KR102140268B1 - 무선 전력 전송 시스템에서의 고립 공진기를 이용한 임피던스 매칭 방법 및 장치 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에서의 고립 공진기를 이용한 임피던스 매칭 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무선 전력 전송 시스템에서의 고립 공진기를 이용한 임피던스 매칭 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기와 전원 공급부의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 스위칭부; 및 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기의 임피던스를 매칭하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서의 고립 공진기를 이용한 임피던스 매칭 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMPEDANCE MATCHING USING RESONATOR ISOLATION IN WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM}
아래의 실시 예들은 무선 전력 전송 시스템에서의 고립 공진기를 이용한 임피던스 매칭 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 전력 전송에 대한 연구는 휴대용 단말을 포함한 다양한 전기기기의 폭발적 증가로 인한 유선 전력 공급의 불편 증가 및 기존 배터리(battery) 용량의 한계 등을 극복하기 위해 시작되었다. 그 중에서도 근거리 무선 전력 전송에 대한 연구가 집중되고 있다. 근거리 무선 전력 전송이라 함은 동작 주파수에서 파장의 길이에 비해 송수신 코일간의 거리가 충분히 작은 경우를 의미한다. 이러한 근거리 무선 전력 전송에는 고립 공진 시스템이 이용된다. 공진 특성을 이용하는 고립 공진 시스템은 전력을 공급하는 소스와 전력을 공급받는 타겟을 포함할 수 있다. 최근에는 보다 효율적으로 전력을 전송하기 위한 연구가 계속되고 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 타겟 공진기와의 공진을 통하여 무선 전력을 전송하는 소스 공진기; 상기 소스 공진기로 전력을 공급하는 제1 전원 공급부; 상기 소스 공진기와 상기 제1 전원 공급부의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 제1 스위칭부; 및 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 상기 소스 공진기의 임피던스를 매칭하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 장치는, 전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 제1 스위칭부를 제어하여 상기 소스 공진기에 전력을 공급할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 상기 소스 공진기로 전력을 공급하는 제2 전원 공급부; 및 상기 소스 공진기와 상기 제2 전원 공급부의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 제2 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 제2 스위칭부를 제어하여 상기 소스 공진기에 전력을 공급할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 소스 공진기가 전송하는 전력의 포락선을 검출하는 포락선 검출부; 상기 포락선을 기초로 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하는 거리 추정부; 및 상기 추정된 거리를 이용하여 상기 소스 공진기의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다.
상기 거리 추정부는, 상기 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 간의 커플링 계수(coupling coefficient) 또는 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 추정할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 포인트들은, 상기 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 상기 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기가 상기 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 장치는, 미리 정해진 주기 또는 미리 정해진 전력 전송 효율을 기초로 상기 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기와의 공진이 중단된 경우, 상기 임피던스 매칭 모드를 종료할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전력 전송 모드에서의 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 공진 주파수를 이용하여, 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기의 상기 임피던스를 매칭할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기와의 공진을 통하여 무선 전력을 수신하는 타겟 공진기; 상기 타겟 공진기로부터 전력을 수신하는 부하단; 및 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 상기 타겟 공진기의 임피던스를 매칭하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 수신 장치는, 전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 공진기가 수신하는 전력의 변화를 이용하여 상기 임피던스 매칭 모드로 진입할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 상기 타겟 공진기와 상기 부하단의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 스위칭부를 오프(off)시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 타겟 공진기가 수신하는 전력의 포락선을 검출하는 포락선 검출부; 상기 포락선을 기초로 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하는 거리 추정부; 및 상기 추정된 거리를 이용하여 상기 타겟 공진기의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다.
상기 거리 추정부는, 상기 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 간의 커플링 계수(coupling coefficient) 또는 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 추정할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 포인트들은, 상기 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 상기 포락선의 크기가 최저가 되는 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기가 상기 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력 전송 모드 및 임피던스 매칭 모드에서의 스위칭을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리의 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 임피던스 매칭 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 임피던스 매칭 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
무선 전력 전송 시스템은 무선으로 전력을 필요로 하는 다양한 시스템에 응용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템은 모바일 디바이스 또는 wireless TV 등 무선 전력의 사용이 가능한 시스템에 이용될 수 있다. 또한, 바이오 헬스 케어(bio health care) 분야에 응용이 가능하여, 인체에 삽입된 디바이스에 원격으로 전력을 전송하거나, 심박수 측정을 위한 붕대 모양의 디바이스에 무선으로 전력을 전송하는데 응용될 수 있다.
