KR102127066B1 - 대역내 통신들을 이용한 무선 충전 시스템들 - Google Patents

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Abstract

무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 신호들을 생성하기 위해 구동 신호들을 코일에 공급하는 제어 회로를 가질 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스는 무선 전력 송신 디바이스로부터의 송신된 무선 전력 신호들을 수신하는 코일을 가질 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스는, 무선 전력 수신 디바이스 내의 코일에 의해 수신된 신호들을 정류하고, 정류된 전압을 커패시터에 제공하는 정류기를 가질 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스 내의 충전기는 정류된 전압을 사용하여 디바이스 내의 배터리를 충전할 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스에 정보를 전달하고자 할 때, 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력의 송신을 중단할 수 있고, 무선 전력 수신 디바이스는 정류기 내의 트랜지스터들을 변조하여, 무선 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신할 수 있다.

Description

대역내 통신들을 이용한 무선 충전 시스템들
본 출원은, 2017년 6월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/611,622호, 및 2016년 6월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/355,707호에 대한 우선권을 주장하며, 그로써 그 특허 출원 및 그 가특허 출원은 그들 전체가 본 명세서에 인용에 의해 포함된다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 충전 시스템들에 관한 것으로, 더 구체적으로는 전자 디바이스들을 충전하기 위한 시스템들에 관한 것이다.
무선 충전 시스템에서, 무선 전력 어댑터는 무선 전력 수신 디바이스에 전력을 무선으로 송신하기 위해 코일을 사용할 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스는 코일 및 정류기를 가질 수 있다. 코일은 무선 전력 어댑터로부터 무선으로 송신된 전력 신호들을 수신한다. 정류기는 수신된 신호들을 직류(DC) 전력으로 변환한다.
때때로, 무선 전력 수신 디바이스로부터 무선 전력 어댑터로 데이터를 송신하는 것이 바람직할 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스들이 무선 전력 디바이스들과 통신하는 것을 허용하는 소위 대역내 통신 방식들이 개발되었다. 통상적인 대역내 통신 방식에서, 수신 디바이스 내의 코일에 커플링되는 스위칭 회로는 코일에 걸쳐 부하를 변조하는 데 사용된다. 무선 전력 어댑터는 무선 전력 어댑터 내의 코일에 커플링된 전압 감지 회로를 사용하여, 변조된 신호를 검출할 수 있다.
이러한 유형의 부하 변조에 기초하는 대역내 통신 방식들은 항상 신뢰가능하지는 않을 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 어댑터와 무선 전력 수신 디바이스 사이의 전자기 커플링이 불량하면, 무선 전력 어댑터의 전압 감지 회로는 무선 전력 수신 디바이스로부터 변조된 신호를 검출하지 못할 수 있다.
무선 전력 송신 디바이스가 무선 전력 수신 디바이스에 전력을 무선으로 송신할 수 있는 시스템이 제공된다. 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 신호들을 생성하기 위해 구동 신호들을 코일에 공급하는 제어 회로를 가질 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스는 무선 전력 송신 디바이스로부터의 송신된 무선 전력 신호들을 수신하는 코일을 가질 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스 및 무선 전력 수신 디바이스는 무선 전력을 송신 및 수신하는 데 사용되는 동일한 코일들을 사용하여 무선으로 통신할 수 있다.
무선 전력 수신 디바이스는, 무선 전력 수신 디바이스 내의 코일에 의해 수신된 신호들을 정류하고 대응하는 정류된 전압을 커패시터에 제공하는 정류기를 가질 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스 내의 충전기는 정류된 전압을 사용하여 디바이스 내의 배터리를 충전할 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스에 정보를 전달하고자 할 때, 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력의 송신을 일시정지시킬 수 있고, 무선 전력 수신 디바이스는 정류기 내의 트랜지스터들을 변조하여, 그에 의해 대역내에서 무선 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른, 무선 전력 어댑터, 및 전력 어댑터로부터 전력을 수신하는 전자 디바이스를 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 도 1에 도시된 유형의 시스템 내의 예시적인 디바이스들의 회로도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 동작시키는 것과 연관된 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 무선 충전 시스템을 사용하는 것에 수반되는 예시적인 동작들의 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 무선 전력 수신 디바이스로부터 무선 전력 송신 디바이스로 데이터를 송신하는 것과 연관된 신호들의 그래프이다.
무선 전력 시스템은 무선 전력 어댑터 또는 다른 장비와 같은 전력 송신 디바이스를 가질 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스는 손목시계, 셀룰러 전화기, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 또는 다른 전자 장비와 같은 무선 전력 수신 디바이스에 전력을 무선으로 송신할 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스는 제어 회로에 전력을 공급하기 위해 그리고 내부 배터리를 충전하기 위해 무선 전력 어댑터로부터의 전력을 사용할 수 있다.
예시적인 무선 전력 시스템(무선 충전 시스템)이 도 1에 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 시스템(10)은 무선 전력 송신 디바이스(12)와 같은 무선 전력 송신 디바이스를 포함할 수 있고, 무선 전력 수신 디바이스(24)와 같은 무선 전력 수신 디바이스를 포함할 수 있다.
전력 송신 디바이스(12)는 독립형 전력 어댑터일 수 있거나, 케이블에 의해 전력 어댑터 또는 다른 장비에 커플링되는 무선 충전 매트일 수 있거나, 휴대용 디바이스일 수 있거나, 가구, 차량, 또는 다른 시스템에 통합된 장비일 수 있거나, 또는 다른 무선 전력 전달 장비일 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스(12)가 전력 어댑터인 예시적인 구성들은 때때로 본 명세서에서 일 예로서 설명될 수 있다.
