KR101944387B1 - Method for controlling operation of an antenna both for wireless power transmission and data transmission using magnetic stripe transmission and a device for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 사용자 기기에 설치된 안테나 동작의 제어방법에 관한 것으로서, 특히 무선전력수신 기술 및 MST 기술의 구현에 공용으로 사용되는 안테나의 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
MST(Magnetic Stripe Transmission) 기술은 마그네틱 스트라이프(magnetic stripe)가 부착된 카드의 사용을 대체하여 금융정보 조회 또는 가입자 정보조회를 수행할 수 있도록 지원하는 통신기술이다. 대한민국 공개특허 10-2016-0075653 등에 이러한 내용에 대하여 공개되어 있다.MST (Magnetic Stripe Transmission) technology is a communication technology that enables financial information inquiry or subscriber information inquiry to be performed in place of the use of a card having a magnetic stripe. Korean Patent Publication No. 10-2016-0075653 and the like are disclosed.
무선전력전송(WPT, Wireless Power Transmission) 기술은 전자기장을 통해 전력을 전송하고 송신하는 기술로서, 전력송신측 코일 및 전력수신측 코일을 이용하여 전력을 전송하는 기술이다. 대한민국 공개특허 10-2013-0050782 등에는 이러한 내용에 대하여 공개되어 있다. 이하 본 명세서에서 무선전력전송은 무선전력수신 또는 무선전력송신 또는 무선전력송수신으로 지칭될 수 있다.Wireless Power Transmission (WPT) technology is a technology for transmitting and transmitting power through an electromagnetic field, and is a technique for transmitting power using a power transmitting side coil and a power receiving side coil. Korean Patent Publication No. 10-2013-0050782, etc. disclose such contents. Hereinafter, the wireless power transmission may be referred to as wireless power reception or wireless power transmission or wireless power transmission and reception.
MST 기술에 적합한 MST 안테나 모듈의 구성과 무선전력수신 기술에 적합한 WPT 안테나 모듈의 구성은 서로 다르다. 따라서 MST 기술에 적합한 안테나를 사용하지 않는 대신, WPT 안테나 모듈을 그대로 이용하여 MST 기술을 적용하는 경우에는 MST 기술이 성공적으로 구현될 수 없다는 문제가 있다.The configuration of the MST antenna module suitable for the MST technology and the configuration of the WPT antenna module suitable for the wireless power reception technology are different. Therefore, there is a problem that the MST technique can not be successfully implemented when the MST technique is applied using the WPT antenna module instead of using the antenna suitable for the MST technology.
휴대형의 소형 사용자 기기에 MST 기술과 무선전력수신 기술을 함께 적용할 수 있다. 이때, MST 기술을 위한 MST 안테나 모듈과 무선전력수신 기술을 위한 WPT 안테나 모듈을 사용자 기기에 각각 별도로 설치할 경우 상기 사용자 기기의 부피가 커져서 휴대성이 떨어진다는 문제가 발생할 수 있다.MST technology and wireless power reception technology can be applied to portable small user equipments. If the MST antenna module for the MST technology and the WPT antenna module for the wireless power reception technology are separately installed in the user equipments, the volume of the user equipments may be increased and the portability may be deteriorated.
또한, 무선전력수신 기술을 위한 WPT 안테나 모듈을 변형하여 만든 변형된 안테나 모듈을 개발한다고 하더라도, 이를 MST 기술과 무선전력수신 기술에 공통적으로 적용하기 위해서는 그 안테나 모듈의 크기가 증가한다는 문제가 있다.Further, even if a modified antenna module made by modifying the WPT antenna module for wireless power receiving technology is developed, there is a problem that the size of the antenna module increases in order to apply it to MST technology and wireless power receiving technology in common.
본 발명에서는 무선전력수신 기술을 위한 WPT 안테나 모듈을 그대로 이용하여, MST 기술과 무선전력수신 기술을 함께 구현할 수 있는 제어기술을 제공하고자 한다.In the present invention, a control technique capable of realizing the MST technology and the wireless power reception technology by using the WPT antenna module for wireless power reception technology as it is is provided.
본 발명의 일 관점에 따라 코일(Ls), 및 상기 코일과 직렬로 연결된 제1공진 커패시터(Cs)를 포함하는 무선전력수신용 안테나(20); 및 상기 무선전력수신용 안테나에 코일전류(Icoil)를 제공하도록 되어 있는 안테나 구동부(10)를 포함하는 사용자 기기(1)를 제공할 수 있다. 상기 사용자 기기는, 상기 제1공진 커패시터의 양단에 각각 연결되어 있는 두 개의 단자를 갖는 코일전류 바이패스부(210)를 포함하며, 상기 안테나 구동부는, ① 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로부터 무선전력을 수신하는 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 오픈-상태로 유지시키고, ② 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로 정보를 전송하는 정보전송 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 쇼트-상태로 유지시키는 것을 특징으로 할 수 있다. According to an aspect of the present invention, a wireless
이때, 상기 코일전류 바이패스부는, 상기 안테나 구동부에 의해 제어되는 바이패스 스위치(211)를 포함하며, 상기 바이패스 스위치의 양 단자는 상기 두 개의 단자에 각각 연결되어 있고, 상기 안테나 구동부는, ① 상기 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 바이패스 스위치를 오프-상태로 두고, ② 상기 정보전송 시구간 동안에는 상기 바이패스 스위치를 온-상태로 두도록 되어 있을 수 있다.In this case, the coil current bypass unit includes a
이때, 상기 바이패스 스위치는 백투백 스위치인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the bypass switch may be a back-lit switch.
이때, 상기 안테나 구동부는, H-브릿지를 구성하는 4개의 트랜지스터들(MN1, MN2, MN3, MN4)을 포함하는 스위치부(110)를 포함하며, 상기 안테나 구동부는, ① 상기 무선전력수신 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 안테나부로부터 제공되는 전류를 정류하는 정류기로서 동작하도록 상기 스위치부를 제어하고, ② 상기 정보전송 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 무선전력수신용 안테나에 코일전류(Icoil)를 제공하도록 상기 스위치부를 제어하도록 되어 있을 수 있다.The antenna driving unit includes a
또는, 상기 안테나 구동부는, H-브릿지를 구성하는 4개의 트랜지스터들(MN1, MN2, MN3, MN4)을 포함하는 스위치부(110)를 포함하며, 상기 안테나 구동부는, 상기 정보전송 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 무선전력수신용 안테나에 코일전류(Icoil)를 제공하도록 상기 스위치부를 제어하도록 되어 있고, 상기 안테나 구동부는, 상기 정보전송 시구간 중 상기 4개의 트랜지스터들 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터가 온상태를 갖는 시구간에 있어서, 상기 H-브릿지의 구동전압(VDD)이 하강하면 상기 적어도 어느 하나의 트랜지스터의 게이트와 소스 간의 전압(VGS)을 상승시키도록 되어 있을 수 있다.Alternatively, the antenna driving unit may include a
이때, 배터리부(50); 상기 배터리부(50)로부터 제공받은 전력을 변환하여 상기 안테나 구동부에게 제공하는 전원제어부(30); 및 스위치(71)를 더 포함하며, 상기 안테나 구동부(10)는, ① 상기 무선전력수신 시구간 동안 정류된 전류를 상기 안테나 구동부의 외부로 제공하는 제1전원단자(T.A1), 및 ② 상기 무선전력수신용 안테나(20)를 통해 외부로 무선전력을 제공하는 무선전력송신 시구간 동안 상기 전원제어부(30)로부터 전력을 제공받는 제2전원단자(T.A2)를 포함하며, 상기 스위치(71)는 상기 배터리부(50)의 전력출력단자와 상기 제1전원단자(T.A1) 사이에 배치되어 있으며, 상기 스위치(71)는 상기 정보전송 시구간 동안에만 온상태로 유지되고, 상기 정보전송 시구간 동안, 상기 전원제어부(30)로부터 상기 제2전원단자(T.A2)로의 전력제공은 차단되도록 되어 있을 수 있다.At this time, the
본 발명의 일 관점에 따라 코일(Ls), 및 상기 코일과 직렬로 연결된 제1공진 커패시터(Cs)를 포함하는 무선전력수신용 안테나(20)에 코일전류(Icoil)를 제공하도록 되어 있는 안테나 구동 IC(10)를 제공할 수 있다. 상기 안테나 구동 IC는, 상기 제1공진 커패시터의 양단에 각각 연결되도록 되어 있는 두 개의 단자를 갖는 코일전류 바이패스부(210)의 동작을 제어하도록 되어 있으며, ① 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로부터 무선전력을 수신하는 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 오픈-상태로 유지시키도록 되어 있고, ② 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로 전보를 전송하는 정보전송 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 쇼트-상태로 유지시키도록 되어 있을 수 있다. According to one aspect of the present invention, an antenna (not shown) is provided for providing a coil current (I coil ) to a radio
이때, 상기 코일전류 바이패스부는, 상기 안테나 구동 IC에 의해 제어되는 바이패스 스위치(211)를 포함하며, 상기 바이패스 스위치의 양 단자는 상기 두 개의 단자에 각각 연결되도록 되어 있고, 상기 안테나 구동 IC는, ① 상기 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 바이패스 스위치를 오프-상태로 두고, ② 상기 정보전송 시구간 동안에는 상기 바이패스 스위치를 온-상태로 두록도 되어 있을 수 있다. In this case, the coil current bypass unit includes a
이때, 상기 안테나 구동 IC는, H-브릿지를 구성하는 4개의 트랜지스터들(MN1, MN2, MN3, MN4)을 포함하는 스위치부(110)를 포함하며, 상기 안테나 구동 IC는, ① 상기 무선전력수신 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 안테나부로부터 제공되는 전류를 정류하는 정류기로서 동작하도록 상기 스위치부를 제어하고, ② 상기 정보전송 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 무선전력수신용 안테나에 코일전류(Icoil)를 제공하도록 상기 스위치부를 제어하도록 되어 있을 수 있다.At this time, the antenna driving IC includes a
또는, 상기 안테나 구동 IC는, H-브릿지를 구성하는 4개의 트랜지스터들(MN1, MN2, MN3, MN4)을 포함하는 스위치부(110)를 포함하며, 상기 안테나 구동 IC는, 상기 정보전송 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 무선전력수신용 안테나에 코일전류(Icoil)를 제공하도록 상기 스위치부를 제어하도록 되어 있고, 상기 안테나 구동부는, 상기 정보전송 시구간 중 상기 4개의 트랜지스터들 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터가 온상태를 갖는 시구간에 있어서, 상기 H-브릿지의 구동전압(VDD)이 하강하면 상기 적어도 어느 하나의 트랜지스터의 게이트와 소스 간의 전압(VGS)을 상승시키도록 되어 있을 수 있다.Alternatively, the antenna driving IC includes a
이때, 상기 코일전류 바이패스부는 상기 안테나 구동 IC에 포함되어 있을 수 있다.At this time, the coil current bypass unit may be included in the antenna driving IC.