무선 전력 전송 시스템은 적은 전력으로 동작하고, 적은 전력의 소모가 요구되는 저전력 센서 등의 디바이스에 응용될 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 시스템은 전원 소스가 없는 정보 저장 장치의 원격 제어에 응용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템은 정보 저장 장치에 원격으로 장치를 구동할 수 있는 전력을 공급함과 동시에, 무선으로 정보 저장 장치에 저장된 정보를 불러오는 시스템에 응용될 수 있다.
무선 전력 전송 시스템은 신호의 발생을 위해 전원 공급 장치로부터 에너지를 공급받아, 소스 공진기에 저장하고, 전원 공급 장치와 소스 공진기를 전기적으로 연결하는 스위치를 오프 시킴으로써, 소스 공진기의 자체 공진을 유도할 수 있다. 자체 공진 하는 소스 공진기와 상호 공진을 할 만큼 충분히 가까운 거리에 소스 공진기의 공진 주파수와 동일한 공진 주파수를 가지는 타겟 공진기가 존재하는 경우, 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진 현상이 발생한다. 소스 공진기는 전원 공급 장치로부터 에너지를 공급받는 공진기를 의미하고, 타겟 공진기는 상호 공진 현상에 의해 소스 공진기로부터 에너지를 전달받는 공진기를 의미한다.
무선 전력 전송 시스템은 고립 공진 시스템(Resonator Isolation: RI) 시스템이라고 정의될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 블록도이다. 도 1은 제2 전력 공급부 및 제2 스위칭부를 포함하지 않은 경우의 무선 전력 전송 장치를 나타낸다.
무선 전력 전송 장치는 전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다. 전력 전송 모드는 무선 전력 전송 장치에서 무선 전력 수신 장치의 부하단으로 전력을 전송하기 위한 동작 모드를 의미하고, 임피던스 매칭 모드는 소스 공진기의 임피던스를 매칭하기 위한 동작 모드를 의미할 수 있다.
무선 전력 전송 장치는 미리 정해진 주기 또는 미리 정해진 전력 전송 효율을 기초로 임피던스 매칭 모드로 동작할지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 미리 정해진 주기(예를 들어, 30분) 마다 무선 전력 전송 장치는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다. 다른 예로서, 전력 전송 효율이 미리 정해진 전력 전송 효율 이하인 경우, 무선 전력 전송 장치는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다. 임피던스 매칭 모드에서, 무선 전력 전송 유닛은 임피던스를 매칭한 후 임피던스 매칭 모드를 종료하고 전력 전송 모드로 동작할 수 있다. 또한, 임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기와 타겟 공진기의 상호 공진이 중단된 경우, 무선 전력 전송 장치는 임피던스 매칭 모드를 종료하고, 전력 전송 모드로 동작할 수 있다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 제1 전원 공급부(110), 제어부(120), 제1 스위칭부(130) 및 소스 공진기(140)를 포함한다.
제1 전원 공급부(110)는 소스 공진기(140)로 전력을 공급할 수 있다. 제1 전원 공급부(110)는 직류 전압원 또는 직류 전류원 중 어느 하나일 수 있다. 제1 전원 공급부(110)는 제1 스위칭부(130)를 통하여 소스 공진기(140)와 연결되는 경우, 소스 공진기(140)에 전력을 공급할 수 있다. 제1 전원 공급부(110)는 입력 전원 및 입력 저항을 포함할 수 있다.
제1 스위칭부(130)는 제1 전원 공급부(110)와 소스 공진기(140)를 연결할 수 있다. 제1 스위칭부(130)는 제어부(120)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 제1 전원 공급부(110)와 소스 공진기(140)는 연결되고, 오프 상태에서, 제1 전원 공급부(110)와 소스 공진기(140)의 연결은 끊어진다.
