KR102026605B1

KR102026605B1 - 양방향 무선 전력 송신을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102026605B1
Application number: KR1020157008514A
Authority: KR
Inventors: 덴 브린크 조셉 씨 반; 조슈아 비 테일러; 맷튜 제이 노콘크; 콜린 제이 무어; 벤자민 씨 모에스; 네일 더블유 쿠이벤호벤; 데이비드 더블유 바르만
Original assignee: 필립스 아이피 벤쳐스 비.브이.
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2019-09-30
Also published as: TWI580146B; US10199877B2; US9748774B2; TW201411980A; CN103683523A; JP2018093725A; JP2015537495A; JP6285441B2; KR20150048879A; US20170294807A1; CN103683523B; WO2014039088A1; US20150244176A1

Abstract

본 발명은 전력을 무선으로 송신할 뿐만 아니라 수신도 할 수 있는 원격 장치를 포함하는 무선 전력 공급 시스템에 관한 것이다. 원격 장치는 자기 구동 동기 정류기를 포함한다. 무선 전력 공급 시스템은 전력이 전혀 또는 실질적으로 전혀 인출되지 않는 오프 상태에 들어가고, 원격 장치로부터 전력을 수신하는 것에 응답하여 오프 상태로부터 깨어나도록 구성되는 무선 전력 공급 장치도 포함할 수 있다.

Description

양방향 무선 전력 송신을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR BIDIRECTIONAL WIRELESS POWER TRANSFER}

본 발명은 무선 전력 송신에 관한 것으로서, 구체적으로는 원격 장치로의 그리고 원격 장치로부터의 양방향 전력 송신에 관한 것이다.

공개적으로 사용되는 원격 장치들이 점점 더 증가하였다. 이동 전화, 디지털 음악 재생기, 태블릿, 개인 휴대 단말기, 센서 및 다른 유사한 전자 장치와 같은 원격 장치들이 세상의 많은 부분들에 거의 편재하였다.

이러한 타입의 원격 장치들의 존재가 증가함에 따라, 그들의 설계 및 특징 세트는 제품 사이클마다 변하고 진보한다. 특히, 원격 장치들을 충전하거나 급전하기 위한 전력 인터페이스는 많은 점에서 진보하였다. 여러 개의 이전의 원격 장치는 AC 어댑터와 같은 전력 공급 장치로부터 코드 및 커넥터 인터페이스를 통해 전력을 수신하도록 설계되었다. 그러나, 이러한 전통적인 커넥터 인터페이스들은 다양한 단점을 갖는다. 커넥터 인터페이스는 일부 예들에서 독점 인터페이스이며, 이는 다른 원격 장치들과의 연동성에 대한 장벽이 될 수 있다. 커넥터 인터페이스들은 또한 전기 콘택들이 노출되게 할 수 있으며, 따라서 수분에 대한 노출과 같은 환경 팩터들이 원격 장치를 손상시킬 수 있다. 그리고, 이러한 인터페이스들은 종종 기계적 장애에 취약하다.

이러한 문제들을 해결하기 위하여, 무선 전력 인터페이스들은 더 최근에는 코드 및 커넥터 인터페이스를 제거하는 데 사용되었다. 무선 전력 인터페이스들은 (송신기, 프라이머리 코일 또는 프라이머리 인덕터로도 알려진) 프라이머리와 (수신기, 세컨더리 코일 또는 세컨더리 인덕터로도 알려진) 세컨더리 사이의 결합을 이용하여, 전기 콘택 없이 또는 코드 및 커넥터 인터페이스 없이 전력 공급 장치로부터 원격 장치로 전력을 송신할 수 있다. 예컨대, 원격 장치로의 무선 전력 송신은 프라이머리에 급전하여 프라이머리를 원격 장치 내에 포함된 세컨더리와 유도적으로 결합함으로써 달성될 수 있다.

무선 전력을 수신할 수 있는 원격 장치들의 급증에 따라, 일부에서는 원격 장치들이 무선 전력을 수신하는 것에 더하여 무선 전력을 송신할 수 있다는 것을 인식하였다. 실제로, 전통적인 무선 전력 공급 장치들과 그러한 양방향 전력 송신을 가능하게 하는 원격 장치들 사이에는 일부 유사성들이 존재한다. 이들 양자는 예를 들어 많은 구성에서 코일을 포함하며, 이는 세컨더리 및 프라이머리 양자로서 사용될 수 있다. 그러나, 일부 차이들이 존재하는데, 전통적인 무선 전력 공급 장치들은 프라이머리에 급전하기 위한 구동 회로를 포함하는 반면, 전통적인 원격 장치들은 세컨더리에서 수신되는 전력을 조절하기 위한 수동형 정류 회로를 포함한다.

무선 전력을 수신할 수 있는 원격 장치들의 증가를 보완하기 위해, 충전 베이스들과 같은 무선 전력 공급 장치들이 더 일반화되었다. 벽 전력을 사용하는 코드 및 커넥터 인터페이스들과 달리, 전통적인 무선 전력 공급 장치들은 종종 급전할 원격 장치를 기다리는 동안 유휴 상태로 유지된다. 유휴 상태에 있을 때, 전력 공급 장치는 그의 전력 소스로부터 일정한 전력을 인출할 수 있다. 이러한 일정한 인출은 비록 적지만 긴 기간들에 걸쳐 또는 유휴 상태로 유지되는 다수의 전력 공급 장치에 의해 합성될 때 많은 에너지 낭비를 유발할 수 있다. 이러한 낭비를 최소화하기 위한 해법들이 존재했지만, 어느 것도 이러한 낭비를 실질적으로 또는 완전히 제거하지 못한 것으로 보인다. 예컨대, 소정 기간 동안 전력 공급 장치를 셧다운하는 감독자들을 포함하는 일부 시스템들이 개발되었지만, 이러한 시스템들에서는 예를 들어 감독자 및 컨버터 회로를 포함하는 일부 회로가 온 상태로 유지되어 여전히 전력을 인출한다.

발명의 요약

본 발명은 전력을 무선으로 송신할 뿐만 아니라 수신도 할 수 있는 원격 장치를 포함하는 무선 전력 공급 시스템을 제공한다. 원격 장치는 일 실시예에서 자기 구동 동기 정류기를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 무선 전력 공급 시스템은 어떠한 전력도 또는 실질적으로 어떠한 전력도 인출하지 않는 오프 상태에 들어가고, 원격 장치로부터의 전력 수신에 응답하여 오프 상태로부터 깨어나도록 구성되는 무선 전력 공급 장치를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 무선 전력 공급 시스템의 원격 장치는 자기 구동 동기 정류기를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다.

일 실시예에서, 원격 장치는 수신 모드에서 무선 전력을 수신하고 송신 모드에서 무선 전력을 송신할 수 있다. 원격 장치는 무선 전력 공급 장치에 의해 생성된 장(field)에 응답하여 전력을 생성할 뿐만 아니라 구동되는 것에 응답하여 무선 전력을 송신하도록 구성되는 전력 송수신기를 포함할 수 있다. 원격 장치는 송수신기에 결합되고 수신 모드와 송신 모드 사이에서 구성 가능한 무선 전력 송수신기 회로도 포함할 수 있다. 송신 모드에서 무선 전력 송수신기 회로는 무선 전력을 송신하도록 송수신기를 구동할 수 있으며, 수신 모드에서 무선 전력 송수신기 회로는 송수신기에서 수신된 전력을 정류할 수 있다. 일 실시예에서, 무선 전력 송수신기 회로는 예를 들어 원격 장치가 제어기 없이 또는 제어기에 의해 제어되지 않고서 동작하게 할 수 있는 자기 구동 동기 정류 회로를 포함한다.

일 실시예에서, 원격 장치는 무선 전력 송수신기 회로를 모니터링하고 무선 전력 송수신기 회로를 제어하기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 완전 동기 모드, 반동기 모드, 불연속 모드 및 다이오드 정류 모드 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 모드에서 전력을 정류하도록 무선 전력 송수신기 회로를 구성할 수 있다. 원격 장치는 송수신기에서 전력의 특성을 감지하도록 적응되는 센서도 포함할 수 있다. 제어기는 이러한 감지된 특성을 이용하여, 원격 장치를 송신 모드 또는 수신 모드로 구성할지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 센서의 감지된 출력은 다른 장치가 전력을 송신하는 것을 지시할 수 있으며, 이러한 정보에 기초하여 제어기는 원격 장치를 수신 모드로 구성하기로 결정할 수 있다. 다른 예로서, 감지된 출력은 원격 장치 근처의 다른 장치의 존재를 지시할 수 있다.

일서, 원격 장치는 무선 전력 공급 장치 또는 다른 원격 장치와 같은 다른 장치와 통신할 수 있는 통신 시스템을 포함할 수 있다. 통신 시스템은 원격 장치가 다른 장치와 전력 정보를 교환하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이러한 전력 정보는 송신 모드 또는 수신 모드에 들어갈지를 결정하는 데 사용될 수 있다.

일서, 원격 장치는 복수의 송수신기를 포함할 수 있다. 이러한 송수신기들 중 하나 이상은 송수신기의 동작 모드 및 인덕턴스를 포함하는 다양한 팩터들에 따라 선택적으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, 송신 모드에서는 하나의 송수신기가 활성화될 수 있지만, 수신 모드에서는 동일 송수신기가 비활성화되는 반면에 다른 송수신기가 활성화될 수 있다. 일서, 송신기들 중 하나 이상은 원격 장치 내의 다른 송수신기와 결합하여 무선 전력의 송신 또는 수신을 가능하게 하는 공진기로서 동작할 수 있다.

일서, 원격 장치는 송신 모드에서 부스트 모드로 동작하고 수신 모드에서 벅(buck) 모드로 동작할 수 있는 2-상한 전력 공급 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송신 모드에서, 2-상한 전력 공급 장치는 원격 장치의 배터리의 전압을 효율적인 전력 송신에 충분한 레벨들로 올릴 수 있다. 그리고, 수신 모드에서, 2-상한 전력 공급 장치는 무선 전력 송수신기 회로로부터의 정류된 전압 출력을 원격 장치의 배터리를 충전하거나 원격 장치의 부하에 급전하는 데 적합한 레벨로 낮출 수 있다.

일 양태에서, 본 발명은 전력을 적어도 하나의 원격 장치로 송신하기 위한 무선 전력 공급 장치를 포함할 수 있다. 무선 전력 공급 장치는 전력을 적어도 하나의 원격 장치로 송신하기 위한 프라이머리 및 전력 소스로부터 전력을 수신하고 전력을 프라이머리에 제공하도록 구성되는 컨버터 회로를 포함할 수 있다. 무선 전력 공급 장치는 프라이머리가 무선 전력을 수신하는 것에 응답하여 전력 소스로부터의 전력의 송신을 선택적으로 가능하게 할 수 있는 절전 회로도 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 공급 장치는 원격 장치가 무선 전력을 수신하기를 원한다는 지시를 기다리는 동안 불능 또는 오프 상태로 유지될 수 있다. 원격 장치는 전력을 무선 전력 공급 장치로 송신함으로써 그러한 지시를 제공할 수 있으며, 이어서 무선 전력 공급 장치는 무선 전력을 원격 장치로 송신하기 시작할 수 있다.

일서, 무선 전력 공급 장치는 또한 프라이머리에서의 무선 전력의 수신이 아닌 다른 이벤트들에 응답하여 전력의 송신을 선택적으로 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 버튼을 눌러 무선 전력 공급 장치를 활성화할 수 있거나, 차량 점화 시스템과 같은 외부 제어기가 무선 전력 공급 장치를 턴온할 수 있다.

일 양태에서, 본 발명은 무선 전력 공급 장치가 유휴 상태에 있는 동안에 무선 전력 공급 장치에서의 전력 인출을 줄이거나 제거하기 위한 간단하고 효과적인 시스템을 제공한다. 예를 들어, 무선 전력 공급 장치가 사무실 영역 또는 집에서와 같이 대기 상태에서 많은 양의 시간을 소비하는 환경에 있는 경우, 이러한 대기 시간 동안의 전력 인출이 감소 또는 제거될 수 있다. 다른 양태에서, 본 발명은 원격 장치가 전력을 교대로 송신 또는 수신하기 위한 효과적인 시스템을 제공할 수 있다. 예를 들어, 원격 장치는 일부 상황들에서 제어기 없이 또는 제어기를 처음 동작시키기에 충분한 전력 없이 전력을 수신할 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 목적들, 장점들 및 특징들은 본 실시예의 설명 및 도면들을 참조하여 더 충분히 이해 및 인식될 것이다.

본 발명의 실시예들이 상세히 설명되기 전에, 본 발명은 아래의 설명에서 설명되고 도면들에 도시된 동작의 상세들 또는 구성의 상세들 및 컴포넌트들의 배열로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 다양한 다른 실시예들에서 구현될 수 있으며, 본 명세서에 명확히 개시되는 않는 대안적인 방식들로 실시 또는 실행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 표현 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며, 한정으로 간주되지 않아야 한다는 것을 이해해야 한다. "포함" 및 그 변형들의 사용은 그 뒤에 나열된 아이템들 및 그들의 균등물들은 물론, 추가적인 아이템들 및 그들의 균등물들도 포함하는 것을 의도한다. 또한, 다양한 실시예들의 설명에서 열거가 사용될 수 있다. 달리 명확히 언급되지 않는 한, 열거의 사용은 본 발명을 컴포넌트들의 임의의 특정 순서 또는 수로 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 열거의 사용은 열거된 단계들 또는 컴포넌트들과 또는 그 안에 결합될 수 있는 임의의 추가 단계들 또는 컴포넌트들을 본 발명의 범위로부터 배제하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치 및 원격 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 장치의 무선 전력 송수신기 회로의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치 및 원격 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 장치로부터 무선 전력 공급 장치로의 전력의 흐름을 나타내는, 무선 전력 공급 장치 및 원격 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 공급 장치로부터 원격 장치로의 전력의 흐름을 나타내는, 무선 전력 공급 장치 및 원격 장치의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 무선 전력 공급 장치로부터 원격 장치로의 전력의 흐름을 나타내는, 무선 전력 공급 장치 및 원격 장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 장치에 의한 다른 원격 장치로의 전력 송신의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 장치 및 다른 장치의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치 및 원격 장치의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원격 장치 및 다른 원격 장치의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원격 장치 및 다른 원격 장치의 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 하나의 장치로부터 다른 장치로의 전력 송신을 나타내는, 원격 장치 및 다른 원격 장치의 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른, 하나의 장치로부터 다른 장치로의 전력 송신을 나타내는, 원격 장치 및 다른 원격 장치의 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 원격 장치 및 무선 전력 공급 장치의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 원격 장치 및 무선 전력 공급 장치의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 원격 장치 및 무선 전력 공급 장치의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 원격 장치 및 무선 전력 공급 장치의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 원격 장치 및 무선 전력 공급 장치의 개략도이다.
도 19는 본 발명의 제5 실시예에 따른, 원격 장치로부터 무선 전력 공급 장치로의 전력 송신을 나타내는, 원격 장치 및 무선 전력 공급 장치의 개략도이다.
도 20은 본 발명의 제5 실시예에 따른, 무선 전력 공급 장치로부터 원격 장치로의 전력 송신을 나타내는, 원격 장치 및 무선 전력 공급 장치의 개략도이다.
도 21은 본 발명의 제6 실시예에 따른 원격 장치의 개략도이다.
도 22는 본 발명의 제6 실시예에 따른 벅 모드에서의 원격 장치의 개략도이다.
도 23은 본 발명의 제6 실시예에 따른 벅 모드에서의 원격 장치의 개략도이다.
도 24는 본 발명의 제6 실시예에 따른 부스트 모드에서의 원격 장치의 개략도이다.
도 25는 본 발명의 제6 실시예에 따른 부스트 모드에서의 원격 장치의 개략도이다.
도 26은 본 발명의 제6 실시예에 따른 부스트 모드에서의 원격 장치의 개략도이다.
도 27은 본 발명의 제6 실시예에 따른 원격 장치의 개략도이다.
도 28은 본 발명의 제6 실시예에 따른 원격 장치의 개략도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 장치의 무선 전력 송수신기 회로의 개략도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 일반 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 일반 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 장치의 무선 전력 송수신기 회로의 개략도이다.

