KR102097827B1 - 외부 노이즈 차단이 가능한 무선충전장치 - Google Patents

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Abstract

AC입출력단자, 상기 AC입출력단자를 통해 제1전압을 제공하도록 구성된 제1제어부와 제1NMOS를 포함하는 제1전압 제공부, 및 상기 AC입출력단자를 통해 제2전압을 제공하도록 구성된 제2제어부와 제2NMOS를 포함하는 제2전압 제공부를 갖는 제어장치로서, 제1전압감지단자와 제1전압추종단자를 갖는 제1보호부를 포함하며, 상기 AC입출력단자에 상기 제어장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제1NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제1보호부는 상기 제1전압추종단자의 전위가 상기 제1전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있는 제어장치를 공개한다.

Description

외부 노이즈 차단이 가능한 무선충전장치{Wireless power receiver capable of protection against external noise}
본 발명은 무선충전기능을 수행할 수 있는 무선전력수신장치(무선충전장치)에 관한 것으로서, 특히 무선전력수신장치의 AC입출력단을 통해 들어오는 외부 노이즈에 의한 영향으로부터 상기 무선전력수신장치를 보호할 수 있는 기술에 관한 것이다.
스마트 폰 무선충전기술은 카페, 차량 등의 장소에서 채택이 시작되고 있으며 많은 글로벌 IT 사용자기기 제조업체들이 이러한 기술들을 경쟁적으로 제공하고 있다.
도 1은 코일을 통해 무선으로 전력을 수신하는 일반적인 '이중모드 무선전력수신장치'(우측) 및 이와 짝을 이루어 무선으로 전력을 송신하는 '무선전력송신장치'(좌측)를 함께 도시한 개념도이다. 상기 무선전력수신장치는, 제1모드에서는 무선전력송신장치가 무선전력수신장치에게 전력을 제공할 수 있고, 제2모드에서는 무선전력수신장치가 무선전력송신장치에게 통신정보를 제공할 수도 있다. 상기 제2모드에서는 상기 무선전력수신장치가 '전류구동장치'로 기능할 수도 있다.
상술한 무선전력수신장치는, DC 모터 및 BLDC 모터와 같은 전력전자용 소자, 및 MST(Magnetic Stripe Transmission) 기술과 같은 통신기술을 구현하기 위해 이용되는 다른 종류의 전류구동장치(드라이버 IC)와 함께 상기 코일을 공유할 수도 있다. 일 실시예에서 상기 코일은 상기 무선전력수신장치와 상기 드라이버 IC에 함께 연결되어 있을 수 있다. 즉, 한 개의 코일이 상기 무선전력수신장치와 상기 드라이버 IC에 의해 시분할 방식으로 공유되어 사용될 수 있다. 예컨대 한 개의 코일이 ① 무선전력수신장치에 연결되어 있고, 동시에 ② 드라이버 IC에 힘께 연결되어 있을 수 있다. 이때, 상기 무선전력수신장치와 상기 드라이버 IC 중 어느 하나가 활성화된 경우에는 다른 하나는 비활성화 될 수 있다. 여기서 비활성화 상태에 있다는 것은, 코일에 제공하는 전류의 제어권한을 다른 장치에게 맡기고 자신은 소기의 목적에 따라 동작하지 않는 휴지 상태를 의미할 수 있다. 이러한 비활성화 상태에 있는 경우에도 그 장치가 속한 전자 시스템의 기준전위와 연결된 상태를 유지할 수 있다.
한편, 이러한 기술의 초기 단계에서는 무선전력수신장치와 무선전력송신장치의 위치가 상대적으로 고정되어 있었고, 무선전력수신장치와 무선전력송신장치가 1:1로 대응하도록 되어 있는 '자기유도기술'이 이용되었다. 이러한 초기 기술은, 무선전력수신장치와 무선전력송신장치의 위치가 상대적으로 자유로우며, 무선전력수신장치와 무선전력송신장치가 N:1로 대응하도록 하는 '자기공진 무선충전기술'로 진화하고 있다.
그런데 상술한 자기공진 무선충전기술의 경우 무선전력송신장치로부터 제1무선전력수신장치에게 제공하는 전력이 제2무선전력수신장치에게는 노이즈로 작용하는 경우가 발생할 수 있다. 예컨대, 제2무선전력수신장치가 상술한 제2모드로 동작하여 통신신호를 발생시키고 있는 경우에 상기 제1무선전력수신장치에게 제공되는 전력신호가 제1무선전력수신장치에게는 노이즈로 작용할 수 있다. 또한 이러한 상황이 아니더라도 여러 대의 무선전력수신장치에 제공되는 전력신호들의 상호 공진 때문에 특정 무선전력수신장치의 AC입출력단에 허용가능한 범위를 벗어나는 신호가 제공될 수 있으며, 이는 노이즈로 작용할 수 있다는 문제가 있다. 또는 이와 다른 예로서 외부로부터입력되는 서지 노이즈가 무선전력수신장치의 AC입출력단에 허용가능한 범위를 벗어날 수도 있다. 상기 노이즈의 크기가 매우 큰 경우 상기 무선전력수신장치가 파괴되거나 오작동하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서는 상술한 문제를 해결하기 위해, 외부로부터 인가되는 노이즈로부터 무선전력수신장치를 보호할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따라 ① AC입출력단자(41); ② 제1제어부(21); 및 ③ 드레인, 게이트, 및 소스가 각각 동작전원, 상기 제1제어부의 제어신호 AC입출력단(출력단)자, 및 상기 AC입출력단자에 연결되어 있는 제1NMOS(11);를 포함하는 무선전력수신장치(100)를 제공할 수 있다. 상기 무선전력수신장치는 상기 AC입출력단자에 연결된 제1전압감지단자(A), 및 상기 제1NMOS의 게이트에 연결된 제1전압추종단자(B)를 갖는 제1보호부(1)를 더 포함한다. 이때, 상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제1NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제1보호부는 상기 제1전압추종단자의 전위가 상기 제1전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있다.