소스 공진기(140)는 타겟 공진기와의 상호 공진을 통하여 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수 있다.
제어부(120)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기(140)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(120)는 포락선 검출부(121), 거리 추정부(122) 및 임피던스 매칭부(123)를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 제어부(120)는 소스 공진기(140)의 임피던스 매칭을 수행하기 위하여, 제1 스위칭부(130)를 제어함으로써 소스 공진기(140)에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 미리 정해진 주기로 제1 스위칭부(130)의 온(on)/오프(off)를 수행할 수 있다. 제1 스위칭부(130)가 온 상태일 때, 제1 스위칭부(130)와 제1 전원 공급부(110)가 연결되어 소스 공진기(140)에 전력이 주입될 수 있고, 제1 스위칭부(130)가 오프 상태일 때, 제1 스위칭부(130)와 제1 전원 공급부(110)의 연결이 끊어져 소스 공진기(140)가 고립될 수 있다. 고립된 소스 공진기(140)는 타겟 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있고, 제어부(120)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행하는 동안 소스 공진기(140)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 공진 주파수는 전력 전송 모드에서의 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 공진 주파수와 동일할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)는 별도의 통신 주파수를 이용하지 않고, 전력 전송 모드에서의 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 공진 주파수를 이용하여 소스 공진기(140)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
포락선 검출부(121)는 임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기(140)가 전송하는 전력의 포락선을 검출할 수 있다. 포락선 검출부(121)는 소스 공진기(140)가 전송하는 전력의 파형에 대해 샘플링을 수행하여 포락선을 검출할 수 있다. 예를 들어, 포락선 검출부(121)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행할 때의 전압의 변화에 대한 포락선을 검출할 수 있다.
거리 추정부(122)는 포락선을 기초로 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다. 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행할 때, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기의 거리가 가까울수록, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 주고 받는 전력의 크기가 증가하고, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 주고 받는 전력의 주기도 짧아진다. 이 때, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스 역시 증가된다. 이에 따라, 거리 추정부(122)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기에 유도되는 전력의 크기 및 전력을 동시에 분석함으로써, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 거리 추정부(122)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 여기서, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들은 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행할 때, 포락선은 공진 주기마다 정현파의 형태가 될 수 있다. 이에 따라, 각 공진 주기마다, 포락선은 하나의 피크 포인트와 하나의 미니멈 포인트를 포함할 수 있다.
거리 추정부(122)는 포락선을 분석하여 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 획득할 수 있고, 거리 추정부(122)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 거리 추정부(122)는 피크 포인트들간의 시간 차이, 미니멈 포인트들간의 시간 차이, 피크 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이, 스타트 포인트와 피크 포인트간의 시간 차이 또는 스타트 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 일정한 거리를 유지할 때, 피크 포인트들간 시간 차이, 미니멈 포인트들간 시간 차이는 일정할 수 있다. 예를 들어, 제1 피크 포인트와 제2 피크 포인트의 시간 차이와 제2 피크 포인트와 제3 피크 포인트의 시간 차이는 일정할 수 있다. 이에 따라, 피크 포인트들과 미니멈 포인트들간 시간 차이 역시 일정할 수 있다. 따라서, 제1 피크 포인트와 제2 피크 포인트의 시간 차이를 획득하면 이후 피크 포인트들 간의 시간 차이를 알 수 있고, 제1 미니멈 포인트들과 제2 미니멈 포인트들간의 시간 차이를 획득하면, 이후 미니멈 포인트들간의 시간 차이를 알 수 있으며, 제1 피크 포인트와 제1 미니멈 포인트 간의 시간 차이를 획득하면, 이후 피크 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이를 알 수 있다.
소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행할 때, 상호 공진 환경(예를 들어, 소스 공진기(140) 및 타겟 공진기의 안테나의 크기, 재질)이 일정하다면, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 또한, 포락선의 크기 및 주기는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리에 따라 달라질 수 있으므로, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이 역시 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와 대응될 수 있고, 거리 추정부(122)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 거리 추정부(122)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보에 대한 룩업 테이블을 포함할 수 있다. 이 경우, 거리 추정부(122)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 추출한 후, 룩업 테이블을 참조하여 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리와 대응되므로, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스가 추정된 경우, 거리 추정부(122)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다.