전력 수신 디바이스(24)는 손목시계, 셀룰러 전화기, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 또는 다른 전자 장비와 같은 휴대용 전자 디바이스일 수 있다. 전력 송신 디바이스(12)는 교류(AC) 전력의 벽 콘센트 또는 다른 소스에 커플링될 수 있고 그리고/또는 전력을 공급하기 위한 배터리를 가질 수 있다. 전력 송신 디바이스(12)는 벽 콘센트 또는 다른 전원으로부터의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 전력 변환기(14)와 같은 AC-DC 전력 변환기를 가질 수 있다. DC 전력은 제어 회로(16)에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 동작 동안, 제어 회로(16) 내의 제어기는 스위칭 회로(예를 들어, 트랜지스터)를 턴 온 및 오프시켜, 코일(22)을 통해 AC 신호들을 생성할 수 있다. AC 신호들이 코일(22)을 통과함에 따라, 전력 수신 디바이스(24) 내의 대응하는 코일(28)에 의해 수신되는 전자기 신호들(26)이 생성된다. 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 데이터를 송신하고자 할 때, 데이터 송신기 회로(18)는 주파수-시프트 키잉(FSK) 변조 방식과 같은 변조 방식을 사용하여 코일(22)에 공급되는 신호들을 변조하는 데 사용될 수 있다. 전력 수신 디바이스(24)의 제어 회로(30)는 데이터 수신기 회로(32)와 같은 데이터 수신기 회로를 사용하여, 송신기(18)로부터의 변조된 신호 펄스들을 복조할 수 있다(예를 들어, 회로(32)는 회로(18)로부터의 FSK 신호들을 복조할 수 있다). 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 데이터를 송신하고자 할 때, 디바이스(24)의 데이터 송신기 회로(34)는 코일(28)에 의해 디바이스(12)의 코일(22)로 송신되고 디바이스(12)의 데이터 수신기(20)에 의해 복조되는 신호들을 생성하는 데 사용될 수 있다.
전력 송신 동작들 동안, 코일(28)은 수신된 AC 전력 신호들을 정류기(36)에 공급한다. 정류기(36)는 브리지 회로(40)와 같은 정류 회로를 포함한다. 브리지 회로(40)는 입력 단자들(IN)과 출력 단자들(OUT) 사이에서 브리지 네트워크에 배열된 동기식 정류 금속-산화물-반도체 트랜지스터들(38)과 같은 정류 컴포넌트들을 갖는다. 브리지 네트워크는 임의의 적합한 수의 트랜지스터들(38)(예를 들어, 2개의 트랜지스터들(38), 4개의 트랜지스터들(38) 등)을 가질 수 있다. 도 1의 구성은 예시적이다.
입력 단자들(IN)은 코일(28)로부터 AC 전력 신호들을 수신할 수 있다. 트랜지스터들(38)은 코일(28)로부터의 AC 전력 신호들과 동기하여 제어 회로(30)에 의해 턴 온 및 오프되어, AC 전력 신호들을 정류할 수 있다(예를 들어, 브리지 회로(40)의 트랜지스터(38) 및 정류기(36)는 출력(OUT)에서, 정류된 신호들을 생성하기 위해 동기식 정류 방식을 사용하여 동작될 수 있다). 커패시터 및 충전기 회로는 출력(OUT)에 커플링될 수 있으며, 수신된 전력을 저장하고, 신호 리플들을 평활화하고, 디바이스(24) 내의 배터리에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
디바이스(24)는 디바이스(24)의 사용자에게 이미지들을 디스플레이하기 위한 디스플레이(29)를 포함할 수 있고, 센서들(예를 들어, 힘 센서들, 터치 센서들, 광-기반 근접 센서들, 커패시턴스-기반 근접 센서들, 용량성 터치 센서들, 힘 센서들, 자기 센서들, 자이로스코프들, 가속도계들, 가스 압력 센서들, 온도 센서들, 주변 광 센서들, 이미지 센서들 등)과 같은 다른 입력-출력 디바이스들을 포함할 수 있고, 버튼들, 키패드들, 트랙패드들, 및 다른 입력 디바이스들을 포함할 수 있고, 오디오 컴포넌트들, 상태-표시자 광들, 및/또는 다른 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 데이터를 송신하고자 할 때, 디바이스(12)는 전력의 송신을 중단(중지)할 수 있다. 전력 송신은 비교적 짧은 양의 시간(예를 들어, 5 내지 50 ms) 또는 다른 적합한 시간 기간 동안 중지될 수 있다. 이러한 시간 동안, 전력이 공급되고 활성인 디바이스(24) 내의 임의의 컴포넌트들(예를 들어, 사용자에게 이미지들을 디스플레이하고 있는 디스플레이(29)와 같은 디스플레이, 사용자에게 오디오를 제시하고 있는 오디오 디바이스 등)은 인터럽션(interruption) 없이 계속해서 동작할 수 있는데, 그 이유는, 정류기(36) 내의 평활화 커패시터(예를 들어, 커패시터(Cout) 및/또는 디바이스(24) 내의 배터리(예를 들어, 배터리(42))가 디바이스(12)로부터의 수신된 무선 전력의 부재 시에서도 이들 컴포넌트들에 전력을 공급할 수 있기 때문이다. 그 결과, 디바이스(24)와의 사용자의 상호작용이 방해받지 않을 것이다. 디바이스(24)가 디스플레이(29) 상에서 배터리 충전 표시자를 디스플레이하고 있을 때, 배터리 충전 표시자는 또한 인입 무선 전력의 짧은 스톱페이지(stoppage)를 무시할 것이다. 예를 들어, 배터리 충전 표시자는 충전의 표시로부터 비충전 표시로 그리고 다시 충전 동작으로 간단히 전이하는 것을 보류한다. 이러한 태양들은 디바이스(24)와의 사용자의 상호작용에 대한 인지가능한 인터럽션 없이 주기적으로(예를 들어, 충전 파라미터들에 대한 실시간 피드백을 제공하기 위해 등) 데이터가 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 송신되게 허용한다. 데이터는 또한, (예를 들어, 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 디바이스 식별자를 제공하기 위해 등) 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 전력을 초기에 송신할 시에 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 송신될 수 있다.