A. 개요

본 발명은 전력을 무선으로 송신할 수 있을 뿐만 아니라 수신도 할 수 있는 원격 장치를 포함하는 무선 전력 공급 시스템과 관련된다. 무선 전력 공급 시스템은 전력이 전혀 또는 거의 인출되지 않는 오프 상태에 들어가도록 구성되고, 유도성 전력 공급 장치에 근접하는 원격 장치로부터의 전력 수신에 응답하여 오프 상태로부터 깨어나도록 구성되는 무선 전력 공급 장치도 포함할 수 있다. 개시의 목적을 위해, 무선 전력 공급 시스템은 대부분 하나의 원격 장치와 관련하여 설명되지만, 복수의 원격 장치가 무선 전력 공급 시스템에서 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 그리고, 범용 부하를 갖는 원격 장치와 관련하여 설명되지만, 본 발명은 이동 전화, 디지털 음악 재생기, 태블릿, 개인 휴대 단말기, 저전력 전자 센서 및 다른 유사한 전자 장치에서 사용하기에 적합하다.

원격 장치는 2개의 모드, 즉 수신 모드와 송신 모드 사이에서 구성 가능한 무선 전력 송수신기 회로를 포함할 수 있다. 이러한 모드들 중 하나에 따르는 동작은 원격 장치가 무선 전력을 수신 또는 송신하는지에 의존할 수 있다. 원격 장치가 무선 전력을 수신하는 경우, 무선 전력 송수신기 회로는 송수신기에서 수신된 전력을 원격 장치 내의 또는 그에 접속된 다른 회로에 의해 사용 가능한 전력으로 정류할 수 있다. 반면, 원격 장치가 무선 전력을 송신하는 경우, 무선 전력 송수신기 회로는 유도성 전력 공급 장치 또는 다른 원격 장치와 같은 다른 장치와 유도적으로 결합하도록 송수신기를 구동하거나 급전할 수 있다. 일서, 무선 전력 송수신기 회로는 전력을 자기 구동 동기 방식으로 정류하여 원격 장치가 제어기의 도움 없이 전력을 정류할 수 있게 하도록 구성될 수 있다.

일서, 무선 전력 공급 장치는 원격 장치로부터의 무선 전력의 수신과 같은 입력의 수신에 응답하여 온 상태에 들어갈 수 있다. 이러한 구성을 이용하여, 무선 전력 공급 장치는 원격 장치 또는 사용자가 무선 전력을 송신하기 위한 지시를 제공할 때까지 오프 상태를 유지함으로써 전력을 보존하여 전력 소비를 줄일 수 있다.

B. 시스템

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 시스템이 도 1-8에 도시되고, 10으로 지시된다. 무선 전력 공급 시스템(10)은 무선 전력을 수신 및 송신하도록 구성되는 원격 장치(14)를 포함한다. 무선 전력 공급 시스템(10)은 또한 전력 공급 장치(10), 하나 이상의 추가 원격 장치(14, 14') 또는 이들 양자를 포함할 수 있으며, 임의의 추가 원격 장치는 무선 전력을 수신 및 송신하거나, 무선 전력을 수신만하거나, 무선 전력을 송신만 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 원격 장치(14)는 전통적인 무선 전력 공급 장치, 전통전인 원격 장치 또는 이들 양자와 연계하여 동작할 수 있다.

원격 장치(14)는 셀폰, 미디어 플레이어, 핸드헬드 라디오, 카메라, 플래시라이트 또는 본질적으로 임의의 다른 휴대용 전자 장치와 같은 일반적으로 전통적인 전자 장치를 포함할 수 있다. 원격 장치(14)는 배터리, 커패시터 또는 수퍼 커패시터와 같은 전기 에너지 저장 장치를 포함할 수 있거나, 전기 에너지 저장 장치 없이 동작할 수 있다. 원격 장치(14)의 주요 동작과 관련된 (그리고 무선 전력 송신과 무관한) 컴포넌트들은 일반적으로 전통적이며, 따라서 상세히 설명되지 않는다. 대신, 원격 장치(14)의 주요 동작과 관련된 컴포넌트들은 일반적으로 주요 부하 또는 배터리(38)로서 지칭된다. 예를 들어, 셀폰과 관련하여, 셀폰 자체와 관련된 전자 컴포넌트들을 설명하기 위한 어떠한 노력도 행해지지 않는다. 배터리(38)와 관련하여 설명되지만, 원격 장치는 배터리(38)를 포함하지 않을 수 있으며, 배터리(38)는 부하일 수 있다는 것을 이해해야 한다.

원격 장치(14)는 무선 전력을 수신할 뿐만 아니라 송신도 할 수 있는 직렬 공진 탱크 회로를 형성하도록 배열되는 세컨더리(22) 및 공진 커패시터(24)를 갖는 송수신기(21)를 포함한다. 본 발명은 직렬 공진 탱크 회로들과 함께 사용되는 것으로 한정되지 않으며, 대신에 다른 타입의 공진 탱크 회로들과 함께 그리고 심지어는 비공진 탱크 회로들, 예를 들어 매칭 용량을 갖지 않는 간단한 인덕터와 함께 사용될 수 있다. 아래에 더 상세히 설명되는 대안 실시예들은 무선 전력을 수신 및 송신하기 위한 송수신기(21)와 연계하여 동작할 수 있는 공진기 회로도 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 원격 장치(14)는 2개의 모드 사이에서 구성 가능한 무선 전력 송수신기 회로(30)를 포함한다. 수신 모드에서, 무선 전력 송수신기 회로(30)는 세컨더리(22)에서 수신된 무선 전력에 기초하여 정류된 출력을 생성하기 위한 정류기로서 구성될 수 있다. 그리고, 송신 모드에서, 무선 전력 송수신기 회로(30)는 송수신기(21)로부터 무선 전력을 송신하도록 구동될 수 있는 인버터로서 구성될 수 있다.

원격 장치(14)는 스위치(37) 및 커패시터(36)도 포함할 수 있다. 원격 장치(14)에 의해 처음 수신된 전력은 배터리(38)를 충전하거나 부하에 급전하기에 불충분할 수 있으므로, 스위치(37) 및 커패시터(36)는 저전력 조건들에 대해 버퍼링하도록 또는 배터리(38)의 충전을 제어하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송수신기 회로(30)로부터의 전압 출력이 적절한 레벨에 도달하면, 스위치(37)는 폐쇄되어, 배터리(38)의 충전 또는 부하의 급전을 가능하게 할 수 있다. 스위치는 또한 일부 상황들에서 무선 전력 송수신기 회로(30)를 배터리(38)로부터 분리하도록 개방되어, 배터리(38)로부터 에너지가 불필요하게 소비되지 않게 할 수 있다.

도 1-8에 도시된 실시예들은 특정 정류기 토폴로지들과 관련하여 설명되지만, 무선 전력 송수신기 회로(30)는 임의 타입의 정류가 가능한, 예를 들어 송수신기(21)에서의 교류를 원격 장치(14)에 의해 사용되는 직류로 변환할 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 그러한 회로는 예를 들어 다이오드 정류, 반동기 정류, 불연속 모드 정류 및 완전 동기 정류를 포함하는 하나 이상의 정류 모드를 제공하기 위한 다이오드, 스위치 또는 이들의 임의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송수신기 회로(30)가 간단한 풀 브리지 다이오드 정류기를 포함하는 경우, 다이오드 정류가 사용될 수 있지만, 다른 정류 모드들을 위해 무선 전력 송수신기 회로(30)를 재구성하는 것은 불가능할 수도 있다. 그리고, 무선 전력 송수신기 회로(30)가 다이오드 및 스위치 양자를 포함하는 경우, 반동기 정류 및 완전 동기 정류 중 적어도 하나를 이용하는 것이 가능할 수 있다. 불연속 모드 정류, 완전 동기 정류 또는 이들 양자는 정류를 위해 무선 전력 송수신기 회로(30)가 다이오드 없이 스위치를 포함하는 경우에 사용될 수 있다.

도 1-7에 도시된 실시예들에서 무선 전력 송수신기 회로(30)는 송수신기(21)에서 수신된 무선 전력을 정류하도록 스위칭될 수 있는 복수의 스위치(31-34)를 포함한다. 스위치들의 제어는 자기 구동 회로(35)를 이용하여 또는 제어기(39)에 의해 또는 이들 양자에 의해 자기 구동 방식으로 수행될 수 있다.

도시된 실시예에서, 각각의 스위치(31-34)는 보디 다이오드를 갖는 MOSFET이지만, 예를 들어 다이오드, 보디 다이오드를 갖지 않는 MOSFET, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 및 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 포함하는 임의 타입의 스위치가 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 스위치들(31-34)은 2개의 분기를 갖는 브리지로 배열되며, 각각의 분기는 송수신기(21)의 일측에 접속된 하이 측 스위치(31, 33) 및 로우 측 스위치(32, 34)를 포함한다. 이러한 구성은 스위치들(31-34)이 하나 이상의 모드에서 동기 또는 능동 정류기로서 동작하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 완전 동기 모드에서, 스위치들(31-34)의 게이트들(71-74)은 각각의 스위치(31-34)가 적절한 시간에 열리거나 닫혀서 적절한 방향으로의 전류 흐름을 가능하게 하는 것을 보증함으로써 스위치들(31-34)이 전파 브리지 다이오드 정류기와 유사한 방식으로 동작하게 하도록 각각 제어될 수 있다. 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 동일 또는 대안 정류기 회로 토폴로지들을 이용하여 불연속 모드, 반동기 모드 또는 다이오드 정류 모드와 같은 다른 모드들이 달성될 수 있다.

도 1 및 2의 도시된 실시예를 구체적으로 참조하면, 무선 전력 송수신기 회로(30)는 수신 모드에서 자기 구동 동기 정류를 위해 구성되는 자기 구동 회로(35)를 포함할 수 있으며, 따라서 무선 전력 송수신기 회로(30)는 제어기(39)에 의해 제어되지 않고서 정류된 출력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기(39)는 원격 장치(14) 내에 포함되지 않을 수 있다. 제어기(39) 없이 동작할 수 있지만, 원격 장치(14)는 대안 실시예에서 무선 전력 송수신기 회로(30)의 제어 및 모니터링 중 적어도 하나를 수행하도록 적응되는 제어기(39)를 포함할 수 있으며, 제어기(39)는 자기 구동 회로(35)와 함께 또는 그것 없이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 도 3의 도시된 실시예는 무선 전력 송수신기 회로(30)가 자기 구동 회로(35) 없이 정류된 출력을 생성하기 위해 제어기(39)에 의해 제어되는 일 실시예를 나타낸다. 제어기(39)는 또한 다른 장치들과의 단방향 또는 양방향 통신을 가능하게 하는 통신 시스템을 포함할 수 있다. 통신은 송수신기(21)로부터 분리된 채널을 통해 또는 송수신기(21)와의 유도성 결합을 통해 발생할 수 있다. 이러한 통신 시스템은 제어기(39) 내에 통합될 수 있거나, 제어기(39)로부터 분리된 회로 내에 구현될 수 있다.

무선 전력 송수신기 회로(30)의 자기 구동 회로(35)는 자기 구동 동기 정류의 달성을 도울 수 있다. 예를 들어, 자기 구동 회로(35)는 제어기 없이 동기 정류를 달성하기 위해 스위치들(31-34)의 게이트들(71-74)의 타이밍을 제어하도록 구성되는 아날로그 회로를 포함할 수 있다. 하나의 그러한 예는 도 2의 도시된 실시예에서 더 상세히 도시된다. 도시된 바와 같이, 송수신기(21) 및 스위치들(31-34)은 도 1의 토폴로지와 유사한 토폴로지로 배열된다. 도시된 실시예는 또한 명료화를 위해 회로 전반에 분산되어 도시되고 커패시터들(61-64) 및 바이어스 저항기들(65-68)을 갖는 자기 구동 회로를 포함한다. 커패시터들(61-64)은 스위치들(31-34)의 게이트들(71-74)을 무선 전력 송수신기 회로(30)의 반대 분기 또는 다리에 결합하여, 스위치들(31-34) 상에 적절한 게이트 전하를 생성하여, 그들을 턴온 또는 턴오프시킬 수 있다. 바이어스 저항기들(65-68)은 하이 또는 로우 정류 전압에 결합될 수 있으며, 스위치들(31-34)이 온 상태에 너무 오래 머무는 것을, 아마도 정류 전압을 단락시키는 것을 방지할 만큼 충분히 빠르게 스위치들(31-34)을 턴오프시키는 것을 돕는 데 사용될 수 있다.

도 2의 도시된 실시예에서 자기 구동 회로는 정류 전압의 단락을 방지하도록 구성될 수 있지만, 스위치들(31-34)이 너무 느리게 턴오프되거나 너무 빠르게 턴온될 수 있는 가벼운 부하들 또는 매우 높은 결합과 같은 상황들이 존재할 수 있다. 원격 장치(14)가 도 3의 도시된 실시예에서 제어기(39)와 같은 제어기를 포함하는 대안 실시예에서, 제어기는 게이트들(71-74)을 제어하기 위해 무선 전력 송수신기(30)에 결합될 수 있으며, 잠재적으로는 정류 전압의 단락을 더 피하도록 구성될 수 있다. 제어기(39)는 특히 정류 모드에서 무선 전력 송수신기(30)의 동작을 모니터링 및 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(39)는 상부 스위치들(31, 33) 또는 하부 스위치들(32, 34)의 게이트 전하를 (직접 또는 구동기 또는 기준 전압을 통해) 제어함으로써 그들을 불능화할 수 있다. 상부 스위치들(31, 33) 또는 하부 스위치들(32, 34)을 불능화함으로써, 제어기(39)는 무선 전력 송수신기 회로(30)를 반동기 정류 모드로 강제할 수 있다. 4개의 스위치(31-34)가 불능화되는 경우, 각각의 스위치(31-34)와 관련된 보디 다이오드들을 통해 또는 외부 다이오드들을 통해 전파 다이오드 브리지 정류 모드가 달성될 수 있다. 또 다른 대안 실시예에서, 스위치들(31-34)의 게이트들(71-74)에서의 전압이 스위치들(31-34)을 손상시키는 것을 방지하기 위해 제너 다이오드들(도시되지 않음)이 포함될 수 있다.

도 3-7의 도시된 실시예에서, 원격 장치(14)는 자기 구동 회로 없이 수신 모드에서 스위치들(31-34)의 동기 정류를 제어하도록 적응되는 제어기(39)를 포함한다. 제어기(39)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 도 1-2의 도시된 실시예에서 무선 송수신기 회로(30)의 자기 구동 회로(35)를 보완 또는 대체할 수 있다. 제어기(39)는 완전 동기, 반동기, 불연속 및 다이오드 정류 모드들과 같은 하나 이상의 모드에서 정류를 제어하도록 구성되는 마이크로 제어기 또는 아날로그 회로 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 완전 동기 모드 동작은 위에서 도 1-2와 관련하여 설명되었다.

이제, 불연속, 반동기 및 다이오드 정류 모드들이 도 1-7의 도시된 실시예 및 무선 전력 송수신기 회로(30)의 다양한 대안 실시예들과 관련하여 더 상세히 설명된다.

