KR101896921B1 - 무선 전력 수신기 및 그 제어 방법 - Google Patents

무선 전력 수신기 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

무선 전력 수신기의 제어 방법이 개시된다. 본 발명에 의한 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기의 제어 방법은, 상기 무선 전력 송신기로부터 상기 무선 전력을 수신하는 단계, 상기 무선 전력을 정류하여 직류형태의 정류된 무선 전력을 출력하는 단계, 상기 무선 전력의 전압 값을 모니터링하는 단계 및 상기 무선 전력의 전압 값이 기설정된 임계값 이상인지를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

무선 전력 수신기 및 그 제어 방법 { WIRELESS POWER RECEIVER AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF }
본 발명은 무선 전력 수신기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리플(ripple)을 억제하는 무선 전력 수신기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
휴대전화 또는 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 이동 단말기는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리로 구동되며, 이러한 배터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전 장치를 이용하여 이동단말기의 배터리에 전기 에너지를 공급한다. 통상적으로 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서 이를 서로 접촉시킴으로 인하여 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.
하지만, 이와 같은 접촉식 충전방식은 접촉 단자가 외부에 돌출되어 있으므로, 이물질에 의한 오염이 쉽고 이러한 이유로 배터리 충전이 올바르게 수행되지 않는 문제점이 발생한다. 또한 접촉 단자가 습기에 노출되는 경우에도 충전이 올바르게 수행되지 않는다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자 기기에 활용되고 있다.
이러한 무선충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 단지 충전 패드에 올려 놓기만하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 일반적으로 무선 전동 칫솔이나 무선 전기 면도기 등으로 일반인들에게 알려져 있다. 이러한 무선충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 다가오는 전기차 시대에도 관련 기술이 크게 발전할 것으로 전망된다.
이러한 무선 충전 기술에는 크게 코일을 이용한 전자기 유도방식과, 공진(Resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation) 방식이 있다.
현재까지는 전자기 유도를 이용한 방식이 주류를 이루고 있으나, 최근 국내외에서 마이크로파를 이용하여 수십 미터 거리에서 무선으로 전력을 전송하는 실험에 성공하고 있어, 가까운 미래에는 언제 어디서나 전선 없이 모든 전자제품을 무선으로 충전하는 세상이 열릴 것으로 보인다.
전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 1차 코일과 2차 코일 간의 전력을 전송하는 방식이다. 코일에 자석을 움직이면 유도 전류가 발생하는데, 이를 이용하여 송신단에서 자기장을 발생시키고 수신단에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 낸다. 이러한 현상을 자기 유도 현상이라고 일컬으며 이를 이용한 전력 전송 방법은 에너지 전송 효율이 뛰어나다.
공진 방식은, 2005년 MIT의 Soljacic 교수가 Coupled Mode Theory로 공진 방식 전력 전송 원리를 사용하여 충전장치와 몇 미터(m)나 떨어져 있어도 전기가 무선으로 전달되는 시스템을 발표했다. MIT팀의 무선 충전시스템은 공명(resonance)이란 소리굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 물리학 개념을 이용한 것이다. 연구팀은 소리를 공명시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시켰다. 공명된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.
종래의 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기와의 통신을 위하여 부하 변조 방식을 채택한다. 하지만, 종래의 무선 전력 수신기에서 수행되는 부하 변조로 인하여, 출력 전압에 리플(ripple)이 발생할 수 있다. 종래의 무선 전력 수신기는 리플을 감소시키기 위하여 레귤레이터를 구비할 수 있지만, 레귤레이터에 의하여 전체 효율이 감소되는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 레귤레이터 등의 소자를 추가하지 않고 리플을 억제할 수 있는 무선 전력 수신기 및 그 제어 방법을 제공하는 것에 있다.