디바이스(12)가 디바이스(24)로 무선 전력을 송신하고 있지 않는 동안, 디바이스(24)의 데이터 송신기 회로(34)는 정류기(36) 내의 트랜지스터들(38)을 변조하여, 그에 의해, 코일(28)로부터 디바이스(12)의 코일(22)로 송신되는 무선 신호들을 생성할 수 있다. 데이터 신호들이 코일들(22, 28)을 사용하여 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 무선으로 전달되기 때문에, 디바이스(24)와 디바이스(12) 사이의 이러한 유형의 데이터 통신들은 때때로 대역내 통신들로 지칭될 수 있다. 디바이스(12)는 디바이스(24)로부터의 무선 신호들을 복조하고 그에 의해 디바이스(24)로부터 송신된 데이터를 수신하기 위해 데이터 수신기(20)를 사용할 수 있다. 송신된 데이터는 디바이스(24)를 디바이스(12)에 대해 인증하는 데 사용될 수 있거나, 피드백 또는 다른 제어 신호들을 디바이스(12)에 공급하는 데 사용될 수 있거나, 또는 다른 정보를 전달하는 데 사용될 수 있다.
디바이스(12)가 전력 송신 모드에 있을 때, 제어 회로(16)는 코일(22)에 커플링된 출력 트랜지스터들에 공급되고 있는 AC 구동 신호들을 변조하고 그에 의해 얼마나 많은 전력이 디바이스(24)에 공급되고 있는지를 조정하기 위해 펄스-폭 변조(PWM) 방식을 사용할 수 있다. 제어 회로(16)의 전력 송신 부분 내의 출력 트랜지스터들은, 예를 들어, 약 200 ㎑의 AC 주파수(또는 100 ㎑ 내지 300 ㎑, 적어도 100 ㎑, 300 ㎑ 미만의 주파수 등과 같이 200 ㎑ 초과 또는 그 미만의 다른 적합한 주파수)로 변조되어, 코일(22)을 구동시키기 위한 AC 신호를 생성할 수 있다. 이러한 AC 신호가 코일(22)을 통과함에 따라, 대응하는 무선 전력 신호(전자기 신호(26))가 생성되고 디바이스(24)의 코일(28)로 전달된다. PWM AC 구동 신호들의 듀티 사이클은, 원한다면, 데이터 송신기(34)로부터 데이터 수신기(20)로 대역내에서 전달되는 전력 송신 피드백 정보에 기초하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(12)는, 디바이스(12)가 디바이스(24)에 제공하고 있는 송신된 전력의 양을 증가 또는 감소시키기 위해 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 다시 송신되었던 정보를 사용할 수 있다.
도 2는 시스템(10) 내의 무선 전력 송신 디바이스 및 무선 전력 수신 디바이스에 대해 사용될 수 있는 예시적인 회로를 도시하는 회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 디바이스(12)는 AC-DC 변환기(14)(도 1)로부터 커패시터(Cin)에 걸친 DC 전압(Vin)을 수신할 수 있다. 제어 회로(16)는 트랜지스터들(Q1, Q2)의 게이트들(46)에 인가되는 제어 신호들을 생성할 수 있다. 트랜지스터들(Q1, Q2)의 게이트들(46)은, Q2의 게이트가 로우일 때 Q1의 게이트가 하이이고, Q1의 게이트가 로우일 때 Q2의 게이트가 하이이도록 상보형 신호들을 수신할 수 있다. 하나의 예시적인 구성에 대해, 트랜지스터들(Q1, Q2)은 펄스 폭 변조를 사용하여 변조되는 200 ㎑ 또는 다른 적합한 주파수(예를 들어, 적어도 100 ㎑, 300 ㎑ 미만 등)의 AC 신호를 공급받을 수 있다. 원한다면, 다른 적합한 제어 신호들이 Q1 및 Q2에 인가될 수 있다. 트랜지스터들(Q1, Q2)은 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 내부 다이오드 및 드레인-소스 커패시턴스(예를 들어, 커패시턴스들(Cds1, Cds2) 참조)에 의해 특성화될 수 있다.
트랜지스터들(Q1, Q2)은 (전원 전압(Vin)에서의) 양의 전압 단자와 접지 전원 단자 사이에 직렬로 커플링된다. 코일(22)은 접지에 커플링된 제1 단자 및 전압(Vsw)에서 Q1과 Q2 사이의 노드에 커패시터(Ctx)에 의해 커플링된 제2 단자를 갖는다. 제어 신호들이 출력 트랜지스터들(Q1, Q2)의 게이트들(46)에 인가됨에 따라, DC 전압(Vin)은 커패시터(Ctx) 및 (인덕턴스(Ltx)의) 코일(22)을 통과하는 AC 전류로 변환된다. 이것은, 디바이스(24)로 송신되고 디바이스(24) 내의 (인덕턴스(Lrx)의) 코일(28)에 의해 수신되는 대응하는 무선 신호(26)를 생성한다.