본 발명의 다른 관점에 따라 코일(Ls), 및 상기 코일과 직렬로 연결된 제1공진 커패시터(Cs)를 포함하는 무선전력수신용 안테나(20)에 코일전류(Icoil)를 제공하도록 되어 있는 안테나 구동 IC(10)를 제공할 수 있다. 상기 안테나 구동 IC는, 상기 제1공진 커패시터의 양단에 각각 연결되도록 되어 있는 두 개의 단자를 갖는 코일전류 바이패스부(210)의 동작을 제어하도록 되어 있으며, ① 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로부터 무선전력을 수신하는 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 오픈-상태로 유지시키도록 되어 있고, ② 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로 전자기파를 송출하는 전자기파 송출 시구간들 중 일부의 송출 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 쇼트-상태로 유지시키도록 되어 있을 수 있다. According to another aspect of the present invention there is provided an antenna for providing a coil current I coil to a radio
이때, 상기 일부의 송출 시구간은, 코딩된 정보를 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로 전송하는 시구간인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the part of the transmission time interval may be a time period for transmitting the coded information to the outside through the antenna for wireless power reception.
본 발명에 따르면 무선전력수신 기술을 위한 WPT 안테나 모듈을 그대로 이용하여, MST 기술과 무선전력수신 기술을 함께 구현할 수 있는 제어기술을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a control technique that can implement both the MST technology and the wireless power reception technology directly using the WPT antenna module for wireless power reception technology.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 기기의 구성을 나타낸 것이고, 도 1b는 도 1a에 나타낸 실시예로부터 변형된 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 기기의 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 설명한 스위치부의 구체적인 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 설명한 안테나부의 내부 구조의 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 서로 다른 두 가지 모드의 안테나부 구동방법을 설명하기 위한 것이다.
도 5는 무선전력수신 기술을 위해 최적화된 안테나부를 이용하여 MST 모드에 따른 동작을 수행시키는 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 것이다.
도 6은 도 1에 나타낸 사용자 기기가 MST 모드를 동작하는 시구간에 있어서 안테나부 및 안테나부에 연결된 전기소자를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 안테나 전류 바이패스부와 안테나부의 연결상태 및 안테나 전류 바이패스부의 내부 구성을 나타낸 것이다.
도 8a는 도 1a 및 도 1b에 나타낸 안테나 구동부, 전원제어부의 구성을 더 자세히 나타낸 것이고, 도 8b는 도 8a로부터 변형된 구조를 갖는 사용자 기기의 주요 구성을 나타낸 것이다.
도 9는 도 1a 및 도 1b로부터 변형된 실시예를 나타낸 것이다.FIG. 1A shows a configuration of a user equipment according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a configuration of a user equipment according to another embodiment of the present invention modified from the embodiment shown in FIG. 1A.
Fig. 2 shows a specific configuration of the switch unit shown in Fig.
3 shows an example of the internal structure of the antenna unit shown in FIG.
FIG. 4 is a view for explaining a method of driving two different antenna modes according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a problem that occurs when an operation according to the MST mode is performed using the antenna unit optimized for the wireless power reception technique.
FIG. 6 illustrates an electrical device connected to an antenna unit and an antenna unit during a period when the user equipment shown in FIG. 1 operates in the MST mode.
7 is a diagram illustrating a connection state between an antenna current bypass unit and an antenna unit and an internal configuration of an antenna current bypass unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8A shows the configuration of the antenna driving unit and the power control unit shown in FIGS. 1A and 1B in more detail, and FIG. 8B shows a main configuration of a user equipment having a modified configuration from FIG. 8A.
Fig. 9 shows an embodiment modified from Figs. 1A and 1B.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein, but may be implemented in various other forms. The terminology used herein is for the purpose of understanding the embodiments and is not intended to limit the scope of the present invention. Also, the singular forms as used below include plural forms unless the phrases expressly have the opposite meaning.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 기기의 구성을 나타낸 것이다.FIG. 1A shows a configuration of a user equipment according to an embodiment of the present invention.