임피던스 매칭부(123)는 추정된 거리를 이용하여 소스 공진기(140)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭부(123)는 임피던스 매칭 네트워크(Impedance Matching Network: IMN)를 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 임피던스 매칭부(123)는 추정된 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 이용하여 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 등가 회로를 구할 수 있다. 임피던스 매칭부(123)는 등가 회로를 이용하여 소스 공진기(140)의 임피던스를 추출할 수 있고, 추출한 임피던스에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 블록도이다. 도 2는 제2 전력 공급부 및 제2 스위칭부를 포함한 경우의 무선 전력 전송 장치를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 제1 전원 공급부(230), 제1 스위칭부(250), 제2 전원 공급부(210), 제2 스위칭부(220), 제어부(240) 및 소스 공진기(260)를 포함할 수 있다.
제1 전원 공급부(230)는 전력 전송 모드에서 소스 공진기(260)로 전력을 공급할 수 있다.
제2 전원 공급부(210)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(260)로 전력을 공급할 수 있다. 제2 전원 공급부(210)는 직류 전압원 또는 직류 전류원 중 어느 하나일 수 있다. 제2 전원 공급부(210)는 제1 전원 공급부(230) 보다 낮은 전력을 공급할 수 있다. 임피던스 매칭 모드에서, 제2 전원 공급부(210)가 제2 스위칭부(220)를 통하여 소스 공진기(260)와 연결되는 경우, 제2 전원 공급부(210)는 소스 공진기(260)에 전력을 공급할 수 있다. 제2 전원 공급부(210)는 입력 전원 및 입력 저항을 포함할 수 있다.
제2 스위칭부(220)는 제2 전원 공급부(210)와 소스 공진기(260)를 연결할 수 있다. 제2 스위칭부(220)는 제어부(240)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 제2 전원 공급부(210)와 소스 공진기(260)는 연결되고, 오프 상태에서, 제2 전원 공급부(210)와 소스 공진기(260)의 연결은 끊어진다.
소스 공진기(260)는 전력 전송 모드에서 제1 전원 공급부(230)로부터 전력을 공급받을 수 있고, 임피던스 매칭 모드에서 제2 전원 공급부(210)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 소스 공진기(260)는 타겟 공진기와의 상호 공진을 통하여, 제1 전원 공급부(230) 또는 제2 전원 공급부(210)로부터 공급받은 전력을 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다.
제어부(240)는 소스 공진기(260)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기(260)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(240)는 포락선 검출부(241), 거리 추정부(242) 및 임피던스 매칭부(243)를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 제어부(240)는 소스 공진기(260)의 임피던스 매칭을 수행하기 위하여, 제2 스위칭부(220)를 제어하여 소스 공진기(260)에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제어부(240)는 제1 스위칭부(250)를 오프하고, 미리 정해진 주기로 제2 스위칭부(220)의 온(on)/오프(off)를 수행할 수 있다. 제2 스위칭부(220)가 온 상태일 때, 제2 스위칭부(220)와 제2 전원 공급부(210)가 연결되어 소스 공진기(260)에 전력이 주입될 수 있고, 제2 스위칭부(220)가 오프 상태일 때, 제2 스위칭부(220)와 제2 전원 공급부(210)의 연결이 끊어져 소스 공진기(260)가 고립될 수 있다. 고립된 소스 공진기(260)는 타겟 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있고, 제어부(240)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(260)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행하는 동안 소스 공진기(260)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
포락선 검출부(241)는 소스 공진기(260)가 전송하는 전력의 포락선을 검출할 수 있고, 거리 추정부(242)는 포락선을 기초로 소스 공진기(260)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있으며, 임피던스 매칭부(243)는 추정된 소스 공진기(260)와 타겟 공진기 사이의 거리를 이용하여 소스 공진기(260)이 임피던스를 매칭할 수 있다. 도 3b에 도시된 포락선 검출부(241), 거리 추정부(242) 및 임피던스 매칭부(243)에는 도 3a의 포락선 검출부(121), 거리 추정부(122) 및 임피던스 매칭부(123)를 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타낸 블록도이다.
