KR101818591B1 - 무선전력 수신장치 및 무선전력 전송 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 송신장치로부터 전력을 수신하여 부하에 전달하는 무선전력 수신장치는 상기 무선전력 송신장치로부터 교류전력을 수신하는 수신부와 상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부 및 상기 정류된 직류전력이 임계 치 이상인지 여부에 따라 상기 부하에 전달되는 전력을 유지하거나 차단하는 전력 관리부를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 무선전력 송신장치로부터 수신한 전력을 부하에 전달하는 무선전력 수신장치의 구성을 변경시켜 전력 전송 효율을 증가시킬 수 있고, 무선전력 전송 시스템의 비용을 절감시키며, 무선전력 수신장치의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.

Description

무선전력 수신장치 및 무선전력 전송 시스템{APPARATUS FOR RECEIVING WIRELESS POWER AND SYSTEM FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER}
본 발명은 무선전력 수신장치 및 무선전력 전송 시스템에 관한 것이다.
무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도 되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 전자기 유도는 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말한다. 전자기 유도 방식은 소형 기기를 중심으로 상용화가 빠르게 진행되고 있으나, 전력의 전송 거리가 짧은 문제가 있다.
현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 전자기 유도 이외에 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.
최근에는 이와 같은 무선 전력 전송 기술 중 자기 공진을 이용한 에너지 전달 방식이 많이 사용되고 있다.
자기 공진을 이용한 무선전력 전송 시스템은 송신 측과 수신 측에 형성된 전기신호가 코일을 통해 무선으로 전달되기 때문에 사용자는 휴대용 기기와 같은 전자기기를 손쉽게 충전할 수 있다.
그러나, 종래 무선전력 수신장치는 전력 전송 효율 문제 및 크기에 따른 비용문제를 동시에 만족시킬 수 없었다.
이와 관련된 선행특허문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0095645호가 있다.
본 발명은 무선전력 송신장치로부터 수신한 전력을 부하에 전달하는 무선전력 수신장치의 구성을 변경시켜 전력 전송 효율을 증가시키기 위한 무선전력 수신장치 및 무선전력 전송 시스템의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 무선전력 송신장치로부터 수신한 전력을 부하에 전달하는 무선전력 수신장치의 구성을 변경시켜 전력 전송 효율을 증가시키고, 무선전력 전송 시스템의 비용을 절감시키며, 전체 크기를 감소시키기 위한 무선전력 수신장치 및 무선전력 전송 시스템의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 송신장치로부터 전력을 수신하여 부하에 전달하는 무선전력 수신장치는 상기 무선전력 송신장치로부터 교류전력을 수신하는 수신부; 상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부; 및 상기 정류된 직류전력이 임계 치 이상인지 여부에 따라 상기 부하에 전달되는 전력을 유지하거나 차단하는 전력 관리부를 포함한다.
상기 전력 관리부는 상기 정류된 직류전력이 임계 치 이상인 경우, 상기 임계 치 이상인 직류전력을 흡수하는 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 관리부는 상기 정류된 직류전력이 임계 치 이상인지 여부에 따라 상기 부하에 전달되는 전력을 유지 또는 차단시키는 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 관리부는 상기 정류된 직류전력을 감지하고, 상기 감지된 직류전력이 임계 치 이상인지 여부에 따라 상기 스위치에 개방 신호 또는 단락 신호를 전달하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 정류된 직류전력이 임계 치 이상인 것으로 감지된 경우, 상기 스위치에 개방 신호를 전달할 수 있다.
상기 제어부는 상기 정류된 직류전력이 임계 치 미만인 것으로 감지된 경우, 상기 스위치에 단락 신호를 전달할 수 있다.
상기 정류부는 상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기 및 상기 변환된 직류전력에서 리플 성분을 제거하는 평활 회로를 포함할 수 있다.
상기 정류기는 브릿지 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 평활 회로는 평활용 캐패시터를 포함할 수 있다.
