KR101983174B1 - 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 전자 장치가 공개된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 유도성 결합(inductive-coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신하는 코일, 용량성 결합(capacitive-coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신하는 전극, 및 상기 코일 및 상기 전극과 연결되고, 입력되는 전력을 정류하여 공급 전력을 출력하는 정류부를 포함한다.

Description

무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 전자 장치{A wireless power receiver and an electronic apparatus comprising the same}
본 출원은 무선으로 송신된 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 전자기기에 관한 것이다.
무선 전력 전송 (Wireless Power Transfer) 기술은 스마트폰을 비롯한 다양한 통신 기기 및 여러 가지 가전 기기의 충전기 분야에 폭넓게 적용되고 있는 추세이며, 향후 전기 자동차 등에도 적용될 수 있는 등, 그 활용분야가 매우 넓은 기술이다.
무선으로 전력을 전송하기 위해 다양한 방식이 개발되어 사용되고 있다. 그런데, 종래의 무선 전력 수신 장치는 특정한 하나의 방식에 따라 전송되는 무선 전력만을 수신할 수 있었다. 즉, 종래의 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 수신 장치의 설계시 정해진 하나의 방식이 아닌 다른 방식에 따라 전송되는 무선 전력을 수신할 수 없다는 문제점이 있었다.
한국 공개특허공보 10-2007-0002721
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선으로 송신된 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 유도성 결합(inductive-coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신하는 코일, 용량성 결합(capacitive-coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신하는 전극, 및 상기 코일 및 상기 전극과 연결되고, 입력되는 전력을 정류하여 공급 전력을 출력하는 정류부를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 포한하는 전자 장치는 유도성 결합(inductive-coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신하는 코일과 용량성 결합(capacitive-coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신하는 전극을 포함하고, 공급 전력을 출력하는 무선 전력 수신 장치, 및 상기 공급 전력을 입력받는 부하를 포함한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 전자 장치는 별도의 선택 스위치 없이도 다양한 방식에 따라 전송되는 무선 전력을 모두 수신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 전자기기에 장착되는 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 실시 형태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제1 영역의 실시 형태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제1 영역의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 전자기기에 장착되는 일 실시예를 나타낸 도면으로서, 도 1에서 100은 무선 전력 수신 장치를, 200은 충전지를, 300은 전자기기를 각각 나타낸다.
도 1에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
무선 전력 수신 장치(100)는 외부로부터 전송된 무선 전력을 수신하고, 수신한 무선 전력을 정류하여 공급 전력을 출력한다. 무선 전력 수신 장치(100)의 구체적인 구성 및 동작에 관하여는 도 2 내지 5를 참조하여 후술한다.
충전지(200)는 상기 공급 전력을 입력받아 전력을 저장하고, 저장된 전력을 전자기기(300)로 공급한다.
전자기기(300)는 충전지(200)로부터 공급받은 전력을 이용하여 정보를 표시하는 등 다양한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 전자기기(300)는 모바일 단말일 수 있으며, 이경우, 음성 통화를 위한 다양한 동작을 수행하거나, 무선 인터넷에 접속하여 다양한 문자 정보 및/또는 영상 정보를 표시할 수도 있다. 전자기기(300)는 무선 전력 수신 장치(100)로부터 직접 상기 공급 전력을 공급받아 정해진 동작을 수행할 수도 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)는 전자기기(300)의 뒷면에 장착될 수 있다. 즉, 전자기기(300)의 뒷면에는 충전지(200)와 연결되는 충전 단자가 배치될 수 있으며, 무선 전력 수신 장치(100)에는 수신한 무선 전력을 정류한 공급 전력을 출력하는 출력 단자가 배치될 수 있다. 