KR101905905B1 - 듀얼 모드 무선전력전송 장치, 무선전력수신 장치 및 모바일 단말 - Google Patents

듀얼 모드 무선전력전송 장치, 무선전력수신 장치 및 모바일 단말 Download PDF

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Abstract

듀얼 모드 무선전력수신 장치가 제공된다. 듀얼 모드 무선전력수신 장치는, 제1안테나 및 제2안테나를 포함하는 안테나 모듈, 상기 제1안테나를 이용하여 NFC 통신을 수행하는 NFC 모듈, 상기 안테나 모듈을 이용하여 공진 주파수의 RF 신호를 수신하고, 상기 RF 신호를 출력 전력으로 변환하는 무선전력전송 모듈 및 상기 NFC 모듈 및 상기 무선전력전송 모듈의 동작 여부에 기초하여 상기 제1안테나의 동작 모드를 변경하는 모드 제어부를 포함한다.

Description

듀얼 모드 무선전력전송 장치, 무선전력수신 장치 및 모바일 단말{Dual-mode Wireless Power Transfer Device and Mobile Device}
본 발명은 NFC 와 무선전력전송을 통합한 듀얼 모드 무선전력전송 장치, 무선전력수신 장치 및 이를 이용한 모바일 단말에 관한 것이다.
최근 에너지-IT 융합기술에 대한 관심도가 증가하고 있다. 에너지-IT 융합기술이란 종래의 에너지 기술에 급속히 발달하고 있는 IT 기술을 융합하는 것을 말하며, 이러한 에너지-IT 융합 기술의 한 분야로서 무선전력전송(Wireless Power Transfer, WPT) 기술이 있다. 무선전력전송이란 종래의 유선으로 된 전력선 대신 무선으로 가전기기나 전기자동차에 전원을 공급하는 기술을 말하며, 종래에 가전기기 등을 충전하기 위해서 전원 콘센트로부터 가전기기 또는 충전기기로 유선으로 된 전원 케이블을 연결하지 않고도 무선으로 가전기기 등을 충전할 수 있다는 장점 때문에 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화 또는 연구 중인 무선전력전송 기술은 크게 4가지 방식으로 분류할 수 있다. 그 중 하나는 고출력 마이크로파 방사 방식으로서, 이 방식은 수 GHz 대의 주파수를 사용하여 고출력 전송이 가능하므로 원거리 전송을 할 수 있는 반면에, 인체에의 유해성 및 직진성 등의 문제로 인해 상용화되지 못하고 있다. 다른 하나는 방사(radiative) 방식의 근거리 전송 방식으로서, 이 방식은 UHF(Ultra High Frequency) 대역의 RFID/USN 주파수 대역 또는 2.4 GHz ISM 대역을 이용한 RFID 서비스이며, 현재는 유통 및 물류 분야 등의 일정 분야에서 상용화된 상태이며, 방사 손실에 의해 최대 수십 mW의 전력 전송만이 가능하다는 단점이 있다. 또한, 이와 같은 RFID 표준을 확장한 것으로 NFC 등의 초단거리 무선통신 기술이 있다. 한편, 유도결합을 이용하는 접촉식 전송 방식은 수 mm ~ 수 cm 의 거리에서 접촉식으로 수 W의 전력을 전송하는 방식으로서, 125kHz 또는 135kHz 등의 주파수를 사용하고 있으며, 현재는 교통카드, 무선 면도기, 전동 칫솔 등에 적용되고 있다. 한편, 비방사(non-radiated) 자기공명 방식은 공진 결합(resonant coupling) 방식을 기반으로 하는 방식이다. 공진 결합이란, 자기공명의 경우에 두 매체가 같은 주파수로 공진하게 되면 전자파가 근거리 자기장을 통해 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 현상을 말하며, 이 방식은 수 m 이내의 거리에서 수십 W의 대전력 전송이 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 실제 구현을 위해서는 공진기의 Q(Quality Factor)값을 높게 유지할 필요가 있다.