상술한 바를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기의 제어 방법은, 상기 무선 전력 송신기로부터 상기 무선 전력을 수신하는 단계, 상기 무선 전력을 정류하여 직류형태의 정류된 무선 전력을 출력하는 단계, 상기 무선 전력의 전압 값을 모니터링하는 단계 및 상기 무선 전력의 전압 값이 기설정된 임계값 이상인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기는, 상기 무선 전력 송신기로부터 상기 무선 전력을 수신하는 전력 수신부, 상기 무선 전력을 정류하여 직류형태의 정류된 무선 전력을 출력하는 정류부, 상기 무선 전력의 전압 값을 모니터링하고, 상기 무선 전력의 전압 값이 기설정된 임계값 이상인지를 판단하는 제어부 및 상기 정류된 무선 전력을 충전하는 충전부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 의하여 레귤레이터를 추가하지 않으면서 리플을 억제할 수 있는 무선 전력 수신기 및 그 제어 방법이 제공된다. 이에 따라서, 레귤레이터 추가 시 발생하는 효율 감소를 해결할 수 있다. 또한, 리플을 억제함에 따라서 보다 명확한 DC 전압을 획득할 수 있는 효과가 창출된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명과의 비교를 위한 로드 변조 방식을 설명하기 위한 회로도들이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 변조부를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 무선 전력 송수신 시스템은 무선 전력 송신기(110) 및 무선 전력 수신기(120)를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기(110)는 무선 전력 수신기(120)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 도 1의 실시 예에서, 무선 전력 송신기(110)는 전자기파의 형태로 무선 전력을 무선 전력 수신기(120)로 공급할 수 있다.
무선 전력 송신기(110)는 무선 전력 수신기(120)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 여기에서 무선 전력 송신기(110) 및 무선 전력 수신기(120)는 소정의 통신 패킷을 처리하거나 송수신할 수 있는 장치일 수 있으며, 예를 들어 핸드폰, PDA, PMP, 스마트폰 등으로 구현될 수 있다.
무선 전력 송신기(110)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(120)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신기(110)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(120)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(110)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(110)와 복수 개의 무선 전력 수신기(120) 사이의 거리는 바람직하게는 30m 이하일 수 있다. 또한 무선 전력 송신기(110)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(110)와 복수 개의 무선 전력 수신기(120) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다.
무선 전력 수신기(120)는 무선 전력 수신기(120)와 관련한 정보를 무선 전력 송신기(110)로 송신할 수 있다. 여기에서 무선 전력 수신기(120)와 관련한 정보는, 무선 전력 수신기(120)의 충전 상태, 위치 정보, 식별 정보, 배터리 용량 정보, 배터리 잔량 정보 등일 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(110)는 상기의 관련 정보에 기초하여 무선 전력 수신기(120)에 무선 충전 기능을 인에이블(enabled)/디스에이블(disabled)하도록 하는 제어 신호를 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(110)로부터 무선 충전 기능의 인에이블/디스에이블 제어 신호를 수신한 무선 전력 수신기는 무선 충전 기능을 인에이블/디스에이블할 수 있다.
무선 전력 수신기(120)는 상술한 바와 같은 정보를 로드 변조(load modulation) 방식으로 무선 전력 송신기(110)로 송신할 수 있다. 무선 전력 수신기(120)는 로드 변조를 수행하기 위한 스위칭 수단을 포함할 수 있다. 상기의 스위칭 수단은, 로드 스위치, 프리 휠링(free wheeling) 스위치, N-MOS 스위치, P-MOS 스위치 등 그 종류에는 제한이 없다.
한편, 무선 전력 수신기(120)는 로드 변조를 수행하는 과정에서 리플이 발생할 수 있다. 리플은 로드 변조를 수행하는 과정에서 임피던스의 변경에 기인하여 발생할 수 있다.
무선 전력 수신기(120)는 발생되는 리플을 기설정된 임계값 미만으로 억제할 수 있다. 이하에서는, 무선 전력 수신기(120)가 기설정됨 임계값 미만으로 리플을 억제하는 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(200)는 전력 수신부(210), 정류부(220), 충전부(230), 제어부(240) 및 변조부(250)를 포함할 수 있다.