사용자 기기(1)는 안테나 구동부(10), 안테나부(20), 전원제어부(30), 주제어부(40), 배터리부(50), USB/OTG 단자(60), 및 안테나 전류 바이패스부(210)를 포함할 수 있다. 사용자 기기(1)는 도시하지 않은 사용자 인터페이스 및 그 밖의 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 안테나부(20)는 상술한 WPT 안테나 모듈일 수 있다. 본 명세서에서 상기 안테나부(20)는 무선전력수신용 안테나라고 지칭될 수도 있다.The
전원제어부(30)는 시중에서 PMIC라는 명칭의 독립적인 IC로서 불리기도 한다. 일 실시예에서, 상기 전원제어부(30)로서 시중에서 판매되는 여러 PMIC 중 하나가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 전원제어부(30)로서, 안테나 구동부(10) 및 주제어부(40)의 기능에 최적화된 회로를 이용하여 새롭게 설계된 것이 사용될 수도 있다.The power
안테나 구동부(10)는, 안테나부(20)에 제공되는 전류를 제어하는 부분으로서, 독립된 IC로서 제공될 수 있다. 안테나 구동부는 본 명세서에서 안테나 구동칩으로 지칭될 수도 있다. The
안테나 구동부(10)는 전원제어부(30)로부터 동작전원(VDC)을 제공받을 수 있으며, 안테나부(20)에게 제공하거나 안테나부(20)로부터 제공받는 코일전류(Icoil)가 입출력되는 두 개의 전류단자(AC1, AC2)를 포함할 수 있다. 상기 두 개의 전류단자(AC1, AC2)의 전압인 전류단자전압은 VAC1, VAC2로 표현될 수 있다. The
MST 모드에서, 안테나 구동부(10)는 쉐이핑된 전류를 두 개의 전류단자(AC1, AC2)를 통해 안테나부(20)에게 제공할 수 있다.In the MST mode, the
전력송신모드에서, 안테나 구동부(10)는 특정 주파수를 갖는 전류를 두 개의 전류단자(AC1, AC2)를 통해 안테나부(20)에게 제공할 수 있다.In the power transmission mode, the
전력수신모드에서, 안테나 구동부(10)는, 안테나부(20)를 통해 외부로부터 무선으로 수신된 전력을 정류하여 생성한 정류전압(VRECT)를 출력할 수 있다. 정류전압(VRECT)은 배터리의 충전을 위해 이용될 수 있다.In the power receiving mode, the
안테나 구동부(10)는, 스위치부(110) 및 스위치부(110)의 동작을 제어하는 기능을 포함하는 각종 제어기능을 갖는 제어부(120)를 포함할 수 있다. 스위치부(110)는 상기 MST모드(=제1동작모드)에서는 안테나부(20)에게 제공하는 코일전류(Icoil)의 모양을 쉐이핑하는 기능을 수행하고, 상기 전력수신모드(=제2동작모드)에서는 안테나로부터 유입되는 전력을 정류하여 정류전압(VRECT)을 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 스위치부(110)의 동작은 제어부(120)로부터 제공되는 스위치 제어전압(VG1, VG2, VG3, VG4)에 의해 제어될 수 있다.The
스위치부(110)에 포함된 스위치들이 FET로 이루어진 경우 상기 스위치 제어전압은 상기 FET들의 게이트 전압일 수 있다.When the switches included in the
안테나부(20)는, 전자기파를 발생시키거나 외부로부터의 전자기파에 의한 유도전류를 발생시킬 수 있는 코일을 포함하는 장치일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 안테나부(20)는 무선전력전송을 위해 최적화된 회로로 되어 있을 수 있다. 무선전력전송을 위해 최적화된 안테나 장치는 효율향상을 위해 공진주파수를 갖는 회로로 설계될 수 있으며, 이를 위해 코일과 직렬 또는 병렬로 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.The
전원제어부(30)는, 배터리부(50)로부터 제공된 배터리 전압(VBAT)를 이용하여 사용자 기기(1)에 필요한 시스템 전압을 생성할 수 있다. 상기 시스템 전압은 단일 레벨의 전압이거나 또는 멀티 레벨의 복수 개의 전압일 수 있다. 그리고 상기 시스템 전압은 주제어부(40) 및 안테나 구동부(10)에게도 제공될 수 있다. 안테나 구동부(10)에게 제공되는 시스템 전압은 VDC로 표기될 수 있다. The power
주제어부(40)는, 사용자 기기(1)의 동작을 종합적으로 제어하는 장치로서 예컨대 CPU 또는 AP로 지칭될 수 있다. 주제어부(40)는 사용자 기기(1)의 저장부에 저장된 인스트럭션 코드를 임시 메모리에 로딩하여, 상기 인스트럭션 코드가 나타내는 명령을 수행함으로써 사용자 기기(1)의 동작을 제어할 수 있다. 일 실시예에서 주제어부(40)는 GPIO 포트를 통해 전원제어부(30)로부터 인터럽트 신호(INT)를 전달받을 수 있다. 일 실시예에서 주제어부(40)는 WakeUp 포트를 통해 안테나 구동부(10)로부터 인터럽트 신호(INT)를 전달받을 수 있다. 또한 주제어부(40)는 I2C 통신을 이용하여 전원제어부(30) 및 안테나 구동부(10)와 통신할 수 있다.The
안테나 전류 바이패스부(210)는 안테나부(20) 내부에서의 전류흐름을 제어하기 위하여 본 발명에서 제안한 회로이다. 안테나 전류 바이패스부(210)는 안테나 구동부(10)에 의해 제어되며, 두 개의 연결단자(T.S1, T.S2)를 포함할 수 있다. The antenna
도 1b는 도 1a에 나타낸 실시예로부터 변형된 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 기기의 구성을 나타낸 것이다. 도 1b의 구성에서, 전류 바이패스부(210)은 주제어부(40)에 의해서 제어될 수 있다.FIG. 1B shows a configuration of a user equipment according to another embodiment of the present invention modified from the embodiment shown in FIG. 1A. 1B, the
안테나 전류 바이패스부(210)는 두 가지 동작모드를 가질 수 있으며, 이 동작상태는 안테나 구동부(10)로부터 발생하는 바이패스 제어신호(VSW) 또는 주제어부(40)로부터 발생하는 바이패스 제어신호(VSW)에 의해 제어될 수 있다. 상기 두 가지 동작모드는, 첫째, 안테나부(20)의 일부 전류 경로를 통해 흐르는 전류를 안테나 전류 바이패스부(210)의 두 개의 단자(T.S1, T.S2)를 통해 바이패스시키는 제1모드, 둘째, 안테나 전류 바이패스부(210)가 안테나부(20)의 동작에 아무런 영향을 가하지 않는 제2모드이다.The antenna
후술하겠지만, 안테나 전류 바이패스부(210)는 안테나 구동부(10)에 포함되어 있거나 또는 안테나 구동부(10)의 외부에 별도로 제공될 수도 있다. 도 1a 및 도 1b는 후자의 경우를 나타낸 것이다. As will be described later, the antenna
배터리부(50)는 사용자 기기(1)의 동작전원을 공급하는 장치로서 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리부(50)에 포함된 배터리의 충전은 USB/OTG(60) 단자에 유선으로 연결된 충전장치를 이용하여 수행될 수도 있고, 또는 안테나 구동부(10)로부터 출력되는 정류전압(VRECT)을 이용하여 수행될 수도 있다.The
도 2는 도 1에 설명한 스위치부(110)의 구체적인 구성을 나타낸 것이다.Fig. 2 shows a specific configuration of the
스위치부(110)는 H-브릿지 형태의 회로를 제공할 수 있는 4개의 트랜지스터(MN1, MN2, MN3, MN4) 를 포함할 수 있다. 도 2에 나타낸 실시예에서 제3트랜지스터(MN3) 및 제4트랜지스터(MN4)는 상측 트랜지스터들이고, 제1트랜지스터(MN1) 및 제2트랜지스터(MN2)는 하측 트랜지스터들이다. 상기 상측 트랜지스터들은 동작전원을 공급하는 노드(NA)에 함께 연결되어 있을 수 있다.The
제어부(120)로부터 제공되는 스위치 제어전압(VG1, VG2, VG3, VG4)은 각각 제1트랜지스터(MN1), 제2트랜지스터(MN2), 제3트랜지스터(MN3), 및 제4트랜지스터(MN4)의 4개의 단자 중 온/오프 상태를 결정하는 단자에 제공될 수 있다. 상기 트랜지스터가 FET인 경우에는 상기 스위치 제어전압(VG1, VG2, VG3, VG4)은 각각 각 FET의 게이트에 제공될 수 있다.The switch control voltages V G1 , V G2 , V G3 and V G4 provided from the
스위치부(110)는 2개의 전류단자(AC1, AC2)를 가질 수 있다. 제1전류 단자(AC1)는 제1트랜지스터(MN1)와 제3트랜지스터(MN3)를 서로 연결하는 노드일 수 있고, 제2전류단자(AC2)는 제2트랜지스터(MN2)와 제4트랜지스터(MN4)를 서로 연결하는 노드일 수 있다. The
도 3은 도 1에 설명한 안테나부(20)의 내부 구조의 예를 나타낸 것이다.Fig. 3 shows an example of the internal structure of the
안테나부(20)는 코일과 커패시터가 직렬 또는 병렬로 연결된 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 형태의 안테나부는 무선전력수신에 최적화된 것일 수 있다.The
일 실시예에서, 안테나부(20)는 코일(Ls), 코일(Ls)의 상측단자에 연결된 제1 공진 커패시터(Cs), 및 코일(Ls)의 하측단자에 연결된 제2 공진 커패시터(Cd)를 포함할 수 있다. 제1 공진 커패시터(Cs)의 좌측단자는 코일(Ls)의 상측단자에 연결되고, 제1 공진 커패시터(Cs)의 우측단자는 제2 공진 커패시터(Cd)의 상측단자에 연결될 수 있다. 제2 공진 커패시터(Cd)위 하측단자는 코일(Ls)의 하측단자에 연결될 수 있다. 제1 공진 커패시터(Cs)의 우측단자 및 코일(Ls)의 하측단자는 각각 스위치부(110)의 전류단자(AC1, AC2)에 연결될 수 있다.The
일 실시예에서, 제1 공진 커패시터(Cs)는 전력전송효율을 향상시키기 위한 것이고, 제2 공진 커패시터(Cd)는 공진 검출을 가능하게 하기 위한 것이다. In one embodiment, the first resonant capacitor Cs is for improving power transfer efficiency and the second resonant capacitor Cd is for enabling resonant detection.
공진 검출을 수행하지 않는 경우, 안테나부(20)는 제2 공진 커패시터(Cd)가 없이 코일(Ls)과 제 1 공진 커패시터(Cs)만으로 구성될 수 있다.In the case where the resonance detection is not performed, the
도 3에 나타낸 안테나부(20)는 일 실시예 따른 구조이며, 이로부터 변형된 구조를 갖는 안테나부도 본 발명에 적용될 수 있다.The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 서로 다른 두 가지 모드의 안테나부 구동방법을 설명하기 위한 것이다.FIG. 4 is a view for explaining a method of driving two different antenna modes according to an embodiment of the present invention.