이때, 상기 제1보호부는, 내부 NMOS, 내부 다이오드, 및 전압분배부를 포함할 수 있다. 그리고 상기 내부 NMOS의 드레인, 소스, 및 게이트는 각각 상기 제1전압추종단자, 상기 내부 다이오드의 아노드, 및 상기 전압분배부의 분배전압 출력단자에 연결되어 있을 수 있다. 그리고 상기 내부 다이오드의 캐쏘드는 상기 제1전압감지단자에 연결되어 있으며, 상기 전압분배부의 제1연결단자 및 제2연결단자는 각각 상기 아노드 및 상기 기준전위에 연결되어 있을 수 있다. 이때, 상기 제1전압추종단자는 저항을 통해 상기 기준전위에 연결되어 있을 수 있다.
이때, 상기 무선전력수신장치는 제2제어부; 소스, 게이트, 및 드레인이 각각 기준전위, 상기 제2제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 AC입출력단자에 연결되어 있는 제2NMOS; 및 상기 AC입출력단자에 연결된 제2전압감지단자, 및 상기 제2NMOS의 게이트에 연결된 제2전압추종단자를 갖는 제2보호부를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제2NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제2보호부는 상기 제2전압추종단자의 전위가 상기 제2전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라, ① AC입출력단자; ② 제1제어부; ③ 드레인, 및 게이트가 각각 동작전원, 및 상기 제1제어부의 제어신호 출력단자에 연결되어 있는 제1NMOS; 및 ④ 드레인, 게이트, 및 소스가 각각 상기 AC입출력단자, 상기 제1제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 제1NMOS의 소스에 연결되어 있는 제3NMOS(13);를 포함하는 무선전력수신장치가 제공될 수 있다. 이때 상기 무선전력수신장치는, 상기 AC입출력단자에 연결된 제1전압감지단자, 및 상기 제1NMOS의 게이트 및 상기 제3NMOS의 게이트에 연결된 제1전압추종단자를 갖는 제1보호부를 더 포함한다. 그리고 상기 무선전력수신장치는 상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제1NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제1보호부는 상기 제1전압추종단자의 전위가 상기 제1전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있다.
이때, 상기 무선전력수신장치는, 상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 높은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제3NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제3NMOS의 게이트와 기준 전위 사이를 연결하는 저항을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1보호부는, 내부 NMOS, 내부 다이오드, 및 전압분배부를 포함할 수 있다. 그리고 상기 내부 NMOS의 드레인, 소스, 및 게이트는 각각 상기 제1전압추종단자, 상기 내부 다이오드의 아노드, 및 상기 전압분배부의 분배전압 출력단자에 연결되어 있을 수 있다. 그리고 상기 내부 다이오드의 캐쏘드는 상기 제1전압감지단자에 연결되어 있으며, 상기 전압분배부의 제1연결단자 및 제2연결단자는 각각 상기 아노드 및 상기 기준전위에 연결되어 있을 수 있다.
이때, 상기 무선전력수신장치는 제2제어부; 게이트, 및 드레인이 각각 상기 제2제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 AC입출력단자에 연결되어 있는 제2NMOS; 드레인, 게이트, 및 소스가 각각 기준전위, 상기 제2제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 제2NMOS의 소스에 연결되어 있는 제4NMOS; 및 상기 AC입출력단자에 연결된 제2전압감지단자, 및 상기 제2NMOS의 게이트에 연결된 제2전압추종단자를 갖는 제2보호부를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 무선전력수신장치는 상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제2NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제2보호부는 상기 제2전압추종단자의 전위가 상기 제2전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라, 제1AC입출력단자(41); 제1제어부(21); 드레인, 게이트, 및 소스가 각각 동작전원, 상기 제1제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 제1AC입출력단자에 연결되어 있는 제1NMOS(11); 상기 제1AC입출력단자에 연결된 제1전압감지단자, 및 상기 제1NMOS의 게이트에 연결된 제1전압추종단자를 갖는 제1보호부(1); 제2AC입출력단자(42); 제4제어부(24); 소스, 게이트, 및 드레인이 각각 기준전위, 상기 제4제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 제2AC입출력단자에 연결되어 있는 제6NMOS(16); 상기 제2AC입출력단자에 연결된 제4전압감지단자, 및 상기 제6NMOS의 게이트에 연결된 제4전압추종단자를 갖는 제4보호부(4); 및 상기 제1AC입출력단자와 상기 제2AC입출력단자 사이에 연결된 인덕턴스 성분을 갖는 소자(60);를 포함하는 무선전력수신장치를 제공할 수 있다. 이때, 상기 제1AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제1NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제1보호부는 상기 제1전압추종단자의 전위가 상기 제1전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있을 수 있다. 그리고 상기 제2AC입출력단자에 상기 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제6NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제4보호부는 상기 제4전압추종단자의 전위가 상기 제4전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 외부로부터 인가되는 노이즈로부터 무선전력수신장치를 보호할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 코일을 통해 무선으로 전력을 수신하는 일반적인 '이중모드 무선전력수신장치' 및 이와 짝을 이루어 무선으로 전력을 송신하는 '무선전력송신장치'를 함께 도시한 개념도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선전력수신장치의 회로를 나타낸 것이다.
