절할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 참조 전압 입력단을 포함할 수 있다. 제어기 2610은 상기 참조 전압 입력단에 연결될 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 상기 참조 전압에 기초하여 출력 전압의 전압 레벨을 조절할 수 있다. 직류/직류 변환기 2400은 상기 출력 전압을 부하 2500으로 전달할 수 있다. 즉, 상기 무선 마우스에 포함되는 무선 전력 수신기 2000은 상기 무선 전력 송신기 1000으로부터 송신되는 무선 전력의 크기가 일정하지 않을 경우, 부하를 충전하기 위한 전압을 레벨을 조절하여 안정적으로 상기 부하를 충전할 수 있다.
1100 송신측 교류/직류 변환기
1110 정류기
1120 송신측 직류/직류 변환기
1200 송신측 직류/교류 변환기
1300 송신측 임피던스 매칭기
1400 송신 코일
1500 송신측 통신 및 제어기
1510 송신측 제어기
1520 송신측 통신기
2000 수신부
2100 수신측 코일
2200 수신측 임피던스 매칭기
2300 수신측 교류/직류 변환기
2400 수신측 직류/직류 변환기
2500 부하
2600 수신측 통신 및 제어기
2610 수신측 제어기
2620 수신측 통신기

Claims (17)

  1. 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 수신코일;
    상기 수신된 전력의 교류 전압을 정류하는 교류-직류 정류기;
    상기 교류-직류 정류기로부터 출력되는 정류 전압을 변환하여 직류 전압을 출력하는 직류-직류 변환기; 및
    상기 정류 전압을 모니터링하는 제어기를 포함하고,
    상기 직류-직류 변환기는 상기 직류 전압을 출력하는 출력단, 상기 직류 전압을 피드백하는 참조 전압 입력단 및 상기 출력단의 직류 전압을 전압 분배하여 상기 참조 전압 입력단에 참조 전압을 인가하는 전압 분배 저항을 포함하고, 상기 참조 전압에 따라 상기 직류 전압의 전압 레벨을 유지하고,
    상기 제어기는 상기 정류 전압이 임계 전압 미만인 경우 상기 참조 전압 입력단의 참조 전압을 조절하는 무선 전력 수신기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전압 분배 저항은 제1 저항 및 제2 저항을 포함하고,
    상기 출력단은 제1 저항의 일단에 연결되고,
    상기 참조 전압 입력단은 상기 제1 저항의 타단 및 제2 저항의 일단에 연결되고,
    상기 제2 저항의 타단은 접지되고,
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항 사이의 전압은 상기 참조 전압인 무선 전력 수신기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 저항은, 가변 저항인 무선 전력 수신기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제2 저항 값을 제어하여 상기 참조 전압을 조절하는 무선 전력 수신기.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 직류 전압을 입력받아 충전되는 부하를 더 포함하는 무선 전력 수신기.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제어기는 참조 전압을 변경하는 적어도 하나의 제어 신호 출력단을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단은 적어도 하나의 출력단 저항의 일단과 각각 연결되고, 상기 적어도 하나의 출력단 저항의 타단은 상기 참조 전압 입력단에 연결되는 무선 전력 수신기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 정류 전압에 기초하여, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단의 연결 여부를 결정하는 무선 전력 수신기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상일 경우, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단의 연결을 해제하는 무선 전력 수신기.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단은 제1 출력단 및 제2 출력단, 제3 출력단을 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 정류기 출력 전압이 제1 임계 전압 미만, 제2 임계 전압 이상일 경우, 상기 제1 출력단을 연결하고, 상기 제2 출력단 및 상기 제3 출력단을 연결 해제하고,
    상기 제1 임계 전압은 상기 제2 임계 전압을 초과하는 무선 전력 수신기.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 출력단 저항은 제1 출력단 저항, 제2 출력단 저항 및 제3 출력단 저항을 포함하고,
    상기 제1 출력단은 제1 출력단 저항과 연결되고, 상기 제2 출력단은 제2 출력단 저항과 연결되고, 상기 제3 출력단은 제3 출력단 저항과 연결되고,
    상기 제1 출력단 저항의 저항 값은 상기 제2 출력단 저항의 저항 값의 2배이고,
    상기 제2 출력단 저항의 저항 값은 상기 제3 출력단 저항의 저항 값의 2배인 무선 전력 수신기.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 직류 전압을 입력받아 충전되는 부하; 및
    상기 교류-직류 정류기의 출력단 및 상기 부하의 입력단에 연결되는 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 정류 전압이 임계 전압 이상일 경우, 상기 스위치를 개방하여 상기 정류 전압이 상기 직류-직류 변환기로 입력되도록 제어하는 무선 전력 수신기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 정류 전압이 임계 전압 미만일 경우, 상기 스위치를 폐쇄하여 상기 정류 전압이 상기 직류-직류 변환기로 입력되지 않고, 상기 부하로 전달되도록 제어하는 무선 전력 수신기.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기는 무선 마우스(mouse)에 포함되고,
    상기 무선 전력 송신 장치는 마우스 패드에 포함되는 무선 전력 수신기.
  14. 출력 전압을 출력하는 출력단, 상기 출력 전압을 전압 분배하여 참조 전압을 출력하는 전압 분배 저항, 상기 참조 전압이 입력되는 참조 전압 입력단을 포함하는 직류-직류 변환기를 구비한 무선 전력 수신기에 있어서,
    무선 전력을 수신하는 단계;
    무선 전력의 교류 전압을 정류하여 정류 전압을 출력하는 단계;
    상기 정류 전압을 출력 전압으로 변환하는 단계; 및
    상기 출력 전압을 부하로 전달하는 단계를 포함하고,
    상기 출력 전압으로 변환하는 단계는
    상기 정류 전압의 전압 레벨을 검출하는 단계; 및
    상기 정류 전압이 임계 전압 미만인 경우, 상기 참조 전압을 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 조절된 참조 전압에 따라 상기 출력 전압의 전압 레벨을 조절하는 단계를 포함하는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 참조 전압을 조절하는 단계는,
    상기 입력단에 연결된 상기 전압 분배 저항의 임피던스를 조절하는 단계를 포함하는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 정류 전압을 제공하는 교류-직류 정류기의 출력단 및 상기 출력 전압이 입력되는 부하의 입력단에 연결되는 스위치를 더 포함하고,
    상기 출력 전압으로 변환하는 단계는,
    상기 정류 전압이 임계 전압 이상일 경우, 상기 스위치를 개방하여 상기 정류 전압이 상기 직류-직류 변환기로 입력되고,
    상기 정류 전압이 임계 전압 미만일 경우, 상기 스위치를 폐쇄하여 상기 정류 전압이 상기 직류-직류 변환기로 입력되지 않고, 상기 부하로 전달되는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 참조 전압을 변경하는 적어도 하나의 제어 신호 출력단을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단은 적어도 하나의 출력단 저항의 일단과 연결되고, 상기 출력단 저항의 타단은 상기 참조 전압 입력단에 연결되고,
    상기 참조 전압을 조절하는 단계는,
    상기 정류 전압이 제1 임계 전압 이상일 경우, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력단의 연결을 해제하는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
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