한편, 최근에 출시되는 상당수의 모바일 단말에는 NFC 통신이 가능하도록 NFC 모듈이 장착되어 출시되고 있다. NFC(Near Field Communication)는 13.56MHz 대역의 주파수를 사용하여 10cm 정도의 거리에서 데이터를 송수신하는 근접통신 기술이다. NFC 모듈은 모바일 단말에 탑재되어 사용자 인증, 신분증, 신용카드, 모바일 티켓, 모바일 쿠폰 등의 다양한 분야에서 사용된다.
한편, NFC 통신을 하기 위해 안테나가 필요하다. NFC 안테나는 NFC 리더와 NFC 태그의 안테나가 각각 독립적으로 구비되며, 실제 모바일 단말 상에 구현되는 경우에는 일반적으로 NFC 리더 안테나와 태그 안테나를 적층 구조로 집적한 통합형 이중안테나 구조가 사용된다.
반면에, 자기 공명을 이용하여 무선전력을 전송하는 경우에도 또한 한 쌍의 안테나(코일)이 필요하다. 따라서, 모바일 단말 상에서 NFC 기능과 무선전력전송 기능을 함께 구현하기 위해서는 각각의 기능별로 별도의 안테나를 단말에 추가할 필요가 있었다. 하지만, 모바일 단말에 상기 두 종류의 안테나를 함께 장착하기 위한 공간이 협소하고, 두 종류의 안테나의 장착으로 인해 모바일 단말의 크기가 커지는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, NFC 기능 및 무선전력전송 기술을 모두 포함하면서도 안테나 장착 영역을 줄일 수 있는 기술의 도입이 절실히 요구되고 있다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2009-0115407호에는 "무선 공명 전력 충전 시스템" 이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.
한국공개특허 제2009-0115407호의 발명은 유도전력 전송 장치와 이격되어 위치되는 무선전력 수신 장치에 무선으로 전력신호가 전송되도록 하되 공명전력신호로 변환되어 전송되도록 하기 위한 공명전력전송장치가 구비되는 무선공명전력 충전시스템에 관해 개시되어 있다.
한국공개특허 제2009-0115407호, "무선 공명 전력 충전 시스템"
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 NFC 통신용 안테나 및 무선전력전송 안테나를 공유하여 사용할 수 있는 무선전력전송 장치, 무선전력수신 장치 및 이를 탑재한 모바일 단말을 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 듀얼 모드 무선전력수신 장치는, 제1안테나 및 제2안테나를 포함하는 안테나 모듈, 상기 제1안테나를 이용하여 NFC 통신을 수행하는 NFC 모듈, 상기 안테나 모듈을 이용하여 공진 주파수의 RF 신호를 수신하고, 상기 RF 신호를 출력 전력으로 변환하는 무선전력전송 모듈 및 상기 NFC 모듈 및 상기 무선전력전송 모듈의 동작 여부에 기초하여 상기 제1안테나의 동작 모드를 변경하는 모드 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 모드 제어부는 상기 NFC 모듈이 동작하는 경우에는 상기 제1안테나를 NFC 안테나로 동작시킬 수 있다.
여기서, 상기 모드 제어부는 상기 무선전력전송 모듈이 동작하는 경우에는 상기 제1안테나를 무선전력전송 수전 코일로 동작시킬 수 있다.
여기서, 상기 안테나 모듈에서, 상기 제1안테나는 루프 형상으로 형성되며, 상기 제2안테나는 상기 제1안테나의 상기 루프 형상의 내측에 형성되는 스파이럴 루프 형상 또는 헬리컬 루프 형상일 수 있다.