무선 전력 수신 장치는 전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다. 전력 전송 모드는 무선 전력 전송 장치로부터 수신한 전력을 부하단으로 전달하기 위한 동작 모드를 의미할 수 있고, 임피던스 매칭 모드는 타겟 공진기의 임피던스를 매칭하기 위한 동작 모드를 의미할 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치의 동작 모드에 따라 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 설정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치가 동작 모드를 전력 전송 모드에서 임피던스 매칭 모드로 변경한 경우, 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치의 동작 모드 변경을 감지하여, 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 동작 모드에 따라 무선 전력 전송 장치가 전송하는 전력의 크기 및 전력 전송 주기는 달라질 수 있다. 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기로부터 타겟 공진기가 수신하는 전력의 변화를 이용하여 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 설정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기(310), 제어부(320), 스위칭부(330) 및 부하단(340)을 포함할 수 있다.
타겟 공진기(310)는 소스 공진기와의 상호 공진을 통하여 무선 전력을 수신할 수 있다.
스위칭부(330)는 부하단(340)과 타겟 공진기(310)를 연결할 수 있다. 스위칭부(330)는 제어부(320)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 부하단(340)과 타겟 공진기(310)는 연결되고, 오프 상태에서, 부하단(340)과 타겟 공진기(310)의 연결은 끊어진다.
부하단(340)은 부하(load) 및 캐패시터를 포함할 수 있다. 전력 전송 모드에서, 부하단(340)는 타겟 공진기(310)로부터 수신되는 전력으로 충전될 수 있다.
제어부(320)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리를 추정하여 타겟 공진기(310)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(320)는 포락선 검출부(321), 거리 추정부(322) 및 임피던스 매칭부(323)를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 장치의 동작 모드가 임피던스 매칭 모드인 경우, 타겟 공진기(310)가 수신하는 전력의 크기 및 주기는 무선 전력 전송 장치가 전력 전송 모드일 때의 타겟 공진기(310)가 수신하는 전력의 크기 및 주기와 상이할 수 있다. 제어부(320)는 타겟 공진기(310)가 수신하는 전력의 변화를 이용하여 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 설정할 수 있다.
제어부(320)가 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 설정한 경우, 제어부(320)는 임피던스 매칭의 정확도를 향상시키기 위해, 스위칭부(330)를 오프(off)하여 부하단(340)과 타겟 공진기(310)의 연결을 끊을 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(320)는 스위칭부(330)를 온(on)상태로 유지하면서 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 공진 주파수는 전력 전송 모드에서의 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 공진 주파수와 동일할 수 있다. 이에 따라, 제어부(320)는 별도의 통신 주파수를 이용하지 않고, 전력 전송 모드에서의 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 공진 주파수를 이용하여 타겟 공진기(340)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
포락선 검출부(321)는 임피던스 매칭 모드에서, 타겟 공진기(310)가 수신하는 전력의 포락선을 검출할 수 있다. 포락선 검출부(321)는 타겟 공진기(310)가 수신하는 전력의 파형에 대해 샘플링을 수행하여 포락선을 검출할 수 있다. 예를 들어, 포락선 검출부(321)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 상호 공진을 수행할 때의 전압의 변화에 대한 포락선을 검출할 수 있다.
거리 추정부(322)는 포락선을 기초로 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 상호 공진을 수행할 때, 소스 공진기와 타겟 공진기(310)의 거리가 가까울수록, 소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 주고 받는 전력의 크기가 증가하고, 소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 주고 받는 전력의 주기도 짧아진다. 이 때, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스의 값 역시 증가된다. 이에 따라, 거리 추정부(322)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310)에 유도되는 전력의 크기 및 전력의 주기를 동시에 분석함으로써, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 거리 추정부(322)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 여기서, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들은 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 상호 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 상호 공진을 수행할 때, 포락선은 공진 주기마다 정현파의 형태가 될 수 있다. 이에 따라, 각 공진 주기마다, 포락선은 하나의 피크 포인트와 하나의 미니멈 포인트를 포함할 수 있다.