주제어부(40)는, 실행하는 프로그램에 따라 안테나 구동부(10) 및 안테나부(20)를 무선전력수신 모드, 무선전력송신 모드, 또는 MST 모드로 동작시킬 수 있다. 상기 무선전력수신 모드, 무선전력송신 모드, 및 MST 모드는 동시에 발생하지는 않는다. 이때 상기 무선전력수신 모드는 제1모드로 지칭하고 상기 MST 모드는 제2모드로 지칭할 수 있다. 무선전력수신 모드와 MST 모드의 시간적 선후관계는 미리 결정되어 있는 것이 아닐 수 있다. The
상기 무선전력수신 모드로 동작하는 경우, 안테나부(20)는 외부로부터 제공되는 전자기장에 의한 유도전압 및 유도전류를 발생시킬 수 있다. 이때, 스위치부(110)는 상기 유도전류를 정류하는 정류기의 역할을 수행함으로써 상기 전자기장에 실린 에너지를 정류전압(VRECT)으로 제공할 수 있다. When operating in the wireless power reception mode, the
상기 MST 모드로 동작하는 경우, 스위치부(110)는 상기 주제어부(40)로부터 제공되는 데이터에 따라 스위치부로부터 출력되는 코일전류(Icoil)의 형태를 제어하는 쉐이핑 기능을 수행할 수 있다. 상기 코일전류(Icoil)는 안테나부(20)에 포함된 코일(LS)로 하여금 외부로 방출되는 전자기파를 생성하도록 할 수 있다.When operating in the MST mode, the
상술한 바와 같이, 안테나부(20)가 무선전력전송을 위해 최적화된 경우, 상기 무선전력수신 모드에 따른 동작은 성공적으로 수행될 수 있지만, 상기 MST 모드에 따른 동작은 성공하지 못할 수 있다는 문제가 있다. 이에 대하여 도 5를 통해 설명한다.As described above, when the
도 5는 무선전력수신 기술을 위해 최적화된 안테나부를 이용하여 MST 모드에 따른 동작을 수행시키는 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 것이다.5 is a view for explaining a problem that occurs when an operation according to the MST mode is performed using the antenna unit optimized for the wireless power reception technique.
도 5의 (a)는 MST 기술을 위해 최적화된 안테나부를 이용하여 MST 모드에 따른 동작을 수행시키는 경우에 생성되는 코일전류(Icoil)를 나타낸 것이다. 무선전력수신을 위해 최적화된 안테나부 만을 그대로 이용하는 경우, 도 5의 (a)에 따른 파형이 발생하지는 않는다.5 (a) shows a coil current (I coil ) generated when an operation according to the MST mode is performed using an antenna unit optimized for the MST technique. When only the antenna unit optimized for wireless power reception is used, the waveform shown in Fig. 5 (a) does not occur.
도 5의 (b)는 무선전력수신 기술을 위해 최적화된 안테나부를 그대로 이용하여 MST 모드에 따른 동작을 수행시키는 경우에 생성되는 코일전류(Icoil)의 파형을 나타낸 것이다. 즉, 도 1에 도시한 회로에 도시한 안테나부(20)가 무선전력수신을 위해 최적화된 것이며, 그리고 도 1에 안테나 전류 바이패스부(210)가 포함되지 않은 경우를 가정할 때에, 도 5의 (b)와 같은 코일전류(Icoil)가 제공될 수 있다.5B shows a waveform of a coil current I coil generated when an antenna unit optimized for wireless power reception technology is directly used to perform an operation according to the MST mode. That is, assuming that the
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에서 VAC1, VAC2는 각각 안테나 구동부(10)의 제1전류단자(AC1)와 제2전류단자(AC2)에서의 전압인 전류단자전압을 나타낸 것이다.5A and 5B, V AC1 and V AC2 respectively indicate current terminal voltages, which are voltages at the first current terminal AC1 and the second current terminal AC2 of the
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)를 서로 비교해 보면, 도 5의 (a)에 제시된 제1전류단자(AC1)와 제2전류단자(AC2)에서의 전류단자전압의 파형은 도 5의 (b)에 제시된 제1전류단자(AC1)와 제2전류단자(AC2)에서의 전압의 파형과 실질적으로 동일하다. 그러나 도 5의 (a)에서는 코일전류(Icoil)가 실질적으로 구형파의 형태를 갖지만, 도 5의 (b)에서는 코일전류(Icoil)가 언더댐핑된 형태를 가지며, 짧은 시상수(time constant)로 급격히 감소하는 현상을 관찰할 수 있다. 5A and 5B, the waveforms of the current terminal voltages at the first current terminal AC1 and the second current terminal AC2 shown in FIG. Is substantially the same as the waveform of the voltage at the first current terminal AC1 and the second current terminal AC2 shown in Fig. 5 (b). 5 (b), the coil current I coil has an undershamped shape, and a short time constant is used. However, in FIG. 5 (a), the coil current I coil has a substantially rectangular waveform, As shown in FIG.
도 5의 (a)에 제시된 코일전류(Icoil)의 파형은 MST 기술에서 의도한 것이다. MST 기술에서는 코일전류(Icoil)가 미리 결정된 간격에 따라 급격하게 변화하도록 설계되어 있다. The waveform of the coil current (I coil ) shown in Figure 5 (a) is intended for the MST technique. In the MST technique, the coil current (I coil ) is designed to change abruptly according to a predetermined interval.
그러나 도 5의 (b)에 제시된 코일전류(Icoil)의 파형은 MST 기술에서 의도한 것이 아니다. 도 5의 (b)에 제시된 코일전류(Icoil)의 파형에서는 코일전류(Icoil)가, MST 기술에서 의도하는 미리 결정된 간격보다 더 짧은 시간 동안 수차례 급격하게 변화한다. 따라서 도 5의 (b)에 제시된 코일전류(Icoil)의 파형으로는 MST 기술에서 의도한 정보의 전송을 성공적으로 수행할 수 없다.However, the waveform of the coil current I coil shown in Fig. 5 (b) is not intended in the MST technique. The coil current (I coil) in the waveform of the coil current (I coil) shown in Figure 5 (b), it may turn abruptly changed for a shorter time than the predetermined distance intended by the MST art. Therefore, the waveform of the coil current (I coil ) shown in FIG. 5 (b) can not successfully transmit the intended information in the MST technique.
도 5의 (b)에 나타낸 코일전류(Icoil)의 언더댐핑 현상은, 무선전력수신 기술을 위해 최적화된 안테나부, 즉, 예컨대 도 3에 나타낸 안테나부(20)의 회로구조에 의해 발생하는 것이다. 안테나부(20)에 포함된 코일(Ls)과 제1 공진 커패시터(Cs)에 의한 공진주파수, 및 안테나부(20)에 결합되는 상기 스위치부(110)의 저항에 의해 상기 언더댐핑 현상이 발생한다.The under-damping phenomenon of the coil current (I coil ) shown in FIG. 5 (b) is caused by the antenna structure optimized for the radio power receiving technique, that is, the circuit structure of the
본 발명의 일 실시에에서는, 도 1에 나타낸 안테나 전류 바이패스부(210)를 이용함으로써, MST 기술을 무선전력수신 기술을 위해 최적화된 안테나부(20)에 적용하더라도 상기 언더댐핑 현상을 방지하고, 코일전류(Icoil)의 급격한 변화 패턴을 MST 기술에서 의도하는 패턴과 유사하게 만들 수 있다. In the embodiment of the present invention, by using the antenna
도 1에 나타낸 사용자 기기(1)에 포함된 안테나부(20)는 무선전력수신 기술을 위해 최적화된 것이기 때문에, 안테나 전류 바이패스부(210)가 제공되지 않는다면, 도 1에 나타낸 코일전류(Icoil)는 도 5의 (a)에 나타낸 파형이 아니라 도 5의 (b)에 나타낸 파형을 가질 것이라는 점에 유의해야 한다. The
도 6은 도 1에 나타낸 사용자 기기(1)가 MST 모드를 동작하는 시구간에 있어서 안테나부(20) 및 안테나부(20)에 연결된 전기소자를 나타낸 것이다. 6 shows an electric device connected to the
사용자 기기(1)가 MST 모드를 동작하는 도중에, 안테나부(20)는 도 6의 (a)와 같은 연결상태 또는 도 6의 (b)와 같은 연결상태 중 어느 하나의 상태를 가질 수 있다. 이때 제2 공진커패시터는 매우 작은 값이므로 회로의 동작에 영향을 주지 않는다.During the operation of the
도 6의 (a)와 같은 연결상태에서 제3트랜지스터(MN3)와 제2트랜지스터(MN2)는 제3게이트 전압(VG3) 및 제2게이트 전압(VG2)에 의해 각각 턴온 될 수 있다. 이때, 제3트랜지스터(MN3)의 소스와 드레인 사이의 턴온-저항값인 제3턴온-저항값은 제3게이트 전압(VG3)의 구체적인 값에 따라 달라질 수 있다. 그리고 제2트랜지스터(MN2)의 소스와 드레인 사이의 턴온-저항값인 제2턴온-저항값은 제2게이트 전압(VG2)의 구체적인 값에 따라 달라질 수 있다. The third transistor M N3 and the second transistor M N2 may be turned on by the third gate voltage V G3 and the second gate voltage V G2 in the connection state as shown in FIG. have. At this time, the third turn-on-resistance value, which is the turn-on-resistance value between the source and the drain of the third transistor MN3 , may vary depending on the specific value of the third gate voltage VG3 . And a second transistor turned on between the source and the drain of the (M N2) - a second turn-on resistance value-resistance value may vary depending on the specific value of the second gate voltage (V G2).