여기서, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나 사이의 간격을 조절하여 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
여기서, 상기 무선전력전송 모듈은, 상기 안테나 모듈을 통해 입력되는 상기 RF 신호를 정류하는 정류부, 상기 안테나 모듈과 상기 정류부 사이에 위치하여 상기 안테나 모듈과 상기 정류부 사이의 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부 및 상기 정류부에서 정류된 정류 신호로부터 노이즈 성분을 필터링하는 필터링부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 NFC 모듈은, 외부 호스트와 통신하여 NFC 통신을 수행하는 NFC 트랜시버, 상기 외부 호스트와의 통신을 위한 인터페이스부 및 상기 NFC 트랜시버 및 상기 제1안테나의 사이에 위치하여 상기 NFC 트랜시버와 상기 제1안테나 사이의 임피던스를 매칭시키는 NFC 임피던스 매칭부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 출력 전력을 이용하여 외부의 부하 기기를 충전하는 충전부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 자기 공명 무선전력전송 장치는, 자기 공명에 의해 전력을 RF 신호로 변환하여 송신하는 무선전력송신 장치 및 상기 무선전력송신 장치와 동일한 공진 주파수로 공진하는 무선전력수신 장치를 포함하고, 상기 무선전력수신 장치는, 상기 무선전력송신 장치의 송전 공진안테나로부터 상기 RF 신호를 수신하는 수전 공진안테나, 자기 유도에 의해 상기 수전 공진안테나로부터 상기 RF 신호를 전달받는 수전 안테나, 상기 수전 안테나를 통해 입력된 상기 RF 신호를 충전 전력으로 변환하는 무선전력전송 모듈, 상기 수전 안테나의 동작 모드를 변경하는 모드 제어부 및 상기 수전 안테나를 이용하여 NFC 통신을 수행하는 NFC 모듈을 포함하며, 상기 모드 제어부는 상기 NFC 모듈이 동작중인 경우에 상기 수전 안테나를 NFC 안테나로 동작시킨다.
여기서, 상기 수전 안테나는 상기 수전 공진안테나의 내측에 형성되며, 스파이럴 루프 형상 또는 헬리컬 루프 형상 중 어느 하나일 수 있다.
여기서, 상기 수전 안테나 및 상기 수전 공진안테나는 서로 일정 간격으로 이격된 이중 루프 형상으로 구현될 수 있다.
여기서, 상기 수전 안테나 및 상기 수전 공진안테나 사이의 상기 간격을 조절하여 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
여기서, 상기 무선전력전송 모듈은, 상기 수전 안테나를 통해 입력되는 상기 RF 신호를 정류하여 DC 신호를 생성하는 RF-DC 컨버터, 상기 수전 안테나와 상기 RF-DC 컨버터 사이에서 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 매칭부 및 상기 생성된 DC 신호를 필터링하여 고주파 노이즈를 제거하는 필터링부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 NFC 모듈은, 상기 수전 안테나를 통해 NFC 통신을 수행하는 NFC 트랜시버, 상기 NFC 트랜시버와 외부의 호스트와의 통신 채널을 제공하는 인터페이스부 및 상기 NFC 트랜시버 및 상기 수전 안테나 간의 임피던스를 매칭시키는 NFC 임피던스 매칭부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 자기 공명 무선전력전송 장치는 상기 출력 전력을 이용하여 외부의 부하 기기를 충전하는 충전부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 무선으로 충전되는 모바일 단말은, 모바일 단말에 전원을 공급하는 배터리, 특정한 공진 주파수의 RF 신호를 수신하는 안테나부, 상기 안테나부에서 수신된 상기 RF 신호를 전력으로 변환하여 상기 배터리에 전달하는 무선 전력 충전부 및 상기 안테나부를 이용하여 NFC 통신을 수행하는 NFC 모듈을 포함하며, 상기 안테나부는 외부의 송전 장치의 송전 안테나와 동일한 공진 주파수를 가지며, 상기 안테나부는, 상기 송전 안테나와의 자기 공명에 의해 형성된 에너지 전달 채널을 통해 RF 신호를 전달받은 수전 공진안테나 및 상기 수전 공진안테나로부터 자기 유도에 의해 상기 RF 신호를 전달받는 수전 안테나를 더 포함한다.
여기서, 상기 NFC 모듈은 상기 수전 안테나를 NFC 안테나로 이용하여 NFC 통신을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 수전 안테나는 상기 NFC 모듈이 동작중인 경우에는 NFC 루프 안테나로 동작하고, 상기 무선 전력 충전부가 동작중인 경우에는 자기 공명 수전 코일로 동작할 수 있다.