거리 추정부(322)는 포락선을 분석하여 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 획득할 수 있고, 거리 추정부(322)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 상호 공진을 수행할 때, 상호 공진 환경(예를 들어, 소스 공진기와 타겟 공진기(310)의 안테나의 크기, 재질)이 일정하다면, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 또한, 포락선의 크기 및 주기는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있으므로, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이 역시 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와 대응될 수 있고, 거리 추정부(322)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 거리 추정부(322)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보에 대한 룩업 테이블을 포함할 수 있다. 이 경우, 거리 추정부(322)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 추출한 후, 룩업 테이블을 참조하여 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리와 대응되므로, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스가 추정된 경우, 거리 추정부(322)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리를 추정할 수 있다.
임피던스 매칭부(323)는 추정된 거리를 이용하여 타겟 공진기(310)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭부(323)는 임피던스 매칭 네트워크(Impedance Matching Network: IMN)를 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 임피던스 매칭부(323)는 추정된 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 이용하여 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 등가 회로를 구할 수 있다. 임피던스 매칭부(323)는 등가 회로를 이용하여 타겟 공진기(310)의 임피던스를 추출할 수 있고, 추출한 임피던스에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(410)는 제1 전원 공급부(411), 임피던스 매칭 네트워크(412), 제1 스위칭부(413), 제어부(미도시) 및 소스 공진기(414)를 포함할 수 있고, 소스 공진기(414)는 캐패시터 C1(415) 및 인덕터 L1(416)을 포함할 수 있다.
제1 전원 공급부(411)는 소스 공진기(414)로 전력을 공급할 수 있다. 제1 스위칭부(413)를 통하여 제1 전원 공급부(411)가 소스 공진기(414)와 연결되는 경우, 제1 전원 공급부(411)는 소스 공진기(414)에 전력을 공급할 수 있다.
제1 스위칭부(413)는 제1 전원 공급부(411)와 소스 공진기(414)를 연결할 수 있다. 제1 스위칭부(413)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 제1 전원 공급부(411)와 소스 공진기(414)는 연결되고, 오프 상태에서, 제1 전원 공급부(411)와 소스 공진기(414)의 연결은 끊어진다.
소스 공진기(414)는 타겟 공진기(421)와의 상호 공진을 통하여 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수 있다.
제어부(미도시)는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기(414)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(미도시)는 임피던스 매칭 네트워크(412)를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 제어부(미도시)는 소스 공진기(414)의 임피던스 매칭을 수행하기 위하여, 제1 스위칭부(413)를 제어함으로써 소스 공진기(414)에 전력을 공급할 수 있다. 제1 스위칭부(413)가 온 상태일 때, 제1 스위칭부(413)와 제1 전원 공급부(411)가 연결되어 소스 공진기(414)에 전력이 주입될 수 있고, 제1 스위칭부(413)가 오프 상태일 때, 제1 스위칭부(413)와 제1 전원 공급부(411)의 연결이 끊어져 소스 공진기(414)가 고립될 수 있다. 고립된 소스 공진기(414)는 타겟 공진기(421)와 상호 공진을 수행할 수 있고, 임피던스 매칭 네트워크(412)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 상호 공진을 수행하는 동안 소스 공진기(414)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
제어부(미도시)는 임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기(414)가 전송하는 전력의 포락선을 검출할 수 있다. 제어부(미도시)는 소스 공진기(414)가 전송하는 전력의 파형에 대해 샘플링을 수행하여 포락선을 검출할 수 있다.
또한, 제어부(미도시)는 포락선을 기초로 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 여기서, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들은 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 상호 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 포락선을 분석하여 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 획득할 수 있고, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(미도시)는 피크 포인트들간의 시간 차이, 미니멈 포인트들간의 시간 차이, 피크 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이, 스타트 포인트와 피크 포인트간의 시간 차이 또는 스타트 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 일정한 거리를 유지할 때, 피크 포인트들간 시간 차이, 미니멈 포인트들간 시간 차이는 일정할 수 있다. 이에 따라, 제1 피크 포인트와 제2 피크 포인트의 시간 차이를 획득하면 이후 피크 포인트들 간의 시간 차이를 알 수 있고, 제1 미니멈 포인트들과 제2 미니멈 포인트들간의 시간 차이를 획득하면, 이후 미니멈 포인트들간의 시간 차이를 알 수 있으며, 제1 피크 포인트와 제1 미니멈 포인트 간의 시간 차이를 획득하면, 이후 피크 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이를 알 수 있다.