마찬가지로, 도 6의 (b)와 같은 연결상태에서 제4트랜지스터(MN4)와 제1트랜지스터(MN1)는 제4게이트 전압(VG4) 및 제1게이트 전압(VG1)에 의해 각각 턴온 될 수 있다. 이때, 제4트랜지스터(MN4)의 소스와 드레인 사이의 턴온-저항값인 제4턴온-저항값은 제4게이트 전압(VG4)의 구체적인 값에 따라 달라질 수 있다. 그리고 제1트랜지스터(MN1)의 소스와 드레인 사이의 턴온-저항값인 제1턴온-저항값은 제1게이트 전압(VG1)의 구체적인 값에 따라 달라질 수 있다. Similarly, in the connection state as shown in FIG. 6B, the fourth transistor M N4 and the first transistor M N1 are turned on by the fourth gate voltage V G4 and the first gate voltage V G1 , respectively, . The fourth turn-on-resistance value, which is the turn-on-resistance value between the source and the drain of the fourth transistor MN4 , may vary depending on the specific value of the fourth gate voltage VG4 . And a first transistor turn-on between the source and the drain of the (M N1) - resistance value of the first turn-on-resistance value may vary depending on the specific value of the first gate voltage (V G1).
이와 같이, 도 6은 도 1에 나타낸 사용자 기기(1)가 MST 모드를 동작하는 경우에 있어서 안테나부(20) 및 안테나부(20)에 연결된 전기소자들은 저항, 인덕터, 커패시터가 직렬로 연결된 RLC 회로의 형태를 갖는다. 이러한 형태의 회로의 응답특성, 그 저항성분의 크기에 따라 언더댐핑, 임계댐핑, 및 오버댐핑 중 어느 하나를 가질 수 있다.6, when the
이때, 안테나부(20)의 전력전달을 위한 공진주파수를 결정하는 제1 공진 커패시터의 역할을 제거할 수 있다면 사용자 기기(1)가 MST 모드를 동작하는 경우, 안테나부(20) 및 안테나부(20)에 연결된 소자들이 실질적으로 RL 회로의 형태를 갖도록 할 수 있고, 따라서 안테나부(20)의 공진특성을 제거할 수 있다. 따라서 도 5의 (b)에 나타낸 언더댐핑 현상의 발생을 막음으로써 MST 데이터 전송의 성공 가능성을 높일 수 있다는 점을 이해할 수 있다.If the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 안테나 전류 바이패스부(210)와 안테나부(20)의 연결상태 및 안테나 전류 바이패스부(210)의 내부 구성을 나타낸 것이다. 도 7에서는 안테나부(20)가 제3트랜지스터(MN3) 및 제2트랜지스터(MN2)에 연결된 상태의 예를 나타내었다.7 is a diagram illustrating a connection state between the antenna
사용자 기기(1)가 MST 데이터 전송 모드로 동작하는 경우, 도 3 및 도 6에 나타낸 제2 공진 커패시터(Cd)의 영향은 무시될 수 있거나, 또는 무시될 수 있도록 제2 공진 커패시터(Cd)와 다른 소자들 간의 연결상태를 끊을 수 있다. 이를 반영하기 위하여 도 7에 나타낸 회로에서는 제2 공진 커패시터(Cd)를 삭제하였다.When the
도 7의 (a)는 안테나 전류 바이패스부(210)와 안테나부(20)의 연결상태를 나타낸 것이다. 안테나 전류 바이패스부(210)의 제1단자(T.S1)와 제2단자(T.S2)는 각각 안테나부(20)에 포함된 제1공진 커패시터(Cs)의 좌측단부(N1.Cs) 및 우측단부(N2.Cs)에 연결된다. 7A shows a connection state of the antenna
제1공진 커패시터(Cs)의 우측단부(N2.Cs)는 안테나부(20)에 제공된 2개의 입출력단자 중 어느 하나일 수 있다. 상기 2개의 입출력단자는 상술한 2개의 전류단자(AC1, AC2)에 각각 연결될 수 있다.The right end N2.Cs of the first resonance capacitor Cs may be any one of the two input and output terminals provided to the
안테나 전류 바이패스부(210)의 제2단자(T.S2), 안테나 구동부(10)의 전류단자(AC1), 및 안테나부(20)에 제공된 2개의 입출력단자 중 어느 하나는 모두, 전기 회로 상에서 동일한 노드일 수 있다. 즉, 제2단자(T.S2)와 전류단자(AC1)가 동일한 노드라는 점은 도 1a 및 도 1b에 나타낸 안테나부(20) 내부에 도시한 점선을 통해 이해할 수 있다.Any one of the second terminal T.S2 of the antenna
도 7의 (b)는 안테나 전류 바이패스부(210)의 내부구조를 나타낸 것이다. 안테나 전류 바이패스부(210)는, 상기 안테나 구동부(10) 또는 상기 주제어부(40)로부터 안테나 전류 바이패스부(210)에 제공되는 바이패스 제어신호(VSW)에 의해 온/오프 상태가 제어되는 바이패스 스위치(211)로 구성될 수 있다. 바이패스 제어신호(VSW)에 의해 바이패스 스위치(211)가 온 상태로 되면 코일(Ls)를 통해 흐르는 코일전류(Icoil)는 제1 공진 커패시터(Cs)를 통과하지 않고 바이패스 스위치(211)로 우회하여 흐를 수 있다. 즉, 제1 공진 커패시터(Cs)가 없는 것처럼 동작하도록 할 수 있다. 7B shows the internal structure of the antenna
바이패스 스위치(211)는, 예컨대 도 7의 (c)에 나타낸 백투백 스위치(back-to-back switch)일 수 있다. The
제1 공진 커패시터(Cs)가 없는 경우 코일(Ls)과의 LC 공진이 발생하지 않으므로 도 5의 (b)와 같은 응답이 발생하지 않도록 할 수 있다.LC resonance with the coil Ls does not occur in the absence of the first resonance capacitor Cs, so that the response as shown in FIG. 5 (b) can be prevented from occurring.
본 발명의 일 실시예에서, 사용자 기기(1)는, 사용자 기기(1)가 MST 모드로 동작하는 동안에는 바이패스 스위치(211)를 온 상태가 되도록 제어하고, 사용자 기기(1)가 무선전력수신 모드로 동작하는 동안에는 바이패스 스위치(211)를 오프 상태가 되도록 제어할 수 있다. 이러한 두 가지 모드 중 어느 하나의 선택은 사용자 기기(1)에서 수행되는 프로그램에 따라 선택될 수 있다. 각 프로그램에 따라 선택된 모드는 주제어부(40)를 통해 안테나 구동부(10)에게 전달될 수 있다. The
본 발명의 일 실시예에서, 안테나 전류 바이패스부(210)의 동작, 즉, 바이패스 스위치(211)의 상태는 안테나 구동부(10)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 주제어부(40)는, 안테나 구동부(10)를 직접 제어하고, 안테나 전류 바이패스부(210)는 안테나 구동부(10)를 통해 제어할 수 있다.The operation of the antenna
이와 달리, 본 발면의 다른 실시예에서, 안테나 전류 바이패스부(210)의 동작, 즉, 바이패스 스위치(211)의 상태는 주제어부(40)에 의해 직접 제어될 수 있다. 즉, 주제어부(40)는, 안테나 구동부(10) 및 안테나 전류 바이패스부(210)를 직접 제어할 수 있다.Alternatively, in another embodiment of the present invention, the operation of the antenna
이때, 코일전류(Icoil)의 순간 변화량의 최대값이 커질수록 MST 정보 전송의 성공률을 높이거나 또는 MST 정보 전송 거리를 증가시킬 수 있다. 이를 위해서는 코일(Ls)에 연결되는 등가저항의 값을 감소시킬 필요가 있다. 이를 위해, 도 7에 나타낸 회로의 경우에는, 제3트랜지스터(MN3)의 소스 및 드레인 사이의 제3턴온-저항 및/또는 제2트랜지스터(MN2)의 소스 및 드레인 사이의 제2턴온-저항을 감소시킬 수 있다.At this time, as the maximum value of the momentary variation of the coil current (I coil ) becomes larger, the success rate of MST information transmission can be increased or the MST information transmission distance can be increased. For this purpose, it is necessary to reduce the value of the equivalent resistance connected to the coil Ls. To this end, in the case of the circuit shown in FIG. 7, the third transistor (M N3) a third turn-on between the source and the drain of-resistance and / or the second transistor a second turn-on between the source and the drain of the (M N2) - The resistance can be reduced.