전력 수신부(210)는 무선 전력 공급기로부터 제공되는 무선 전력을 수신할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기(200)는 공진 방식에 기초하여 무선 전력 공급기로부터 무선 전력을 수신할 수 있으며, 이에 따라 소정의 인덕턴스를 가지는 루프 코일로 구현될 수 있다.
전력 수신부(210)는 무선 전력 공급기로부터 출력되는 전자기장에 공진하는 경우, 무선 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신부(210)가 루프 코일로 구현되는 경우, 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경가능하며, 이에 따라 다양한 주파수의 전자기파, 즉 무선 전력을 수신하는 구성이 가능하다. 또한 루프 코일은 복수 개일 수 있으며, 전자기파에 공진하여 무선 전력을 수신할 수 있는 수단이라면 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
전력 수신부(210)는 정류부(220)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 수신된 무선 전력을 정류부(220)로 출력할 수 있다. 여기에서 수신된 무선 전력은 무선 전력 공급기로부터 출력되는 소정의 전압 값을 가질 수 있으며, 상기의 전압 값은 무선 전력 수신기(200)가 이용하는 전압 값 이상일 수 있다. 아울러, 무선 전력은 교류 형태일 수 있다.
정류부(220)는 입력받은 교류 형태의 무선 전력을 정류하여 직류 형태의 정류된 무선 전력을 출력할 수 있다. 정류부(220)는 공지된 정류 수단, 예를 들어 다이오드와 같은 수단으로 구현될 수 있으며, 정류를 할 수 있는 수단이라면 제한이 없음은 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
충전부(230)는 실제로 전력을 이용 또는 저장하는 수단일 수 있으며, 무선 전력 수신기(306)가 휴대폰, 또는 스마트폰인 경우에 있어서는 배터리 등으로 구현될 수 있다.
제어부(240)는 무선 전력 수신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(240)는, 저장부(미도시)에 저장된 무선 전력 수신기(200)의 동작에 요구되는 프로그램, 어플리케이션 또는 알고리즘을 독출하고, 이를 이용하여 무선 전력 수신기(200)의 동작 전반을 제어하는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
한편, 제어부(240)는 정류부(220)의 출력단(221)에 인가되는 전압을 모니터링(monitoring)할 수 있다. 즉, 제어부(240)는 정류된 무선 전력의 전압을 모니터링할 수 있다. 제어부(240)는 전압을 기준으로 하여 정류된 무선 전력에 리플을 모니터링할 수 있으며, 상기 리플이 기설정된 임계값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
여기에서, 제어부(240)는 정류부(220)의 출력단(221)으로부터 정류된 무선 전력의 일부를 입력받을 수 있으며, 정류된 무선 전력의 일부를 ADC(analog to digital converting)하여 시계열적인 전압 값 데이터를 생성할 수 있다. 제어부(220)는 시계열적인 전압 값 데이터들 사이의 차이를 연산할 수 있으며, 상기의 차이를 리플의 절대값으로 결정할 수 있다.
제어부(240)는 리플의 절대값이 기설정된 임계값 이상인지를 판단할 수 있다. 제어부(240)는 비교기와 같은 소자를 구비할 수 있다. 비교기는 상기의 기설정된 임계값을 기준 값으로 입력하며, 연산된 상기 차이를 비교 값으로 입력하여 비교 결과에 기초하여, 리플의 절대값이 기설정된 임계값 이상인지를 판단할 수 있다.
제어부(240)는 리플의 절대값이 기설정된 임계값 미만인 경우에 대하여서는 추가적인 제어 신호를 출력하지 않는다. 제어부(240)는 리플의 절대값이 기설정된 임계값 이상인 경우에는 전력 수신부(210) 또는 변조부(250)의 소자 수치를 변경하도록 제어하는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
한편, 상술한 제어부(240)의 동작은 하나의 실시 예이며, 제어부(240)가 정류부(200)의 출력단(221)의 전압을 모니터링하여, 임계값과 비교하는 구성은 당업자가 용이하게 변경 실시할 수 있을 것이며, 상술한 실시 예에 따라서 본원 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아닐 것이다.