상기 무선전력 수신장치는 상기 전력 관리부로부터 수신한 직류전력을 상기 부하에 일정한 직류전력으로 제공하는 배터리 관리 소자를 더 포함하는 무선전력 수신장치.
상기 제어부는 증폭기 및 복수의 저항을 포함하는 비교기 회로일 수 있다.
상기 다이오드는 제너 다이오드일 수 있다.
상기 스위치는 P 채널 모스펫(MOSFET) 또는 N 채널 모스펫(MOSFET) 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
상기 수신부는 상기 무선전력 송신장치로부터 자기 공진에 의해 전력을 수신하는 수신 공진 코일 및 상기 수신된 전력을 전자기 유도에 의해 수신하는 수신 유도 코일을 포함할 수 있다.
상기 수신부는 상기 무선전력 송신장치로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 수신 유도 코일을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치로부터 수신한 전력을 무선전력 수신장치를 통해 부하에 전달하는 무선전력 전송 시스템은 전력소스로부터 전력을 공급받은 전력을 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 무선전력 송신장치 및 상기 무선전력 송신장치로부터 교류전력을 수신하는 수신부와 상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부 및 상기 정류된 직류전력이 임계 치 이상의 직류전력인지 여부에 따라 상기 부하에 전달되는 전력을 유지하거나 차단하는 전력 관리부로 구성되는 무선전력 수신장치를 포함할 수 있다.
상기 전력 관리부는 상기 정류된 직류전력이 임계 치 이상인 경우, 상기 임계 치 이상의 직류전력을 흡수하는 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 전력 관리부는 상기 정류된 직류전력이 임계 치 이상인지 여부에 따라 상기 부하에 전달되는 전력을 유지 또는 차단시키는 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 관리부는 상기 정류된 직류전력을 감지하고, 상기 감지된 직류전력이 임계 치 이상인지 여부에 따라 상기 스위치에 개방 신호 또는 단락 신호를 전달하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 무선전력 수신장치는 상기 전력 관리부로부터 수신한 직류전력을 상기 부하에 일정한 직류전력으로 제공하는 배터리 관리 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 무선전력 송신장치는 상기 전력소스로부터 전력을 수신하는 송신 유도 코일 및 상기 송신 유도 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 송신 공진 코일을 포함하고, 상기 수신부는 상기 송신 공진 코일로부터 자기 공진에 의해 전력을 수신하는 수신 공진 코일 및 상기 수신된 전력을 전자기 유도에 의해 수신하는 수신 유도 코일을 포함할 수 있다.
상기 무선전력 송신장치는 상기 전력소스로부터 전력을 수신하는 송신 유도 코일을 포함하고, 상기 수신부는 상기 송신 유도 코일로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 수신 유도 코일을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
무선전력 송신장치로부터 수신한 전력을 부하에 전달하는 무선전력 수신장치의 구성을 변경시켜 전력 전송 효율을 증가시킬 수 있고, 무선전력 전송 시스템의 비용을 절감시키며, 무선전력 수신장치의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 소스(100)와 무선전력 송신장치(200)의 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 무선전력 수신장치(300)의 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부(371)의 구성을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치(SW)의 다양한 구성 예를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 관리부(370)와 직류 직류 변환기(350)를 사용한 경우를 비교하여 설명한 도면이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 무선전력 전송 시스템은 전력 소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300)를 포함할 수 있다.
무선전력 송신장치(200)는 송신 유도 코일(210) 및 송신 공진 코일(220)을 포함할 수 있다.
무선전력 수신장치(300)는 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320), 정류 회로(330), 부하(340)을 포함할 수 있다.
전력 소스(100)의 양단은 송신 유도 코일(210)의 양단과 연결된다.
송신 공진 코일(220)은 송신 유도 코일(210)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
수신 공진 코일(310)은 수신 유도 코일(320)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
수신 유도 코일(320)의 양단은 정류 회로(330)의 양단과 연결되고, 부하(340)는 정류 회로(330)의 양단에 연결된다. 일 실시 예에서 부하(340)는 무선전력 수신장치(300)에 포함되지 않고, 별도로 구성될 수 있다.