도 3a는 노이즈의 일예를 그래프로 나타낸 것이고, 도 3b는 제1노이즈 영역에 해당하는 전압이 인가될 경우의 전압의 흐름을 나타낸 것이며, 도 3c는 제2노이즈 영역에 해당하는 전압이 인가될 경우의 전압의 흐름을 나타낸 것이다.
도 4은, 무선전력수신장치의 AC입출력단자를 통해 음(-)의 값을 갖는 노이즈가 인가되는 경우, 상기 무선전력수신장치를 보호하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보호회로를 나타낸 것이다.
도 5a는 무선전력수신장치의 제1AC입출력단자(41)를 통해 동작전원(VM)의 전위에 대응하는 전압을 출력하는 경우에 있어서, 도 4의 보호회로의 동작상태를 나타낸 것이다.
도 5b는 무선전력수신장치의 제1AC입출력단자(41)를 통해 기준전위(GND)에 대응하는 전압을 출력하는 경우에 있어서, 도 4의 보호회로의 동작상태를 나타낸 것이다.
도 5c는 무선전력수신장치가 비활성화 된 상태에서 제1AC입출력단자를 통해 음(-)의 전압을 갖는 노이즈가 입력되는 경우에 있어서, 도 4의 보호회로의 동작상태를 나타낸 것이다.
도 6는, 상기 무선전력수신장치의 AC입출력단자를 통해 양(+)의 전압을 갖는 노이즈가 인가될 경우, 상기 무선전력수신장치를 보호하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보호회로(300)를 나타낸 것이다.
도 7a는, 무선전력수신장치의 제1AC입출력단자를 통해 동작전원(VM)의 전위에 대응하는 전압을 출력하는 경우에 있어서, 도 6의 보호회로의 동작상태를 나타낸 것이다.
도 7b는, 무선전력수신장치의 제1AC입출력단자를 통해 기준전위(GND)에 대응하는 전압을 출력하는 경우에 있어서, 도 6의 보호회로의 동작상태를 나타낸 것이다.
도 7c는, 무선전력수신장치가 비활성화 된 상태에서, 본 발명의 일 실시예에 따라 제1AC입출력단자를 통해 양(+)의 전압을 갖는 노이즈가 입력될 때의 전류의 흐름을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 음의 노이즈 및 양의 노이즈 모두를 차단할 수 있는 회로를 나타낸 것이다.
도 9는 도 8에 나타낸 보호회로를 이용하여 구성한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력수신장치를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력수신장치가 코일로부터 AC전력을 수신하여 DC전압을 출력하는 제1모드에 따른 구성을 나타낸다.
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.
도 2는 일 실시예에 따른 무선전력수신장치(401)의 회로를 나타낸 것이다.
무선전력수신장치(401)는 두 개의 AC입출력단자(41, 42)를 통해 외부의 인덕터(60)에 연결될 수 있다.
무선전력수신장치(401)는 제1AC입출력단자(41)에 전압을 제공하도록 구성된 제1전압 제공부(51) 및 제2전압 제공부(52), 제2AC입출력단자(42)에 전압을 제공하도록 구성된 제3전압 제공부(53) 및 제4전압 제공부(54)를 포함할 수 있다.
상기 AC입출력단자(41, 42)를 통해 외부 인덕터(60)로부터 AC전압이 입력될 수도 있다. 이때, 4개의 NMOS(11~14)는 풀브릿지 회로를 구성할 수 있으며, 무선전력수신장치(401) 내부에는 입력된 AC전압을 DC로 변환하는 AC-DC 컨버터가 포함되어 있을 수 있다.
상기 AC입출력단자(41, 42)를 통해 외부 인덕터(60)에게 전압을 출력하는 것은 상술한 제2모드로 동작하여 통신신호를 외부에 제공하기 위해서일 수 있다.
제1전압 제공부(51)는 제1제어부(21) 및 제1NMOS(11)를 포함할 수 있다. 이때, 제1전압 제공부(51)는 제1AC입출력단자(41)에 제1전압(ex: VM)을 제공하도록 되어 있을 수 있다.
제2전압 제공부(52)는 제2제어부(22) 및 제2NMOS(12)를 포함할 수 있다. 이때, 제2전압 제공부(52)는 제1AC입출력단자(41)에 제2전압(ex: GND)을 제공하도록 되어 있을 수 있다.