여기서, 상기 수전 안테나의 동작 모드를 제어하는 모드 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수전 안테나 및 상기 수신 공진 안테나는 일정 간격으로 이격된 이중 루프 형상일 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력 충전부는, 상기 수전 안테나를 통해 입력되는 상기 RF 신호를 정류하여 DC 신호를 생성하는 정류부, 상기 수전 안테나와 상기 정류부 사이에서 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 매칭부 및 상기 생성된 DC 신호로부터 노이즈를 필터링하는 필터링부를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 모바일 단말에서 무선전력전송 기능 및 NFC 기능을 함께 구현하면서도 안테나 탑재 공간을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명을 이용한 무선전력전송 장치 및 그 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 무선전력전송 장치에서 송전 안테나부 및 수전 안테나부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송 모듈과 NFC 모듈을 구비한 무선전력수신 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력수신 장치의 세부 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 단말에 안테나 모듈을 장착한 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서, 모바일 단말은, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 내비게이션 등이 포함될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 자기 공명을 이용한 무선전력전송 장치 및 그 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무선전력전송 장치는 무선전력송신 장치(이하, 송전기)(10)와 무선전력수신 장치(이하, 수전기)(20) 간에 비접촉 자기 공명 방식으로 전력을 전송한다.
송전기(10)는 에너지 전송을 위해 송전 안테나부(50)를 이용하여 외부로 전자기장을 방사한다. 송전기(10)는 입력 전원(30)을 통해 필요한 구동 전력 및 전자기장의 방사를 위한 전력을 공급받는다.
송전기(10)는 입력 전원(30)으로부터 입력된 AC 전원을 AC/DC 컨버터(12), 파워 증폭기(14), 임피던스 매칭 회로(16) 등을 이용하여 전자파 신호로 변환한 후, 송전 안테나부(50)를 통해 수전기(20)로 전송한다.
수전기(20)는 송전기(10)로부터 전송된 전자파 신호를 수신한다. 이를 위하여 수전기(20)는 수전 안테나부(60)를 구비하고 있으며, 이때, 수전 안테나부(60)의 공진 주파수는 송전 안테나부(50)의 공진 주파수와 동일하거나 이에 근접하다. 이 경우, 송전 안테나부(50)와 수전 안테나부(60) 간에는 공진 결합(resonant coupling)에 의해 에너지 전달 채널이 형성된다.
송전 안테나부(50)로부터 방출된 전자파는 에너지 전달 채널을 통해 수전 안테나부(60)로 전송되며, 수전 안테나부(60)를 통해 입력된 전자파는 수전기(20) 내에서 임피던스 매칭 회로(22) 및 정류기(24) 등을 통해 전력으로 변환된다. 변환된 전력은 수전기(20)에 연결된 부하 기기(40)로 전송되어 부하 기기(40)를 충전시키거나 구동 전력을 제공한다.
이하에서, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송 장치의 송전 안테나부(50)와 수전 안테나부(60)의 세부 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 무선 전력 전송 장치에서 송전 안테나부(50) 및 수전 안테나부(60)의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 무선전력 전송 장치는 송전기(10)에 결합된 송전 안테나부(50) 및 수전기(20)에 결합된 수전 안테나부(60) 간에 자기 공명 방식을 이용하여 RF 신호의 형태로 전력을 전송한다.
이를 위하여, 송전 안테나부(50)와 수전 안테나부(60)는 동일한 공진 주파수 또는 매우 근접한 공진 주파수를 가지며, 송전 안테나부(50)와 수전 안테나부(60) 간의 정합된 공진 상태에서 최적의 효율로 전력 전송이 이루어지도록 설계된다.
송전 안테나부(50)는 송전 안테나(52) 및 송전 공진안테나(54)를 포함한다. 송전 안테나(52) 또는 송전 공진안테나(54)는 루프 형태로 구현될 수 있다. 또한, 송전 공진안테나(54)는 스파이럴 루프 형상 또는 헬리컬 루프 형상일 수 있다. 송전 안테나(52)와 송전 공진안테나(54) 간에는 자기 유도 방식으로 전력을 전달할 수 있다.