코일(28)로부터 수신된 AC 신호는 커패시터(Crx)를 통해 정류기(36)의 브리지 회로(40)로 전달된다. 정류기(36)의 트랜지스터들(S1, S2)은 동기식 정류기 모드로 동작되어, 수신된 신호를 정류하고 그에 의해 커패시터(Cout)에 걸쳐 정류된 DC 신호(전압)(Vrect)를 생성할 수 있다. 동기식 정류기 동작에서, 제어 회로(24)는 각각의 트랜지스터의 드레인에서의 전압을 감지하고, 감지 전압을 트리거 신호로서 사용하여, 적절한 경우 각각의 트랜지스터를 능동적으로 턴 온시킨다. 동기식 정류기 동작은, 다이오드 턴 온 전압으로 인한 전력 손실들을 제거함으로써 정류 효율을 향상시킬 수 있다.
커패시터(Cout)는 출력 단자들(OUT)에 걸쳐 정류기(36)의 브리지 회로(40)에 의해 생성되는 전압(Vrect)을 유지할 수 있다. 정상 동작 동안, 충전기(44)는 DC 전압(Vrect)을 사용하여, 배터리(42)를 충전하고 디바이스(24) 내의 시스템 회로에 전력을 공급할 수 있다.
디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 데이터를 송신하고자 할 때, 제어 회로(24)의 데이터 송신기(34)(예를 들어, 접지에 결합되고, 커패시터에 의해 노드(N1) 또는 다른 적합한 송신기 회로에 커플링된 스위치)는 송신되는 데이터에 따라 변조될 수 있다. 예를 들어, 송신기(34) 내의 스위치는 각각의 송신된 데이터 비트에 대해 (예를 들어, 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 송신되는 각각의 "1" 비트에 대해) 1회 이상 펄스화될 수 있다. 미리 결정된 수의 펄스들(예를 들어, 1개의 펄스, 2개의 펄스들, 3개의 펄스들 등)의 존재는 "1 비트"에 대응할 수 있고, 송신된 데이터 스트림에서 송신기(34)로부터의 이러한 수의 펄스들의 부재는 (일 예로서) "제로" 비트들에 대응할 수 있다. 송신기(34)로부터의 각각의 펄스는 코일(22)에서 신호 링잉(ringing)을 유도할 만큼 충분히 짧을 수 있다. 예를 들어, 송신기(34)는, 지속기간이 1 마이크로초인 펄스들, 적어도 0.1 ms 길이인 펄스들, 10 ms 보다 짧은 펄스들, 및/또는 다른 적합한 펄스들을 생성할 수 있다. 디바이스(12)의 제어 회로(16)는 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로의 대역내 데이터의 송신 동안 전력 송신 동작들을 일시정지시킬 수 있으며, 송신기(34)로부터 송신된 데이터(예를 들어, 전자기 신호들을 통해 코일(28)로부터 코일(22)로 무선으로 전달되는 신호들)를 수신하기 위해 데이터 수신기(20)를 사용할 수 있다.
임의의 적합한 변조 방식이 디바이스(12)로의 데이터의 송신을 지원하는 데 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 구성에 대해, 송신기(34)는, (예를 들어, 송신기 회로(34) 내의 커패시터를 통해) 노드(N1)를 접지에 커플링시키기 위해 하나 이상의 구동 신호 펄스들의 세트들을 송신기(34)의 스위치에 인가함으로써 디바이스(12)에 데이터를 송신할 수 있다. 제어 회로(24)가 이러한 신호 펄스들 중 하나를 코일(28)에 인가할 때마다, 코일(28)은 전자기 커플링을 통해 신호(26)로서, 코일(22)을 통한 전류에서 대응하는 펄스를 생성할 것이며, Ctx 및 Ltx 그리고 Cds2의 네트워크로 인해, 도 3에 도시된 바와 같이, 코일(22)을 통한 전류가 링잉할 것이고, Vsw가 링잉할 것이다. 이러한 배열을 사용하여, 데이터는 이진(1 비트들 및 제로 비트들)으로 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 송신될 수 있다. 1 비트들은, 트랜지스터들(S1, S2)을 사용하는 데이터 송신기(34)에 의해, 접지에 커플링된 스위치(예를 들어, 트랜지스터)를 사용함으로써, 또는 다른 송신기 회로를 사용하여, 코일(28)에 인가되는 하나 이상의 펄스들(예를 들어, 마이크로초 펄스들)의 세트들에 의해 표현될 수 있다. 제로 비트들은 송신된 이진 데이터에서 이들 펄스들의 부재에 의해 표현될 수 있다. 데이터 수신기(20)는 전압 센서를 사용하여, 커패시터(Ctx)에 걸친 전압(Vsw)을 모니터링할 수 있으며, 그 전압은 송신된 신호의 수신된 버전에 대응한다. 전압(Vsw)을 모니터링함으로써, 수신기(20)는 데이터 송신기(34)에 의해 송신된 데이터를 수신할 수 있다.
원한다면, 데이터는 또한 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 송신될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터들(Q1, Q2)에 인가되는 PWM 신호는 주파수 시프트 키잉(FSK) 또는 다른 적합한 변조 방식과 같은 변조 방식을 사용하여 송신기(18)에 의해 변조될 수 있다. 데이터 수신기(32)는 송신기(18)로부터의 변조된 데이터 신호를 검출하기 위해 커패시터(Crx)에 걸쳐 커플링되는 검출기 회로를 가질 수 있다. 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로의 데이터 송신은 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로의 전력 송신 동안 발생할 수 있다. 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로의 데이터 송신 동안, 코일(22)은 전력을 무선으로 송신하기보다는 데이터를 수신하기 위해 사용될 수 있다.