불연속 모드에서는, 도 1-2의 도시된 실시예들과 관련하여 설명된 완전 동기 모드에서와 같이 4개의 스위치(31-34)가 사용될 수 있지만, 예를 들어 스위치들(31-34) 모두가 현재 사이클의 일부 동안 턴오프될 수 있다. 이러한 스위치 타이밍은 세컨더리(22) 내의 재순환 전류가 갑자기 0이 되게 할 수 있거나, 즉 전류가 세컨더리(22) 내에서 더 이상 연속적인 방식으로 흐르지 못할 수 있다. 불연속 모드 정류를 구현함으로써, 무선 전력 송수신기 회로(30)로부터의 정류된 전압 출력은 무선 전력 공급 장치(12)와 통신할 필요 없이 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 원격 장치(14) 자체는 그가 얼마나 많은 전력을 수신할지를 제어할 수 있다. 대안 실시예에서 원격 장치(14)는 예를 들어 전력 수요, 전력 요구 또는 전력 사용에 관한 정보를 포함하는 정보를 여전히 무선 전력 공급 장치로 통신할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

반동기 모드에서, 무선 전력 송수신기 회로(30)는 정류기 요소들 양단의 전압 강하를 줄이기 위해 송수신기(21)의 음 또는 양 단자에 각각 접속되는 2개의 하이 측 스위치(31, 33) 또는 2개의 로우 측 스위치(32, 34)를 포함할 수 있다. 다이오드들이 (예를 들어, 하이 측 스위치들(31, 33) 또는 로우 측 스위치들(32, 34)을 대체하기 위해) 대향 정류기 요소들로서 사용될 수 있다. 도 1 및 2의 도시된 실시예들과 관련하여 설명된 바와 같이, 반동기 모드는 브리지의 각각의 분기의 상부 또는 하부에서의 다이오드 정류 및 각각의 분기의 반대 부분에서의 능동 정류를 이용하여 달성될 수 있다.

다이오드 정류 모드에서, 무선 전력 송수신기 회로(30)는 정류기의 음의 - 또는 0 기준 - 단자로부터 하부 다이오드를 통해 전류를 풀링하고 전류를 상부 다이오드를 통해 양의 단자로 푸싱하기 위해 하나의 분기에서 하나의 방향으로 흐르는 전류를 가능하게 하기 위한 전파 브리지 다이오드 정류 토폴로지(예로서, 2개의 회로 분기를 갖는 브리지 회로 구성에서의 4개 이상의 다이오드의 배열)를 포함할 수 있다. 전류 극성이 반전될 때, 전류는 다른 분기 내의 반대 다이오드들을 통해 동일 방식으로 그러나 양 단자로부터 음 단자로의 상이한 방향으로 흐를 수 있다.

도 1-7과 관련하여 설명되는 스위치 토폴로지의 보디 다이오드들은 다이오드 정류 모드에서 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 그러나, 무선 전력 송수신기 회로(30)가 하나의 스위치(31-34)와 각각 병렬인 4개의 다이오드(예로서, 보디 다이오드)를 갖는 4 스위치(31-34) 정류기를 포함하는 경우, 무선 전력 송수신기 회로(30)는 불연속 모드에서 동작하지 못할 수 있는데, 그 이유는 스위치들(31-34)이 턴오프되는 경우에 순환 전류가 다이오드들을 통해 대신 흐르기 때문이다. 많은 예에서, 이것은 정류 전압을 줄이는 것이 아니라 동작 효율을 줄인다. 스위치들(31-34)과 관련된 다이오드들을 통한 전도를 방지하기 위해, 무선 전력 송수신기 회로(30)는 MOSFET들의 게이트들이 함께 결합되고 소스들 또는 드레인들도 함께 결합되는 백투백 MOSFET들과 같은 백투백 스위치들을 각각의 스위치(31-34) 대신 포함할 수 있다.

대안 실시예에서, 무선 전력 송수신기 회로(30)는 동기 정류기로서 구성되는 스위치들(31-34)을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 하나의 대안 실시예에서 무선 전력 송수신기 회로(30)는 수신 모드에서 전력을 정류하기 위한 전파 브리지 정류기 또는 반파 정류기와 같은 다이오드 정류기 및 송신 모드에서 송수신기(21)에 급전할 수 있는 스위치들(31-34)과 유사한 스위치들을 포함할 수 있다.

예를 들어 도 32의 도시된 실시예에 도시된 대안 실시예에서, 무선 전력 송수신기 회로(830)는 무선 전력 송수신기 회로(30)와 유사할 수 있지만, 여러 예외를 가질 수 있다. 무선 전력 송수신기 회로(830)는 개별 다이오드 정류기(850) 및 인버터(852)를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 예를 들어 개별 공진 커패시터들(824, 825)을 통해 세컨더리(22)에 선택적으로 결합될 수 있다. 일 구성에서, 개별 다이오드 정류기(850) 및 인버터(852), 및 각각의 커패시터(824, 825)는 동일한 공진 주파수를 갖도록 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 세컨더리(22) 및 커패시터(825)는 인버터(852) 및 커패시터(824)와 동일한 공진 주파수를 가질 수 있다.

이 대안 실시예의 다른 구성에서는, 개별 커패시터들(824, 825)을 사용함으로써, 송신 및 수신 모드들의 공진 주파수가 상이한 주파수들로 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 세컨더리(22) 및 커패시터(825)는 송신 모드에서 인버터(852)에 의해 구동될 때는 수신 모드에서 정류기(850)에 의해 실현되는 세컨더리(22) 및 커패시터(824)의 공진 주파수와 다른 공진 주파수를 가질 수 있다. 이러한 능력은 원격 장치가 송신 모드에 있을 때 수신 모드 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 공진 전력 송신을 달성하는 것을 가능하게 할 수 있지만, 송신 모드에서의 튜닝은 상이할 수 있다. 예를 들어, 다른 물체들 또는 장치들 또는 전력을 수신하는 장치의 근접은 시스템의 전체 공진 주파수에 영향을 줄 수 있으며, 따라서 송신 모드를 수신 모드와 다르게 튜닝하는 것은 원격 장치가 수신 모드 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 공진 전력 송신을 달성하는 것을 가능하게 한다.

도시된 실시예의 다이오드 정류기(850)는 4개의 다이오드(831-834)로 형성된 전파 브리지 다이오드 정류기이지만, 다이오드 정류기(850)는 예를 들어 반파 다이오드 정류기를 포함하는, 본 명세서에서 설명되는 것들과 같은 임의 타입의 정류기일 수 있다. 다이오드 정류기(850)는 또한 다이오드 정류로 한정되지 않으며, 예를 들어 본 명세서에서 설명되는 다른 정류 회로에 따른 동기 정류기일 수 있다.

게다가, 개별 다이오드 정류기(850) 및 인버터(852)를 사용함으로써, 정류된 전압 및 인버터에 대한 레일 전압이 분리될 수 있다. 예를 들어, 다이오드 정류기(850)로부터의 정류된 전압 출력은 원격 장치의 한 부분에 급전하는 데 사용될 수 있는 반면, 인버터(852)에 대한 레일 전압은 원격 장치의 별개의 부분으로부터 올 수 있다. 일례에서, 정류된 전압은 원격 장치의 충전 입력에 5V를 제공할 수 있는 반면, 레일 전압은 7.2V 배터리에 의해 공급될 수 있다.

수신 모드에서 송신 모드로 스위칭할 경우에, 원격 장치(14)는 다른 장치의 충전을 개시하거나, 무선 전력의 수신을 원한다는 지시를 무선 전력 공급 장치로 송신할 수 있다. 다이오드 정류기에 비해 동기 정류기를 사용하는 것의 한 가지 장점은 동일 스위치들(31-34)이 수신 모드에서 정류기로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라 송신 모드에서 인버터로도 사용될 수 있다는 점이다. 유도성 전력 소스가 제거되고, 원격 장치(14)가 전력을 수신하는 대신에 전력을 송신하기를 원하는 경우, 제어기(39)는 스위치들(31-34) 중 하나 이상을 (직접 또는 발진기 또는 구동기를 통해) 제어하여 무선 전력 송신을 위해 송수신기(21)에 급전함으로써, 송신 모드에서 무선 전력 송수신기 회로(30)를 동작시킬 수 있다. 송신 모드에서, 원격 장치(14)는 본 명세서에서 설명되는 무선 전력 공급 장치(12)에 의해 사용되는 것과 유사한 제어 스킴을 이용할 수 있다. 특히, 송수신기(21)는 4개의 스위치(31-34) 모두를 풀-브리지 구동기로서 제어함으로써 또는 스위치들(31-34)의 서브세트를 제어함으로써 급전될 수 있다. 일례로서, 제어기(39)는 결합 커패시터들을 이용하여 상부 또는 하부 스위치들(31-34)만의 게이트들(71-74)을 구동하여, 제어기(39)에 의해 직접 구동되지 않는 나머지 2개의 스위치(31-34) 상에 적절한 게이트 전하를 생성할 수 있다.

다른 예로서, 제어기(39)는 하나의 하이 측 스위치(31, 33) 및 하나의 로우 측 스위치(32, 34)를 포함하는 하프 브리지 구성에서 스위치들(31-34)의 하나의 분기를 구동함으로써 송수신기(21)에 급전할 수 있다. 이러한 구성에서, 하이 측 스위치(31, 33) 및 로우 측 스위치(32, 34)는 각각 송수신기의 동일 측에 위치한다. 하프 브리지 구성에서 사용되지 않는 스위치들(31-34)의 나머지 분기는 하나의 스위치가 개방 상태로 유지되고 하나의 스위치가 폐쇄 상태로 유지되어 양 또는 음 단자들에 대한 저저항 경로를 생성하도록 구성될 수 있다. 도 29의 도시된 실시예는 스위치들(33, 34)의 하나의 세트가 하프 브리지 구동 구성을 갖는 반면에 스위치들의 나머지 세트가 양 단자에 대한 개방 회로(개방 상태에서 스위치(31)는 도시되지 않음) 및 음 단자에 대한 단락 회로(스위치(32)는 온 및 오프 상태들 사이에서 동작 가능한 스위치로서 도시됨)로서 구성되는 구성으로 무선 전력 송수신기 회로(930)를 도시한다.

이러한 대안 실시예에서, 원격 장치(14)는 원격 장치(14)로 하여금 송수신기(21)에서 전력의 특성을 측정하는 것을 가능하게 하여 제어기(39)가 무선 전력 공급 장치(12)에서 구현되는 것과 유사한 방식으로 무선 전력의 송신을 제어하는 것을 가능하게 하기 위한 센서 회로를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 회로는 전압, 전류, 위상 및 전력 중 적어도 하나를 감지할 수 있으며, 제어기(39)는 감지된 출력에 기초하여 동작 주파수, 듀티 사이클, 위상 및 레일 전압과 같은 구동 특성을 변경할 수 있다. 도시된 실시예에서, 센서 회로는 직렬 공진 커패시터(24)와 병렬인 RC 전압 분할기(921, 923) 및 RC 전압 분할기(921, 923)에 결합된 계기용 증폭기(925)로서 도시된다. 이러한 구성은 장치가 송수신기(21)에서 순환하는 전류를 측정하는 것을 가능하게 하지만, 임의 타입의 센서 회로를 이용하여 송수신기(21) 내의 전력의 임의 특성을 측정할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

이제, 도 7 및 8의 도시된 실시예들에 집중하면, 무선 전력 공급 시스템(10)은 무선 전력 공급 장치(12) 내의 본선(50)과 같은 본선 입력으로부터 전력을 공급받지 않고서 하나의 원격 장치(14)로부터 다른 원격 장치(14')로의 전력의 송신을 위해 구성될 수 있다. 원격 장치(14)는 본 명세서에서 도 1-6과 관련하여 설명되는 원격 장치와 유사할 수 있으며, 원격 장치(14')는 도 7에 도시된 바와 같이 원격 장치(14)와 유사할 수도 있지만, 대안 실시예들에서는 무선 전력을 송신하지 못하는 원격 장치일 수 있다.

예를 들어, 도 8의 도시된 실시예에 도시된 바와 같이, 유도성 전력을 수신할 수 있는 원격 장치(14)는 유도성 전력을 원격 장치(14'), 예를 들어 배터리 또는 수퍼커패시터 내에 에너지를 저장하지 못하는 원격 센서 또는 패치(patch)로 송신하는 데에도 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 원격 센서는 인쇄 센서 패치일 수 있다. 이러한 대안 실시예에서, 그러한 원격 장치(14')는 개별 통신 채널(예로서, 블루투스)을 통해 또는 원격 장치(14)와 센서(14') 간의 유도성 결합을 통하는 통신 채널을 통해 정보를 원격 장치(14)로 중계할 수 있다. 정보가 원격 장치(14)로 송신되면, 원격 장치(14)는 정보를 저장한 후에, 원격 장치(14)가 무선 전력 공급 장치(12)에 근접 배치될 때 무선 전력 공급 장치(12)와의 유사한 또는 상이한 통신 링크를 이용하여 그 정보를 송신할 수 있다. 대안으로서, 원격 장치(14)는 정보를 다른 원격 장치들(14')로 송신할 수 있다. 이러한 대안 실시예에서, 원격 장치(14)는 센서(14')가 검출되면 추가 데이터를 수집하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서가 내부 온도 센서 또는 다른 환경 센서(예로서, 습도 또는 주변광 센서들)인 경우, 원격 장치(14)는 사용 정보를 수집하거나, 센서(14')의 픽처 및 그의 위치를 취할 수 있다. 게다가, 원격 장치(14)는 QR(Quick Response) 코드, 형상 식별자 또는 다른 시각적 단서들과 같은 광학 인식 스킴을 이용하여 센서(14')의 위치 또는 존재를 결정할 수 있다.

도 7의 도시된 실시예를 다시 참조하면, 원격 장치들(14, 14')은 전력을 수신 및 송신하기 위한 동일 송수신기(21)를 이용하여 서로 충전할 수 있다. 예를 들어, 원격 장치(14)는 전력을 무선으로 원격 장치(14')로 송신할 수 있으며, 따라서 하나의 장치로부터 다른 장치를 충전하기 위한 배터리들의 교환을 방지할 수 있다.

하나의 원격 장치(14)로부터 다른 원격 장치(14')로의 무선 전력의 송신을 개시하기 위해, 원격 장치(14)는 예를 들어 가속도계들(도시되지 않음)을 통해 충돌을 감지함으로써 사용자 액션을 감지하고, (부하 또는 인덕턴스의 변화를 지시하는) 송수신기 내의 전류 변화를 측정함으로써 원격 장치(14')의 존재를 검출하고, 송수신기(21)에 결합된 임피던스 요소의 변조(예로서, 후방 산란 변조)를 통해 또는 다른 원격 장치들(14')의 다양한 공지 공진 주파수들을 검출함으로써 원격 장치(14')로부터의 통신들을 검출할 수 있다. 적절한 식별 및 검출 시스템들 및 방법들이 2011년 8월 2일자로 Baarman 등에게 허여된 "INDUCTIVE POWER SUPPLY WITH DEVICE IDENTIFICATION"이라는 명칭의 미국 특허 제7,989,986호에 설명되어 있으며, 이 특허는 그 전체가 본 명세서에 참고로 반영된다. 사용자 액션이 송신을 개시하는 데 사용되는 경우, 원격 장치들(14, 14')은 그들 간의 통신을 개시하여 전력 송신을 협상하고 셋업할 수 있다.

원격 장치(14')가 원격 장치(14)에 근접하는지를 결정하기 위해, 원격 장치(14)는 그의 송수신기(21)를 주기적으로 활성화하거나, (버튼 또는 터치스크린과 같은) 사용자 액션에 의해 촉구되는 경우에 그의 송수신기(21)를 활성화하거나, 개별 통신 채널을 이용하여 근처의 원격 장치(14') 또는 다른 장치를 검출할 수 있다. 예를 들어, NFC(near field communication) 또는 블루투스 통신 링크가 원격 장치(14)에 근접하는 원격 장치들(14')을 식별할 수 있다. 도 16의 도시된 실시예는 무선 전력 공급 장치(312) 및 원격 장치(314)에 대한 그러한 NFC 통신 링크를 도시하지만, 이러한 NFC 통신 링크는 원격 장치들(14, 14') 사이에도 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 개별 통신 링크가 근처의 원격 장치들(14)의 식별을 도와주면, 원격 장치(14)는 송신 모드에서의 전력 송신을 위해 그의 송수신기(21)를 활성화하기로 결정할 수 있다.