변조부(250)는 스위칭 수단을 포함할 수 있다. 변조부(250)는 제어부(240)의 제어에 따라서 스위칭 수단을 온/오프(on/off)할 수 있다. 변조부(250)가 스위칭 수단을 온/오프함에 따라서, 무선 전력 공급기에서 바라보는 임피던스는 변경될 수 있다. 무선 전력 공급기는 임피던스 변경에 따라서 무선 전력 수신기(200)로부터 관련 정보를 수신할 수 있다.
변조부(250)는 저항 로드 변조 방식 또는 커패시터 로드 변조 방식에 기초하여 신호 변조를 수행할 수 있다. 변조부(250)는 변조 방식에 따라서 다양한 회로 패턴으로 설계될 수 있으며, 이에 대하여서는 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
제어부(240)는, 상술한 바와 같이 전력 수신부(210) 및 변조부(250) 중 적어도 하나의 소자 수치를 변경하는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 전력 수신부(210) 및 변조부(250) 중 적어도 하나는 포함하고 있는 적어도 하나의 소자 수치를 변경할 수 있다. 상기 적어도 하나의 소자 수치의 변경은 리플의 절대값을 하강시키도록 수행될 수 있다.
제어부(240)는 리플의 절대값을 실시간으로 모니터링하면서, 소자 수치의 변경을 지속적으로 수행할 수 있다. 제어부(240)는 리플의 절대값이 기설정된 임계값 미만이 될 때까지 소자 수치 변경 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
또는 제어부(240)는 저장부(미도시)에 저장된 리플과 변경될 소자 수치 사이의 룩업테이블을 독출하여, 소자 수치 변경 제어 신호를 출력할 수도 있다.
상술한 바에 따라서, 무선 전력 수신기(200)는 정류된 무선 전력의 리플을 레귤레이터를 이용하지 않고 억제할 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명과의 비교를 위한 로드 변조 방식을 설명하기 위한 회로도들이다.
도 3a는 저항 로드 변조 방식을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 전력 제공부(301), 커패시터부(302), 저항부(303) 및 코일부(304)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기는 코일부(305), 저항부(306), 커패시터부(307), 저항부(308), 저항부(309) 및 스위치부(310)를 포함할 수 있다. 도 3a에서의 무선 전력 수신기는 무선 전력 수신부 및 변조부만을 도시하며, 다른 구성 요소에 대하여서는 생략되었음을 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
전력 제공부(301)는 기설정된 크기(V1)의 교류 형태의 전력을 제공할 수 있다. 전력은 소정의 크기(I1)의 전류를 가질 수 있다. 전력 제공부(301)의 일단은 커패시터부(302)의 일단에 연결될 수 있다. 커패시터부(302)는 C1의 용량을 가질 수 있다. 커패시터부(302)의 타단은 저항부(303)의 일단에 연결될 수 있다. 저항부(303)는 R1의 저항 값을 가질 수 있다. 저항부(303)의 타단은 코일부(304)의 일단에 연결될 수 있다. 코일부(304)는 L1의 인덕턴스를 가질 수 있다. 코일부(304)의 타단은 전력 제공부(301)의 타단에 연결될 수 있다.