이제 LC 공진 특성을 갖는 무선전력수신용 안테나부를 이용하여 MST 데이터 전송을 성공적으로 수행하기 위한 실시예를 설명한다.Now, an embodiment for successfully performing MST data transmission using an antenna for wireless power reception having LC resonance characteristics will be described.
본 발명의 일 실시예에 따라, MST 데이터 전송 모드로 동작할 때에, 무선전력수신용 안테나부(10)에 포함된 제1공진 커패시터(CS)의 기능을 제거함으로써 안테나부(10)의 공진특성을 제어하고, MST 데이터 전송을 성공시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when operating in the MST data transmission mode, the function of the first resonance capacitor (C S ) included in the
도 7의 (b)에 나타낸 것과 같이, 상기 MST 데이터 송신 모드에서, 제1공진 커패시터(Cs)를 통해 흐르는 전류를 바이패스 스위치(211)를 통해 우회시키는 경우, 안테나부(10)와 스위치부(110)에 의해 형성되는 회로는 RL 직렬회로의 특성을 갖는다. 따라서 도 5의 (a) 또는 (b)에 나타낸 것과 같은 전류단자전압(VAC1, VAC2)이 발생한 경우, 코일전류(Icoil)는 도 5의 (a)와 같은 형태를 가질 수 있다. 따라서 무선전력수신용 안테나부(10)를 이용하더라도 MST 데이터 송신을 성공적으로 수행할 수 있다.7 (b), in the MST data transmission mode, when the current flowing through the first resonance capacitor Cs is bypassed through the
이때, 신뢰성 있는 MST 데이터 송신을 위하여, MST 데이터 송신 특성을 시스템 전압(VDC)과 관계없이 일정하게 유지시킬 필요가 있다. 즉, 시스템 전압(VDC)과 관계없이 코일전류(Icoil)의 순간 변화값을 일정하게 유지할 필요가 있다. At this time, in order to reliably transmit MST data, it is necessary to keep the MST data transmission characteristic constant regardless of the system voltage (V DC ). That is, it is necessary to keep the instantaneous variation value of the coil current I coil constant regardless of the system voltage V DC .
이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는, 배터리의 방전 때문에 시스템 전압(VDC)이 감소할수록 각 트랜지스터(MN)의 턴온-저항(RON)을 더 감소시키도록 제어한다. 일반적으로 트랜지터스의 게이트-소스 간 전압과 상기 트랜지스터의 턴온-저항은 서로 반비례하는 관계를 갖는다. 따라서 각 트랜지스터(MN)의 게이트-소스 간 전압을 VGS이라고 하고, 상기 트랜지스터(MN)의 턴온저항을 RON이라고 하면, 사용자 기기(1)가 MST 모드로 동작할 때에 시스템 전압(VDC)이 감소할수록 각 트랜지스터(MN)의 게이트-소스 간 전압을 VGS을 더 증가시키도록 제어한다. To this end, in one embodiment of the present invention, the turn-on resistance (R ON ) of each transistor M N is controlled to be further reduced as the system voltage V DC decreases due to the discharge of the battery. Generally, the gate-source voltage of the transistor and the turn-on-resistance of the transistor have a relationship inversely proportional to each other. Therefore, when the gate-source voltage of each transistor M N is V GS and the turn-on resistance of the transistor M N is R ON , when the
예컨대, 시스템 전압이 각각 VDC1, VDC2일 때에 각 트랜지스터(MN)의 턴온-저항을 RON,DC1, RON,DC2이 되도록 설계하고, 각 트랜지스터(MN)의 게이트-소스 간 전압을 VGS,DC1 , VGS,DC2이 되도록 설계할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에서, VDC1 > VDC2인 관계를 가질 때에 RON,DC1 > RON,DC2을 만족시키는 것이 바람직하다. 이를 위하여 VDC1 > VDC2인 관계를 가질 때에, 각 트랜지스터(MN)의 게이트-소스 간 전압인 VGS,DC1 < VGS,DC2인 관계를 갖도록 설계할 수 있다.For example, each of the transistors (M N) turns on in when the system voltage is, respectively V DC1, V DC2 - the gate of the resistance R ON, designed such that the DC1, R ON, DC2, and the transistors (M N) - Source Voltage Can be designed to be V GS, DC 1 , V GS, DC 2 . At this time, in one embodiment of the present invention, V DC1 > V DC2 , it is preferable that R ON, DC1 > R ON, and DC2 are satisfied. For this purpose, when the relationship of V DC1 > V DC2 is satisfied , the gate-source voltages V GS, DC1 & lt; V GS, DC2 of the respective transistors M N can be designed.
본 발명에서 안테나부(20)는 WPT 안테나 모듈에 포함된 코일 및 커패시터를 포함하는 장치로서, 상기 코일에 흐르는 전류를 제어하는 제어부는 포함하지 않을 수 있다.In the present invention, the
도 8a는 도 1a 및 도 1b에 나타낸 안테나 구동부(10), 전원제어부(30)의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.FIG. 8A shows the configuration of the
사용자 기기(1)가 상기 무선전력수신 모드로 동작할 때에는 안테나 구동부(10)의 제1전원단자(T.A1)가 시스템 부하 또는 배터리부(50)에게 제공하기 위한 전력을 위한 정류전압(VRECT)을 제공할 수 있다. 상기 제1전원단자(T.A1)는 도 2에 나타낸 상기 노드(NA)와 동일한 노드일 수 있다. When the
일 실시예에서, 정류전압(VRECT)은 제5스위치(MN5) 및 제2전원단자(T.A2)를 통해 안테나 구동부(10)의 외부로 제공될 수 있다. 이렇게 함으로써, 정류전압(VRECT)이 안정되었다고 판단될 때에만 제5스위치(MN5)를 온 상태로 두어 정류전압(VRECT)을 외부로 공급할 수 있다. 그리고 제5스위치(MN5)는 정류전압(VRECT)의 품질을 향상시키기 위한 LDO일 수 있다.In one embodiment, the rectified voltage V RECT may be provided to the outside of the
사용자 기기(1)가 상기 무선전력송신 모드 또는 MST 모드로 동작할 때에는 안테나 구동부(10)의 제2전원단자(T.A2)가 전원제어부(30)로부터 직류전압(VDC) 및 직류전류(IDC)를 제공받을 수 있다. 전원제어부(30)로부터 제공받은 직류전압(VDC) 및 직류전류(IDC)는 제5스위치(MN5)를 통해 상기 노드(NA)에 제공될 수 있다. 이때, 제1전원단자(T.A1)와 상기 시스템 부하 또는 배터리부(50)와의 연결을 해제될 수 있다.The second power terminal T.A2 of the
한편, 종래 기술에 따라 PMIC라는 이름으로 제공되는 전원제어부(30)를 사용하는 경우 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 MST 모드가 성공적으로 동작하지 않을 수 있다. 그 이유는, 종래 기술에 따라 제공되는 PMIC는 그 출력전류(IDC)가 제1전류값(ex: 1A) 이후로 제한되는데, 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 MST 모드가 성공적으로 동작하려면 상기 출력전류(IDC)가 상기 제1전류값보다 큰 제2전류값(ex: 2A~3A)이 되어야 하기 때문이다. 따라서 종래 기술에 따라 제공되는 PMIC를 사용하면서도, 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 MST 모드가 성공적으로 동작시키기 위해서는, 안테나 구동부(10)의 노드(NA)에 제공되는 전력이 전원제어부(30)가 아닌 배터리부(50)로부터 직접 제공될 필요가 있다. 이러한 필요를 만족시키기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 기기(1)는 도 8b와 같이 변형된 구조를 가질 수 있다.Meanwhile, when the
도 8b는 도 8a로부터 변형된 구조를 갖는 사용자 기기(1)의 주요 구성을 나타낸 것이다.FIG. 8B shows a main configuration of the
도 8b에 나타낸 회로에서는, 배터리부(50)에서 출력되는 배터리 전압(VBAT)이 스위치(71)를 통해 제1전원단자(T.A1)에 제공될 수 있다. 스위치(71)는 예컨대 도 7의 (c)에 나타낸 것과 같은 백투백-스위치의 형태로 제공될 수 있다.In the circuit shown in Fig. 8B, the battery voltage V BAT output from the
스위치(71)의 온/오프 제어는 주제어부(40)에 의해 결정될 수 있다.The on / off control of the
상기 MST 모드에서, 주제어부(40)는 스위치(71)를 온 상태로 유지하여, 안테나 구동부(10)가 배터리부(50)로부터 직접 전력을 제공받도록 할 수 있다. In the MST mode, the
그리고 상기 MST 모드에서, 주제어부(40)는, 전원제어부(30)로부터 제공되는 직류전압(VDC) 및 직류전류(IDC)가 제2전원단자(T.A2)를 통해 안테나 구동부(10)에게 제공되지 않도록 할 수 있다. 이를 위해, 전원제어부(30) 내의 전류제한 및 제어부(31)를 제어함으로써, 스위치(32)를 오프상태로 유지할 수 있다.In the MST mode, the
상기 무선전력송신 모드에서, 주제어부(40)는 스위치(71)를 오프 상태로 유지하여, 안테나 구동부(10)가 배터리부(50)로부터 직접 전력을 제공받지 않도록 할 수 있다. In the wireless power transmission mode, the
그리고 상기 무선전력송신 모드에서, 주제어부(40)는 전원제어부(30)로부터 제공되는 직류전압(VDC) 및 직류전류(IDC)가 제2전원단자(T.A2)를 통해 안테나 구동부(10)에게 제공되도록 할 수 있다. 이를 위해, 전원제어부(30) 내의 전류제한 및 제어부(31)를 제어함으로써, 스위치(32)를 온상태로 유지할 수 있다.In the wireless power transmission mode, the
도 9는 도 1a 및 도 1b로부터 변형된 실시예로서 안테나 전류 바이패스부(210)가 안테나 구동부(10) 내에 포함되어 있다는 점만 다르다. 이때, 바이패스 제어신호(VSW)는 주제어부(40)로부터 안테나 전류 바이패스부(210)에 직접 전달될 수 있다.9 is a modification of the embodiment shown in Figs. 1A and 1B except that the antenna
상술한 안테나 구동부(10)와 전원제어부(30)는 서로 독립적으로 제조되는 별개의 IC일 수 있다. 그러나 본 발명의 변형된 실시예에 따르면 안테나 구동부(10)와 전원제어부(30)는 모두 1개의 IC에 포함된 기능모듈일 수 있다. 안테나 구동부(10)와 전원제어부(30)를 포함하는 IC를, 예컨대 '전력제어 IC', '안테나 구동 IC', 또는 '전원제어 IC'라고 지칭할 수도 있다. The