이제, 개시의 목적을 위해, 무선 전력 공급 시스템(10)이 무선 전력 공급 장치(12)와 관련하여 설명된다. 무선 전력 공급 시스템(10)은 무선 전력 공급 장치(10)에 따라 구성되는 무선 전력 공급 장치로 한정되지 않으며, 대안 실시예들에서는 전통적인 무선 전력 공급 장치가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 1 및 3-6의 도시된 실시예의 무선 전력 공급 장치(12)는 원격 장치(예로서, 원격 장치(14))로부터 무선 전력을 수신하는 것과 같이 입력을 수신하는 것에 응답하여 온 상태에 들어가도록 구성될 수 있다. 이러한 구성을 이용하여, 전력 공급 장치(10)는 원격 장치(14)가 무선 전력을 수신하기를 원한다는 것을 지시할 때까지 오프 상태로 유지하여 전력 소비를 줄임으로써 전력을 보존할 수 있다.

도 1 및 3-6의 도시된 실시예들에 따른 무선 전력 공급 장치(12)는 프라이머리(42), 공진 커패시터(42), 제어 시스템(54), 구동기(56), 컨버터(52) 및 본선 입력(50)을 포함할 수 있다. 본 실시예의 컨버터(52)는 본선 입력(50)으로부터의 AC 입력(예로서, 벽 전력)을 무선 전력 송신기 프라이머리(42)를 구동하는 데 적합한 적절한 DC 출력으로 변환하는 전통적인 컨버터일 수 있다. 대안으로서, 본선 입력(50)은 DC 소스일 수 있으며, 컨버터(52)는 이를 전달하거나 프라이머리(42)의 구동을 위한 적절한 DC 출력으로 변환할 수 있다. 이 실시예에서, 컨버터(52)는 일반적으로 정류기 및 DC/DC 컨버터를 갖는 AC/DC 컨버터이다. 정류기 및 DC/DC 컨버터는 적절한 DC 출력을 제공한다. 컨버터(52)는 대안으로서 입력 전력을 구동기(56)에 의해 사용되는 형태로 변환할 수 있는 본질적으로 임의의 회로를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 제어 시스템(54)은 전력 송신을 위해 프라이머리(42)에 급전하기 위해 레일 전압이 아닌 다른 동작 파라미터들을 조정하도록 구성된다. 따라서, 컨버터(52)는 고정 출력을 가질 수 있다. 제어 시스템(54)은 추가로 또는 대안으로서 레일 전압 및 예를 들어 동작 주파수, 공진 주파수, 스위칭 회로 위상 및 듀티 사이클을 포함하는 임의의 다른 동작 파라미터를 조정하기 위한 능력을 가질 수 있다. 레일 전압을 변경함으로써 동작 파라미터들을 조정하는 것이 바람직한 대안 실시예에서, 컨버터(52)는 가변 출력을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제어 시스템(54)은 제어 시스템(54)으로 하여금 컨버터(52)의 출력을 제어하는 것을 가능하게 하기 위해 컨버터(52)에 결합될 수 있다.

이 실시예에서, 구동기(56)는 입력 신호를 생성하여 프라이머리(42)에 인가하도록 구성되는 스위칭 회로를 포함한다. 구동기(56)는 컨버터(52)로부터의 DC 출력을 프라이머리(42)를 구동하기 위한 AC 출력으로 변환하는 인버터를 형성할 수 있다. 구동기(56)는 응용마다 다를 수 있다. 예를 들어, 구동기(56)는 도 1-7과 관련하여 전술한 무선 전력 송수신기 회로(30)와 유사하게 하프 브리지 토폴로지 또는 풀 브리지 토폴로지로 배열되는, 본 명세서에서 설명되는 MOSFET들 또는 다른 스위치들과 같은 복수의 스위치를 포함할 수 있다.

이 실시예에서, 프라이머리(42)는 공진 커패시터(44)에 결합되어, 직렬 구성으로 배열되는 탱크 회로를 형성한다. 본 발명은 직렬 공진 탱크 회로들과 함께 사용되는 것으로 한정되지 않으며, 다른 타입의 공진 탱크 회로들과 함께 그리고 심지어는 매칭 용량을 갖지 않는 간단한 인덕터와 같은 비공진 탱크 회로들과 함께 대신 사용될 수 있다. 그리고, 도시된 실시예는 코일들을 포함하지만, 무선 전력 공급 장치(10)는 적절한 전자기장을 생성할 수 있는 대안적인 인덕터들 또는 송신기들을 포함할 수 있다. 대안 실시예들은 공진기 코일(또는 인덕터) 및 공진기 커패시터를 갖는 공진기 회로를 더 포함할 수 있으며, 이는 프라이머리(42)가 공진기 회로와 연계하여 전력을 송신하는 것을 가능하게 한다.

무선 전력 공급 장치(12)는 프라이머리(42) 내의 전력의 특성을 감지할 수 있는 결합기(46)도 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합기(46)는 정보를 제어 시스템(54)에 제공하는 전류 센서일 수 있으며, 이 제어 시스템은 감지된 정보에 기초하여 동작 파라미터들을 조정할 수 있다. 감지될 수 있는 전력의 다른 특성들은 실제 전력, 겉보기 전력, 위상 및 전압을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 결합기(46)는 또한 프라이머리(42) 내의 전력의 일부를 컨버터(52)로 송신하여 컨버터(52)의 활성화를 가능하게 함으로써 전력 공급 장치를 오프 상태로부터 깨어나게 할 수 있다.

제어 시스템(54)은 많은 가운데 특히 프라이머리(42)에 대한 원하는 전력 공급 신호를 생성하기 위해 구동기(56)를 동작시키도록 구성되는 부분들을 포함한다. 예를 들어, 제어 시스템(54)은 원격 장치(12)로부터 수신된 통신들에 기초하여 구동기(56)를 제어하거나 동작 파라미터들을 조정할 수 있다. 통신들에 기초하는 제어에 대한 대안으로서 또는 추가로, 제어 시스템(54)은 결합기(46)에서 감지되는 전력의 특성에 기초하여 동작 파라미터들을 조정할 수 있다. 본 발명은 무선 전력을 송신할 수 있는 본질적으로 임의의 시스템들 및 방법들을 이용하여 구현될 수 있다. 적절한 무선 전력 송신 시스템들 및 다양한 대안들이 2007년 5월 1일자로 Baarman에게 허여된 "ADAPTIVE INDUCTIVE POWER SUPPLY"라는 명칭의 미국 특허 제7,212,414호 및 2009년 4월 21일자로 Baarman에게 허여된 "ADAPTIVE INDUCTIVE POWER SUPPLY WITH COMMUNICATION"이라는 명칭의 미국 특허 제7,522,878호에 설명되어 있으며, 이들 특허 모두는 그 전체가 본 명세서에 참고로 반영된다.

무선 전력 공급 장치(12)는 본선 입력(50) 또는 다른 에너지 소스, 예를 들어 배터리, 커패시터 또는 에너지 저장 요소로부터 전력이 전혀 또는 거의 인출되지 않는 오프 상태에 들어가도록 구성될 수 있다. 절전 회로를 갖는 컨버터(52)는 본선 입력(50)으로부터 전력을 인출하거나 전력 인출을 방지하기 위해 선택적으로 턴 온 및 오프할 수 있다. 절전 회로는 일부 실시예들에서 컨버터(52)로부터 분리될 수 있다.

결합기(46)는 프라이머리(42) 내에 전력이 존재하는 것에 응답하여 컨버터(52)를 선택적으로 활성화하는 입력을 컨버터(52)에 제공할 수 있다. 예컨대, 무선 전력 공급 장치(12)가 오프 상태에 있고, 원격 장치(14)가 (예로서, 무선 전력을 수신하기를 원한다는 것을 지시하기 위해) 무선 전력을 프라이머리(42)로 송신하는 경우, 프라이머리(42)에서 생성되는 이러한 전력은 무선 전력 공급 장치(12)를 깨우기 위해 컨버터(52)를 활성화하고, 원격 장치(14)로의 전력 송신을 개시하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 도시된 실시예는 배터리(38)로부터 전력을 인출하고 전력을 무선 전력 공급 장치(12)에 제공하도록 스위칭되는 원격 장치(14)의 스위치(37)를 나타낸다. 게다가, 무선 전력 공급 장치(14)에서 수신되는 전력은 컨버터(52)가 오프 상태에서 온 상태로 스위칭하게 할 수 있다.

컨버터(52)에서 절전 회로를 사용함으로써, 컨버터(52)는 AC 또는 DC 전력 소스, 예를 들어 벽 전력, 배터리 또는 커패시터로부터의 공급을 턴오프할 수 있다. 컨버터(52)는 AC/DC 컨버터 또는 DC/DC 컨버터일 수 있으며, 무선 전력 공급 장치는 절전 회로를 제어하여, 컨버터(52)를 완전히 셧다운시키고, 원격 장치(14)에 의해 제공되는 에너지를 이용하여 턴온할 수 있다. 원격 장치(14)가 전력을 제공하면, 무선 전력 공급 장치(12)는 도 5의 도시된 실시예에 도시된 바와 같이 컨버터(52)를 턴온하여, 전력 공급 장치(12)가 전력을 원격 장치에 제공하게 할 수 있다. 원격 장치(14)에서 수신된 전력이 적절한 레벨에 도달하면, 원격 장치(14)의 제어기(39)는 도 6의 도시된 실시예에 도시된 바와 같이 스위치(37)를 제어하여 배터리(38)를 충전할 수 있다.

이러한 구성을 이용하여, 무선 전력 공급 장치(12)는 컨버터(52)를 턴오프함으로써 완전히 셧다운할 수 있다. 컨버터(52)의 셧다운은 제어 시스템(54)을 파워 다운하여, 그가 전력 소스 또는 외부 입력을 제공받지 않고서 무선 전력 공급 장치(12)를 턴온할 수 있는 것을 방지할 수 있다. 셧다운되면, 무선 전력 공급 장치(12)는 원격 장치(14)로부터 송신되는 유도성 에너지를 이용하여 다시 턴온될 수 있다. 이 에너지는 무선 전력 공급 장치(12) 내의 프라이머리(42)에 또는 대안으로서 무선 전력 공급 장치(12) 내의 개별 코일 또는 수신기에 결합된다. 에너지는 수동형 또는 능동형 정류기를 통해 구동기(56)의 레일에 전력을 공급할 수 있거나, 에너지는 컨버터(52)를 턴온할 수 있다. 파워 온되면, 무선 전력 공급 장치(12)는 근접하는 어떠한 원격 장치(14)도 또는 무선 전력을 원하는 어떠한 원격 장치(14)도 검출하지 못하는 경우에 그 자신을 턴오프할 수 있다. 그러한 검출 이벤트와 실제 셧오프 사이의 유지 기간은 무선 전력 공급 장치(12)가 그 자신을 반드시 셧오프할 필요가 없는 것을 보증하도록 구현될 수 있다.

C. 동작 방법들

본 발명의 방법들은 무선 전력 송수신기 회로(30)가 무선 전력을 수신 및 송신하도록 구성될 수 있는 실시예들과 관련하여 주로 설명된다. 일반적으로, 원격 장치(14)는 다른 원격 장치(14)가 무선 전력을 송신하고 있는지를 검출할 수 있다. 이러한 검출 능력에 대한 대안으로서 또는 추가로, 원격 장치(14)는 다른 원격 장치(14)로부터의 또는 그로의 전력 송신을 협상한다.

이제, 무선 전력이 다른 원격 장치(14)로부터 수신되고 있는지를 검출하는 것과 관련된 실시예가 도 30의 프로세스(1000)를 참조하여 설명된다. 프로세스는 주로 무선 전력을 송신하려고 시도하는 단계, 및 무선 전력 송수신기 회로(30) 안으로 또는 밖으로 흐르는 직류를 모니터링하여 다른 원격 장치(14)가 전력을 송신하려고 시도하고 있는지를 결정하는 단계를 포함한다(단계 1010, 1012). 무선 전력 송수신기 회로(30) 내로 흐르는 전류가 양의 전류로서 간주되지만, 원격 장치(14)가 전력을 송신하려고 시도하는 동안 음의 전류를 측정하는 경우, 다른 원격 장치(14) 또는 무선 전력 공급 장치(12)도 전력을 송신하고 있다(단계 1014). 즉, 원격 장치(14)는 무선 전력 송수신기 회로(30) 내의 전류가 임계치를 초과하는 경우에 다른 장치가 전력을 송신하고 있는 것으로 결정할 수 있다. 대안 실시예에서는, 무선 전력 송수신기 회로(30) 내의 전류가 아닌 다른 전력 특성들을 모니터링하여 다른 장치가 전력을 송신하고 있는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 원격 장치(14)가 무선 전력을 송신하려고 시도하는 것에 응답하여, 전력의 특성에 대한 예측된 효과로부터 편차를 검출하는 것은 다른 장치가 전력을 송신하고 있다는 것을 지시할 수 있다.

일 실시예에서, 원격 장치(14)는 어떠한 장치도 무선 전력을 송신하고 있지 않은 것으로 결정하는 경우에 전력을 계속 송신할 수 있다(단계 1024). 그러나, 원격 장치(14)가 다른 장치가 전력을 송신하고 있는 것으로 결정하는 경우, 원격 장치(14)는 전력의 송신을 중지하고, 대기 상태에 들어갈 수 있다(단계 1016, 1018). 대기 상태에서, 원격 장치(14)는 액션을 수행하기 위한 입력을 수신할 때까지 유휴 상태로 유지될 수 있다. 원격 장치는 또한 전력을 송신하려고 재시도하기 전에 소정 지속기간 동안 기다릴 수 있다(단계 1010). 대안 실시예에서, 원격 장치(14)는 단계 1024로의 파선에 의해 도시된 바와 같이 전력을 송신하려고 계속 시도할 수 있거나, 원격 장치(14)는 단계 1020으로의 파선에 의해 도시된 바와 같이 다른 장치에 의해 송신되는 전력을 정류하기 위해 수신 모드로 재구성할 수 있다. 장치가 수신 모드로 스위칭하는 경우, 장치는 부하 변조를 이용하여 무선 전력을 송신하는 장치와의 통신을 시도할 수 있다(단계 1020).

2개의 원격 장치(14) 또는 하나의 원격 장치(14)와 하나의 무선 전력 공급 장치(12)가 동일 주파수로 무선 전력을 송신하려고 시도하여, 잠재적으로 반사 임피던스의 예상치 못한 값이 어느 하나의 장치에 의해 관측되는 일부 상황들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 제1 원격 장치(14)가 동일 주파수로 그러나 제2 원격 장치(14)에 의해 송신되는 전력에 비해 약간 앞서는 위상각으로 전력을 송신하고 있는 경우, 제1 원격 장치(14) 내의 전류는 상이한 조건들에서 발생하는 전류보다 훨씬 많을 수 있다. 또한, 제2 원격 장치(14)는 제2 원격 장치(14) 내의 레일 전압이 제1 원격 장치(14) 내의 레일 전압보다 높은 경우에도 무선 전력 송수신기 회로(30) 내로의 음의 전류를 검출할 수 있다. 즉, 제2 원격 장치(14)는 다른 장치에 의해 송신되는 전력이 더 높거나 낮은 전력 레벨로 송신됨에도 불구하고 그 전력을 검출할 수 있다. 제2 원격 장치(14)는 임계치 위 또는 아래의 전류를 검출하는 것에 응답하여 다른 장치가 전력을 송신하고 있는 것으로 결정할 수 있다.

어느 하나의 원격 장치(14)에 대한 손상을 방지하기 위해, 제1 및 제2 원격 장치들(14) 중 하나 또는 양자는 동작 주파수 또는 듀티 사이클을 변경하거나, 임시 위상 지연을 삽입하거나, 셧다운하는 것과 같이 하나 이상의 동작 파라미터를 조정할 수 있다. 동작 파라미터들을 조정할 때, 원격 장치(14)는 사전 결정된 스텝 또는 임의의 스텝만큼 조정할 수 있다. 예를 들어, 2개의 원격 장치(14)가 동일 주파수로 전력을 송신하기 시작하고, 하나 또는 양자가 임계치로부터 변하는 레일 내로의 전류를 검출하는 경우, 하나 또는 양 원격 장치(14)는 그들의 인버터들 내에 위상 지연을 삽입하고 전류의 변화를 측정할 수 있다. 전류의 방향이 반전되는 경우, 이것은 다른 장치가 동일 주파수로 전력을 송신하려고 시도한다는 것을 지시할 수 있다.