한편, 무선 전력은 코일부(304)에서 발진하여 다른 코일부(305)에서 수신할 수 있다. 여기에서 코일부(305)는 L2의 인덕턴스를 가질수 있다. 코일부(305)의 일단은 저항부(306)의 일단에 연결될 수 있다. 저항부(306)는 R2의 저항 값을 가질 수 있다. 저항부(306)의 타단은 커패시턴스부(307)의 일단에 연결될 수 있다. 커패시터부(307)는 C2의 용량을 가질 수 있다. 커패시터부(307)의 타단은 저항부(308)의 일단 및 저항부(309)의 일단에 연결될 수 있다. 저항부(308)는 Rm의 저항 값을 가질 수 있으며, 저항부(309)는 RL의 저항 값을 가질 수 있다. 저항부(308)의 타단은 스위치부(310)의 일단에 연결될 수 있다. 한편 저항부(309)의 타단은 스위치부(310)의 타단 및 코일부(305)의 타단에 연결될 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 회로 해석은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012025279417-pat00001
수학식 1에서, ω는 교류 형태의 전력의 각 주파수이다. 아울러, M은 코일부(304) 및 코일부(305) 사이의 상호 인덕턴스이다.
여기에서, 수학식 1의
Figure 112012025279417-pat00002
는 Z11으로 표시할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신기에서의 회로 해석은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012025279417-pat00003
여기에서, 수학식 2의
Figure 112012025279417-pat00004
는 Z22로 표시할 수 있다.
한편, 수학식 1 및 수학식 2를 정리하면 전력 제공부(301)의 일단에 인가되는 전압은 수학식 3과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112012025279417-pat00005
수학식 3에서 Zr은
Figure 112012025279417-pat00006
일 수 있다.
아울러, 수학식 1 및 수학식 2를 정리하면 전력 수신기에 인가되는 전류는 수학식 4와 같이 정리될 수 있다.
Figure 112012025279417-pat00007
상기의 수학식 4와 같이, 무선 전력 수신기에 인가되는 전력의 전류는 Z22에 의하여 영향을 받으며, 이에 따라 로드 변조 시의 전류에 변경이 생길 수 있으며, 리플이 생성될 수 있다.
이에 따라서, Z22 중 적어도 하나의 소자 수치를 변경하여, 리플의 크기를 변경할 수 있다. 예를 들어, 리플의 크기를 억제하기 위한 제어 신호는, Rm의 저항 값을 크게 하는 제어 신호일 수 있다.
도 3b는 커패시터 로드 변조 방식을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 전력 제공부(321), 커패시터부(322), 저항부(323) 및 코일부(324)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기는 코일부(325), 저항부(326), 커패시터부(327), 커패시터부(328), 커패시터부(329), 스위치부(330), 저항부(331)를 포함할 수 있다. 도 3b에서의 무선 전력 수신기는 무선 전력 수신부 및 변조부만을 도시하며, 다른 구성 요소에 대하여서는 생략되었음을 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
전력 제공부(321)는 기설정된 크기(V1)의 교류 형태의 전력을 제공할 수 있다. 전력은 소정의 크기(I1)의 전류를 가질 수 있다. 전력 제공부(321)의 일단은 커패시터부(322)의 일단에 연결될 수 있다. 커패시터부(322)는 C1의 용량을 가질 수 있다. 커패시터부(322)의 타단은 저항부(323)의 일단에 연결될 수 있다. 저항부(323)는 R1의 저항 값을 가질 수 있다. 저항부(323)의 타단은 코일부(324)의 일단에 연결될 수 있다. 코일부(324)는 L1의 인덕턴스를 가질 수 있다. 코일부(324)의 타단은 전력 제공부(321)의 타단에 연결될 수 있다.
한편, 무선 전력은 코일부(324)에서 발진하여 다른 코일부(325)에서 수신할 수 있다. 여기에서 코일부(325)는 L2의 인덕턴스를 가질수 있다. 코일부(325)의 일단은 저항부(326)의 일단에 연결될 수 있다. 저항부(326)는 R2의 저항 값을 가질 수 있다. 저항부(326)의 타단은 커패시턴스부(327)의 일단에 연결될 수 있다. 커패시터부(327)는 C2의 용량을 가질 수 있다. 커패시터부(327)의 타단은 커패시터부(328)의 일단 및 커패시터부(329)의 일단에 연결될 수 있다. 커패시터부(328) 및 커패시터부(329)는 각각 C3 및 Cm의 용량을 가질 수 있다. 또한, 커패시터부(327)의 타단은 저항부(331)의 일단에 연결될 수 있다. 저항부(3331)는 RL의 저항 값을 가질 수 있다. 커패시터부(329)의 타단을 스위치부(330)의 일단에 연결될 수 있다. 커패시터부(328)의 타단, 스위치부(330)의 타단 및 저항부(331)의 타단은 코일부(325)의 타단에 연결될 수 있다.