무선 전력 수신 장치(100)의 상기 출력 단자와 전자기기(300)의 상기 충전 단자가 서로 접촉되어 연결되도록, 무선 전력 수신 장치(100)를 배치함으로써, 무선 전력 수신 장치(100)가 수신한 무선 전력이 충전지(200)로 전달될 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)가 전자기기(300)의 뒷면에 장착되는 경우를 예시하고 있으나, 무선 전력 수신 장치(100)는 다양한 방법으로 전자기기(300)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 전자기기(300)가 별도의 포트(예를 들면, USB 포트 등)를 구비하고 있고, 무선 전력 수신 장치(100)가 상기 포트에 연결되는 형태로 구현될 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)는 충전지(200)에 포함되어, 충전지(200)와 일체형으로 구현될 수도 있으며, 무선 전력 수신 장치(100)는 전자기기(300)에 포함되어, 전자기기(300)와 일체형으로 구현될 수도 있다. 전자기기(300)가 무선 전력 수신 장치(100)를 포함하여 구성될 경우, 충전지(200)가 착탈식으로 장착되도록 구성될 수도 있고, 충전지(200)도 전자기기(300)와 일체형으로 구성될 수도 있으며, 충전지(300) 없이 구성될 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)를 포함하는 전자 장치는 무선 전력 수신 장치(100)와 전력을 충전하고 충전된 전력을 외부로 공급하는 충전지(200)가 일체형으로 형성된 장치일 수도 있고, 무선 전력 수신 장치(100)와 공급받은 전력을 이용하여 정해진 동작을 수행하는 전자기기(300)가 일체형으로 형성된 장치일 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 실시 형태를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 무선 전력 수신 장치(100)는 코일 및 전극 등이 형성되는 제1 영역(10)과 회로 및 전자 부품등이 실장되는 제2 영역(20)을 포함하는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)는 유도성 결합(inductive coupled) 방식으로 전송된 무선 전력을 수신하기 위한 코일과 용량성 결합(capacitive coupled) 방식으로 전송된 무선 전력을 수신하기 위한 전극을 포함할 수 있으며, 상기 코일과 상기 전극은 상기 제1 영역(10)에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)는 코일 또는 전극을 통해 수신한 무선 전력을 정류하기 위한 정류부 등을 포함할 수 있으며, 상기 정류부는 상기 제2 영역(20)에 배치될 수 있다. 나아가, 무선 전력 수신 장치(100)는 상기 정류부의 동작을 제어하기 위한 제어부나, 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치와 통신하기 위한 통신부 등을 추가적으로 포함할 수도 있으며, 이 경우, 상기 제어부 및/또는 통신부는 제2 영역(20)에 배치될 수 있다. 상기 정류부, 제어부, 및/또는 통신부는 각각 하나의 칩 형태로 구현될 수도 있고, 전체가 하나의 칩 형태로 구현될 수도 있다.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제1 영역의 실시 형태를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제1 영역의 단면을 나타낸 도면이다. 도 3 및 도 4에서, 12는 코일을, 14는 전극을, 16은 인쇄 회로 기판을 각각 나타낸다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)의 인쇄 회로 기판(16)의 제1 영역(10)에는 코일(12) 및 전극(14)이 배치될 수 있다. 이 경우, 코일(12)과 전극(14) 각각은 인쇄 회로 기판(16)의 서로 상이한 면에 배치될 수 있다. 예를 들면, 인쇄 회로 기판(16)에서, 무선 전력 송신 장치가 위치하게 될 방향을 윗면이라고 하고 그 반대편을 아랫면이라고 한다면, 상기 코일(12)은 인쇄 회로 기판(16)의 윗면에 배치되고, 상기 전극(14)은 인쇄 회로 기판(16)의 아랫면에 배치될 수 있다.
상기 코일(12)은 유도성 결합(inductive coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신할 수 있으며, 상기 전극(14)은 용량성 결합(capacitive coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신할 수 있다.
상기 유도성 결합 방식은 자기장을 통해서 무선 전력 전송을 수행하는 방식이고, 용량성 결합 방식은 전기장을 통해서 무선 전력 전송을 수행하는 방식이다. 용량성 결합 방식의 경우, 무선 전력을 송신하는 송신 전극과 무선 전력을 수신하는 수신 전극 사이에 전기장 누설 없이 에너지가 전달될 수 있기 때문에, 높은 무선 전력전송 효율을 가질 수 있으며, 무선 전력전송을 위한 회로의 크기가 작아질 수 있으며, 비용적인 부분도 감소시킬 수 있다.
특히, 용량성 결합 방식의 경우, 상기 송신 전극과 상기 수신 전극 사이에 금속 물체가 있어도 무선 전력 전송이 가능하다. 따라서, 무선 전력 수신 장치(100)의 인쇄 회로 기판(16)의 양 면 중, 무선 전력 송신 장치가 위치하게 될 방향인 윗면에 코일(12)을 배치하고, 윗면의 반대면인 아랫면에 전극(14)을 배치함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)는 유도성 결합 방식으로 전송되는 무선 전력 뿐만 아니라, 용량성 결합 방식으로 전송되는 무선 전력도 수신할 수 있으며, 나아가 무선 전력 수신 장치(100)의 크기도 최소화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타내는 도면으로서, 무선 전력 수신 장치(100)는 코일(12), 전극(14), 커패시터(22), 및 정류부(24)를 포함할 수 있다. 또한, 정류부(24)는 4개의 다이오드(BD1, BD2, BD3, BD4)와 평활 커패시터(SC)를 포함할 수 있다. 도 5에서 200은 충전지를 나타낸다.