전력 소스(100)에서 생성된 전력은 무선전력 송신장치(200)로 전달되고, 무선전력 송신장치(200)로 전달된 전력은 자기 공진 현상에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.
이하에서는 보다 구체적으로 전력전송 과정을 설명한다.
전력 소스(100)는 소정 주파수의 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스일 수 있다.
송신 유도 코일(210)에는 전력 소스(100)로부터 공급받은 전력에 의해 교류 전류가 흐른다. 송신 유도 코일(210)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격 되어 있는 송신 공진 코일(220)에도 교류 전류가 유도된다. 그 후, 송신 공진 코일(220)로 전달된 전력은 자기 공진에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진 회로를 이루는 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.
임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 사이는 자기 공진에 의해 전력이 전송될 수 있다. 이와 같은 자기 공진에 의한 전력 전송은 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 더 먼 거리까지 더 높은 효율로 전력 전달이 가능하게 한다.
수신 공진 코일(310)은 송신 공진 코일(220)로부터 자기 공진에 의해 전력을 수신한다. 수신된 전력으로 인해 수신 공진 코일(310)에는 교류 전류가 흐른다. 수신 공진 코일(310)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 유도 코일(320)로 전달된다. 수신 유도 코일(320)로 전달된 전력은 정류 회로(330)를 통해 정류되어 부하(340)로 전달된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 송신 유도 코일(210)의 등가 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로를 구성하게 된다.
송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)의 양단은 캐패시터(C1)의 양단에 연결된 등가회로로 구성될 수 있다. 즉, 송신 유도 코일(210)은 인턱터(L1)와 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 등가회로로 구성될 수 있다.
캐패시터(C1)는 가변 캐패시터일 수 있으며, 가변 캐패시터를 조절하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 송신 공진 코일(220), 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320)의 등가 회로도 도 2에 도시된 것과 동일할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 소스(100)와 무선전력 송신장치(200)의 등가 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)은 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L1, L2)와 캐패시터(C1, C2)로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)의 등가 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 수신 공진 코일(310)과 수신 유도 코일(320)은 각각 소정 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L3, L4)와 캐패시터(C3, C4)로 구성될 수 있다.
정류회로(330)는 다이오드(D1)와 정류 캐패시터(C5)로 구성될 수 있으며, 교류 전력을 직류 전력을 변환하여 출력할 수 있다. 정류회로(330)는 정류기와 평활 회로를 포함할 수 있다. 정류기의 정류소자로서 실리콘 정류기가 사용될 수 있다. 평활 회로는 정류 출력을 매끄럽게 하는 역할을 한다.
부하(340)는 1.3V의 직류 전원으로 표시되어 있으나, 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다. 여기서, 1.3V는 예시에 불과하다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)의 구성도이다.
본 발명의 실시 예에서 부하(400)는 무선전력 수신장치(300)와 별도로 구비되는 것으로 가정한다.
도 5를 참고하면, 무선전력 수신장치(300)는 수신 유도 코일(320), 정류회로(330), 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350), 배터리 관리 소자(BMIC: Battery Management IC)(360)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 무선전력 수신장치(300)가 송신 측으로부터 자기공진을 이용하여 전력을 수신한다면, 수신 공진 코일(310)을 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 무선전력 수신장치(300)가 송신 측으로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신한다면, 수신 공진 코일(310)을 구비하지 않을 수 있다.
수신 유도 코일(320)은 송신 측으로부터 전력을 수신한다. 구체적으로, 수신 유도 코일(320)은 전자기 유도 또는 자기공진 현상을 통해 전력을 수신할 수 있다. 수신 유도 코일(320)이 수신하는 전력은 교류전력일 수 있다.