도 3은, (기간 T1 동안) 디바이스(24)에 전력을 송신하기 위해 디바이스(12)를 사용하는 것 및 (기간 T2 동안) 디바이스(12)에 데이터를 송신하기 위해 디바이스(24)를 사용하는 것에 수반되는 신호들을 도시한 그래프이다. 기간 T1 동안, 제어 회로(16)는 출력 트랜지스터들(Q1, Q2)을 변조하여, 코일(22)로부터 무선 신호들(26)을 생성한다(예를 들어, Q1의 게이트(46)에 인가될 수 있는 유형의 예시적인 신호인 신호 Q1_gate를 참조). 기간 T1은, 일 예로서, 5 내지 20 ms의 지속기간, 5 ms 초과, 20 ms 미만, 또는 다른 적합한 시간 기간일 수 있다. 기간 T1에서의 전력 송신 동안, 송신기 회로(18)는 (예를 들어, 디바이스(24)에 FSK 데이터를 송신하기 위해) 트랜지스터들(Q1, Q2)에 인가되는 신호의 주파수를 변조할 수 있다. FSK 데이터는 (예를 들어, 식별자를 제공하기 위해, 충전 파라미터들을 제공하기 위해 등) 디바이스(24)가 응답하기 위한 요청을 포함할 수 있다.
기간 T1 동안 코일(22)에 의해 코일(28)로 송신된 전력이 커패시터(Cout)에 저장된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 정류기(36)에 의해 생성되고 Cout에 걸쳐 저장되는 DC 전압(Vrect)이 기간 T1 동안 램프 업된다. 전압(Vrect)은 이러한 방식으로 증가할 것이고, 에너지는 배터리(42) 내의 저장된 에너지의 부재 시에서도 커패시터(Cout)에 저장되어, 배터리(42)가 비어 있는 경우에도 디바이스(24)가 디바이스(12)에 데이터를 송신하게 허용할 것이다. 충전기(44)는 전압(Vrect)의 램핑 업 동안 배터리(42)를 연결해제할 수 있다.
제어 회로(30)에 전력을 공급할 만큼 충분한 에너지가 커패시터(Cout)에 저장된 이후, 제어 회로(16)는 트랜지스터들(Q1, Q2)의 변조를 중단할 수 있고, 데이터 송신기(34)는 데이터 수신기(20)에 데이터를 송신하는 것을 시작할 수 있다. 데이터 송신기(34)는, 예를 들어, 노드(N1)에서 전압을 변조할 수 있다. 노드(N1)에 공급되는 출력 신호(VN1)는 각각의 1 비트에 대한 펄스들의 세트(예를 들어, 도 3의 예에서는 3개의 펄스들)를 가질 수 있고, 각각의 제로 비트에 대해서는 펄스들을 갖지 않을 수 있다. 도 2의 예시적인 구성에서, 송신기 회로(34)는 노드(N1) 상의 신호를 변조하기 위해 노드(N1)에 결합된 스위치를 갖는다. 원한다면, 송신기(34)는 (일 예로서) 트랜지스터(S1) 및/또는 트랜지스터(S2)의 게이트에 펄스들을 인가함으로써 코일(28)을 통해 송신되는 신호를 변조할 수 있다.
송신기(34)로부터의 각각의 펄스는 코일(28)을 통해 흐르는 전류에서 링잉을 유도한다. 이러한 링잉 AC 전류는, 코일(22)에 의해 수신되고 디바이스(12)에서 링잉 전압(Vsw)으로 변환되는 AC 무선 신호들(26)을 생성한다. 데이터 수신기(20)는 신호(Vsw)를 모니터링할 수 있고, 도 3의 그래프에서 최하단 트레이스(trace)에 의해 표시된 바와 같이, 수신된 데이터(DEM_ Code)를 생성하도록 Vsw를 복조할 수 있다.
디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 전력을 송신하고 디바이스들(24, 12) 사이에서 데이터를 통신하기 위해 시스템(10)을 사용하는 것에 수반되는 예시적인 동작들의 흐름도가 도 4에 도시된다.
블록(50)의 동작들 동안, 디바이스(24)의 사용자는 디바이스(24)를 디바이스(12)의 근처로 가져올 수 있다. 디바이스(12)는 (예를 들어, 무선 임피던스 측정들을 행하거나, 광-기반 근접 센서를 사용하거나, 용량성 근접 센서를 사용하거나, 또는 다른 회로를 사용함으로써)디바이스(24)의 존재를 무선으로 검출할 수 있거나, 또는 사용자는 디바이스(24)가 무선 전력을 수신하기 위해 이용가능하다는 것을 디바이스(12)에게 통지하는 스위치 또는 다른 입력 디바이스를 활성화시킬 수 있다.