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the essential characteristics thereof. The contents of each claim in the claims may be combined with other claims without departing from the scope of the claims.
Claims (13)
상기 제1공진 커패시터의 양단에 각각 연결되어 있는 두 개의 단자를 갖는 코일전류 바이패스부를 포함하며,
상기 안테나 구동부는, ① 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로부터 무선전력을 수신하는 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 오픈-상태로 유지시키고, ② 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로 정보를 전송하는 정보전송 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 쇼트-상태로 유지시키며,
상기 안테나 구동부는, H-브릿지를 구성하는 4개의 트랜지스터들을 포함하는 스위치부를 포함하며,
상기 무선전력수신 시구간 동안 및 상기 정보전송 시구간 동안 모두, ① 상기 코일의 두 단자 중 상기 제1공진 커패시터에 직접 연결되지 않은 제1코일단자는 상기 H-브릿지의 두 개의 입출력단자 제2입출력단자에 연결되어 있고, ② 상기 제1공진 커패시터의 두 단자 중 상기 코일에 직접 연결되지 않은 제1공진 커패시터단자는 상기 H-브릿지의 두 개의 입출력단자 제1입출력단자에 연결되어 있는,
사용자 기기.A radio power reception antenna comprising a coil, and a first resonant capacitor connected in series with the coil; And an antenna driver configured to provide a coil current to the antenna for receiving the wireless power,
And a coil current bypass unit having two terminals respectively connected to both ends of the first resonance capacitor,
Wherein the antenna driving unit is configured to: maintain an open state between the two terminals during a wireless power reception time period in which wireless power is received from the outside via the antenna for receiving wireless power; While the two terminals are kept in a short-state during an information transmission period for transmitting information to the first terminal,
The antenna driving unit includes a switch unit including four transistors constituting an H-bridge,
The first coil terminal, which is not directly connected to the first resonance capacitor among the two terminals of the coil, is connected to the second input / output terminal second input / output terminal of the H-bridge during the radio power reception time period and during the information transmission time period, Output terminal of the H-bridge, and a first resonance capacitor terminal, which is not directly connected to the coil, of the two terminals of the first resonance capacitor is connected to the first input / output terminal of the H-
User device.
상기 코일전류 바이패스부는, 상기 안테나 구동부에 의해 제어되는 바이패스 스위치를 포함하며,
상기 바이패스 스위치의 양 단자는 상기 두 개의 단자에 각각 연결되어 있고,
상기 안테나 구동부는, ① 상기 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 바이패스 스위치를 오프-상태로 두고, ② 상기 정보전송 시구간 동안에는 상기 바이패스 스위치를 온-상태로 두도록 되어 있는,
사용자 기기.The method according to claim 1,
Wherein the coil current bypass section includes a bypass switch controlled by the antenna driving section,
Both terminals of the bypass switch are respectively connected to the two terminals,
Wherein the antenna driving unit is configured to hold the bypass switch in an off state during the wireless power reception time period and to keep the bypass switch in an on state during the information transmission time period,
User device.
상기 안테나 구동부는, ① 상기 무선전력수신 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 무선전력수신용 안테나로부터 제공되는 전류를 정류하는 정류기로서 동작하도록 상기 스위치부를 제어하고, ② 상기 정보전송 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 무선전력수신용 안테나에 코일전류를 제공하도록 상기 스위치부를 제어하도록 되어 있는,
사용자 기기.The method according to claim 1,
Wherein the antenna driving unit controls the switch unit so that the switch unit operates as a rectifier that rectifies the current provided from the antenna for receiving the wireless power during the wireless power reception time period, and (2) during the information transmission period, Wherein the controller is configured to control the switch unit to provide a coil current to the antenna for receiving the wireless power,
User device.
상기 무선전력수신용 안테나에 코일전류를 제공하도록 되어 있는 안테나 구동부;
상기 제1공진 커패시터의 양단에 각각 연결되어 있는 두 개의 단자를 갖는 코일전류 바이패스부;
배터리부;
상기 배터리부로부터 제공받은 전력을 변환하여 상기 안테나 구동부에게 제공하는 전원제어부; 및
상기 배터리로부터 제공받은 전력을 상기 전원제어부를 통하지 않고 상기 안테나 구동부에게 직접 제공하는 스위치;
를 포함하며,
상기 안테나 구동부는, ① 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로부터 무선전력을 수신하는 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 오픈-상태로 유지시키고, ② 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로 정보를 전송하는 정보전송 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 쇼트-상태로 유지시키며,
상기 안테나 구동부는, H-브릿지를 구성하는 트랜지스터로서, 동작전원을 공급하는 노드에 직접 연결된 2개의 상측 트랜지스터 및 기준전위에 직접 연결된 2개의 하측 트랜지스터를 포함하는 스위치부를 포함하며,
상기 안테나 구동부는, ① 상기 동작전원을 공급하는 노드를 상기 안테나 구동부의 외부로 노출시킨 제1전원단자, 및 ② 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로 무선전력을 제공하는 무선전력송신 시구간 동안 상기 전원제어부로부터 전력을 제공받는 제2전원단자를 포함하며,
상기 스위치는 상기 배터리부의 전력출력단자와 상기 제1전원단자를 서로 연결하도록 배치되어 있으며,
상기 스위치의 온상태는 상기 정보전송 시구간 동안에만 발생하는 것을 특징으로 하는,
사용자 기기.A radio power reception antenna comprising a coil, and a first resonant capacitor connected in series with the coil;
An antenna driver configured to provide a coil current to the antenna for receiving wireless power;
A coil current bypass unit having two terminals respectively connected to both ends of the first resonance capacitor;
A battery section;
A power control unit for converting the power provided from the battery unit and providing the converted power to the antenna driving unit; And
A switch for directly supplying power supplied from the battery to the antenna driving unit without passing through the power control unit;
/ RTI >
Wherein the antenna driving unit is configured to: maintain an open state between the two terminals during a wireless power reception time period in which wireless power is received from the outside via the antenna for receiving wireless power; While the two terminals are kept in a short-state during an information transmission period for transmitting information to the first terminal,
The antenna driving unit includes a switch unit including two upper transistors directly connected to a node supplying operation power and two lower transistors directly connected to a reference potential,
The antenna driving unit may include: a first power terminal that exposes a node that supplies the operating power to the outside of the antenna driving unit; and a second power terminal that exposes a node And a second power supply terminal receiving power from the power supply control unit,
The switch is arranged to connect the power output terminal of the battery unit and the first power source terminal to each other,
Characterized in that the ON state of the switch occurs only during the information transmission period.