이제, 원격 장치(14)와 다른 장치, 예를 들어 다른 원격 장치(14) 사이의 전력 송신을 협상하기 위한 실시예가 도 31의 프로세스(1100)를 참조하여 설명된다. 2개의 원격 장치(14)는 그들 각각의 배터리들(38)의 현재 전하 상태 및 그들의 에너지 요구들을 통신하고, 전력 송신을 협상하여, 더 많은 이용 가능 에너지를 갖는 원격 장치(14)가 더 적은 이용 가능 에너지를 갖는 다른 원격 장치(14)로 전력을 송신하게 할 수 있다. 개시의 목적을 위해, 전력 송신을 협상하는 방법은 전력을 송신할 뿐만 아니라 수신도 할 수 있는 2개의 원격 장치(14)와 관련하여 설명되지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않으며, 원격 장치(14)는 전력을 무선으로 송신하지 못하는 다른 장치와 전력 송신을 협상할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

본 발명에 따른 2개의 원격 장치(14)는 원격 장치들(14)이 서로 통신하는 것을 가능하게 하는 통신 시스템을 포함할 수 있다. 통신 시스템은 도 1-8의 원격 장치(14)와 관련하여 설명된 통신 시스템과 유사할 수 있다. 예를 들어, 원격 장치들(14)은 송수신기(21)로부터 분리된 통신 채널을 통해 또는 전력 송신을 개시하고 송수신기들(21) 간의 유도성 결합을 통해 통신함으로써 서로 통신할 수 있다.

원격 장치들(14)이 유도성 결합을 통해 서로 통신하는 경우, 각각의 원격 장치(14)는 부하 변조기를 이용하여 수신 모드에서 수신된 전력에 대해 데이터를 변조하고, 송신 모드에서 송신된 전력에 대해 데이터를 변조할 수 있다. 원격 장치들(14)은 예를 들어 2상 인코딩, 코드 마크 반전(CMI) 인코딩 및 밀러(miller) 인코딩을 포함하는 임의 타입의 스킴과 함께 주파수 변조, 진폭 변조 또는 위상 변조를 포함하는 임의 타입의 변조 기술을 이용할 수 있다. 그리고, 송신 원격 장치(14)는 수신 원격 장치(14)와 동일하거나 상이한 변조를 이용할 수 있다. 일 실시예에서, 수신 모드에서 유도성 전력을 수신할 때, 원격 장치(14)는 현재 전력을 송신하는 장치로부터 통신을 수신하기 위해 주파수, 진폭 또는 다른 검출 회로를 이용하여 송수신기(21)를 통해 통신을 검출할 수 있다. 이어서, 원격 장치(14)는 출력에서 임피던스 요소를 스위칭함으로써 역으로 통신하여 데이터를 변조할 수 있다.

제1 원격 장치(14)와 제2 원격 장치(14) 간의 통신은 반이중 모드 또는 전이중 모드일 수 있다. 반이중 모드에서, 제1 원격 장치(14)가 제2 원격 장치(14)로부터의 통신을 검출하는 경우, 제1 원격 장치(14)는 제2 원격 장치(14)가 그의 데이터 통신을 완료할 때까지 역으로 통신하기 위해 기다릴 수 있다. 전이중 모드에서, 제1 원격 장치(14)는 동일한 제2 원격 장치(14)로부터 통신을 수신하는 동안 제2 원격 장치(14)와 통신할 수 있다. 전이중 모드에서, 변조 기술들은 데이터 손상을 방지하기 위해 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2 원격 장치(14)가 제1 원격 장치(14)로 전력을 송신하고 있고, 제2 원격 장치(14)가 주파수 변조 기술을 사용하고 있는 경우(예로서, 통신을 제공하기 위해 동작 주파수가 변조되고 있는 경우), 제1 원격 장치(14)는 진폭 또는 위상 변조 기술을 이용할 수 있다. 그러나, 제2 원격 장치(14)가 전력을 송신하고 있고, 진폭 변조 기술을 사용하고 있는 경우, 제1 원격 장치(14)는 송수신기(21) 내의 전류의 진폭이 변경되어 제2 원격 장치(14)로부터 송신되는 통신이 잠재적으로 손상되는 것을 방지하기 위해 위상 시프트 키잉(PSK)과 같은 대안 변조 수단을 사용할 수 있다.

이제, 도 31을 참조하면, 제1 및 제2 장치들(14)은 본 발명의 일 실시예에서의 방법(1100)에 따라 전력 송신을 협상할 수 있다. 원격 장치들(14)이 근접 배치되거나 그러한 근접을 검출하면, 장치들(14) 중 하나 또는 양자는 송신 모드에서 무선 전력 송수신기 회로(30)를 이용하여 그들의 송수신기를 구동하기 시작할 수 있다(단계 1110, 1112, 1122). 대안으로서, 제1 원격 장치(14)는 전력 송신을 시작하는 반면에 제2 원격 장치(14)는 유휴 상태로 유지될 수 있으며, 따라서 점선으로 도시된 단계 1122가 생략될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 또는 양 장치(14)에서 근접 검출 시간으로부터의 임의의 지연을 이용하여 동시적인 전력 송신을 방지하려고 시도할 수 있다.

자신들의 송수신기(21)를 구동하는 원격 장치 또는 장치들(14)은 예를 들어 장치 타입, 백분율로서의 배터리 전하 레벨, 이용 가능한 전체 배터리 전력, 장치에 의한 현재 전력 사용 및 원격 장치(14)에 대한 다른 정보, 그의 부하 또는 그의 배터리 상태를 포함하는 그들 자신에 대한 정보를 통신할 수 있다(단계 1114).

각각의 원격 장치(14)에 대한 정보가 다른 원격 장치(14)로 통신되면, 어느 원격 장치(14)가 실제로 전력을 송신해야 하는지 그리고 어느 원격 장치가 수신해야 하는지에 대한 결정이 행해진다(단계 1116). 이러한 결정은 어느 원격 장치(14)가 더 고갈된 배터리(38)를 갖는지, 어느 원격 장치(14)가 더 많은 전력을 사용하고 있는지, 어느 원격 장치(14)가 더 큰 배터리(38)를 갖는지 중 하나 이상에 기초할 수 있다. 예를 들어, 제1 원격 장치(14)가 50% 고갈된 1500 mAHr 배터리를 갖지만, 제2 원격 장치(14)의 배터리(38)가 60% 고갈된 500 mAHr 배터리인 경우, 더 큰 배터리(38)를 갖는 제1 원격 장치(14)는 여전히 더 많은 이용 가능한 전체 에너지를 가지며, 전력을 수신하는 대신에 송신할 수 있다(단계 1118). 그러나, 제1 원격 장치(14)가 1 A의 레이트로 방전할 수 있는 배터리(38)를 갖고, 제1 원격 장치(14)가 현재 750 mA를 이용하여 (스크린, 마이크로프로세서 또는 무선 링크와 같은) 제1 원격 장치(14)의 다른 부분들에 급전하고 있는 경우, 제1 원격 장치(14)는 많은 전력을 제공하지 못할 수 있는데, 그 이유는 배터리(38)가 그러한 많은 전류를 공급할 수 없기 때문이다. 이 경우, 제1 원격 장치(14)는 전력을 송신하는 대신에 수신하기로 결정할 수 있거나(단계 1120), 제1 원격 장치(14)는 전력을 송신하지만, 제2 원격 장치(14)를 더 적은 양의 송신 전력으로 제한하기로 결정할 수 있다. 대안으로서, 제1 원격 장치(14)가 제한된 양의 전력을 제2 원격 장치(14)로 송신하고 있는 경우에 또는 송신 전력의 양을 제한하기를 원하는 경우에, 제1 원격 장치(14)는 이용 가능한 최대 전력량을 제2 원격 장치(14)로 통신할 수 있으며, 따라서 제2 원격 장치(14)는 무선 전력 송수신기 회로(30)의 출력 전압을 낮추거나, 전력 조절기(에로서, DC/DC 컨버터)의 출력을 낮추거나, 충전 전류를 낮추거나, 이들의 조합에 의해 그가 수신하는 전력의 양을 제한할 수 있다.

원격 장치들(14)이 단방향으로 통신할 수 있는 대안 실시예에서, 제1 및 제2 원격 장치(14)는 단방향 통신 모드에서 부하 변조를 이용할 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 원격 장치(14)는 전력을 수신하는 동안 그 자신에 대한 정보를 제공할 수 있다. 제1 원격 장치(14)는 이러한 정보의 송신을 완료하면, 전력의 송신을 중지하기 위한 요청을 제2 원격 장치(14)로 송신한다. 이어서, 제1 및 제2 원격 장치들(14)은 전력의 흐름을 반전시키고, 이어서 제2 원격 장치(14)는 그의 정보를 통신할 수 있다. 양 원격 장치(14)가 정보를 송신할 수 있는 경우, 어느 원격 장치(14)가 전력 송신기가 되고, 어느 원격 장치가 수신기가 될지에 관한 결정이 행해질 수 있다.

이러한 대안 실시예에서, 제1 및 제2 원격 장치들(14) 양자가 동시에 전력을 송신하려고 시도하는 경우, 특히 양 원격 장치(14)가 동일한 변조 기술을 사용하려고 시도하는 경우에 통신이 방해되거나 열화될 수 있다. 이 경우, 각각의 원격 장치(14)는 그들 자신의 무선 전력 송수신기 회로(30) 내로 흐르는 직류를 측정할 수 있다. 전력을 처음 인가할 때 각각의 전류 레벨이 임계 레벨 위 또는 아래인 경우, 원격 장치(14)는 다른 원격 장치(14)가 전력을 송신하려고 시도하고 있다는 것을 인식할 수 있다. 이어서, 원격 장치들(14) 중 하나는 수신 모드로 전환하며, 다른 원격 장치(14)와 통신하도록 시도하기 위해 변조를 시작할 수 있다. 대안으로서, 원격 장치는 단순히 턴오프하고, 전력을 다시 송신하도록 시도하기 위해 사전 결정된 또는 임의의 시간 양 동안 기다릴 수 있다.

원격 장치(14)가 다른 원격 장치들(14)이 근접하는지를 알기 위해 전력을 송신하기로 결정할 때, 원격 장치(14)는 원격 장치(14) 내의 이용 가능 전력에 기초하여 송수신기(21)에 인가되는 전력의 양을 변경할 수 있다. 예를 들어, 원격 장치(14)는 충분히 충전되고, 많은 전력을 사용하지 않는 경우, 그의 공진 포인트에 더 가깝게 동작하거나, 스위치들(31-34)의 듀티 사이클을 증가시키거나, 무선 송수신기 회로(30)의 인버터로의 레일 공급을 증가시킴으로써 그의 송수신기(21)에 많은 양의 전력을 인가할 수 있다. 이와 달리, 배터리(38)가 고갈되는 경우, 원격 장치(14)는 그의 공진 포인트로부터 더 먼 주파수에서 그의 송수신기(21)에 적은 양의 전력을 인가하거나, 스위치들(31-32)의 듀티 사이클을 줄여서 적은 양의 전력을 송수신기(21)에 인가하거나, 무선 송수신기 회로(30)의 인버터에 대한 레일 공급을 줄여서 적은 양의 전력을 송수신기(21)에 인가할 수 있다. 이를 행함에 있어서, 2개의 원격 장치(14)가 동시에 전력 송신을 시작할 때, 더 적은 전력을 송신하는 원격 장치(14)는 그의 송수신기(21)를 구동하려고 시도하는 경우에도 전력을 수신하기 시작할 수 있다. 이러한 효과는 원격 장치(14)에서 검출될 수 있으며, 이어서 원격 장치는 그에 응답하여 수신 모드로 매우 빠르게 복귀할 수 있다. 원격 장치(14)는 수신 모드에 있는 경우에 다른 원격 장치(14)와 통신하기 시작할 수 있다. 이러한 방법을 이용하여, 더 많은 이용 가능 전력을 갖는 원격 장치들(14)은 전력 충돌이 발생하는 경우에 전력 송신기로서 구성될 수 있다.

그러나, 2개의 원격 장치(14)가 동일한 주파수로 전력을 송신하고 있는 경우, 본 명세서에서 설명되는 반사 임피던스의 변화는 어느 원격 장치(14)가 더 많은 이용 가능 전력을 갖는지를 검출하기 위한 원격 장치(14)의 능력을 손상시킬 수 있다. 원격 장치(14)가 동일 주파수로 전력을 송신하려고 시도하는 다른 원격 장치(14)를 검출하는 경우, 원격 장치(14)는 단순히 셧다운하고 다시 시도할 수 있거나, 다른 원격 장치(14)와 다른 주파수로 동작하도록 시도하기 위해 그의 동작 주파수를 변경할 수 있다.

D. 제2 실시예

본 발명의 제2 실시예에서, 무선 전력 공급 시스템(110)은 무선 전력 공급 장치(12) 및 원격 장치(14)를 포함하는 무선 전력 공급 시스템(10)과 관련하여 본 명세서에서 설명되는 것들과 유사하지만, 에러 예외를 갖는다. 제2 실시예는 도 1-8의 도시된 실시예들의 원격 장치(14)와 유사하지만 다수의 세컨더리를 갖는 원격 장치(114)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 원격 장치(114, 114') 내의 다수의 세컨더리는 무선 전력을 송신 또는 수신하도록 선택적으로 활성화될 수 있다. 원격 장치들(114, 114')은 서로와의 동작으로 한정되지 않으며, 원격 장치(114)는 도 9의 도시된 실시예에 도시된 바와 같이 무선 전력 공급 장치(12)를 포함하는 본 명세서에서 설명되는 다른 장치들 또는 무선 전력 공급 장치들과 연계하여 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 9-13의 도시된 실시예들에서, 원격 장치들(114, 114')은 원격 장치(14, 14')와 유사하지만, 제2 무선 전력 송수신기 회로(130), 및 제2 세컨더리(122) 및 제2 공진 커패시터(124)를 갖는 제2 송수신기(121)를 포함할 수 있다. 이러한 컴포넌트들은 도 1-8의 도시된 실시예와 관련하여 설명된 세컨더리(22), 공진 커패시터(24) 및 무선 전력 송수신기(30)와 유사하게 구성될 수 있다. 도시된 실시예의 제2 세컨더리(122) 및 세컨더리(22)는 동심이지만, 이들은 서로에 대해 임의의 방식으로 구성될 수 있다. 또한, 송수신기들(21, 121) 중 하나 이상은 대안 실시예에서 무선 전력 송수신기 회로(30, 130)를 포함하지 않을 수 있으며, 개별 DC/DC 컨버터들에 접속되거나 접속되지 않을 수 있다.

둘 이상의 송수신기(21, 121, 21', 121')와 관련하여, 원격 장치(114, 114')는 하나 이상의 송수신기(21, 121, 21', 121')를 선택적으로 활성화하여 전력을 송신 또는 수신할 수 있다. 대안 실시예에서, 제2 무선 전력 송수신기 회로(130) 또는 무선 전력 송수신기 회로(30)는 예를 들어 제2 세컨더리(122) 및 제2 공진 커패시터(124)와 저저항 루프를 형성하는 단순 도체일 수 있다. 송수신기(121)의 이러한 구성은 송수신기(21)와 프라이머리(42)와 같은 송신기 사이의 결합을 도울 수 있는 공진기 회로로서 설명될 수 있다.

송수신기(21), 제2 송수신기(121) 또는 이들 양자는 본 명세서에서 설명되는 송수신기(21)와 유사한 방식으로 원격 장치(114)로부터 전력을 송신하거나 그 원격 장치 내에서 전력을 수신하도록 선택적으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송수신기(30) 및 제2 무선 전력 송수신기(130) 중 하나 또는 양자는 송신 모드에서 원격 장치(114)로부터의 전력을 송신하도록 구성될 수 있다. 또한, 하나 또는 양자는 수신 모드에서 원격 장치(114) 내에서 전력을 수신하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 원격 장치(114)가 전력을 원격 장치(114')로 송신하고 있거나 그 반대인 상황들에서, 원격 장치(114)의 제2 송수신기(121)는 전력 송신을 위해 사용될 수 있으며, 원격 장치(14')의 송수신기(21')는 전력 수신을 위해 사용될 수 있다. 또는, 원격 장치(114)의 송수신기(21)는 전력 송신을 위해 사용될 수 있으며, 원격 장치(14')의 제2 송수신기(121')는 전력 수신을 위해 사용될 수 있다.