마찬가지로, 수전 안테나부(60)는 상기 송전 안테나(52) 및 송전 공진안테나(54)에 각각 대응하는 수전 안테나(64) 및 수전 공진안테나(62)를 포함한다. 또한, 수전 안테나(64) 및 수전 공진안테나(62) 간에는 자기 유도 방식으로 전력을 전달할 수 있다.
송전 안테나부(50)로부터 수전 안테나부(60)로의 전력 전송 과정은 아래의 일례와 같이 진행될 수 있다. 우선, 송전부(10)를 통해 전력이 송전 안테나부(50)의 송전 안테나(52)로 여기되며, 송전 안테나(52)로 여기된 전력은 송전 공진안테나(54)에 자기 유도 방식으로 전달된다.
송전 공진안테나(54)와 수전 공진안테나(62)는 동일하거나 근접한 공진 주파수에서 상호 공진하여 에너지 전달 채널을 형성한다. 송전 공진안테나(54)에 전달된 전력은 에너지 전달 채널을 통해 수전 공진안테나(62)로 전송되고, 수전 공진안테나(62)로부터 수전 안테나(64)로 자기 유도 방식을 통해 전달된다.
다음으로, 무선전력전송 기능과 NFC 기능을 구비한 무선전력수신 장치를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송 모듈과 NFC 모듈을 구비한 무선전력수신 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송 장치는 무선전력송신 장치(송전기)와 무선전력수신 장치(수전기)로 이루어지며, 여기서, 무선전력수신 장치는 모바일 단말에 결합되어 구현될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 무선전력수신 장치는 무선전력전송 모듈(200) 이외에 NFC 모듈(100)을 더 포함할 수 있다. 또한, 무선전력수신 장치는 무선전력전송 모듈(200)과 전기적으로 연결되는 수전 안테나(400) 및 자기 공명 방식의 급전 루프로 사용되는 수전 공진안테나(500)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 수전 안테나(400) 및 수전 공진안테나(500)는 일정한 간격으로 이격된 이중 루프 형상으로 구현될 수 있다. 또한, 수전 안테나(400) 및 수전 공진안테나(500)로 형성되는 이중 루프 형상에서 수전 안테나(400)의 내부 루프와 수전 공진안테나(500)의 외부 루프 사이의 간격 조절을 통해 무선전력전송 모드에서 임피던스 매칭을 조절할 수 있다.
한편, 수전 안테나(400)는 NFC 안테나로 사용될 수 있다. 이때, NFC 안테나는 NFC 리더용 안테나와 NFC 태그용 안테나가 적층 구조로 통합된 이중안테나 구조일 수 있다. 이 경우, PCB 또는 필름의 양면에 각각 형성될 수 있다.
NFC 모드에서 수전 안테나(400)는 NFC 모듈(100)에 의해 제어된다. 사용자 또는 모바일 단말 상의 어플의 동작에 의해 NFC 기능이 요청되면 모바일 단말의 AP는 NFC 모듈(100)을 동작시키며, 모드 제어부(300)는 NFC 모듈(100)의 동작을 감지하면 안테나의 동작 모드를 NFC 모드로 변경시킨다. NFC 모드가 유지되는 동안 수전 안테나(400)는 NFC 안테나로 동작될 수 있다.
또한, 수전 안테나(400)는 무선전력전송 모듈(200)과 연동되어 동작할 수 있다. 모바일 단말 상에서 무선전력전송 기능이 활성화되면, 모바일 단말의 AP는 무선전력전송 모듈(200)을 동작시키며, 모드 제어부(300)는 무선전력전송 모듈(200)의 동작이 감지되면 수전 안테나(400)의 동작 모드를 무선전력전송 모드로 전환시킨다. 무선전력전송 모드가 유지되는 동안 수전 안테나(400)는 무선전력전송용 안테나로 동작할 수 있다.