User device.
상기 안테나 구동부는, 상기 정보전송 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 무선전력수신용 안테나에 코일전류를 제공하도록 상기 스위치부를 제어하도록 되어 있고,
상기 안테나 구동부는, 상기 정보전송 시구간 중 4개의 트랜지스터들 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터가 온상태를 갖는 시구간에 있어서, 상기 H-브릿지의 구동전압이 하강하면 상기 적어도 어느 하나의 트랜지스터의 게이트와 소스 간의 전압을 상승시키도록 되어 있는,
사용자 기기.6. The method of claim 5,
The antenna drive unit is configured to control the switch unit so that the switch unit provides the coil current to the antenna for receiving the wireless power during the information transmission period,
The antenna driving unit may be configured such that, when a driving voltage of the H-bridge falls, a gate of the at least one transistor and a source of the at least one of the transistors Which is adapted to raise the voltage between the electrodes,
User device.
상기 제1공진 커패시터의 양단에 각각 연결되도록 되어 있는 두 개의 단자를 갖는 코일전류 바이패스부의 동작을 제어하도록 되어 있으며,
① 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로부터 무선전력을 수신하는 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 오픈-상태로 유지시키도록 되어 있고,
② 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로 전보를 전송하는 정보전송 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 쇼트-상태로 유지시키도록 되어 있으며,
H-브릿지를 구성하는 4개의 트랜지스터들을 포함하는 스위치부를 포함하며,
상기 무선전력수신 시구간 동안 및 상기 정보전송 시구간 동안 모두, ① 상기 코일의 두 단자 중 상기 제1공진 커패시터에 직접 연결되지 않은 제1코일단자는 상기 H-브릿지의 두 개의 입출력단자 제2입출력단자에 연결되어 있고, ② 상기 제1공진 커패시터의 두 단자 중 상기 코일에 직접 연결되지 않은 제1공진 커패시터단자는 상기 H-브릿지의 두 개의 입출력단자 제1입출력단자에 연결되어 있는,
안테나 구동 IC.An antenna driving IC adapted to provide a coil current to a radio power receiving antenna comprising a coil and a first resonant capacitor connected in series with the coil,
The first and second resonant capacitors being connected to the first and second resonant capacitors, respectively,
(1) maintains the open state between the two terminals during a wireless power reception time period in which wireless power is received from the outside via the antenna for receiving wireless power,
(2) the terminal is kept in a short-circuit state during an information transmission period in which a cable is transmitted to the outside through the antenna for wireless power reception,
And a switch portion including four transistors constituting the H-bridge,
The first coil terminal, which is not directly connected to the first resonance capacitor among the two terminals of the coil, is connected to the second input / output terminal second input / output terminal of the H-bridge during the radio power reception time period and during the information transmission time period, Output terminal of the H-bridge, and a first resonance capacitor terminal, which is not directly connected to the coil, of the two terminals of the first resonance capacitor is connected to the first input / output terminal of the H-
Antenna driving IC.
상기 코일전류 바이패스부는, 상기 안테나 구동 IC에 의해 제어되는 바이패스 스위치를 포함하며,
상기 바이패스 스위치의 양 단자는 상기 두 개의 단자에 각각 연결되도록 되어 있고,
상기 안테나 구동 IC는, ① 상기 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 바이패스 스위치를 오프-상태로 두고, ② 상기 정보전송 시구간 동안에는 상기 바이패스 스위치를 온-상태로 두록도 되어 있는,
안테나 구동 IC.8. The method of claim 7,
Wherein the coil current bypass section includes a bypass switch controlled by the antenna driving IC,
Both terminals of the bypass switch are respectively connected to the two terminals,
Wherein the antenna driving IC includes: (1) the bypass switch is turned off during the wireless power reception time interval; (2) the bypass switch is turned on during the information transmission time interval;
Antenna driving IC.
상기 안테나 구동 IC는, ① 상기 무선전력수신 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 무선전력수신용 안테나로부터 제공되는 전류를 정류하는 정류기로서 동작하도록 상기 스위치부를 제어하고, ② 상기 정보전송 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 무선전력수신용 안테나에 코일전류를 제공하도록 상기 스위치부를 제어하도록 되어 있는,
안테나 구동 IC.8. The method of claim 7,
Wherein the antenna driving IC controls the switch unit so that the switch unit operates as a rectifier for rectifying the current provided from the antenna for receiving the radio power during the radio power reception time period, Wherein the switch unit is adapted to control the switch unit to provide a coil current to the antenna for receiving the radio power,
Antenna driving IC.
상기 안테나 구동 IC는, 상기 정보전송 시구간 동안에는, 상기 스위치부가 상기 무선전력수신용 안테나에 코일전류를 제공하도록 상기 스위치부를 제어하도록 되어 있고,
상기 안테나 구동부는, 상기 정보전송 시구간 중 상기 4개의 트랜지스터들 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터가 온상태를 갖는 시구간에 있어서, 상기 H-브릿지의 구동전압이 하강하면 상기 적어도 어느 하나의 트랜지스터의 게이트와 소스 간의 전압을 상승시키도록 되어 있는,
안테나 구동 IC.8. The method of claim 7,
The antenna driving IC is configured to control the switch unit so that the switch unit provides the coil current to the antenna for receiving the wireless power during the information transmission period,
The antenna driving unit may be configured such that, when a drive voltage of the H-bridge falls, the gate of at least one of the transistors Source, which is intended to raise the voltage between the sources,
Antenna driving IC.
상기 코일전류 바이패스부는 상기 안테나 구동 IC에 포함되어 있는,
안테나 구동 IC.8. The method of claim 7,
The coil current bypassing unit includes a coil current bypassing unit,
Antenna driving IC.
상기 제1공진 커패시터의 양단에 각각 연결되도록 되어 있는 두 개의 단자를 갖는 코일전류 바이패스부의 동작을 제어하도록 되어 있으며,
① 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로부터 무선전력을 수신하는 무선전력수신 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 오픈-상태로 유지시키도록 되어 있고,
② 상기 무선전력수신용 안테나를 통해 외부로 전자기파를 송출하는 전자기파 송출 시구간들 중 일부의 송출 시구간 동안에는 상기 두 개의 단자 사이를 쇼트-상태로 유지시키도록 되어 있으며,
상기 안테나 구동부는, H-브릿지를 구성하는 4개의 트랜지스터들을 포함하는 스위치부를 포함하며,
상기 무선전력수신 시구간 동안 및 정보전송 시구간 동안 모두, ① 상기 코일의 두 단자 중 상기 제1공진 커패시터에 직접 연결되지 않은 제1코일단자는 상기 H-브릿지의 두 개의 입출력단자 제2입출력단자에 연결되어 있고, ② 상기 제1공진 커패시터의 두 단자 중 상기 코일에 직접 연결되지 않은 제1공진 커패시터단자는 상기 H-브릿지의 두 개의 입출력단자 제1입출력단자에 연결되어 있는,
안테나 구동 IC.An antenna driving IC adapted to provide a coil current to a radio power receiving antenna comprising a coil and a first resonant capacitor connected in series with the coil,
The first and second resonant capacitors being connected to the first and second resonant capacitors, respectively,
(1) maintains the open state between the two terminals during a wireless power reception time period in which wireless power is received from the outside via the antenna for receiving wireless power,
(2) The antenna is maintained in a short-circuit state between the two terminals during a part of the transmission periods of the electromagnetic wave transmission periods for transmitting the electromagnetic waves to the outside through the antenna for receiving the wireless power,
The antenna driving unit includes a switch unit including four transistors constituting an H-bridge,
The first coil terminal, which is not directly connected to the first resonance capacitor among the two terminals of the coil, is connected between the two input / output terminals and the second input / output terminal of the H-bridge during the wireless power reception time period and the information transmission time period, Output terminal of the H-bridge, and a first resonance capacitor terminal, which is not directly connected to the coil, of the two terminals of the first resonance capacitor is connected to the first input / output terminal of the H-
Antenna driving IC.
Priority Applications (1)
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