정류회로(330)는 수신 유도 코일(320)이 수신한 교류전력을 직류전력으로 변환할 수 있다.
정류회로(330)는 정류기(331) 및 평활 회로(332)를 포함할 수 있다.
정류기(331)는 적어도 하나 이상의 다이오드를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 다이오드는 실리콘 다이오드를 의미할 수 있다. 일 실시 예에서 정류기(331)는 하나의 다이오드를 사용하여 정류기능을 수행 할 수 있지만, 바람직하게 정류기(331)는 하나 이상의 다이오드가 배열된 구성을 포함할 수 있다. 도 5에서는 정류기(331)의 일 실시 예로, 브릿지 다이오드(Bridge diode)가 도시되어 있다. 브릿지 다이오드(Bridge diode)는 4개의 다이오드를 연결한 회로구조로 정류기능을 수행할 수 있다.
정류기(331)는 수신된 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기능을 수행한다. 본 발명의 실시 예에서 전력은 전압 또는 전류와 비례하므로 편의상 전력과 전압, 전류는 같은 개념임을 가정한다. 정류기능은 전류를 한 방향으로만 통과시키는 기능을 의미한다. 즉, 정류기(331)는 순방향 저항은 작고, 역방향 저항은 충분히 커서 한쪽 방향으로만 전류를 통과시킬 수 있다.
평활 회로(332)는 정류기(331)에서 출력된 직류전력에서 리플 성분을 제거하여 완전한 직류전력을 출력할 수 있다.
평활 회로(332)는 평활용 커패시터를 포함할 수 있다.
직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)는 평활 회로(332)에서 출력된 직류전압을 이용하여 배터리 관리 소자(BMIC: Battery Management IC)(360)가 동작하기 적합한 직류전압을 출력할 수 있다. 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)는 평활 회로(332)에서 출력된 직류전압을 교류전압으로 변환한 다음, 변환된 교류전압을 승압 또는 강압하고 정류하여 배터리 관리 소자(BMIC: Battery Management IC)(360)가 동작하기 적합한 직류전압을 출력할 수 있다.
직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)로 스위칭 레귤레이터(Switching regulator) 또는 리니어 레귤레이터(Linear regulator)가 사용될 수 있다.
리니어 레귤레이터(Linear regulator)는 입력전압을 받아 필요한 만큼 출력전압을 내보내고, 나머지 전압은 열로 방출하는 변환기이다. 리니어 레귤레이터(Linear regulator)의 경우, 입출력 전압차가 많을 때는 효율이 매우 나빠지고, 많은 열이 발생할 수 있다.
스위칭 레귤레이터(Switching regulator)는 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)를 이용하여 출력전압을 조절할 수 있는 변환기이다. 스위칭 레귤레이터(Switching regulator)의 경우, 주변회로가 복잡해 저출력 전원장치에서는 단가가 상승할 수 있다.
배터리 관리 소자(BMIC: Battery Management IC)(360)는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)에서 출력된 직류전력을 조절하고, 조절된 직류전력을 부하(340)에 제공한다. 일 실시 예에서 부하(340)는 배터리를 의미할 수 있다. 부하(340)는 부하(340)의 양단에 인가되는 직류전압에 따라 충전되는 전류량이 달라지므로 배터리 관리 소자(BMIC: Battery Management IC)(360)는 일정한 직류전류로 부하(340)를 충전시키기 위해 직류전력을 조절하여 부하(340)에 제공한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(300)의 구성도이다.
도 6을 참고하면, 무선전력 수신장치(300)는 수신 유도 코일(320), 정류회로(330), 전력 관리부(370), 배터리 관리 소자(BMIC: Battery Management IC)(360)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 무선전력 수신장치(300)가 무선전력 송신장치(200)로부터 자기공진을 이용하여 전력을 수신한다면, 수신 공진 코일(310)을 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 무선전력 수신장치(300)가 무선전력 송신장치(200)로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신한다면, 수신 공진 코일(310)을 구비하지 않을 수 있다.