한편, 상기의 NFC 모듈(100) 또는 무선전력전송 모듈(200)의 동작 여부를 모드 제어부(300)에서 제어하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 모드 제어부(300)는 NFC 모드인 경우에 NFC 모듈(100)을 ON 상태로 변경하고, 수전 안테나(400)를 NFC용 안테나로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, 모드 제어부(300)는 무선전력전송 모드인 경우에 무선전력전송 모듈(200)을 ON 상태로 변경하고, 수전 안테나(400)를 무선전력 수전 코일로 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 상기의 NFC 모듈(100), 무선전력전송 모듈(200) 및 모드 제어부(300)는 하나의 IC 칩으로 구현될 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 무선전력수신 장치는 NFC 안테나를 자기 공명 방식의 무선전력전송 급전 안테나로 사용할 수 있어서, 무선전력수신 장치가 탑재되는 모바일 장치의 공간 활용도를 높일 수 있으며, 모바일 장치의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 무선전력수신 장치는 수전 안테나부를 구성하는 수전 안테나(400)와 수전 공진안테나(500)가 서로 중첩되지 않아서, 상호 간섭에 의해 발생될 수 있는 NFC 성능 저하 문제를 해결할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 무선전력수신 장치의 NFC 모듈(100), 무선전력전송 모듈(200) 및 모드 제어부(300)의 세부 구성을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력수신 장치의 세부 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력수신 장치는 NFC 기능을 수행하는 NFC 모듈(100) 및 무선전력전송 기능을 수행하는 무선전력전송 모듈(200)을 포함하며, 무선전력전송을 위하여 수전 안테나(400), 수전 공진안테나(500)로 구성된 수전 안테나부를 포함한다.
또한, 수전 안테나(400)는 모드 제어부(300)에 의해 NFC 모듈(100) 또는 무선전력전송 모듈(200)과 연동되어 각각 NFC 안테나 또는 무선전력전송 급전 안테나로 동작할 수 있다.
NFC 모듈(100)은 NFC 임피던스 매칭부(110), NFC 트랜시버(120), NFC 제어부(130)를 포함할 수 있다.
NFC 임피던스 매칭부(110)는 수전 안테나(400)와 NFC 트랜시버(120) 사이에 설치되어, 수전 안테나(400)와 NFC 트랜시버(120) 사이의 임피던스를 정합시킬 수 있다.
NFC 트랜시버(120)는 베이스밴드 처리부와 통신규약 처리회로, 레지스터 파일, UART 직렬 인터페이스 등을 포함할 수 있다. 상기의 NFC 트랜시버(120)의 각 구성요소들에 대해서는 공지된 기술에 상응하는 바, 여기에서는 설명을 생략하기로 한다.
NFC 제어부(130)는 NFC 트랜시버(120)와 연결되어 NFC 트랜시버(120)의 전체적인 동작을 제어한다. 또한, NFC 제어부(130)는 인터페이스부(600)를 통해 외부의 호스트와 통신을 수행할 수 있다.
무선전력전송 모듈(200)은 임피던스 매칭부(210), 정류부(220), 필터링부(230), 전압제어부(240) 및 충전부(250)를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭부(210)는 수전 안테나(400)와 정류부(220) 사이에 설치되어 상기 수전 안테나(400)와 정류부(220) 사이의 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
정류부(220)는 수전 안테나부를 통해 입력되는 RF 신호를 반파 정류 형태로 정류하여 비교류(DC) 전력으로 정류시킨다. 필터링부(230)는 상기 정류부(220)에서 생성된 DC 신호로부터 고주파 노이즈 성분을 제거하고, 고주파 링잉 현상을 감소시켜서 정류 회로의 효율을 개선시킨다. 전압 제어부(240)는 정류부(220)를 거치며 생성된 DC 에너지 신호를 부하 기기에서 사용 가능한 전압으로 변환시킨다. 충전부(250)는 상기의 구성 요소들을 거치며 변환된 전력을 전송하여 부하기기를 충전한다.
또한, 무선전력전송 모듈(200)은 상기 충전부(250)의 동작 상태 및 충전부(250)에 의해 충전중인 외부의 부하기기의 충전 상태를 감지하여 이를 무선전력전송 제어부(270)로 전달하는 충전상태 감지부(260), 충전상태 감지부(260)로부터 전달받은 충전상태 정보를 이용하여 충전을 제어하는 무선전력전송 제어부(270) 및 외부로부터 제어 메시지를 수신하여 무선전력전송 제어부(270)로 전송하는 통신부(280)를 더 포함할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 모바일 단말에 상기 수전 안테나부를 장착한 모습이 일 예로서 도시되어 있다.