제3전압 제공부(53) 및 제4전압 제공부(54)는 제1전압 제공부 및 제2전압 제공부와 각각 동일하게 구성될 수 있다.
각 제어부(21, 22, 23, 24)의 제어신호 AC입출력단자는 대응하는 각 NMOS(11, 12, 23, 24)의 게이트 단자에 연결되어 있을 수 있다.
제1NMOS(11)의 드레인 단자는 동작전원(VM)에 연결될 수 있다. 제1NMOS(11)의 소스 단자는 제2NMOS(12)의 드레인 단자에 연결되어 있으며, 제1AC입출력단자(41)로 전압이 출력되도록 제1AC입출력단자(41)에 연결되어 있을 수 있다.
도 2에 도시한 무선전력수신장치(401)와 같은 구성에서, 제1AC입출력단자(41) 및 제2AC입출력단자(42)에 상기 무선전력수신장치(401)의 동작 범위(GND~VM)를 벗어나는 전압을 갖는 노이즈가 입력되었을 때, 무선전력수신장치(401)에 오동작이 발생하거나 파괴될 수도 있다.
도 3a는 무선전력수신장치(401)의 AC입출력단자에 입력될 수 있는 노이즈의 일예를 그래프(500)로 나타낸 것이다.
도 3a에서는 동작전압이 +5V인 예를 도시하였지만, 일 실싱예에 따른 무선전력수신장치의 동작전압은 예컨대 +20V일 수도 있다.
도 3a에서 세로축은 전위를 나타내고 가로축은 시간(t)을 나타낸다. 제1AC입출력단자(41) 및 제2AC입출력단자(42)를 통해, 무선전력수신장치(401)의 동작 범위(VM~GND)를 넘어서는 노이즈, 예컨대 +5V ~ +30V의 영역을 포함하는 제1노이즈 영역(510) 또는 0V ~ -30V 영역을 포함하는 제2노이즈 영역(520)의 전압이 인가될 수 있다.
도 3b는 제1노이즈 영역(510)에 해당하는 전압이 인가될 경우의 전압의 침투경로(470)를 나타낸 것이다. 제1AC입출력단자(41)를 통해 입력된 전압은 제1NMOS(11)를 통해 무선전력수신장치(401)의 기타 구성부(490)에게 영향을 미칠 수 있다. 즉, 무선전력수신장치(401)의 동작 범위를 벗어난 전압으로 인해 칩이 오작동 하거나 파괴될 수 있다. 동일하게, 제1노이즈 영역(510)에 해당하는 전압이 제2AC입출력단자(42)를 통해 무선전력수신장치의 내부에 영향을 미치는 경우에도 동일한 결과가 발생할 수 있다.
도 3c는 제2노이즈 영역(520)에 해당하는 전압이 인가될 경우의 전압의 침투경로(471)를 나타낸 회로이다. 제1AC입출력단자(41)를 통해 입력된 과도한 음의 전압 때문에 침투경로(471)을 통해 전류가 흐르게 되어 무선전력수신장치(401)의 기타 구성부(490)에게 영향을 미칠 수 있다. 즉, 무선전력수신장치(401)의 동작 범위를 벗어난 전압으로 인해 칩이 오동작하거나 파괴될 수 있다. 동일하게, 제2노이즈 영역(520)에 해당하는 전압이 제2AC입출력단자(42)를 통해 흘러들어가는 경우도 동일한 결과가 발생할 수 있다.
도 4는, 무선전력수신장치의 AC입출력단자를 통해 음의 값을 갖는 노이즈가 인가되는 경우, 상기 무선전력수신장치를 보호하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보호회로(200)를 나타낸 것이다.
도 4는 도 2에 나타낸 제1AC입출력단자(41), 제1전압 제공부(51) 및 제2전압 제공부(52) 부분을 변형한 회로인 것으로 이해할 수 있다. 도 4는 제1AC입출력단자(41)을 중심으로 설명한 것이지만, 제2AC입출력단자(42)에도 도 4에 나타낸 회로가 적용될 수 있다.
보호회로(200)는 도 2에 도시한 제1전압 제공부(51), 제2전압 제공부(52)를 포함할 수 있다. 또한 보호회로(200)는 제1보호부(1) 및 제2보호부(2)를 더 포함할 수 있다. 제1보호부(1)는 제1전압감지단자(A) 및 제1전압추종단자(B)를 포함할 수 있다. 제2보호부(2)는 제2전압감지단자(A') 및 제2전압추종단자(B')를 포함할 수 있다.
제1전압감지단자(A) 및 제1전압추종단자(B)는 각각 제1AC입출력단자(41) 및 제1NMOS(11)의 게이트 단자에 연결되어 있을 수 있다. 제2전압감지단자(A') 및 제2전압추종단자(B')는 각각 제1AC입출력단자(41) 및 제2NMOS(12)의 게이트 단자에 연결되어 있을 수 있다.
도 5a는 제1AC입출력단자(41)를 통해 동작전원(VM)의 전위에 대응하는 전압을 출력하는 경우에 있어서, 도 4의 보호회로의 동작상태를 나타낸 것이다.
도 5b는 무선전력수신장치의 제1AC입출력단자(41)를 통해 기준전위(GND)에 대응하는 전압을 출력하는 경우에 있어서, 도 4의 보호회로의 동작상태를 나타낸 것이다.