수신 유도 코일(320)은 송신 측으로부터 전력을 수신한다. 구체적으로, 수신 유도 코일(320)은 전자기 유도 또는 자기공진 현상을 통해 전력을 수신할 수 있다. 수신 유도 코일(320)이 수신하는 전력은 교류전력일 수 있다.
정류회로(330)는 수신 유도 코일(320)이 수신한 교류전력을 직류전력으로 변환할 수 있다.
정류회로(330)는 정류기(331) 및 평활 회로(332)를 포함할 수 있다.
정류기(331)는 적어도 하나 이상의 다이오드를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 다이오드는 실리콘 다이오드를 의미할 수 있다. 일 실시 예에서 정류기(331)는 하나의 다이오드를 사용하여 정류기능을 수행 할 수 있지만, 바람직하게 정류기(331)는 하나 이상의 다이오드가 배열된 구성을 포함할 수 있다. 도 5에서는 정류기(331)의 일 실시 예로, 브릿지 다이오드(Bridge diode)가 도시되어 있다. 브릿지 다이오드(Bridge diode)는 4개의 다이오드를 연결한 회로구조로 정류기능을 수행할 수 있다.
정류기(331)는 수신된 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기능을 수행한다. 본 발명의 실시 예에서 전력은 전압 또는 전류와 비례하므로 편의상 전력과 전압, 전류는 같은 개념임을 가정한다. 정류기능은 전류를 한 방향으로만 통과시키는 기능을 의미한다. 즉, 정류기(331)는 순방향 저항은 작고, 역방향 저항은 충분히 커서 한쪽 방향으로만 전류를 통과시킬 수 있다.
평활 회로(332)는 정류기(331)에서 출력된 직류전력에서 리플 성분을 제거하여 완전한 직류전력을 출력할 수 있다.
평활 회로(332)는 평활용 커패시터를 포함할 수 있다.
전력 관리부(370)는 정류회로(330)로부터 배터리 관리 소자(360)에 전달되는 직류전력을 조절할 수 있다. 구체적으로, 전력 관리부(370)는 정류된 직류전력이 임계 치 이상의 전력인 경우, 부하(400)에 전달하는 전력을 차단할 수 있다.
전력 관리부(370)는 제어부(371), 스위치(SW), 다이오드(D)를 포함할 수 있다.
다이오드(D)는 정류회로(330)에서 출력된 직류전력이 임계 치 이상 인 경우, 임계 치 이상의 전력을 흡수하여 배터리 관리 소자(360)를 보호할 수 있다. 일 실시 예에서 다이오드(D)는 제너 다이오드(Zener diode)일 수 있다. 제너 다이오드(Zener diode)는 일정 전압보다 높은 전압이 걸릴 때 전류가 흐르고, 일정 전압보다 낮은 전압이 걸릴 때는 개방된 것처럼 동작하여 전류가 흐르지 않는 다이오드이다.
제어부(371)는 정류회로(330)로부터 배터리 관리 소자(360)에 전달되는 직류전력이 임계 치 이상인 경우, 이를 감지하고, 스위치(SW)에 개방신호를 전달할 수 있다. 제어부(371)는 다이오드(D)에 임계 치 이상의 전력이 지속적으로 인가되면, 다이오드(D)가 손상될 수 있으므로, 임계 치 이상의 전력을 감지하고, 스위치(SW)에 개방신호를 전달하여 스위치(SW)를 개방시킨다.
제어부(371)는 정류회로(330)로부터 배터리 관리 소자(360)에 전달되는 직류전력이 임계 치 미만인 경우, 이를 감지하고, 스위치(SW)에 단락신호를 전달하여 스위치(SW)를 단락 시킬 수 있다.
즉, 전력 관리부(370)는 배터리 관리 소자(360)에 인가되는 직류전류가 임계 치 이상인 경우, 순간적인 과전력은 다이오드(D)에서 흡수하도록 하고, 그 이후에는 제어부(371)를 통해 스위치(SW)를 개방시켜 과전력으로 인한 손상으로부터 배터리 관리 소자(360)를 보호할 수 있다.