도 5에서, 모바일 단말의 후면에 수전 안테나(400)와 수전 공진안테나(500)의 이중 루프 구조로 형성된 수전 안테나부가 장착되어 있다. 수전 안테나부는 모바일 단말의 배터리의 상부에 중첩되도록 형성될 수 있으며, 안테나 루프의 직경을 최대화하고 루프를 이루는 권선들의 횟수 및 권선간 커패시턴스를 감소시키기 위하여 배터리의 외측을 따라서 가능한 넓게 루프가 형성될 수 있다.
이 경우, 수전 안테나부는 PCB 또는 필름의 양면에 중첩된 구조로 형성될 수 있으며, 모바일 단말의 후면 커버의 내부에 삽입 형성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (21)

  1. 듀얼 모드 무선전력수신 장치에 있어서,
    제1안테나 및 제2안테나를 포함하는 안테나 모듈,
    상기 제1안테나를 이용하여 NFC 통신을 수행하는 NFC 모듈,
    상기 안테나 모듈을 이용하여 공진 주파수의 RF 신호를 수신하고, 상기 RF 신호를 출력 전력으로 변환하는 무선전력전송 모듈 및
    상기 NFC 모듈 및 상기 무선전력전송 모듈의 동작 여부에 기초하여 상기 제1안테나의 동작 모드를 변경하는 모드 제어부
    를 포함하고,
    상기 모드 제어부는, 상기 NFC 모듈이 동작하는 경우에는 상기 제1안테나를 NFC 안테나로 동작시키고, 상기 무선전력전송 모듈이 동작하는 경우에는 상기 제1안테나를 무선전력전송 수전 코일로 동작시키고, 상기 제1안테나는 자기 유도에 의해 상기 제2안테나로부터 상기 RF 신호를 전달받는, 듀얼 모드 무선전력수신 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈에서, 상기 제1안테나는 루프 형상으로 형성되며, 상기 제2안테나는 상기 제1안테나의 상기 루프 형상의 내측에 형성되는 스파이럴 루프 형상 또는 헬리컬 루프 형상의 듀얼 모드 무선전력수신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1안테나와 상기 제2안테나 사이의 간격을 조절하여 임피던스를 매칭시키는 듀얼 모드 무선전력수신 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선전력전송 모듈은,
    상기 안테나 모듈을 통해 입력되는 상기 RF 신호를 정류하는 정류부,
    상기 안테나 모듈과 상기 정류부 사이에 위치하여 상기 안테나 모듈과 상기 정류부 사이의 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부 및
    상기 정류부에서 정류된 정류 신호로부터 노이즈 성분을 필터링하는 필터링부를 더 포함하는, 듀얼 모드 무선전력수신 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 NFC 모듈은,
    외부 호스트와 통신하여 NFC 통신을 수행하는 NFC 트랜시버,
    상기 외부 호스트와의 통신을 위한 인터페이스부 및
    상기 NFC 트랜시버 및 상기 제1안테나의 사이에 위치하여 상기 NFC 트랜시버와 상기 제1안테나 사이의 임피던스를 매칭시키는 NFC 임피던스 매칭부
    를 더 포함하는, 듀얼 모드 무선전력수신 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 전력을 이용하여 외부의 부하 기기를 충전하는 충전부를 더 포함하는 듀얼 모드 무선전력수신 장치.