도 5c는 제1AC입출력단자(41)를 통해 음(-)의 전압을 갖는 노이즈가 입력되는 경우에 있어서, 도 4의 보호회로의 동작상태를 나타낸 것이다.
도 5a와 같이, 제1AC입출력단자(41)를 통해 동작전원의 전압(VM)을 출력하고자 할 때, 제1보호부(1) 및 제2보호부(2)는 OFF 상태일 수 있다. 이 경우 제1보호부(1) 및/또는 제2보호부(2)는 아무 기능을 수행하지 않게되므로 전압추종단자가 전압감지단자의 전압을 추종하지 않는다. 따라서 제1NMOS(11)의 게이트 및 제2NMOS(12)의 게이트에는 상기 전압추종단자들이 영향을 주지 않는다. 제1제어부(21)는 제1NMOS(11)를 ON 상태로 유지하기 위한 전압인 VM+2Vt를 출력할 수 있다. 여기서 Vt는 NMOS의 턴온전압에 해당할 수 있다. 이때, 제1NMOS(11)를 통해 동작전원의 전압(VM)이 제1AC입출력단자(41)에 실질적으로 인가될 수 있다. 이때, 제2제어부(22)는 제2NMOS(12)의 게이트에게 기준전압(GND)을 제공하도록 되어 있으며, 제2NMOS(12)는 오프되어 제2NMOS(12)의 드레인 단자는 플로팅될 수 있다.
도 5b와 같이, 제1AC입출력단자(41)로 기준전위(GND)를 출력하고자 할 때, 제1보호부(1) 및 제2보호부(2)는 OFF 상태일 수 있다. 제2제어부(22)는 제2NMOS(12)를 ON 상태로 유지시키기 위한 전압인 2Vt를 출력할 수 있다. 제2NMOS(12)를 통해 기준전위(GND)가 제1AC입출력단자(41)에 실질적으로 인가될 수 있다. 그리고 제1제어부(21)는 제1NMOS(11)의 게이트에게 기준전압(GND)을 제공하도록 되어 있으며, 이때 제1NMOS(11)는 오프 되어 제1NMOS(11)의 소스 단자는 플로팅될 수 있다.
도 5c와 같이, 제1AC입출력단자(41)를 통해 기준전위보다 낮은 전위(예컨대, -30V)가 무선전력수신장치로 유입될 수 있다. 이때, 제1보호부(1)와 제2보호부(2)가 동작하여, 각 전압추종단자가 각 전압감지단자의 전압을 추종하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 제1보호부(1)의 제1전압추종단자(B)의 전위는 제1보호부(1)의 제1전압감지단자(A)의 전위를 추종하도록 되어 있을 수 있다. 그 결과, 제1NMOS(11)는 오프상태가 되므로 제1NMOS(11)를 통한 노이즈 유입이 차단될 수 있다. 또한, 제1NMOS(11)의 기생다이오드의 극성으로 인해 음의 전압을 갖는 노이즈가 상기 기생다이오드를 통과하지 못한다. 따라서 의도치 않은 음의 전압을 갖는 노이즈로부터 칩을 보호할 수 있다.
이때, 제2보호부(2)의 제2전압추종단자(B')의 전위는 제2보호부(2)의 제2전압감지단자(A')의 전위를 추종하도록 되어 있을 수 있다. 그 결과, 제2NMOS(12)는 오프상태가 되므로 제2NMOS(12)를 통한 노이즈 유입이 차단될 수 있다. 또한, 도 6 또는 도 9에 도시한 바와 같이 제4NMOS(14)를 회로에 추가하게 되면, 제4NMOS(14)의 기생다이오드(141)의 극성으로 인해 음의 전압을 갖는 노이즈가 상기 기생다이오드(141)를 통과하지 못한다. 따라서 의도치 않은 음의 전압을 갖는 노이즈로부터 칩을 보호할 수 있다.
도 6는, 상기 무선전력수신장치의 AC입출력단자를 통해 양의 전압을 갖는 노이즈가 인가될 경우, 상기 무선전력수신장치를 보호하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 보호회로(300)를 나타낸 것이다.
본 실시예에서는 제1AC입출력단자(41)를 중심으로 설명한다. 제2AC입출력단자(42)에도 도 6과 동일한 회로가 연결될 수 있다.
보호회로(300)는 도 2에 도시한 제1전압 제공부(51), 제2전압 제공부(52)를 포함할 수 있다. 또한 보호회로(300)는 제3NMOS(13), 제4NMOS(14), 및 저항(31, 32)을 더 포함할 수 있다. 이때, 제3NMOS(13) 및 제4NMOS(14)에는 각각 기생다이오드(131, 141)가 포함되어 있을 수 있다.
제어장치의 기준전위보다 큰 값을 갖는 전위가 외부로부터 인가되었을 경우, 제3NMOS(13)가 오프상태를 유지하도록, 저항(31)의 일 단자와 타 단자는 각각 제3NMOS(13)의 게이트 단자 및 기준전위(GND)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 일 단자는 제1NMOS(11)의 게이트 단자에도 공통 연결될 수 있다.