도 10에 도시된 원격 장치(114)의 일 실시예에서는, 배터리(38)의 충전 또는 배터리(38)로부터의 전력 흐름의 방향을 제어할 수 있는 스위치(37)를 갖는 대신에, 원격 장치(114)는 무선 전력 송신에 충분한 레일 전압에서 송수신기들(21, 121)에 전력을 공급하도록 구성되는 DC/DC 컨버터(137)를 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터(137)의 출력은 도 1-8과 관련하여 설명된 무선 전력 공급 장치(12)의 컨버터(52)와 유사하게 구성에 따라 고정 또는 가변적일 수 있다.

어느 송수신기들(21, 121)을 사용할지의 선택은 충전되는 장치 또는 전력을 요구하는 장치의 전압 또는 전력 요구들에 의존할 수 있다. 일부 상황들에서는, 원격 장치(14)가 통상적인 근거리 유도성 시스템들보다 먼 거리로부터 유도성 전력을 수신하는 것을 가능하게 하기 위해 2개의 송수신기(21, 121)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 원격 장치(114)의 양 세컨더리들(22, 122)은 도 11의 도시된 실시예에서 활성이다. 이러한 세컨더리들(22, 122)은 서로의 주위에 동심원으로 감길 수 있으며, 세컨더리들(22, 122) 중 하나가 다른 하나(22, 122)보다 높은 인덕턴스를 갖도록 구성될 수 있다. 원격 장치(114)가 무선 전력 공급 장치(12) 또는 더 먼 거리에 있는 다른 원격 장치(114')로부터 전력을 수신하고 있을 때, 원격 장치(114)는 제2 송수신기(121)와 같은 하나의 송수신기를 공진기로서 그리고 다른 하나의 송수신기(21)를 전력을 수신하도록 구성할 수 있다.

원격 장치(114')가 근접해 있고 전력 송신을 개시할 때, 원격 장치(114)는 송수신기(21) 또는 제2 송수신기(121) 또는 이들 양자를 이용하여, 즉 하나 또는 양 세컨더리(22, 122)를 이용하여 전력을 수신할 수 있다.

전력을 송신할 때, 원격 장치(114')는 그의 세컨더리들(22', 122') 중 하나 또는 양자를 선택하여 전력을 송신할 수 있다. 예를 들어, 원격 장치(114')가 충분한 전력을 송신할 수 있는 것을 보증하기 위해, 최저 인덕턴스 세컨더리(22', 122')를 선택하여, 주어진 입력 전압에 대해, 원격 장치(114')가 최대 양의 전력을 송신할 수 있는 것을 보증할 수 있다. 세컨더리(22', 122')가 충분히 낮은 인덕턴스를 갖고, 원격 장치(114')의 배터리(38)가 충분히 높은 전압을 갖는 경우, 원격 장치(114)는 무선 전력 송수신기 회로들(30, 130)의 레일 전압을 증가시키기 위해 DC/DC 컨버터(137)와 같은 전압 부스팅 회로를 사용하지 않을 수 있다.

일 실시예에서, 원격 장치(114)가 근접 결합된 유도성 전력 송신 시스템을 사용하고 있는 경우, 원격 장치(114)는 전력을 수신하기 위해 하나의 세컨더리(22, 122)를 선택할 수 있다. 원격 장치(114)는 수신되는 전압이 원격 장치(114)에 급전하기에 충분히 높은 것을 보증하기 위해 더 높은 인덕턴스의 세컨더리(22, 122)를 선택할 수 있다. 예를 들어, 도 12 및 13의 도시된 실시예에 도시된 바와 같이, 전력을 수신하고 있는 원격 장치(114, 114')는 세컨더리(22, 22')보다 높은 인덕턴스를 갖는 세컨더리(122, 122')를 선택하였다. 이러한 구성은 원격 장치(114)가 원격 장치(114)의 최대 전력 요구를 지원하지 못하는 송신기(예로서, 무선 전력 공급 장치(10)) 또는 원격 장치(114')로부터 전력을 수신하고 있을 때 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 원격 장치(114)가 5 와트를 수신하도록 구성되지만, 원격 장치(114') 또는 송신기가 2 와트만을 공급할 수 있는 경우, 자장은 원하는 정류 전압에서 원격 장치(114)에 공급할 충분한 에너지를 갖지 못할 수 있다. 더 높은 인덕턴스의 세컨더리(22, 122)를 선택함으로써, 정류 전압은 주어진 자장 레벨 및 부하에 대해 더 높을 수 있다. 이것은 원격 장치(114)가 추가 전압 부스팅 회로를 사용하지 않고서 주어진 부하에 전력을 공급하기에 충분한 높은 전압을 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다.

대안으로서, 원격 장치(114)는 다수의 세컨더리(22, 122)를 선택하고, 그들을 병렬로 구성하여, 결과적인 결합된 송수신기의 인덕턴스를 더 줄일 수 있다. 세컨더리들(22, 122)에 결합된 공진 커패시터들(24, 124)은 직렬 또는 병렬로 유지되어, 개별 송수신기들(21, 121)과 유사한 공진 포인트를 유지할 수 있다. 게다가, 원격 장치(114)는 전력의 수신을 시도하고 있는 경우에 세컨더리들(22, 122)을 직렬로 구성하여 전체 인덕턴스를 증가시킬 수 있다.

게다가, 2 세컨더리(22, 122)(또는 다중 인덕터) 솔루션에서, 원격 장치(14)는 전력 송신을 시도하고 있을 때 비구동 세컨더리(22, 122) 상에서 전류 또는 전압을 측정하여 다른 유도성 전력 송신기의 존재를 결정할 수 있다. 예를 들어, 2 세컨더리(22, 122) 원격 장치(114)에서, 원격 장치(114)는 더 낮은 인덕턴스의 세컨더리(22)를 전력을 송신하도록 그리고 더 높은 인덕턴스의 세컨더리(122)를 개방 회로로서 구성할 수 있다. 더 높은 인덕턴스의 세컨더리(122) 상에 유도된 전압을 측정함으로써, 원격 장치(114)는 다른 장치가 전력 송신을 시도하고 있는지를 결정할 수 있다. 원격 장치(114)는 더 높은 인덕턴스의 세컨더리(122)에서 진폭을 측정하고 이를 임계치와 비교함으로써 또는 더 높은 인덕턴스의 세컨더리(122) 내의 전압의 위상 또는 주파수를 송신 세컨더리(22) 상의 구동 파형의 위상과 비교함으로써 그러한 시도 여부를 결정할 수 있다. 위상 또는 주파수가 주어진 구동 파형에 대한 예측 값과 매칭되지 않는 경우, 원격 장치(114)는 다른 장치가 전력 송신을 시도하고 있고, 그러한 송신 장치의 자장이 비구동 세컨더리(122)에 의해 관측되는 장을 변경할 만큼 충분히 강한 것으로 결정할 수 있다. 비구동 세컨더리(122)는 옵션으로서 전력 송신을 시도하는 다른 장치를 검출하기 위해 전압 또는 전류 또는 이들 양자를 측정할 수 있는 공진 코일일 수 있다.

E. 제3 실시예

본 발명의 제3 실시예에서, 무선 전력 공급 시스템(210)은 무선 전력 공급 장치(12)를 포함하는, 본 명세서에서 설명되는 것들과 유사하지만, 여러 예외를 갖는다. 제3 실시예는 도 1 및 3-7의 도시된 실시예의 무선 전력 공급 장치(12)와 유사하지만 컨버터(52)를 제어하는 추가 회로를 갖는 무선 전력 공급 장치(212)를 포함할 수 있다.

이러한 제3 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치(212)는 도 14 및 15의 도시된 실시예들과 관련하여 설명된다. 무선 전력 공급 장치(12)와 같이, 무선 전력 공급 장치(212)는 프라이머리(42) 내에 존재하는 전력에 응답하여 컨버터(52)를 활성화할 수 있는 결합기(46)를 포함할 수 있다. 무선 전력 공급 장치(212)는 다른 소스들로부터 입력을 수신하여, 결합기(46)와 다른 소스로부터의 컨버터(52)의 활성화 또는 컨버터(52)의 계속된 활성화를 가능하게 할 수 있는 논리 회로(251)를 더 포함할 수 있다.

도 14의 도시된 실시예에서, 논리 회로(251)는 결합기(46) 및 제어기(56)로부터 출력들을 수신하는 OR 게이트이지만, 임의 타입의 논리 회로(251)가 사용될 수 있다. 전과 같이, 결합기(46)는 컨버터(52)를 활성화할 수 있지만, 이 실시예에서 제어기(56)는 무선 전력 공급 장치(212)가 전력을 송신하는 동안 컨버터(56)를 온 상태로 유지할 수 있다. 예를 들어, 컨버터(52)가 원격 장치(14)로부터의 전력 수신에 응답하여 활성화되는 경우, 제어기(56)는 무선 전력의 송신을 개시할 수 있다. 제어기(56)가 전력의 송신을 중지하지만, 여전히 온 상태로 유지하기를 원하는 상황들이 존재할 수 있다. 이러한 상황에서는, 원격 장치(14)가 전력 송신을 중지했을 수 있으므로, 프라이머리(42) 내에는 전력이 존재하지 않아서, 잠재적으로 컨버터(52)가 비활성화되는 것을 가능하게 할 수 있다. OR 게이트(251)를 이용하여, 제어기(56)는 프라이머리(42) 내의 전력의 부재에도 불구하고 무선 전력 공급 장치(212)를 온 상태로 유지할 수 있다.

도 15의 도시된 실시예에서, 논리 회로(251)는 다수의 소스로부터 출력들을 수신하는 OR 게이트이다. 소스들 중 2개는 결합기(46) 및 제어기(56)로부터의 출력들을 포함하며, 도 14의 도시된 실시예와 관련하여 설명된 바와 같이 동작한다. 이 실시예는 하나 이상의 추가적인 출력을 수신하여, 다른 소스들에 기초하는 컨버터(52)의 활성화를 가능하게 할 수 있다.

도 15의 도시된 실시예의 무선 전력 공급 장치(212)는 외부 소스를 나타내는 스위치(257)를 포함한다. 예를 들어, 스위치(257)는 사용자가 컨버터(52)를 시동하기 위해 무선 전력 공급 장치(212)에 임시로 급전하는 것을 가능하게 하는 사용자 조작 버튼 스위치일 수 있다. 이어서, 제어기(56)는 전력의 송신을 제어하는 동안 컨버터(52)를 온 상태로 유지할 수 있다. 다른 예에서, 스위치(257)는 개별 제어기로부터의 입력과 같은 개별 제어 채널로부터 조작될 수 있다. 배터리 전력으로 작동하는 차량에서는, 배터리 소모를 방지하기 위해 무선 전력 공급 장치(212)가 완전히 턴오프될 수 있다. 무선 전력 공급 장치를 턴온하기 위해, 차량 내의 개별 제어 유닛이 컨버터(52)를 일시적으로 활성화함으로써 무선 전력 공급 장치(212)가 턴온되게 할 수 있다. 대안으로서, 개별 제어 유닛은 무선 전력 공급 장치(212)에 전력을 일시적으로 제공할 수 있으며, 제어기(56)는 이를 검출하고 온 상태에 들어갈 수 있다.

도 15의 도시된 실시예는 스위치(257)의 상태에 기초하여 수용 가능 출력을 논리 회로(251)에 제공하기 위한 소스(50)를 조절하도록 적응되는 다이오드(253) 및 저항기(255) 또는 다른 적절한 회로를 포함할 수 있다. 하나 이상의 소스, 결합기(47) 또는 이들의 조합으로부터의 신호들이 전기적 논리합을 위한 회로, 예를 들어 다이오드들, MOSFET들 또는 다른 통상적인 전기 조절 회로를 포함하는 임의의 회로를 이용하여 결합될 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 신호들은 AND, NAND, XOR, XNOR 또는 임의의 다른 타입의 조합과 같은 다른 논리 조합들을 이용하여 결합될 수 있으며, 조절 회로의 출력은 수신된 입력들에 기초하여 컨버터(52)를 적절히 제어한다.

F. 제4 실시예

본 발명의 제4 실시예에서, 무선 전력 공급 시스템(310)은 본 명세서에서 설명되는 것들과 유사하지만, 여러 예외를 갖는다. 제4 실시예는 무선 전력 공급 장치(12)와 유사한 무선 전력 공급 장치(312) 및 원격 장치(14)와 유사한 원격 장치(314)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 무선 전력 공급 장치(312) 및 원격 장치(314)는 그들 사이에 개별 통신 링크, 예로서 NFC 링크, 송신 제트 링크 또는 블루투스 링크를 설정할 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 그러한 통신 링크는 저전력 통신 시스템에 의해 형성되어, 과도한 전력을 사용하거나 배터리로부터 과도한 전력을 소모하지 않고서 원격 장치(314)로 하여금 그가 다른 타입의 장치들/센서들을 찾는 데 사용하는 것과 동일한 방법들을 이용하여 무선 전력 공급 장치들을 찾게 할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 공급 장치(312)는 NFC 태그(344) 및 NFC 태그 코일(342)을 포함할 수 있으며, 원격 장치(312)는 NFC 송수신기(324) 및 NFC 송수신기 코일(322)을 포함할 수 있다. 이러한 컴포넌트들은 원격 장치(314)로 하여금 그의 NFC 송수신기(324)를 활성화하여 무선 전력 공급 장치(312)가 근처에 있는지를 검출하고, 그에 응답하여 그의 송수신기(21)를 자동으로 활성화하여 전력 송신을 개시하는 것을 가능하게 할 수 있다. 원격 장치(314)로부터 사전 결정된 양의 시간 동안 전력이 무선 전력 공급 장치(12)에 인가되면, 원격 장치(314)는 전력을 제거할 수 있으며, 무선 전력 공급 장치(12)는 전력을 다시 원격 장치(314)로 송신하기 시작할 수 있다.

G. 제5 실시예

본 발명의 제5 실시예에서, 무선 전력 공급 시스템(410)은 본 명세서에서 설명되는 것들과 유사하지만, 여러 예외를 갖는다. 도 17-20의 도시된 실시예들을 참조하면, 제5 실시예는 무선 전력 공급 장치(12)와 유사한 무선 전력 공급 장치(412)를 포함할 수 있으며, 제어기 컨버터(451), 센서(453) 및 구동기/정류기 회로(456)를 더 포함할 수 있다. 도 1 및 3-7의 도시된 실시예들과 관련하여 설명된 바와 같이, 무선 전력 공급 장치(412)는 컨버터(52)를 턴오프함으로써 셧다운할 수 있다. 컨버터(52)의 셧다운은 제어 시스템(54)을 파워 다운하여, 그가 전력 소스 또는 외부 입력을 제공받지 않고서 무선 전력 공급 장치(12)를 턴온할 수 있는 것을 방지할 수 있다. 셧다운되면, 무선 전력 공급 장치(12)는 원격 장치(14)로부터 송신된 유도성 에너지를 이용하여 다시 턴온될 수 있다.

원격 장치(14)로부터 수신된 에너지는 구동기/정류기(456)의 레일에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있으며, 이 구동기/정류기는 이 실시예에서 원격 장치(14)의 무선 전력 송수신기 회로(30)와 유사하게 동작하여, 수신 전력을 수동적으로 또는 능동적으로 정류하도록 구성될 수 있고, 따라서 무선 전력 공급 장치(412)에 급전하는 데 적합하다. 즉, 구동기/정류기(456)는 송신 모드와 수신 모드 사이에서 구성 가능할 수 있다. 이 실시예는 그러한 구성으로 한정되지 않으며, 구동기/정류기(456)는 대안 실시예들에서 수신 모드로 구성되는 능력을 포함하지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 구동기/정류기(456)에서 수신된 에너지는 정류되지 않을 수 있으며, 대신에 단지 컨버터(452)를 활성화하는 데 사용될 수 있다.