  9. 자기 공명 무선전력전송 장치에 있어서,
    자기 공명에 의해 전력을 RF 신호로 변환하여 송신하는 무선전력송신 장치 및
    상기 무선전력송신 장치와 동일한 공진 주파수로 공진하는 무선전력수신 장치를 포함하고,
    상기 무선전력수신 장치는,
    상기 무선전력송신 장치의 송전 공진안테나로부터 상기 RF 신호를 수신하는 수전 공진안테나,
    자기 유도에 의해 상기 수전 공진안테나로부터 상기 RF 신호를 전달받는 수전 안테나,
    상기 수전 안테나를 통해 입력된 상기 RF 신호를 출력 전력으로 변환하는 무선전력전송 모듈,
    상기 수전 안테나의 동작 모드를 변경하는 모드 제어부 및
    상기 수전 안테나를 이용하여 NFC 통신을 수행하는 NFC 모듈
    을 포함하며,
    상기 모드 제어부는 상기 NFC 모듈이 동작중인 경우에 상기 수전 안테나를 NFC 안테나로 동작시키고, 상기 무선전력전송 모듈이 동작하는 경우에 상기 수전 안테나를 무선전력전송용 안테나로 동작시키는, 자기 공명 무선전력전송 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수전 공진안테나는 상기 수전 안테나의 내측에 형성되며, 스파이럴 루프 형상 또는 헬리컬 루프 형상 중 어느 하나인, 자기 공명 무선전력전송 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 수전 안테나 및 상기 수전 공진안테나는 서로 일정 간격으로 이격된 이중 루프 형상으로 구현되는, 자기 공명 무선전력전송 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 수전 안테나 및 상기 수전 공진안테나 사이의 상기 간격을 조절하여 임피던스를 매칭시키는 자기 공명 무선전력전송 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 무선전력전송 모듈은,
    상기 수전 안테나를 통해 입력되는 상기 RF 신호를 정류하여 DC 신호를 생성하는 RF-DC 컨버터,
    상기 수전 안테나와 상기 RF-DC 컨버터 사이에서 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 매칭부 및
    상기 생성된 DC 신호를 필터링하여 고주파 노이즈를 제거하는 필터링부
    를 더 포함하는 자기 공명 무선전력전송 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 NFC 모듈은,
    상기 수전 안테나를 통해 NFC 통신을 수행하는 NFC 트랜시버,
    상기 NFC 트랜시버와 외부의 호스트와의 통신 채널을 제공하는 인터페이스부 및
    상기 NFC 트랜시버 및 상기 수전 안테나 간의 임피던스를 매칭시키는 NFC 임피던스 매칭부를 더 포함하는 자기 공명 무선전력전송 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 출력 전력을 이용하여 외부의 부하 기기를 충전하는 충전부를 더 포함하는 자기 공명 무선전력전송 장치.
  16. 무선으로 충전되는 모바일 단말에 있어서,
    모바일 단말에 전원을 공급하는 배터리,
    특정한 공진 주파수의 RF 신호를 수신하는 안테나부,
    상기 안테나부에서 수신된 상기 RF 신호를 전력으로 변환하여 상기 배터리에 전달하는 무선 전력 충전부 및
    상기 안테나부를 이용하여 NFC 통신을 수행하는 NFC 모듈
    을 포함하며,
    상기 안테나부는 외부의 송전 장치의 송전 안테나와 동일한 공진 주파수를 가지며,
    상기 안테나부는, 상기 송전 안테나와의 자기 공명에 의해 형성된 에너지 전달 채널을 통해 RF 신호를 전달받은 수전 공진안테나 및 상기 수전 공진안테나로부터 자기 유도에 의해 상기 RF 신호를 전달받는 수전 안테나를 더 포함하고,
    상기 수전 안테나는 상기 NFC 모듈이 동작중인 경우에는 NFC 안테나로 동작하고, 상기 무선 전력 충전부가 동작중인 경우에는 자기 공명 수전 코일로 동작하는, 모바일 단말.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 수전 안테나의 동작 모드를 제어하는 모드 제어부를 더 포함하는, 모바일 단말.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 수전 안테나 및 상기 수전 공진안테나는 일정 간격으로 이격된 이중 루프 형상인, 모바일 단말.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 무선 전력 충전부는,
    상기 수전 안테나를 통해 입력되는 상기 RF 신호를 정류하여 DC 신호를 생성하는 정류부,
    상기 수전 안테나와 상기 정류부 사이에서 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 매칭부 및
    상기 생성된 DC 신호로부터 노이즈를 필터링하는 필터링부
    를 더 포함하는, 모바일 단말.
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