마찬가지로 저항(32)의 일 단자는 제2NMOS(12) 및 제4NMOS(14)의 게이트 단자에 연결될 수 있으며, 저항(32)의 타 단자는 기준전위(GND)에 연결될 수 있다.
도 7a는, 제1AC입출력단자(41)를 통해 동작전원(VM)의 전위에 대응하는 전압을 출력하는 경우에 있어서, 도 6의 보호회로의 동작상태를 나타낸 것이다.
도 7b는, 제1AC입출력단자(41)를 통해 기준전위(GND)에 대응하는 전압을 출력하는 경우에 있어서, 도 6의 보호회로의 동작상태를 나타낸 것이다.
도 7c는, 발명의 일 실시예에 따라 제1AC입출력단자(41)를 통해 양(+)의 전압을 갖는 노이즈가 입력될 때의 전류의 흐름을 나타낸 것이다.
도 7a와 같이, 무선전력수신장치가 활성화 된 상태에서 제1AC입출력단자(41)를 통해 동작전원의 전압(VM)을 출력하고자 할 때, 제1제어부(21)는 제1NMOS(11) 및 제3NMOS(13)를 동작시키기 위한 전압인 VM+2Vt를 출력할 수 있다. 그 결과 제1NMOS(11) 및 제3NMOS(13)이 온 상태로 되어 동작전원의 전압(VM)이 제1AC입출력단자(41)에 실질적으로 인가될 수 있다. 이때, 제2제어부(22)는 제2NMOS(12)의 게이트에게 기준전압(GND)을 제공하도록 되어 있다. 그 결과, 제2NMOS(12)는 오프 상태를 유지하게 되어 제2NMOS(12)의 드레인 단자는 플로팅 될 수 있다.
도 7b와 같이, 무선전력수신장치가 활성화 된 상태에서 제1AC입출력단자(41)를 통해 기준전위(GND)를 출력하고자 할 때, 제2제어부(22)는 제2NMOS(12) 및 제4NMOS(14)를 동작시키기 위한 전압인 2Vt를 출력할 수 있다. 그 결과, 제2NMOS(12) 및 제4NMOS(14)를 통해 기준전위(GND)가 제1AC입출력단자(41)에 실질적으로 제공될 수 있다. 이때, 제1제어부(21)는 제3NMOS(13)의 게이트에게 기준전위(GND)를 제공하도록 되어 있으며, 그 결과 제3NMOS(13)는 오프 상태가 되어 제3NMOS(13)의 드레인 단자는 플로팅될 수 있다.
도 7c와 같이, 제1AC입출력단자(41)를 통해 양의 값을 갖는 전위(예컨대, +30V)가 인가될 수 있다. 이때 제1NMOS(11), 제2NMOS(12), 제3NMOS(13), 및 제4NMOS(14)는 저항(31, 32)을 통해 기준전위에 연결되어 오프상태가 될 수 있다.
제3NMOS(13)가 오프상태이므로 상기 양의 값을 갖는 전위의 영향은 제3NMOS(13)에 의해 차단될 수 있다(171 참고). 또한 제3NMOS(13)에 형성된 기생 다이오드의 방향 때문에 상기 양의 값을 갖는 전위의 영향은 상기 기생 다이오드에 의해 차단될 수 있다(172 참고).
또한, 제2NMOS(12)가 오프상태이므로 상기 양의 값을 갖는 전위의 영향은 제2NMOS(12)에 의해 차단될 수 있다(173 참고). 또한 제2NMOS(12)에 형성된 기생 다이오드의 방향 때문에 상기 양의 값을 갖는 전위의 영향은 상기 기생 다이오드에 의해 차단될 수 있다(174 참고).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 음의 노이즈 및 양의 노이즈 모두를 차단할 수 있는 회로를 나타낸 것이다.
도 8의 보호회로(400)는 도 4에 도시한 보호회로(200)와 도 6에 도시한 보호회로(300)를 서로 조합하여 구성할 수 있다.
제1AC입출력단자(41)를 통해 임의의 외부 노이즈가 인가되는 경우 모두에 있어서, 도 8의 보호회로(400)의 동작원리는 도 4 내지 도 7을 통해 설명한 것과 동일하다.
도 9는 도 8에 나타낸 보호회로를 이용하여 구성한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력수신장치를 나타낸 것이다.
도 9를 참조하여 설명하면, 제1보호부(1)는 내부 NMOS, 내부 다이오드(예컨대, Schottky diode) 및 전압분배부(R01, R02)를 포함할 수 있다. 상기 내부 NMOS의 드레인, 소스 및 게이트 단자는 각각 제1전압추종단자(B), 상기 내부 다이오드의 아노드, 및 상기 전압분배부의 분배전압 출력단자(C)에 연결될 수 있다. 상기 내부 다이오드의 캐쏘드는 제1전압감지단자(A)에 연결될 수 있다. 상기 전압분배부는 두 개의 저항(R01, R02)으로 이루어져 있을 수 있다. 이때, 상기 전압분배부의 제1연결단자 및 제2연결단자는 각각 상기 내부 다이오드의 아노드 및 기준전위(GND)에 연결될 수 있다. 제1전압추종단자는 저항(31)을 통해 기준전위(GND)에 연결될 수 있다.