소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 상호 공진을 수행할 때, 상호 공진 환경이 일정하다면, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 또한, 포락선의 크기 및 주기는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있으므로, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이 역시 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와 대응될 수 있고, 제어부(미도시) 는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있다. 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리와 대응되므로, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스가 추정된 경우, 제어부(미도시)는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정할 수 있다.
임피던스 매칭 네트워크(412)는 추정된 거리를 이용하여 소스 공진기(411)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭 네트워크(412)는 추정된 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 이용하여 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 등가 회로를 구할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(412)는 등가 회로를 이용하여 소스 공진기(414)의 임피던스를 추출할 수 있고, 추출한 임피던스에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(420)는 타겟 공진기(421), 스위칭부(424), 임피던스 매칭 네트워크(425), 제어부(미도시) 및 부하단(426)을 포함할 수 있다. 타겟 공진기(420)는 캐패시터 C2(423) 및 인덕터 L2(422)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 수신 장치(420)는 임피던스 매칭 네트워크(425)를 포함하지 않음으로써 임피던스 매칭을 수행하지 않고, 무선 전력 전송 장치(410)로부터 무선 전력을 수신할 수 있다.
타겟 공진기(421)는 소스 공진기(414)와의 상호 공진을 통하여 무선 전력을 수신할 수 있다.
스위칭부(424)는 부하단(426)과 타겟 공진기(421)를 연결할 수 있다. 스위칭부(424)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 부하단(426)과 타겟 공진기(421)는 연결되고, 오프 상태에서, 부하단(426)과 타겟 공진기(421)의 연결은 끊어진다.
부하단(426)은 부하(load) 및 캐패시터를 포함할 수 있다. 전력 전송 모드에서, 부하단(426)는 타겟 공진기(421)로부터 수신되는 전력으로 충전될 수 있다.
제어부(미도시)는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정하여 타겟 공진기(421)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(미도시)는 임피던스 매칭 네트워크(425)를 포함할 수 있다.
제어부(미도시)가 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 설정한 경우, 제어부(미도시)는 임피던스 매칭의 정확도를 향상시키기 위해, 스위칭부(424)를 오프(off)하여 부하단(426)과 타겟 공진기(421)의 연결을 끊을 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 스위칭부(424)를 온(on)상태로 유지하면서 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 공진 주파수는 전력 전송 모드에서의 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 공진 주파수와 동일할 수 있다. 이에 따라, 제어부(미도시)는 별도의 통신 주파수를 이용하지 않고, 전력 전송 모드에서의 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 공진 주파수를 이용하여 타겟 공진기(426)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
제어부(미도시)는 임피던스 매칭 모드에서, 타겟 공진기(421)가 수신하는 전력의 파형에 대해 샘플링을 수행하여 포락선을 검출할 수 있다.
제어부(미도시)는 포락선을 기초로 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 상호 공진을 수행할 때, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)의 거리가 가까울수록, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 주고 받는 전력의 크기가 증가하고, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 주고 받는 전력의 주기도 짧아진다. 이 때, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스의 값 역시 증가된다. 이에 따라, 제어부(미도시)는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)에 유도되는 전력의 크기 및 전력의 주기를 동시에 분석함으로써, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 여기서, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들은 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 상호 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
제어부(미도시)는 포락선을 분석하여 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 획득할 수 있고, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리와 대응되므로, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스가 추정된 경우, 제어부(미도시)는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정할 수 있다.