블록(52)의 동작들 동안, 디바이스(12)는 디바이스(24)에 무선 전력을 송신할 수 있다. 블록(52)의 동작들은, 디바이스(12)로의 사용자 입력에 응답하여, 또는 디바이스(24)가 블록(50)의 센서 측정들 또는 다른 측정들을 사용하여 무선 전력을 수신할 준비가 되었음을 검출하는 것에 응답하여 개시될 수 있다. 예를 들어, 블록(52)의 동작들은 주기적으로(예를 들어, 분당 1회 또는 다른 적합한 시간 기간으로) 디바이스(12)에 의해 개시될 수 있거나, 미리 결정된 스케줄에 따라 개시될 수 있거나, 또는 미리 결정된 무선 전력 송신 개시 기준들의 만족도에 응답하여 개시될 수 있다. 무선 전력은, 코일(22)을 통해 AC 구동 신호를 생성하고, 그에 의해, 디바이스(24) 내의 코일(28)에 의해 수신되는 대응하는 무선 신호(26)를 생성하기 위해, 트랜지스터들(Q1, Q2)을 변조하도록 제어 회로(16)를 사용함으로써 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 송신될 수 있다. 블록(52)의 전력 송신 동작들은, 도 3에서 램프된 전압(Vrect)에 의해 예시된 바와 같이, 커패시터(Cout) 내의 에너지가 제어 회로(30)에 전력을 공급하게 허용하는 레벨까지 커패시터(Cout)를 충전시킬만큼 충분히 길게 지속될 수 있다. 블록(52)의 동작들 동안, 디바이스(12)는 FSK 요청(예를 들어, 디바이스(24)가 디바이스 식별자, 충전 파라미터들, 및/또는 다른 정보를 공급하도록 요구하는 요청)을 디바이스(24)에 전송할 수 있다.
디바이스(12)가 이러한 방식으로 디바이스(24)의 커패시터(Cout) 및 제어 회로(30)를 에너자이징(energize)한 이후, 디바이스(24)가 수신된 FSK 요청을 프로세싱하게 허용하고 디바이스(24)가 수신된 요청에 응답하여 디바이스(12)에 데이터를 송신하는 것을 시작하게 허용하기 위해, 디바이스(12)는 (예를 들어, 약 20 ms, 적어도 5 ms, 50 ms 미만 등의 대기 기간 동안) 디바이스(24)에 무선 전력을 송신하는 것을 중단할 수 있다(블록(54)). 전력 송신이 이러한 방식으로 중지되고 데이터가 디바이스(12)로 송신되고 있는 동안, 디스플레이(29)는 인터럽트없이 이미지들을 디스플레이할 수 있고 그리고/또는 디바이스(24) 내의 다른 전기 컴포넌트들은 인터럽션 없이(예를 들어, 전력 손실로부터의 인터럽션 없이) 동작할 수 있다. 블록(54)의 동작들 동안, 회로(30)의 데이터 송신기(34)는, 디바이스(12)에 송신되는 이진 데이터 스트림에 따라 (예를 들어, 도 3에 도시된 유형의 펄스들의 세트들을 생성하기 위해), 접지에 커플링된 스위치를 사용하여 그리고/또는 디바이스(24) 내의 트랜지스터들(S1, S2) 또는 다른 송신기 회로를 변조함으로써 노드 N1 상의 전압(VN1)을 변조할 수 있다. 블록(56)의 동작들 동안, 데이터 수신기(20)는 (예를 들어, 링잉 신호(Vsw)에서 제로 전이들을 카운팅하기 위해 제로-크로싱(zero-crossing) 검출기를 사용함으로써, 또는 그렇지 않으면, 디바이스(24) 내의 송신기 회로(34)에 의해 생성된 VN1의 펄스들에 의해 유도된 링잉 펄스들을 검출함으로써) 디바이스(12)에서 신호(Vsw)를 복조하고, 그에 의해, 송신된 데이터 스트림을 수신할 수 있다. 일반적으로, 임의의 적합한 데이터 변조 방식이 정류기(36)의 브리지 회로(40) 내의 트랜지스터들(S1, S2)을 사용하여 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 데이터를 송신하는 데 사용될 수 있다. 트랜지스터들(S1, S2)의 게이트들에 인가되는 3개의 펄스들의 각각의 세트가 1 비트에 대응하고, 펄스들 없이 각각의 비교가능한 시간 기간이 데이터 제로 비트에 대응하는 도 3의 예시적인 구성이 일 예로서 제시된다.
디바이스(24)로부터 디바이스(12)로의 데이터 송신은 피드백(예를 들어, 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 송신되는 무선 전력의 양을 증가 또는 감소시키기 위해 자신의 PWM 출력 신호를 조정하도록 디바이스(24)에게 지시하는 정보)을 디바이스(24)에 공급하는 데 사용될 수 있거나, (예를 들어, 디바이스(24)가 초기에 디바이스(12)의 근처로 가져와질 때) 디바이스(24)를 디바이스(12)에 대해 인증하는 데 사용될 수 있거나, 또는 다른 적합한 동작을 취하는 데 사용될 수 있다(블록(58)).
원한다면, 도 4의 동작들은 연속적으로 또는 거의 연속적으로 발생될 수 있다. 예를 들어, 블록(58)의 동작들 동안의 인증 또는 전력 송신 레벨 조정들에 후속하여, 프로세싱은 블록(52)의 동작들로 되돌아갈 수 있어서, 디바이스(12)가 디바이스(24)에 전력을 다시 공급할 수 있고 부가적인 데이터가 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 송신될 수 있게 한다.
도 5는 송신기(34)로부터 수신기(20)로 데이터를 송신하는 것과 연관된 예시적인 신호들(60)을 도시한다. 도 5의 최상부 트레이스는 노드(N1)에 대해 디바이스(24)의 노드(N1)에 인가된 링-유도 펄스들에 대응한다. 본 예에서 송신된 데이터 비트 당 (예를 들어, "1" 비트 당) 3개의 펄스들이 존재하지만, 송신기(34)로부터의 더 적은 펄스들 또는 더 많은 펄스들이 각각의 비트와 연관될 수 있다. VN1의 펄스는 코일(28)을 통한 전류(ILrx)(도 5 의 중간 트레이스)에서 대응하는 전류 펄스들을 생성하며, 디바이스(12) 내의 수신기(20)에 의해 검출되는 디바이스(12)에서 Vsw(도 5의 최하부 트레이스)의 링잉 감쇠 펄스들을 초래한다(예를 들어, 코일(28)을 통한 각각의 전류 펄스는 수신기 회로(20)에 의해 검출되는 코일(22)을 통한 대응하는 링 전류 펄스를 유도한다).