무선 전력 공급 장치(412)에 전력이 공급되는 것에 응답하여, 제어기 컨버터(451)는 제어기(54)가 동작하도록 수신 전력을 조절할 수 있다. 대안 실시예에서, 제어기 컨버터(451)는 존재하지 않을 수 있으며, 제어기(54)는 구동기/정류기(456)로부터 직접 수신되는 전력으로 동작할 수 있다.

이 실시예에서, 제어기(54)는 동작시에 컨버터(452)를 활성화하여 무선 전력 공급 장치(412)를 오프 상태에서 온 상태로 깨움으로써, 도 1 및 3-7의 도시된 실시예들과 관련하여 설명된 무선 전력 공급 장치(12)와 유사하게 전력 송신을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 도 19 및 20의 도시된 실시예들에 도시된 바와 같이, 원격 장치(14)는 무선 전력 공급 장치(412)로의 전력 송신을 개시하여, 잠재적으로 전력 공급 장치를 오프 상태로부터 깨울 수 있다. 이어서, 무선 전력 공급 장치는 원격 장치(14)로의 전력 송신을 시작할 수 있으며, 따라서 예를 들어 원격 장치(14)는 배터리(38)를 충전할 수 있다. 일 실시예에서, 무선 전력 공급 장치(412)는 원격 장치(14)로의 전력 송신을 개시하기 위해 원격 장치(14)가 전력 송신을 중지할 때까지 기다릴 수 있다.

센서(453)는 결합기(46)와 유사하게 구성될 수 있으며, 제어기(54)에 피드백을 제공하여, 제어기가 구동기/정류기(456) 내의 전력을 모니터링하고, 전력 소스(50, 450)로부터의 전력을 모니터링하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기(54)는 무선 전력 공급 장치(412) 및 다른 장치들 모두가 전력 송신을 시도하고 있는지를 결정할 수 있다. 이러한 프로세스는 원격 장치(14)와 관련하여 전술한 방법들과 유사할 수 있다. 제어기(54)는 또한 전력 소스(450)의 전력 레벨을 결정하여, 전력을 송신할지 또는 얼마나 많은 전력을 송신할지 또는 이들 둘 다를 결정할 수 있다. 제어기는 또한 센서(453)의 출력에 기초하여 소스(50, 450)의 타입을 결정할 수 있다.

일 실시예에서, 무선 전력 공급 장치(412)는 배터리와 같은 DC 소스(450)에 의해 급전될 수 있으며, DC 소스(450)로부터의 전력을 전력 송신에 이용 가능한 형태로 조절하도록 구성되는 DC/DC 컨버터(452)를 포함할 수 있다. 이러한 구성은 교류 소스가 아니라 직류 소스로부터 급전될 수 있는 무선 전력 공급 장치(12)와 관련하여 본 명세서에서 설명되는 대안 실시예들 중 하나와 유사할 수 있다.

H. 제6 실시예

본 발명의 제6 실시예에서, 원격 장치(614)는 예를 들어 원격 장치(14)를 포함하는, 다른 실시예들과 관련하여 본 명세서에서 설명되는 원격 장치들과 유사하다. 제6 실시예는 원격 장치(614)가 전력을 송신하고 있을 때 무선 전력 송수신기 회로(30)에 고전압을 그리고 원격 장치(614)가 전력을 수신하고 있을 때 부하 또는 배터리(38)에 저전압을 제공하도록 구성되는 2-상한 컨버터 회로(637)를 포함한다.

무선 전력 공급 장치(12)와 같은 송신기로부터 전력을 수신할 때, 배터리(38)를 충전하거나 원격 장치(614)의 다른 부분들에 전력을 공급하기 위해 필요한 전력보다 높은 전압을 수신하는 것이 유리할 수 있다. 필요한 것보다 높은 전압을 수신함으로써, 송수신기(21) 내의 전류가 감소하여, 잠재적으로 효율을 증가시킬 수 있다. 더 높은 전압은 (예를 들어, 결합, 부하 또는 다른 팩터들의 변화들로 인해) 수신 전압이 갑자기 감소하는 경우에도 도움이 될 수 있으며, 무선 송수신기 회로(30)는 전압 오버헤드를 이용하여 원격 장치(614)로의 전력 공급을 계속할 수 있다.

게다가, 원격 장치(614)가 다른 원격 장치(14)로의 전력 송신을 개시할 때, 배터리(38)에 의해 공급되는 전압은 다른 원격 장치(14)에 급전하기에 충분한 에너지를 생성할 만큼 충분히 높지 않을 수 있다. 2-상한 DC/DC 컨버터로서 구성되는 2-상한 컨버터(637)를 사용함으로써, 배터리(38)에 공급되는 전압을 줄이는 데 사용되는 동일 컨버터가 그의 동작 모드를 변경함으로써 무선 전력 송수신기 회로(30) 내로의 전압을 증가시키는 데 사용될 수 있다.

그러한 2-상한 컨버터 회로(637)의 일례가 도 21-28의 도시된 실시예들에 도시되며, 제어기(39)에 의해 제어될 수 있는 컨버터 인덕터(683) 및 스위치들(681, 682)을 포함한다. 이 예에서는, 컨버터 인덕터(L1)(683)와 함께, 2개의 N 채널 MOSFET(Q1, Q2)가 스위치들(681, 682)로서 사용된다. 도시된 예에서, 스위치들(681, 682)은 제어기(39)에 의해 제어될 수 있지만, 대안 실시예에서 원격 장치(614)는 도 28의 도시된 실시예에 도시된 바와 같이 DC/DC 컨버터 제어기와 같은 개별 제어기(686)를 사용할 수 있다. 이러한 개별 제어기(686)는 제어기(39)에 의해 제어될 수 있다.

원격 장치(614)는 도 22 및 23에 도시된 바와 같이 전력을 수신하고 있을 때 2 상한 컨버터(637)를 벅 컨버터로서 사용할 수 있다. 이러한 모드에서, 제어기(39)는 무선 전력 공급 장치(12)와 통신하여 전력 출력을 사전 결정된 레벨로 조정할 수 있다. 그러한 레벨에서, 제어기(39)는 먼저 스위치(681)(Q1)를 턴온할 수 있다. 이어서, 도 22에 도시된 바와 같이, 전류가 무선 전력 송수신기 회로(30)로부터 스위치(681)(Q1)를 통해 그리고 컨버터 인덕터(683)(L1)를 통해 배터리(38) 또는 다른 부하로 흐르기 시작한다. 출력 전압이 너무 높아지는 것을 방지하기 위해, 스위치(681)(Q1)가 턴오프될 수 있고, 이어서 스위치(682)(Q2)가 턴온될 수 있다. 컨버터 인덕터(683)(L1)는 그의 자장 내에 에너지를 저장하므로, 도 23에 도시된 바와 같이, 컨버터 인덕터(683)(L1) 양단의 전압은 반전되어, 접지 기준으로부터 스위치(682)(Q2)를 통해 그리고 컨버터 인덕터(683)(L1)를 통해 부하(38) 내로 전류를 인출한다. 이러한 사이클은 무선 전력 송수신기 회로(30)로부터의 정류된 전압이 너무 낮아지지 않는 한은 또는 2 상한 컨버터(637)가 턴오프될 때까지 반복될 수 있다. 대안 실시예에서는, 다이오드가 스위치(682)(Q2)에 병렬로 추가되고, 애노드가 접지 기준에 접속되어, 잠재적으로 스위치(682)(Q2)를 턴온할 필요성을 제거하고, 아마도 제어기(39)의 복잡성을 줄일 수 있다.

원격 장치(614)가 도 24-26에 도시된 바와 같이 다른 장치로 전력을 송신하고 있을 때, 2 상한 컨버터(637)(또는 2 상한 전력 공급 장치)는 부스트 컨버터로서 동작할 수 있다. 이러한 구성에서, 제어기(39)는 먼저 스위치(682)(Q2)를 턴온하여, 도 24에 도시된 바와 같이 배터리(38)로부터의 전류가 컨버터 인덕터(683)(L1)를 통과하게 할 수 있다. 전류가 정상 상태에 도달하기 전에, 제어기(39)는 스위치(682)(Q2)를 열고, 스위치(681)(Q1)를 닫을 수 있다. 컨버터 인덕터(683)(L1)에 저장된 자기 에너지는 L1 양단의 전압을 반전시켜, 도 25에 도시된 바와 같이 전류를 Q1을 통해 무선 전력 송수신기 회로(30) 내로 강제할 수 있다. 무선 전력 송수신기 회로(30)에서의 결과적인 전압은 배터리(38)의 전압보다 높아서, 원격 장치(614)로 하여금 더 많은 전력을 다른 장치로 송신하게 할 수 있다. 이어서, 스위치(682)(Q2)는 열릴 수 있고, 스위치(681)(Q1)는 닫힐 수 있으며, 따라서 도 26에 도시된 바와 같이 컨버터 인덕터(683)(L1) 내의 에너지가 무선 전력 송수신기 회로(30)로 계속 흐르는 것을 가능하게 할 수 있다. 대안 실시예에서는, 다이오드가 스위치(681)(Q1)에 병렬로 추가되고, 그의 애노드가 컨버터 인덕터(683)(L1)에 접속될 수 있다. 병렬 다이오드의 경우, 스위치(681)(Q1)가 열린 상태로 유지될 수 있지만, 여전히 전류가 병렬 다이오드를 통해 흐를 수 있다. 이것은 제어기(39)의 복잡성을 줄일 수 있지만, 이는 손실의 증가를 유발할 수 있다.

벅 또는 부스트 모드들에서, 컨버터 인덕터(683)(L1)를 통해 흐르는 전류는 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 벅 모드에서, 컨버터 인덕터(683)(L1)를 통과하는 전류가 항상 양의 방향이고(예를 들어, 배터리(38) 내로 흐르고), 0 A 이상인 경우에, 이것은 연속 모드라고 한다. 그러나, 입력 전압이 너무 높거나, 부하 전류가 너무 낮은 경우, 2 상한 컨버터(637)는 불연속 모드에서 동작할 수 있다. 불연속 모드에서, 스위치(681)(Q1)는 턴온되고, 이어서 스위치(682)(Q2)가 턴온되는 동안에 턴오프된다. 컨버터 인덕터(683)(L1) 내의 전류가 부하(38)로부터 접지 리턴 내로 다시 흐르는 것을 방지하기 위하여, 스위치(682)(Q2)가 턴오프될 수 있다. 그러나, 출력 전압이 필요한 것보다 높은 경우, 스위치(681)(Q1)가 다시 바로 턴온될 필요는 없을 수 있다. 스위치들(681, 682) 양자가 오프되므로, 컨버터 인덕터(683)(L1) 내의 전류는 0 A가 될 수 있다. 2 상한 컨버터(637)가 부스트 모드에 있을 때, 무선 전력 송수신기 회로(30) 출력 전압이 필요한 것보다 높은 경우에 스위치(682)(Q2)는 스위치(681)(Q1) 직후에 턴온되지 않을 수 있다. 이러한 예에서, 스위치(681)(Q1) 및 스위치(682)(Q2) 양자는 오프될 수 있으며, 결과적으로 컨버터 인덕터(683)(L1)를 통해 0의 전류가 흐를 수 있다.

벅 모드로부터 부스트 모드로 스위칭하기 위해, 제어기(39)는 컨버터 인덕터(683)(L1) 내의 전류의 방향을 반전시킬 수 있다. 이를 행하기 위해, 제어기(39)는 스위치(681)(Q1)가 열리고 스위치(682)(Q2)가 닫힐 때까지 기다릴 수 있다. 스위치(682)(Q2)가 닫히면, 제어기는 컨버터 인덕터(683)(L1) 내의 전류가 반전될 때까지 스위치(682)(Q2)를 닫힌 상태로 유지할 수 있다. 전류가 반전되면, 제어기는 스위치(682)(Q2)를 열고, 스위치(681)(Q1)를 닫아서, 회로를 벅 모드로부터 부스트 모드로 전환할 수 있다.

부스트 모드로부터 벅 모드로 스위칭하기 위하여, 제어기(39)는 스위치(682)(Q2)가 열리고 스위치(681)(Q1)가 닫힐 때까지 기다릴 수 있다. 스위치(681)(Q1)가 닫히면, 제어기는 컨버터 인덕터(683)(L1) 내에서 흐르는 전류가 반전될 때까지 기다릴 수 있다. 전류가 반전되면, 제어기는 스위치(681)(Q1)를 열고, 스위치(682)(Q2)를 닫아서, 회로를 부스트 모드로부터 벅 모드로 전환할 수 있다.

일 실시예에서, 제어기(39)는 부스트 모드로부터 벅 모드로 그리고 반대로 빠르게 전환할 수 있다. 이러한 능력은 2개의 원격 장치(614)로 하여금 전력 송신을 완전히 중지한 후에 재시동할 필요 없이 어느 것이 전력을 송신하고 어느 것이 전력을 수신할지를 협상하는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 원격 장치(614)가 2 상한 전력 공급 장치(637)를 부스트 컨버터로 사용하여 현재 전력을 송신하고 있고, 정류 전압이 갑자기 더 높아져서 2 상한 전력 공급 장치(637)를 불연속 모드로 강제하거나 심지어 완전히 오프시키는 경우, 원격 장치(614)는 다른 원격 장치(614)가 전력을 원격 장치(614)로 송신하고 있는 것으로 결정할 수 있다.

제어기(39)가 2 상한 전력 공급 장치(637)를 제어하는 데 사용되는 경우, 제어기(39)는 다양한 방식으로 급전될 수 있다. 예를 들어, 제어기(39)는 배터리(38)로부터 직접 급전될 수 있다. 대안으로서, 원격 장치(614)는 도 27 및 28의 도시된 실시예에 도시된 바와 같이 제어기(39)에 급전하도록 구성되는 개별 전압 컨버터(684) 또는 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. 다른 대안 실시예에서, 제어기(39)는 무선 전력 송수신기 회로(30)의 정류 전압 출력으로부터 전력을 수신할 수 있다.

그리고, 또 다른 대안 실시예에서, 제어기(39)는 제어기(39)가 완전히 또는 실질적으로 턴오프되는 것을 가능하게 하는 스위치식 전력 공급 장치에 의해 파워 온될 수 있다. 예를 들어, 제어기(39)가 스위치 및 스위치식 전력 공급 장치, 예를 들어 도 27 및 28의 도시된 실시예들 내의 스위치(685) 및 컨버터(684)에 접속되는 경우, 원격 장치(614)에서 무선 전력을 송신 또는 수신하기 위한 제어기(39) 및 다른 회로는 완전히 턴오프되어, 잠재적으로는 송신/수신하지 않는 동안 에너지의 과도한 손실을 방지할 수 있다. 제어기(39)를 다시 턴온하기 위해, 원격 장치(614) 내에는 스위치(685)를 제어하기 위한 버튼 입력, 저전력 타이밍 회로 또는 개별 제어기가 존재할 수 있다. 대안으로서, 제어기(39)가 주로 무선 전력 송수신기 회로(30)의 정류 레일로부터 급전되는 경우, 스위치(681)(Q1)를 닫음으로써 또는 스위치(681)(Q1)의 보디 다이오드 또는 병렬 다이오드(도시되지 않음)를 통해 전류가 흐르는 것을 가능하게 함으로써 2 상한 전력 공급 장치(637)를 통해 흐르는 전류를 통해 배터리(38)로부터 소정의 전력이 수신될 수 있다. 이것은 제어기(39)가 전력의 수신 또는 송신을 기다리는 동안 급전되는 상태로 유지되는 것을 가능하게 할 수 있다. 원격 장치(614)가 전력의 수신을 시작하는 경우, 제어기(39)는 스위치(681)(Q1)를 개방하여, 전력이 초기에 원격 장치(614) 내로 다시 흐르는 것을 방지할 수 있다. 대안으로서, 제어기(39)가 스위치(681)(Q1)의 보디 다이오드 또는 병렬 다이오드를 통해 흐르는 전력을 사용하고 있는 경우, 이러한 컴포넌트들은 또한 전력이 초기에 부하(38) 내로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 제어기(39)가 스위치들(681, 682)(Q1, Q2)을 직접 제어할 수 있지만, 제어기(39)에 결합된 구동기 또는 2 상한 전력 공급 장치(37)의 제어에 전용화된 개별 제어기도 사용될 수 있다.