무선 전력 송신기에서의 회로 해석은 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012025279417-pat00008
수학식 5에서, ω는 교류 형태의 전력의 각 주파수이다. 아울러, M은 코일부(324) 및 코일부(325) 사이의 상호 인덕턴스이다.
여기에서, 수학식 5의
Figure 112012025279417-pat00009
는 Z11으로 표시할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신기에서의 회로 해석은 수학식 6와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012025279417-pat00010
여기에서, 수학식 6의
Figure 112012025279417-pat00011
는 Z33로 표시할 수 있다.
한편, 수학식 5 및 수학식 6을 정리하면 전력 제공부(321)의 일단에 인가되는 전압은 수학식 7과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112012025279417-pat00012
수학식 7에서 Zr은
Figure 112012025279417-pat00013
일 수 있다.
아울러, 수학식 1 및 수학식 2를 정리하면 전력 수신기에 인가되는 전류는 수학식 8과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112012025279417-pat00014
상기의 수학식 8과 같이, 무선 전력 수신기에 인가되는 전력의 전류는 Z22에 의하여 영향을 받으며, 이에 따라 로드 변조 시의 전류에 변경이 생길 수 있으며, 리플이 생성될 수 있다.
이에 따라서, Z22 중 적어도 하나의 소자 수치를 변경하여, 리플의 크기를 변경할 수 있다. 예를 들어, 리플의 크기를 억제하기 위한 제어 신호는, Cm의 저항 값을 크게 하는 제어 신호일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 변조부를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 변조부는 정류부(410), 제어부(420) 및 충전부(430)에 연결될 수 있다. 도 4에 의한 변조부는 저항 모듈 변조 방식에 기초하여 변조를 수행할 수 있다. 변조부는 저항부(422), 저항부(424), 가변 저항부(426) 및 스위치부(427)를 포함할 수 있다. 정류부(410)의 일단은 노드(421)에 연결될 수 있다. 노드(421)는 저항부(422)의 일단, 가변 저항부(426)의 일단 및 충전부(430)에 연결될 수 있다.
저항부(422)의 타단은 노드(423)에 연결될 수 있으며, 노드(423)는 제어부(420) 및 저항부(424)의 일단에 연결될 수 있다. 저항부(424)의 타단은 노드(425)에 연결될 수 있으며, 노드(425)는 정류부(410), 스위치부(427)의 타단, 충전부(430)에 연결될 수 있다.
가변 저항부(426)의 타단은 제어부(420) 및 스위치부(427)의 일단에 연결될 수 있다. 가변 저항부(426)는 저항 값의 수치가 변경될 수 있다. 가변 저항부(426)는 제어부(420)로부터 입력되는 소자 수치 변경 제어 신호에 기초하여 저항 값을 변경할 수 있다.
리플의 절대값이 임계값 이상인 경우, 제어부(420)는 가변 저항부(426)의 저항 값을 변경하도록 제어할 수 있다. 저항 값의 변경에 기초하여, 리플의 절대값이 임계값 미만으로 억제될 수 있다.
한편, 도 4와 관련하여 가변 저항부(426)의 저항 값을 변경하여 리플의 절대값을 임계값 미만으로 억제하는 것은 하나의 실시 예에 불과하다. 당업자는 용이하게 가변 커패시터부의 용량을 변경하여 리플의 절대값을 임계값 미만으로 억제하는 구성을 이해할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신할 수 있다(S501).
무선 전력 수신기는 수신된 무선 전력을 정류하여, 직류 형태의 정류된 무선 전력을 출력할 수 있다(S503).