일 실시예에 따르면, 전력 송신 디바이스로부터 무선으로 송신된 전력 신호들을 수신하도록 구성된 전자 디바이스가 제공되며, 그 전자 디바이스는, 무선으로 송신된 전력 신호들을 수신하도록 구성된 코일, 코일에 커플링된 정류기 - 정류기는 전력 신호들을 정류하고, 대응하는 정류된 직류 전압을 생성하도록 구성된 트랜지스터들을 가짐 -, 정류된 직류 전압에 의해 충전되도록 구성된 커패시터, 및 코일이 무선으로 송신된 전력 신호들을 수신하고 있지 않은 동안, 일련의 전류 펄스들을 코일에 인가함으로써 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신하도록 구성된 데이터 송신기를 갖는 제어 회로를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 정류기의 트랜지스터들은 커패시터에 걸쳐 직렬로 커플링된 제1 및 제2 트랜지스터들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 부가적인 커패시터를 포함하며, 제1 및 제2 트랜지스터들은 노드에 커플링되고, 부가 커패시터는 노드에 커플링되고, 코일은 부가적인 커패시터에 커플링된 단자를 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 제1의 부가적인 커패시터 및 제2의 부가적인 커패시터를 포함하며, 제1 및 제2 트랜지스터들은 노드에서 커플링되고, 제1의 부가적인 커패시터는 노드에 커플링되고, 제2의 부가적인 커패시터는 데이터 송신기 내의 스위치에 의해 접지에 커플링된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는, 정류된 직류 전압을 수신하도록 구성되고 정류된 직류 전압을 사용하여 배터리를 재충전하도록 구성된 충전기를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로는, 코일이 무선으로 송신된 전력 신호들을 수신하고 있는 동안, 전력 송신 디바이스로부터 무선으로 송신되었던 데이터를 코일을 통해 수신하도록 구성된 데이터 수신기 회로를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 데이터 송신기는 펄스들 중 적어도 2개에 의해 각각 표현되는 데이터 비트들을 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는, 데이터 송신기가 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신하는 동안, 인터럽션 없이 이미지들을 디스플레이하도록 구성된 디스플레이를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 디바이스와 무선 전력 송신 디바이스 사이에서 통신하기 위한 방법이 제공되며, 그 방법은, 무선 전력 수신 디바이스를 이용하여, 무선 전력 수신 디바이스 내의 커패시터에 걸쳐 직렬로 커플링된 적어도 한 쌍의 트랜지스터들을 갖는 정류기 및 수신 디바이스 코일을 이용하여 무선 전력 송신 디바이스로부터 송신된 무선 전력을 수신하는 단계; 무선 전력 수신 디바이스를 이용하여, 수신된 송신된 무선 전력을 사용하여 무선 전력 수신 디바이스 내의 커패시터를 충전하는 단계; 및 무선 전력 송신 디바이스로부터의 무선 전력 송신이 일시정지되는 동안, 신호 펄스들을 수신 디바이스 코일에 인가함으로써 무선 전력 수신 디바이스 내의 제어 회로를 이용하여 무선 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 데이터를 송신하는 단계는, 0.1 마이크로초 내지 10 마이크로초의 지속기간을 갖는 전류 펄스들을 수신 디바이스 코일에 인가함으로써 무선 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 커패시터로부터 제어 회로에 전력을 공급하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로를 이용하여 무선 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신하는 단계는, 펄스들 중 적어도 2개에 의해 각각 표현되는 데이터 비트들을 포함하는 제어 회로를 이용하여 무선 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은, 무선 전력 송신 디바이스가 송신 디바이스 코일로부터 무선 전력을 송신하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은, 무선 전력 송신 디바이스 내의 데이터 수신기가 송신된 데이터를 수신하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 펄스들 각각은 송신된 디바이스 코일에서 링잉 신호를 유도하며, 송신된 데이터를 수신하는 단계는 링잉 신호들을 검출하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 디바이스는 이미지들을 디스플레이하도록 구성된 디스플레이를 포함하며, 방법은, 무선 전력 송신 디바이스로부터의 무선 전력 송신이 일시정지되는 동안, 디스플레이 상에 인터럽트없이 이미지들을 디스플레이하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스를 갖는 시스템에서 동작하도록 구성된 전자 디바이스가 제공되며, 그 전자 디바이스는, 무선 전력 송신 디바이스로부터 무선 전력을 수신하도록 구성된 코일, 코일에 커플링된 정류기, 정류기를 사용하여 코일로부터 수신된 무선 전력을 이용하여 충전되도록 구성된 커패시터, 및 무선 전력 송신 디바이스에서 신호 링잉을 유도하는 신호 펄스들을 코일에 인가함으로써, 무선 전력 송신 디바이스에 의한 무선 전력 송신이 일시정지되는 동안, 무선 전력 송신 디바이스에 데이터 비트들을 송신하도록 구성된 데이터 송신기를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 송신된 데이터 비트들은 신호 펄스들 중 적어도 2개에 의해 각각 표현되는 데이터 비트들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 데이터 송신기는, 0.1 내지 10 마이크로초의 지속기간을 각각 갖는 신호 펄스들을 코일에 인가함으로써 데이터 비트들을 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 배터리, 및 무선 전력 송신 디바이스로부터 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하도록 구성된 충전기를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 부가적인 커패시터를 포함하며, 부가적인 커패시터는 코일과 노드 사이에 커플링되고, 데이터 송신기는 노드에 신호 펄스들을 인가하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 정류기는 무선 전력의 수신에 응답하여 직류 정류된 전압을 생성하도록 구성되고, 커패시터에 직류 정류된 전압을 공급하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 디스플레이를 포함하며, 디스플레이는 무선 전력 송신 디바이스에 의한 무선 전력 송신이 일시정지되는 동안 인터럽트없이 이미지들을 디스플레이하도록 구성된다.