제2보호부(2)는 내부 NMOS, 내부 다이오드(예컨대, Schottky diode) 및 전압분배부(R12, R22)를 포함할 수 있다. 상기 내부 NMOS의 드레인, 소스 및 게이트 단자는 각각 제2전압추종단자(B'), 상기 내부 다이오드의 아노드, 및 상기 전압분배부의 분배전압 출력단자(C')에 연결될 수 있다. 상기 내부 다이오드의 캐쏘드는 제2전압감지단자(A')에 연결될 수 있다. 상기 전압분배부는 두 개의 저항(R12, R22)으로 이루어져 있을 수 있다. 이때, 상기 전압분배부의 제3연결단자 및 제4연결단자는 각각 상기 내부 다이오드의 아노드 및 기준전위(GND)에 연결될 수 있다. 제2전압추종단자(B')는 저항(32)을 통해 기준전위(GND)에 연결될 수 있다.
제1전압추종단자(B) 및 제2전압추종단자(B')는 각각 제1제어부(21) 및 제2제어부(22)의 제어신호 출력단자에 연결될 수 있다. 즉, 제1전압추종단자(B) 및 제2전압추종단자(B')는 각각 제1NMOS(11)의 게이트 및 제2NMOS(12)의 게이트에 연결될 수 있다.
제1AC입출력단자(41)에 제어장치의 기준전위(GND)보다 낮은 음(-)의 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 제1NMOS(11) 및 제3NMOS(13)가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 제1보호부(1)는 제1전압추종단자(B)의 전위가 제1전압감지단자(A)의 전위를 추종하도록 되어 있을 수 있다. 또한, 이때 제2NMOS(12) 및 제4NMOS(14)가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 제2보호부(2)는 제2전압추종단자(B')의 전위가 제2전압감지단자(A')의 전위를 추종하도록 되어 있을 수 있다.
제1AC입출력단자(41)에 제어장치의 기준전위(GND)보다 높은 양(+)의 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 제1NMOS(11)가 및 제3NMOS(13)가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 제1NMOS(11) 및 제3NMOS(13)의 게이트 단자는 저항(31)을 통해 기준전위(GND)에 연결될 수 있다. 또한, 이때 제2NMOS(12) 및 제4NMOS(14)가 오프 상태를 갖도록 하게 위해 제2NMOS(12) 및 제4NMOS(14)의 게이트 단자는 저항(32)을 통해 기준전위에 연결될 수 있다. 이때, 제1보호부(1)에 포함된 다이오드에 의해 제1전압감지단자(A)의 전압이 제1전압추종단자(B)에 영향을 미치지 않는다. 마찬가지로 제2보호부(2)에 포함된 다이오드에 의해 제2전압감지단자(A')의 전압이 제2전압추종단자(B')에 영향을 미치지 않는다.
도 9에서 제1AC입출력단자(41)에 연결된 내부회로는 제2AC입출력단자(42)에 연결된 내부회로와 동일할 수 있다. 제1AC입출력단자(41)에 동작전위(VM)이 인가될 때에 제2AC입출력단자(42)에는 기준전위(GND)가 인가될 수 있으며, 그 반대도 가능하다.
도 4 내지 도 9를 통해 설명한 보호회로들은 도 2에 나타낸 제1AC입출력단자(41)에 연결되는 내부회로에 대비될 수 있다. 도 2에 나타낸 제2AC입출력단자(42)에 연결되는 내부회로들도 도 4 내지 도 9를 통해 설명한 보호회도로 대체될 수 있다.
제2AC입출력단자(42)에 연결되는 구성은 제1AC입출력단자(41)에 연결되는 구성과 동일한 구조를 취할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력수신장치가 코일로부터 AC전력을 수신하여 DC전압을 출력하는 제1모드에 따른 기능블록도를 나타낸다.
도 10에 나타낸 구성도 중 4개의 FET는 도 2에 나타낸 NMOS(11~14)에 대응한다. 이때, 상기 4개의 FET의 게이트는 동기 정류 제어부(Sync Rectifier Control)에 의해 제어될 수 있다. 도 10에서 단자(Tout)는 정류된 DC 전압이 출력되는 단자일 수 있다. 그리고 단자(741, 742)는 도 10의 위쪽에 도시된 2개의 FET를 구동하기 위한 부트스트랩 커패시터를 연결하기 위한 단자일 수 있다. 이러한 구조는 종래 기술, 예컨대 TI사의 파트넘버 bq51221 의 데이터 시트에 예시되어 있다.
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.

Claims (7)

  1. ① AC입출력단자; ② 제1제어부; 및 ③ 드레인, 게이트, 및 소스가 각각 동작전원, 상기 제1제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 AC입출력단자에 연결되어 있는 제1NMOS;를 포함하는 무선전력수신장치로서,
    상기 AC입출력단자에 연결된 제1전압감지단자, 및 상기 제1NMOS의 게이트에 연결된 제1전압추종단자를 갖는 제1보호부;
    를 더 포함하며,
    상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제1NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제1보호부는 상기 제1전압추종단자의 전위가 상기 제1전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있고,
    상기 무선전력수신장치는, 제1모드에서 무선으로 전력을 수신하도록 되어 있고, 제2모드에서 상기 AC입출력단자를 통해 상기 동작전원으로부터 외부 인덕터에게 구동전류를 제공하도록 되어 있으며,
    상기 제1보호부는, 상기 제2모드에서 상기 제1전압추종단자의 전위가 상기 제1전압감지단자의 전위를 추종하지 않도록 되어 있고,
    상기 동작전원의 전위는 상기 기준전위보다 높은,
    무선전력수신장치.