무선 전력 수신기는 정류된 무선 전력의 리플의 절대값이 기설정된 임계값 이상인지 여부를 판단할 수 있다(S505). 상기 판단 결과 리플의 절대값이 기설정된 임계값 이상인 경우에는(S505-Y), 소자 수치를 변경하도록 제어하여 리플의 절대값이 기설정된 임계값 미만이 되도록 억제할 수 있다(S507). 본 실시 예에서, 무선 전력 수신기는 소자 수치를 기설정된 수치만큼 변경할 수 있다. 무선 전력 수신기는 기설정된 수치만큼의 소자 수치 변경을 리플의 절대값이 기설정된 임계값 미만이 될 때까지 반복할 수 있다.
무선 전력 수신기는 리플의 절대값이 기설정된 임계값 미만인 경우(S505-N), 무선 전력을 충전할 수 있다(S509).
한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신할 수 있다(S601).
무선 전력 수신기는 수신된 무선 전력을 정류하여, 직류 형태의 정류된 무선 전력을 출력할 수 있다(S603).
무선 전력 수신기는 정류된 무선 전력의 리플의 절대값이 기설정된 임계값 이상인지 여부를 판단할 수 있다(S605). 상기 판단 결과 리플의 절대값이 기설정된 임계값 이상인 경우에는(S605-Y), 측정된 리플의 절대값과 적정 리플의 절대값의 차이값을 산출할 수 있다(S607).
무선 전력 수신기는 상기의 차이값과 이에 대응하는 소자 수치 변경 정도의 관계에 대한 룩업테이블을 독출할 수 있다(S609).
표 1은 룩업테이블의 일 실시 예이다. 표 1은 저항 로드 변조 방식에 기초한 룩업테이블의 예시이다.
차이값 10 20 30 40 50 60 70 80
저항 소자 변경 정도 0.11 0.15 0.18 0.21 0.31 0.43 0.60 0.80
예를 들어, 리플의 절대값과 적정 리플의 절대값의 차이가 10mV인 경우에는, 저항 소자를 0.11Ω만큼 증가시키도록 제어할 수 있다(S611). 이에 따라, 무선 전력 수신기는 소자 수치 변경을 반복하지 않으면서, 일 회로 리플을 억제할 수 있다.
무선 전력 수신기는 리플을 억제하여 충전을 수행할 수 있다(S613). 리플의 절대값이 기설정된 임계값 미만인 경우에는(S605-N), 별다른 동작 없이 무선 전력을 충전할 수 있다(S613).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (18)

  1. 무선 전력 송신기로부터 전력을 무선으로 수신하는 무선 전력 수신기의 제어 방법에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기로부터 상기 전력을 무선으로 수신하는 단계;
    상기 전력을 직류형태로 정류하는 단계;
    가변 저항 또는 가변 커패시터 중 적어도 하나를 정류부에 연결시키거나, 상기 정류부에 연결된 상기 가변 저항 또는 상기 정류부에 연결된 상기 가변 커패시터 중 적어도 하나를 상기 정류부로부터 연결 해제시킴으로써 상기 정류된 전력을 변조하는 단계 -상기 가변 저항 및 상기 가변 커패시터는 상기 무선 전력 수신기의 충전부의 외부에 위치함-;
    상기 정류된 전력을 변조하는 동안, 상기 정류된 전력의 전압 값을 모니터링하는 단계;
    상기 전력의 전압 값의 리플(ripple)이 기설정된 임계값 이상인지를 판단하는 단계; 및
    상기 전력의 전압 값의 상기 리플(ripple)이 기설정된 임계 값 이상이면, 상기 가변 저항의 저항 값 또는 상기 가변 커패시터의 용량 값 중 적어도 하나를 변경하여, 상기 리플이 상기 임계 값 미만이 되도록 제어하는 단계;를 포함하는 무선 전력 수신기의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류된 전력을 변조하는 단계는, 저항 로드 변조 방식에 기초하여 상기 정류된 전력을 변조하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기의 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류된 전력을 변조하는 단계는, 커패시터 로드 변조 방식에 기초하여 상기 정류된 전력을 변조하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기의 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 리플이 상기 임계값 미만이 되도록 제어하는 단계는, 상기 리플이 상기 임계값 미만이 되도록 상기 적어도 하나의 소자 수치를 기설정된 수치만큼 변경하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기의 제어 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 리플이 상기 임계값 미만이 되도록 제어하는 단계는,
    상기 리플의 절대값과 적정 리플의 절대값 사이의 차이값을 연산하는 단계;
    상기 차이값과 상기 차이값에 대응하는 소자 수치 변경 정도의 관계에 대한 룩업테이블을 독출하는 단계; 및
    상기 소자 수치 변경 정도로 상기 적어도 하나의 소자의 수치를 변경하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기의 제어 방법.