전술한 것은 단지 예시일 뿐이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (23)

  1. 전력 송신 디바이스로부터 무선으로 송신된 전력 신호들을 수신하도록 구성된 전자 디바이스로서,
    상기 무선으로 송신된 전력 신호들을 수신하도록 구성된 코일;
    상기 코일에 커플링된 정류기 - 상기 정류기는 상기 전력 신호들을 정류하고, 대응하는 정류된 직류 전압을 생성하도록 구성된 트랜지스터들을 가짐 -;
    상기 정류된 직류 전압에 의해 충전되도록 구성된 커패시터; 및
    상기 코일이 상기 무선으로 송신된 전력 신호들을 수신하고 있지 않는 동안, 상기 정류기의 상기 트랜지스터들을 이용하여 상기 코일에 일련의 전류 펄스들을 인가함으로써 상기 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신하도록 구성된 데이터 송신기를 갖는 제어 회로를 포함하는, 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정류기의 상기 트랜지스터들은 상기 커패시터에 걸쳐 직렬로 커플링된 제1 및 제2 트랜지스터들을 포함하는, 전자 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 부가적인 커패시터를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 트랜지스터들은 노드에서 커플링되고, 상기 부가적인 커패시터는 상기 노드에 커플링되며, 상기 코일은 상기 부가적인 커패시터에 커플링된 단자를 갖는, 전자 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 제1의 부가적인 커패시터 및 제2의 부가적인 커패시터를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 트랜지스터들은 노드에서 커플링되고, 상기 제1의 부가적인 커패시터는 상기 노드에 커플링되며, 상기 제2의 부가적인 커패시터는 상기 데이터 송신기 내의 스위치에 의해 접지에 커플링되는, 전자 디바이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 정류된 직류 전압을 수신하도록 구성되고, 상기 정류된 직류 전압을 사용하여 배터리를 재충전하도록 구성된 충전기를 더 포함하는, 전자 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 코일이 상기 무선으로 송신된 전력 신호들을 수신하고 있는 동안, 상기 전력 송신 디바이스로부터 무선으로 송신되었던 데이터를 상기 코일을 통해 수신하도록 구성된 데이터 수신기 회로를 포함하는, 전자 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 데이터 송신기는 상기 펄스들 중 적어도 2개에 의해 각각 표현되는 데이터 비트들을 송신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 데이터 송신기가 상기 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신하는 동안, 인터럽션(interruption) 없이 이미지들을 디스플레이하도록 구성된 디스플레이를 더 포함하는, 전자 디바이스.
  9. 무선 전력 수신 디바이스와 무선 전력 송신 디바이스 사이에서 통신하기 위한 방법으로서,
    상기 무선 전력 수신 디바이스를 이용하여, 상기 무선 전력 수신 디바이스 내의 커패시터에 걸쳐 직렬로 커플링된 적어도 한 쌍의 트랜지스터들을 갖는 정류기 및 수신 디바이스 코일을 이용하여 상기 무선 전력 송신 디바이스로부터 송신된 무선 전력을 수신하는 단계;
    상기 무선 전력 수신 디바이스를 이용하여, 상기 수신된 송신된 무선 전력을 사용하여 상기 무선 전력 수신 디바이스 내의 상기 커패시터를 충전하는 단계; 및
    상기 무선 전력 송신 디바이스로부터의 무선 전력 송신이 일시정지되는 동안 그리고 상기 커패시터가 제어 회로로 전력을 공급하는 동안, 신호 펄스들을 상기 수신 디바이스 코일에 인가함으로써 상기 무선 전력 수신 디바이스 내의 상기 제어 회로를 이용하여 상기 무선 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 데이터를 송신하는 단계는, 0.1 마이크로초 내지 10 마이크로초의 지속기간을 갖는 전류 펄스들을 상기 수신 디바이스 코일에 인가함으로써 상기 무선 전력 송신 디바이스에 데이터를 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서, 상기 제어 회로를 이용하여 상기 무선 전력 송신 디바이스에 상기 데이터를 송신하는 단계는, 상기 펄스들 중 적어도 2개에 의해 각각 표현되는 데이터 비트들을 포함하는 상기 제어 회로를 이용하여 상기 무선 전력 송신 디바이스에 상기 데이터를 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 디바이스를 이용하여, 송신 디바이스 코일로부터 상기 무선 전력을 송신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 디바이스 내의 데이터 수신기를 이용하여, 상기 송신된 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 펄스들 각각은 상기 송신된 디바이스 코일에서 링잉(ringing) 신호를 유도하며, 상기 송신된 데이터를 수신하는 단계는 상기 링잉 신호들을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제9항에 있어서, 상기 무선 전력 수신 디바이스는 이미지들을 디스플레이하도록 구성된 디스플레이를 포함하며, 상기 방법은,
    상기 무선 전력 송신 디바이스로부터의 상기 무선 전력 송신이 일시정지되는 동안, 상기 디스플레이 상에 인터럽트없이 상기 이미지들을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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