코일(12)과 커패시터(22)는 제1 노드(A)와 제2 노드(B) 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 전극(14)은 상기 제1 노드(A)와 연결된다. 제1 다이오드(BD1)의 애노드는 제1 노드(A)와 연결되고, 제1 다이오드(BD1)의 캐소드는 제1 출력단(C)과 연결될 수 있다. 제2 다이오드(BD2)의 캐소드는 제1 노드(A)와 연결되고, 제2 다이오드(BD2)의 애노드는 제2 출력단(D)과 연결될 수 있다. 제3 다이오드(BD3)의 애노드는 제2 노드(B)와 연결되고, 제3 다이오드(BD3)의 캐소드는 제1 출력단(C)과 연결된다. 제4 다이오드(BD4)의 캐소드는 제2 노드(B)와 연결되고, 제4 다이오드(BD4)의 애노드는 제2 출력단(D)과 연결될 수 있다. 즉, 4개의 다이오드(BD1, BD2, BD3, BD4)는 풀 브릿지(full bridge) 회로를 구성할 수 있다. 평활 커패시터(SC)는 제1 출력단(C)과 제2 출력단(D) 사이에 연결될 수 있다.
도 5에서는 전극(14)이 제1 노드(A)와 연결되는 경우를 예시하였으나, 전극(14)은 제2 노드(B)에 연결될 수도 있다.
도 5에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
코일(12)은 유도성 결합 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신한다. 커패시터(22)는 코일(12)과 함께, 무선 전력 전송 효율이 최대인 무선 전력의 주파수를 결정한다. 즉, 무선 전력의 주파수가 코일(12)과 커패시터(22)에 의해 정해지는 공진 주파수일 때, 상기 코일(12)을 통한 무선 전력 전송 효율이 최대로 될 수 있다.
전극(14)은 용량성 결합 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신한다.
정류부(24)는 코일(12)이 수신한 무선 전력 또는 전극(14)이 수신한 무선 전력을 정류하여 공급 전력을 출력한다. 정류부(24)는 코일(12)이 수신한 무선 전력과 전극(14)이 수신한 무선 전력을 동시에 입력하고, 이를 정류하여 상기 공급 전력을 출력할 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 레귤레이터를 더 구비할 수도 있다. 상기 레귤레이터는 정류부(24)와 출력단(C, D) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 레귤레이터는 상기 제1 다이오드(BD1) 및 제3 다이오드(BD3)의 캐소드와 상기 제1 출력단(C) 사이에 연결되는 트랜지스터와, 상기 제1 출력단(C)과 상기 제2 출력단(D) 사이에 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 코일(12)과 상기 전극(14)은 무선 전력 수신 장치(100)의 인쇄 회로 기판의 제1 영역(도 2의 10)에 배치될 수 있으며, 상기 정류부(24)는 무선 전력 수신 장치(100)의 인쇄 회로 기판의 제2 영역(도 2의 20)에 배치될 수 있다. 상기 코일(12)와 상기 전극(14)의 배치는 도 3 및 도 4에 나타낸 것과 동일하게 배치될 수 있다.
상기 커패시터(22)는 무선 전력 수신 장치(100)의 인쇄 회로 기판의 제1 영역(도 2의 10) 또는 제2 영역(도 2의 20)에 배치될 수 있으며, 제1 영역(도 2의 10)에 배치될 경우, 상기 커패시터(22)는 상기 인쇄 회로 기판(도 3 및 도 4의 16)에 임베딩되는 형태로 배치될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)는 코일(12)과 전극(14)을 모두 포함하며, 상기 코일(12)과 상기 전극(14)은 모두 하나의 정류부(24)와 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)는 별도의 추가적인 구성, 예를 들면 모드 전환 스위치 등이 없이도 유도성 결합 방식으로 전송되는 무선 전력과 용량성 결합 방식으로 전송되는 무선 전력을 모두 수신할 수 있다.