  2. ① AC입출력단자; ② 제1제어부; 및 ③ 드레인, 게이트, 및 소스가 각각 동작전원, 상기 제1제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 AC입출력단자에 연결되어 있는 제1NMOS;를 포함하는 무선전력수신장치로서,
    상기 AC입출력단자에 연결된 제1전압감지단자, 및 상기 제1NMOS의 게이트에 연결된 제1전압추종단자를 갖는 제1보호부
    를 더 포함하며,
    상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제1NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제1보호부는 상기 제1전압추종단자의 전위가 상기 제1전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있고,
    상기 제1보호부는, 내부 NMOS, 내부 다이오드, 및 전압분배부를 포함하며,
    상기 내부 NMOS의 드레인, 소스, 및 게이트는 각각 상기 제1전압추종단자, 상기 내부 다이오드의 아노드, 및 상기 전압분배부의 분배전압출력단자에 연결되어 있고,
    상기 내부 다이오드의 캐쏘드는 상기 제1전압감지단자에 연결되어 있으며,
    상기 전압분배부의 제1연결단자 및 제2연결단자는 각각 상기 아노드 및 상기 기준전위에 연결되어 있는,
    무선전력수신장치.
  3. ① AC입출력단자; ② 제1제어부; 및 ③ 드레인, 게이트, 및 소스가 각각 동작전원, 상기 제1제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 AC입출력단자에 연결되어 있는 제1NMOS;를 포함하는 무선전력수신장치로서,
    상기 AC입출력단자에 연결된 제1전압감지단자, 및 상기 제1NMOS의 게이트에 연결된 제1전압추종단자를 갖는 제1보호부;
    제2제어부;
    소스, 게이트, 및 드레인이 각각 기준전위, 상기 제2제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 AC입출력단자에 연결되어 있는 제2NMOS; 및
    상기 AC입출력단자에 연결된 제2전압감지단자, 및 상기 제2NMOS의 게이트에 연결된 제2전압추종단자를 갖는 제2보호부;
    를 더 포함하며,
    상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제1NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제1보호부는 상기 제1전압추종단자의 전위가 상기 제1전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있고,
    상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제2NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제2보호부는 상기 제2전압추종단자의 전위가 상기 제2전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있는,
    무선전력수신장치.
  4. ① AC입출력단자; ② 제1제어부; ③ 드레인, 및 게이트가 각각 동작전원, 및 상기 제1제어부의 제어신호 출력단자에 연결되어 있는 제1NMOS; 및 ④ 드레인, 게이트, 및 소스가 각각 상기 AC입출력단자, 상기 제1제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 제1NMOS의 소스에 연결되어 있는 제3NMOS;를 포함하는 무선전력수신장치로서,
    상기 AC입출력단자에 연결된 제1전압감지단자, 및 상기 제1NMOS의 게이트 및 상기 제3NMOS의 게이트에 연결된 제1전압추종단자를 갖는 제1보호부
    를 더 포함하며,
    상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제1NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제1보호부는 상기 제1전압추종단자의 전위가 상기 제1전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있는,
    무선전력수신장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 높은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제3NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제3NMOS의 게이트와 기준 전위 사이를 연결하는 저항을 더 포함하는, 무선전력수신장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1보호부는, 내부 NMOS, 내부 다이오드, 및 전압분배부를 포함하며,
    상기 내부 NMOS의 드레인, 소스, 및 게이트는 각각 상기 제1전압추종단자, 상기 내부 다이오드의 아노드, 및 상기 전압분배부의 분배전압출력단자에 연결되어 있고,
    상기 내부 다이오드의 캐쏘드는 상기 제1전압감지단자에 연결되어 있으며,
    상기 전압분배부의 제1연결단자 및 제2연결단자는 각각 상기 아노드 및 상기 기준전위에 연결되어 있는,
    무선전력수신장치.
  7. 제4항에 있어서,
    제2제어부;
    게이트, 및 드레인이 각각 상기 제2제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 AC입출력단자에 연결되어 있는 제2NMOS;
    드레인, 게이트, 및 소스가 각각 기준전위, 상기 제2제어부의 제어신호 출력단자, 및 상기 제2NMOS의 소스에 연결되어 있는 제4NMOS; 및
    상기 AC입출력단자에 연결된 제2전압감지단자, 및 상기 제2NMOS의 게이트에 연결된 제2전압추종단자를 갖는 제2보호부;
    를 더 포함하며,
    상기 AC입출력단자에 상기 무선전력수신장치의 기준전위보다 낮은 전위가 외부로부터 인가되었을 때에 상기 제2NMOS가 오프상태를 갖도록 하기 위해, 상기 제2보호부는 상기 제2전압추종단자의 전위가 상기 제2전압감지단자의 전위를 추종하도록 되어 있는,
    무선전력수신장치.


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