제어부(371)는 증폭기를 포함하여 구성될 수 있는데 자세한 설명은 도 7에서 설명한다.
배터리 관리 소자(BMIC: Battery Management IC)(360)는 전력 관리부(370)에서 출력된 직류전력을 조절하고, 조절된 직류전력을 부하(400)에 제공한다. 일 실시 예에서 부하(400)는 배터리를 의미할 수 있다. 부하(400)는 부하(400)의 양단에 인가되는 직류전압에 따라 충전되는 전류량이 달라지므로 배터리 관리 소자(BMIC: Battery Management IC)(360)는 일정한 직류전류로 부하(400)를 충전시키기 위해 직류전력을 조절하여 부하(400)에 제공한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부(371)의 구성을 설명하는 도면이다.
제어부(371)는 증폭기 및 복수의 저항을 포함하여 구성된 비교기로 구성될 수 있다.
비교기는 입력전압(V1)과 기준전압(Reference Voltage)(V2)의 차를 비교하여 스위치(SW)의 동작을 제어할 수 있다. 입력전압(V1)은 배터리 관리 소자(360)에 인가되는 전압일 수 있다.
제어부(371)는 입력전압(V1)과 기준전압(V2)의 차가 임계 치 이상인 과전압인 경우, 스위치(SW)를 개방시켜, 배터리 관리 소자(360)를 보호할 수 있다.
제어부(371)는 입력전압(V1)과 기준전압(V2)의 차가 임계 치 미만 인 경우, 스위치(SW)를 단락시켜 정류 회로(330)에서 출력한 직류전압을 배터리 관리 소자(360)에 전달한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치(SW)의 다양한 구성 예를 설명하는 도면이다.
전력 관리부(370)를 구성하는 스위치(SW)로는 도 8에 도시된 바와 같이, 다양한 종류의 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor field-effect transistor)을 사용할 수 있다.
금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor field-effect transistor)는 P형 또는 N형 반도체 재로의 채널로 구성되어 있고, 이 재료에 따라서 크게 N 모스펫, P 모스펫, C 모스펫으로 분류된다.
금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터는 게이트, 소스, 드레인 단자를 포함하고, 게이트 단자의 전압을 이용하여 스위로써 동작할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 관리부(370)와 직류 직류 변환기(350)를 사용한 경우를 비교하여 설명한 도면이다.
도 5에서 설명한 것과 같이 직류-직류 변환기(DC-DC converter)(350)로 스위칭 레귤레이터(Switching regulator) 또는 리니어 레귤레이터(Linear regulator)가 사용될 수 있다.
스위칭 레귤레이터(Switching regulator)는 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)를 이용하여 출력전압을 조절할 수 있는 변환기이다. 스위칭 레귤레이터(Switching regulator)의 경우, 배터리 관리 소자(360)에 전달되는 전력 효율은 90%로 높은 편이지만, 구조가 복잡해 저출력 전원장치에서는 단가가 상승할 수 있고, 큰 값을 갖는 인덕터가 필요한 문제가 있다.
LDO 리니어 레귤레이터(Low Drop Out Linear regulator)는 입력전압을 받아 필요한 만큼 출력전압을 내보내고, 나머지 전압은 열로 방출하는 변환기이다. LDO 리니어 레귤레이터(Low Drop Out Linear regulator)의 경우, 입출력 전압차이가 많지 않을 때 유용하나, 입출력 전압 차가 많을 때는 효율이 매우 나빠지고, 많은 열이 발생할 수 있다. LDO 리니어 레귤레이터(Low Drop Out Linear regulator)는 구조가 간단하여 비용이 저렴하나, 전력 효율은 80%로 스위칭 레귤레이터(Switching regulator)에 비해 떨어진다.