  9. 무선 전력 송신기로부터 전력을 무선으로 수신하는 무선 전력 수신기에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기로부터 상기 전력을 무선으로 수신하는 전력 수신부;
    상기 전력을 직류형태로 정류하는 정류부;
    가변 저항 또는 가변 커패시터 중 적어도 하나를 상기 정류부에 연결시키거나, 상기 정류부에 연결된 상기 가변 저항 또는 상기 정류부에 연결된 상기 가변 커패시터 중 적어도 하나를 상기 정류부로부터 연결 해제시킴으로써 상기 정류된 전력을 변조하는 변조부 -상기 가변 저항 및 상기 가변 커패시터는 상기 무선 전력 수신기의 충전부의 외부에 위치함-;
    상기 정류된 전력을 변조하는 동안, 상기 전력의 전압 값을 모니터링하고, 상기 전력의 전압 값의 리플(ripple)이 기설정된 임계값 이상인지를 판단하고, 상기 전력의 전압 값의 상기 리플(ripple)이 기설정된 임계 값 이상이면, 상기 가변 저항의 저항 값 또는 상기 가변 커패시터의 용량 값 중 적어도 하나를 변경하여, 상기 리플이 상기 임계 값 미만이 되도록 제어하는 제어부;및
    상기 정류된 전력을 충전하는 충전부;를 포함하는 무선 전력 수신기.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 변조부는, 저항 로드 변조 방식에 기초하여 상기 정류된 전력을 변조하며, 가변 저항부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  12. 삭제
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 변조부는, 커패시터 로드 변조 방식에 기초하여 상기 정류된 전력을 변조하고, 가변 커패시터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  14. 삭제
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 리플이 상기 임계값 미만이 되도록 상기 적어도 하나의 소자 수치를 기설정된 수치만큼 변경하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  16. 제 9 항에 있어서,
    적정 리플의 절대값 및, 상기 리플의 절대값과 상기 적정 리플의 절대값 사이의 차이값과 상기 차이값에 대응하는 소자 수치 변경 정도의 관계에 대한 룩업테이블을 저장하는 저장부;
    상기 제어부는, 상기 리플의 절대값과 상기 적정 리플의 절대값 사이의 차이값을 연산하고, 상기 차이값과 상기 차이값에 대응하는 소자 수치 변경 정도의 관계에 대한 룩업테이블을 독출하고, 상기 소자 수치 변경 정도로 상기 적어도 하나의 소자의 수치를 변경하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 변조부는,
    일단이 상기 정류부에 연결되고, 타단은 상기 제어부에 연결되는 제 1 저항부;
    일단이 상기 제어부 및 상기 제 1 저항부의 타단에 연결되고, 타단은 상기 정류부에 연결되는 제 2 저항부;
    일단이 상기 제 1 저항부에 연결되고, 타단은 상기 제어부에 연결되는 가변 저항부; 및
    일단은 상기 가변 저항부의 타단에 연결되고, 타단은 상기 충전부에 연결되는 스위치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 스위치부는 N-MOS 소자이며, 상기 N-MOS 소자의 게이트단은 상기 제어부에 연결된 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.

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