"수직", "수평", "상", "하", "상부", "하부", "내부", "내측", "외부" 및 "외측"과 같은 방향 용어들은 도면들에 도시된 실시예들의 배향에 기초하여 본 발명을 설명하는 것을 돕는 데 사용된다. 방향 용어들의 사용은 본 발명을 임의의 특정 배향(들)으로 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

위의 설명은 본 발명의 현재 실시예들의 설명이다. 균등론을 포함하는 특허법의 원리들에 따라 해석되어야 하는 첨부된 청구항들에서 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 더 넓은 양태들로부터 벗어나지 않고서 다양한 변형들 및 변경들이 이루어질 수 있다. 본 개시 내용은 설명의 목적으로 제공되며, 본 발명의 모든 실시예들의 포괄적인 설명으로서 또는 청구항들의 범위를 이러한 실시예들과 관련하여 예시되거나 설명되는 특정 요소들로 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 한정이 아니라 예로서, 설명된 발명의 임의의 개별 요소(들)는 실질적으로 유사한 기능을 제공하거나 적절한 동작을 제공하는 대안 요소들로 대체될 수 있다. 이것은 예를 들어 현재 알려진 대안 요소들, 예를 들어 이 분야의 기술자에게 현재 알려져 있을 수 있는 것들, 및 미래에 개발될 수 있는 대안 요소들, 예를 들어 이 분야의 기술자가 개발시에 대안으로 인식할 수 있는 것들을 포함한다. 또한, 개시된 실시예들은 연계하여 설명되고 이익들의 집합을 협력하여 제공할 수 있는 복수의 특징을 포함한다. 본 발명은 허여되는 청구항들에 달리 명확히 설명되지 않는 한은 이러한 특징들 모두를 포함하거나 설명된 이익들 모두를 제공하는 실시예들만으로 한정되지 않는다. 예를 들어 "하나" 또는 "상기"를 사용하는 단수 형태로서의 청구항 요소들에 대한 어떠한 참조도 요소를 단수로 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims

무선 전력을 수신 및 송신할 수 있는 원격 장치로서,
상기 원격 장치는 무선 전력 공급 장치로부터 분리 가능하며,
상기 원격 장치는
상기 무선 전력 공급 장치에 의해 생성되는 장(field)에 응답하여 전력을 생성하고, 구동되는 것에 응답하여 무선 전력을 송신하도록 구성되는 송수신기;
(a) 상기 송수신기와 결합하는 공진기로서의 동작 및 (b) 전력을 수신 또는 송신하기 위한 선택적 활성화 중 적어도 하나를 수행하기 위한 제2 송수신기;
상기 송수신기에 결합되는 무선 전력 송수신기 회로 - 상기 무선 전력 송수신기 회로는 수신 모드와 송신 모드 사이에서 구성 가능함 -
를 포함하고,
상기 송신 모드에서, 상기 무선 전력 송수신기 회로는 무선 전력을 송신하도록 상기 송수신기를 구동할 수 있으며;
상기 수신 모드에서, 상기 무선 전력 송수신기 회로는 상기 무선 전력 공급 장치로부터 상기 송수신기에서 수신되는 상기 전력을 정류할 수 있고, 상기 무선 전력 송수신기 회로는 자기 구동 동기 정류 회로를 포함하는 원격 장치.
제1항에 있어서,
상기 자기 구동 동기 정류 회로는 하나 이상의 능동 스위칭 요소 및 바이어싱 회로를 포함하고, 각각의 능동 스위칭 요소의 게이트는 각각의 능동 스위칭 요소의 상태를 제어하기 위한 바이어스 전압을 제공하기 위해 상기 송수신기에 결합되는 원격 장치.
제2항에 있어서,
상기 바이어싱 회로는 각각의 능동 스위칭 요소의 상기 게이트를 상기 송수신기에 결합하는 하나 이상의 커패시터를 포함하는 원격 장치.
제3항에 있어서,
각각의 스위칭 요소의 상기 게이트에 저항기도 결합되며, 따라서 상기 게이트들 각각은 하이(high) 또는 로우(low) DC 전압으로 바이어싱되는 원격 장치.
제4항에 있어서,
상기 무선 전력 송수신기 회로를 모니터링하기 위한 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 완전 동기 모드, 반동기 모드, 불연속 모드 및 다이오드 정류 모드 중 적어도 하나에서 상기 송수신기로부터 수신되는 전력을 정류하도록 상기 무선 전력 송수신기 회로를 제어하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 스위칭 요소들의 각각의 게이트에 직접 결합되는 신호들을 인가하는 원격 장치.
제1항에 있어서,
상기 무선 전력 송수신기 회로를 모니터링하기 위한 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 완전 동기 모드, 반동기 모드, 불연속 모드 및 다이오드 정류 모드 중 적어도 하나에서 상기 송수신기로부터 수신되는 전력을 정류하도록 상기 무선 전력 송수신기 회로를 제어하도록 구성되는 원격 장치.
제6항에 있어서,
상기 무선 전력 송수신기 회로는 상기 송수신기에 결합되는 하나 이상의 스위치를 포함하고, 상기 제어기는 각각의 스위치의 게이트를 구동하여, 상기 수신 모드에서 상기 송수신기에서 수신되는 전력의 정류를 제어하고, 상기 송신 모드에서 무선 전력을 송신하도록 상기 송수신기를 구동할 수 있는 원격 장치.
제1항에 있어서,
상기 송수신기에 결합되는 센서 - 상기 센서는 상기 송수신기 내의 전력의 특성을 감지하도록 적응됨 -;
상기 송신 모드에서, 상기 송수신기를 구동하기 위해 상기 감지된 전력의 특성에 기초하여 상기 무선 전력 송수신기 회로를 제어하도록 구성되는 제어기
를 더 포함하는 원격 장치.
제8항에 있어서,
상기 제어기는 상기 감지된 전력의 특성에 기초하여 다른 원격 장치가 전력을 송신하고 있는지를 검출하도록 구성되는 원격 장치.
제1항에 있어서,
상기 무선 전력 송수신기 회로는 브리지 토폴로지(bridge topology)로 배열되는 적어도 4개의 스위치를 포함하고, 상기 적어도 4개의 스위치는 상기 송수신기에서 수신되는 상기 전력을 정류하도록 상기 자기 구동 동기 정류 회로에 의해 제어될 수 있는 원격 장치.
제10항에 있어서,
상기 스위치들 중 2개는 다이오드들이고, 각각의 다이오드는 상기 브리지 토폴로지의 로우 측 컴포넌트(low-side component)인 원격 장치.
제10항에 있어서,
상기 스위치들 각각은 2개의 백투백(back to back) MOSFET를 포함하는 원격 장치.
제10항에 있어서,
상기 송신 모드에서, 상기 브리지 토폴로지는 상기 송수신기를 구동하기 위해 하프 브리지 모드로 동작하는 원격 장치.
제1항에 있어서,
제2 원격 장치와 통신할 수 있는 통신 시스템을 더 포함하고, 상기 원격 장치는 전력을 상기 제2 원격 장치로 송신할 수 있는 원격 장치.
제14항에 있어서,
상기 통신 시스템은 상기 제2 원격 장치와 전력 정보를 교환하고, 상기 원격 장치는 상기 전력 정보에 기초하여 상기 송신 모드 또는 상기 수신 모드에 들어갈지를 결정하는 원격 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제2 송수신기의 선택적 활성화는 상기 송신 모드에서 상기 제2 송수신기를 활성화하고 상기 송수신기를 비활성화하는 것 및 상기 수신 모드에서 상기 제2 송수신기를 비활성화하고 상기 송수신기를 활성화하는 것을 포함하는 원격 장치.
제1항에 있어서,
상기 송신 모드에서 부스트(boost) 모드로 동작하고 상기 수신 모드에서 벅(buck) 모드로 동작할 수 있는 2 상한 전력 공급 장치(two-quadrant power supply)를 더 포함하는 원격 장치.
전력을 적어도 하나의 원격 장치로 송신하기 위한 무선 전력 공급 장치로서,
무선 전력을 상기 적어도 하나의 원격 장치로 송신하기 위한 프라이머리(primary) - 상기 프라이머리는 상기 무선 전력 공급 장치와 상기 적어도 하나의 원격 장치 사이에 유도성 링크를 형성하도록 구성됨 -;
(a) 상기 프라이머리와 결합하는 공진기로서의 동작 및 (b) 전력을 수신 또는 송신하기 위한 선택적 활성화 중 적어도 하나를 수행하기 위한 송수신기;
전력 소스로부터 전력을 수신하고 전력을 상기 프라이머리에 제공하도록 구성되는 컨버터 회로;
상기 무선 전력 공급 장치가 상기 적어도 하나의 원격 장치로부터 무선 전력을 수신하는 것에 응답하여 상기 전력 소스로부터의 전력의 송신을 선택적으로 가능하게 할 수 있는 절전 회로
를 포함하고,
불능 상태(disabled state)에서, 상기 프라이머리는 상기 전력 소스로부터 분리되고, 상기 무선 전력 공급 장치에 의해 수신되는 상기 무선 전력은 상기 전력 소스로부터의 상기 전력을 이용하여 상기 프라이머리로부터의 무선 전력의 송신을 선택적으로 가능하게 하기 위해 상기 절전 회로에 급전하는 무선 전력 공급 장치.
제19항에 있어서,
상기 프라이머리에 기능적으로(operatively) 결합되는 결합기를 더 포함하고, 상기 결합기는 상기 절전 회로에 입력을 제공하고, 상기 절전 회로는 상기 입력이 상기 프라이머리 내의 전력을 지시하는 것에 응답하여 전력의 송신을 가능하게 하는 무선 전력 공급 장치.
제20항에 있어서,
상기 결합기는 센서이고, 상기 센서는 상기 프라이머리 내의 전력의 특성을 감지하는 무선 전력 공급 장치.
제19항에 있어서,
무선 전력을 수신하도록 구성되는 수신기를 더 포함하고, 상기 절전 회로는 상기 수신기가 원격 장치로부터 무선 전력을 수신하는 것에 응답하여 전력의 송신을 선택적으로 가능하게 하는 무선 전력 공급 장치.
제19항에 있어서,
상기 전력 소스는 교류 소스 또는 직류 소스인 무선 전력 공급 장치.
제19항에 있어서,
상기 프라이머리로부터의 무선 전력의 송신을 제어하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는 무선 전력 공급 장치.
제24항에 있어서,
상기 절전 회로는 상기 제어기를 활성화하고, 상기 제어기는 상기 절전 회로에 의해 활성화되는 것에 응답하여 상기 전력 소스로부터 전력을 제공하도록 상기 컨버터를 제어하는 무선 전력 공급 장치.
제24항에 있어서,
상기 절전 회로는 상기 제어기로 하여금 상기 무선 전력 공급 장치를 가능 상태(enabled state)로 유지하는 것을 가능하게 하는 논리 회로를 포함하는 무선 전력 공급 장치.
제26항에 있어서,
상기 논리 회로는 하나 이상의 외부 소스에 대한 입력들을 포함하고, 상기 외부 소스들은 상기 전력 소스로부터의 전력의 송신을 가능하게 하기 위해 상기 절전 회로를 트리거링할 수 있는 무선 전력 공급 장치.
원격 장치와 장치 사이의 무선 전력 송신을 협상하는 방법으로서,
상기 원격 장치는 송신 모드에서 무선 전력을 송신하고 수신 모드에서 무선 전력을 수신할 수 있는 송수신기를 구비하며,
상기 방법은
(a) 상기 송수신기와 결합하는 공진기로서의 동작 및 (b) 전력을 수신 또는 송신하기 위한 선택적 활성화 중 적어도 하나를 수행하기 위한 제2 송수신기를 제공하는 단계;
상기 장치가 상기 원격 장치의 상기 송수신기에 충분히 근접하는 것을 검출하는 단계;
상기 장치로부터 상기 장치에 관한 장치 정보를 수신하는 단계; 및
상기 장치 정보에 기초하여, 송신 모드에서 상기 제2 송수신기를 통해 전력을 송신할지 또는 수신 모드에서 상기 제2 송수신기를 통해 전력을 수신할지를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 장치 정보는 상기 장치의 부하, 장치 상태, 상기 장치의 배터리 상태, 장치 타입 및 이용 가능 전력의 최대량 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 원격 장치에 관한 원격 장치 정보를 상기 장치로 송신하는 단계; 및
상기 원격 장치 정보와 상기 장치 정보 간의 비교에 기초하여 송신 모드 또는 수신 모드로 동작할지를 결정하는 단계
를 더 포함하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 결정은 상기 원격 장치 또는 상기 장치 중 어느 것이 더 많은 이용 가능 전력을 갖는지, 상기 원격 장치 또는 상기 장치 중 어느 것이 더 많은 전력을 사용하는지, 상기 원격 장치 또는 상기 장치 중 어느 것이 더 큰 배터리를 갖는지 그리고 상기 원격 장치 또는 상기 장치 중 어느 것이 더 고갈된 배터리를 갖는지 중 적어도 하나에 기초하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 장치에서 상기 원격 장치로부터 수신되는 전력의 양을 제한하는 단계를 더 포함하는 방법.
무선 전력을 수신 및 송신할 수 있는 원격 장치로서,
상기 원격 장치는 전력 소스로부터 무선 전력을 송신할 수 있으며,
상기 원격 장치는
장치에 의해 생성되는 장에 응답하여 전력을 생성하고, 구동되는 것에 응답하여 무선 전력을 송신하도록 구성되는 송수신기;
(a) 상기 송수신기와 결합하는 공진기로서의 동작 및 (b) 전력을 수신 또는 송신하기 위한 선택적 활성화 중 적어도 하나를 수행하기 위한 제2 송수신기;
상기 송수신기에 결합되는 무선 전력 송수신기 회로 - 상기 무선 전력 송수신기 회로는 벅 모드와 부스트 모드 사이에서 구성 가능함 -
를 포함하고,
상기 부스트 모드에서, 상기 무선 전력 송수신기 회로는 상기 전력 소스로부터의 전력을 이용하여 상기 송수신기를 구동하고, 상기 무선 전력 송수신기 회로는 상기 부스트 모드에서 상기 송수신기를 구동하기 위해 상기 전력 소스의 전압을 증가시키며,
상기 벅 모드에서, 상기 무선 전력 송수신기 회로는 상기 송수신기에서 수신되는 상기 전력을 정류할 수 있고, 상기 무선 전력 송수신기 회로는 상기 벅 모드에서 상기 송수신기에서 수신되는 상기 전력의 전압을 감소시키는 원격 장치.
제33항에 있어서,
상기 무선 전력 송수신기 회로는 2 상한 전력 공급 장치인 원격 장치.
제33항에 있어서,
상기 무선 전력 송수신기 회로는 컨버터 인덕터를 포함하고, 상기 컨버터 인덕터를 통해 상기 벅 모드에서 상기 송수신기로부터 부하로 전류가 흐르고, 상기 컨버터 인덕터를 통해 상기 부스트 모드에서 상기 전력 소스로부터 상기 송수신기로 전류가 흐르는 원격 장치.
제33항에 있어서,
상기 무선 전력 송수신기 회로는 연속 모드 및 불연속 모드 중 적어도 하나의 모드로 동작할 수 있는 원격 장치.
제36항에 있어서,
상기 무선 전력 송수신기 회로가 상기 연속 모드 또는 상기 불연속 모드로 동작하고 있는지를 검출하고;
상기 부스트 모드에서, 상기 무선 전력 송수신기 회로가 상기 불연속 모드로 동작하고 있는 것을 검출하는 것에 응답하여 상기 장치가 전력을 송신하고 있는 것으로 결정하도록 구성되는 제어기
를 더 포함하는 원격 장치.
제33항에 있어서,
상기 장치는 다른 원격 장치 또는 무선 전력 공급 장치인 원격 장치.
제33항에 있어서,
상기 전력 소스로부터 상기 송수신기 및 상기 무선 전력 송수신기 회로를 분리하도록 동작할 수 있는 스위치를 더 포함하는 원격 장치.