본 발명의 실시 예인 전력 관리부(370)는 스위치(SW) 및 다이오드(D1)로 구성되기 때문에 구조가 단순하여 비용이 저렴하다.
또한, 배터리 관리 소자(360)에 인가되는 직류전력이 과 전력이 아닌 정상적인 상태의 전력인 경우, 스위치(SW)와 다이오드(D)에서 발생하는 손실전력이 적다. 전력 효율은 95% 정도로, 스위칭 레귤레이터 및 LDO 리니어 레귤레이터의 경우에 비해 높다.
구체적으로, 다이오드(D)로 제너 다이오드가 사용되는 경우, 과 전력이 아닌 정상상태의 전력이 배터리 관리 소자(360)에 인가되면, 제너 다이오드로 흐르는 누설전류는 무시할 수 있을 정도로 작다. 일 실시 예에서 제너 다이오드에 흐르는 누설전류는 10uA 이하 일 수 있으나, 예시에 불과하다.
스위치(SW)로 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터가 사용되는 경우, 전압이 강하되는 정도는 대략 0,2v로 미약하다. 여기서, 0.2V는 예시에 불과하다. 정류 회로(330)에서 출력되는 직류전압이 5V인 경우, 전압 손실률은 0.2/5로 4% 정도에 불과하다.
즉, 본 발명의 실시 예인 전력 관리부(370)를 무선전력 수신장치(300)에 적용하면, 스위치(SW) 및 다이오드(D)에서 손실되는 전력이 적으므로 배터리 관리 소자(360)로 전달되는 전력이 많아져 전체 전력 효율을 높일 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.
100: 전력 소스
200: 무선전력 송신장치
210: 송신 유도 코일
220: 송신 공진 코일
300: 무선전력 수신장치
310: 수신 공진 코일
320: 수신 유도 코일
330: 정류회로
350: 직류 직류 변환기
360: 배터리 관리 소자
370: 전력 관리부
371: 제어부
400: 부하

Claims (22)

  1. 무선전력 수신장치에 있어서,
    무선전력 송신장치로부터 교류전력을 수신하는 수신부;
    상기 수신된 교류전력을 직류전력으로 정류하는 정류부; 및
    스위치 및 제어부를 포함하고, 상기 정류부로부터 부하에 전달되는 전력을 제어하는 전력 관리부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 정류부로부터 출력되는 직류전압이 임계치 이상인 경우 상기 스위치를 개방하고, 상기 직류전압이 상기 임계치 미만인 경우 상기 스위치를 단락시키는, 무선전력 수신장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 관리부는 다이오드를 더 포함하고,
    상기 전력 관리부는 상기 직류전압이 상기 임계치 이상인 경우, 순간적인 과전력은 상기 다이오드에서 흡수하도록 하고, 그 이후에는 상기 제어부를 통해 상기 스위치를 개방하는, 무선전력 수신장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정류된 전력을 승압 또는 강압하는 직류-직류 변환기; 및
    상기 직류-직류 변환기에서 출력된 직류전력을 조절하는 배터리 관리 소자를 더 포함하는, 무선전력 수신장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 관리 소자는 상기 직류전력을 조절하여 부하를 일정한 직류전류로 충전시키는, 무선전력 수신장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는 무선전력 송신장치로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하는 수신 유도 코일을 포함하는, 무선전력 수신장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는 무선전력 송신장치로부터 자기 공진에 의해 전력을 수신하는 수신 공진 코일을 포함하는, 무선전력 수신장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정류부는 브릿지 다이오드를 포함하는, 무선전력 수신장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 증폭기 및 복수의 저항을 포함하는 비교기 회로인, 무선전력 수신장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는, P 채널 모스펫(MOSFET) 또는 N 채널 모스펫(MOSFET) 중 어느 하나를 이용하는, 무선전력 수신장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 임계치는 상기 무선전력 수신장치의 동작 허용 전압을 넘는 과전압을 판단하는 기준인, 무선전력 수신장치.
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