충전지(200)는 상기 정류부(24)로부터 출력된 공급 전력을 입력하여 전력을 충전하고, 충전된 전력을 외부로 공급할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 무선 전력 수신 장치를 구비하는 전자 장치는 무선 전력 수신 장치(100)와 충전지(200)가 일체형으로 형성된 장치일 수 있다. 이 경우, 전자 장치의 구성은 도 5에 나타낸 것과 동일할 수 있다. 또한, 본 발명의 무선 전력 수신 장치를 구비하는 전자 장치는 무선 전력 수신 장치(100)와 전자기기(도 1의 300)가 일체형으로 형성된 장치일 수 있다. 이 경우, 도 5의 충전지(200)는 다른 부하, 예를 들면, 소정의 기능을 수행하는 전자칩 등으로 치환될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타내는 도면으로서, 무선 전력 수신 장치(100)는 코일(12), 전극(14), 커패시터(22), 및 정류부(24)를 포함할 수 있다. 또한, 정류부(24)는 4개의 다이오드(BD1, BD2, BD3, BD4)와 평활 커패시터(SC)를 포함할 수 있다. 도 5에서 200은 충전지를 나타낸다.
코일(12)과 커패시터(22)는 제1 노드(A)와 제2 노드(B) 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 전극(14-1)은 상기 제1 노드(A)와 연결되고, 전극(14-2)는 상기 제2 노드(B)에 연결될 수 있다. 제1 다이오드(BD1)의 애노드는 제1 노드(A)와 연결되고, 제1 다이오드(BD1)의 캐소드는 제1 출력단(C)과 연결될 수 있다. 제2 다이오드(BD2)의 캐소드는 제1 노드(A)와 연결되고, 제2 다이오드(BD2)의 애노드는 제2 출력단(D)과 연결될 수 있다. 제3 다이오드(BD3)의 애노드는 제2 노드(B)와 연결되고, 제3 다이오드(BD3)의 캐소드는 제1 출력단(C)과 연결될 수 있다. 제4 다이오드(BD4)의 캐소드는 제2 노드(B)와 연결되고, 제4 다이오드(BD4)의 애노드는 제2 출력단(D)과 연결될 수 있다. 즉, 4개의 다이오드(BD1, BD2, BD3, BD4)는 풀 브릿지(full bridge) 회로를 구성할 수 있다. 평활 커패시터(SC)는 제1 출력단(C)과 제2 출력단(D) 사이에 연결될 수 있다.
도 6에 나타낸 블록들 각각의 기능은 도 5에서 설명한 것과 동일하다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 무선 전력 수신 장치 200 : 충전지
300 : 전자기기 12 : 코일
14, 14-1, 14-2 : 전극 16 : 인쇄 회로 기판
22 : 커패시터 24 : 정류부

Claims (11)

  1. 인쇄 회로 기판;
    상기 인쇄 회로 기판의 제1면에 배치되고, 유도성 결합(inductive-coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신하는 코일;
    상기 인쇄 회로 기판의 상기 제1 면의 반대면인 제2면에 배치되고, 용량성 결합(capacitive-coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신하는 전극; 및
    상기 코일 및 상기 전극과 연결되고, 입력되는 전력을 정류하여 공급 전력을 출력하는 정류부를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판은
    상기 코일 및 상기 전극이 배치되는 제1 영역과, 상기 정류부가 배치되는 제2 영역을 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1면은 상기 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치가 위치할 방향의 면인 무선 전력 수신 장치.
  5. 인쇄 회로 기판과, 상기 인쇄 회로 기판의 제1면에 배치되고 유도성 결합(inductive-coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신하는 코일과, 상기 인쇄 회로 기판의 상기 제1면의 반대면인 제2면에 배치되고, 용량성 결합(capacitive-coupled) 방식으로 전송되는 무선 전력을 수신하는 전극을 포함하고, 공급 전력을 출력하는 무선 전력 수신 장치; 및
    상기 공급 전력을 입력받는 부하를 포함하는 전자 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 무선 전력 수신 장치는
    상기 코일 및 상기 전극과 연결되고, 입력되는 전력을 정류하여 상기 공급 전력을 출력하는 정류부를 더 포함하는 전자 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판은
    상기 코일 및 상기 전극이 배치되는 제1 영역과, 상기 정류부가 배치되는 제2 영역을 포함하는 전자 장치.
  8. 삭제
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1면은 상기 무선 전력을 송신하는 무선 전력 송신 장치가 위치할 방향의 면인 전자 장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 부하는
    상기 공급 전력을 입력하여 충전하고, 충전된 전력을 출력하는 충전지인 전자 장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 부하는
    상기 공급 전력을 입력하여 정해진 동작을 수행하는 전자칩을 포함하는 전자 장치.
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