임피던스 매칭 네트워크(425)는 추정된 거리를 이용하여 타겟 공진기(421)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭 네트워크(425)는 추정된 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 이용하여 무선 전력 전송 장치(410) 및 무선 전력 수신 장치(420)의 등가 회로를 구할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(425)는 등가 회로를 이용하여 타겟 공진기(421)의 임피던스를 추출할 수 있고, 추출한 임피던스에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 제1 전원 공급부(453), 제1 스위칭부(455), 제2 전원 공급부(451), 제2 스위칭부(452), 임피던스 매칭 네트워크(454), 제어부(미도시) 및 소스 공진기(460)를 포함할 수 있다. 소스 공진기(460)는 캐패시터 C1(457) 및 인덕터(458)를 포함할 수 있다.
제1 전원 공급부(453)는 전력 전송 모드에서 소스 공진기(456)로 전력을 공급할 수 있다.
제2 전원 공급부(451)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(456)로 전력을 공급할 수 있다. 제2 전원 공급부(451)는 제1 전원 공급부(453) 보다 낮은 전력을 공급할 수 있다. 임피던스 매칭 모드에서, 제2 전원 공급부(451)가 제2 스위칭부(452)를 통하여 소스 공진기(456)와 연결되는 경우, 제2 전원 공급부(451)는 소스 공진기(456)에 전력을 공급할 수 있다.
제2 스위칭부(452)는 제2 전원 공급부(451)와 소스 공진기(456)를 연결할 수 있다. 제2 스위칭부(452)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 제2 전원 공급부(451)와 소스 공진기(456)는 연결되고, 오프 상태에서, 제2 전원 공급부(451)와 소스 공진기(456)의 연결은 끊어진다.
소스 공진기(456)는 전력 전송 모드에서 제1 전원 공급부(453)로부터 전력을 공급받을 수 있고, 임피던스 매칭 모드에서 제2 전원 공급부(451)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 소스 공진기(456)는 타겟 공진기와의 상호 공진을 통하여, 제1 전원 공급부(453) 또는 제2 전원 공급부(451)로부터 공급받은 전력을 무선 전력 수신 장치(460)에 전송할 수 있다.
제어부(미도시)는 소스 공진기(456)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기(456)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(미도시)는 임피던스 매칭 네트워크(454)를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 제어부(미도시)는 제2 스위칭부(452)를 제어하여 소스 공진기(456)에 전력을 공급할 수 있다. 제2 스위칭부(452)가 온 상태일 때, 제2 스위칭부(452)와 제2 전원 공급부(451)가 연결되어 소스 공진기(456)에 전력이 주입될 수 있고, 제2 스위칭부(452)가 오프 상태일 때, 제2 스위칭부(452)와 제2 전원 공급부(451)의 연결이 끊어져 소스 공진기(456)가 고립될 수 있다. 고립된 소스 공진기(456)는 타겟 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있고, 임피던스 매칭 네트워크(457)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(456)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행하는 동안 소스 공진기(456)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
제어부(미도시)는 소스 공진기(456)가 전송하는 전력의 포락선을 검출할 수 있고, 제어부(미도시)는 포락선을 기초로 소스 공진기(456)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(454)는 추정된 소스 공진기(456)와 타겟 공진기 사이의 거리를 이용하여 소스 공진기(456)이 임피던스를 매칭할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(460)는 타겟 공진기(461), 스위칭부(464), 임피던스 매칭 네트워크(425), 제어부(미도시) 및 부하단(466)을 포함할 수 있다. 타겟 공진기(460)는 캐패시터 C2(463) 및 인덕터 L2(462)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 수신 장치(460)는 임피던스 매칭 네트워크(465)를 포함하지 않음으로써 임피던스 매칭을 수행하지 않고, 무선 전력 전송 장치(450)로부터 무선 전력을 수신할 수 있다.
타겟 공진기(461)는 소스 공진기(456)와의 상호 공진을 통하여 무선 전력을 수신할 수 있다.
스위칭부(464)는 부하단(466)과 타겟 공진기(461)를 연결할 수 있다. 스위칭부(464)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 부하단(466)과 타겟 공진기(461)는 연결되고, 오프 상태에서, 부하단(466)과 타겟 공진기(461)의 연결은 끊어진다.
부하단(466)은 부하(load) 및 캐패시터를 포함할 수 있다. 전력 전송 모드에서, 부하단(466)는 타겟 공진기(461)로부터 수신되는 전력으로 충전될 수 있다.
제어부(미도시)는 소스 공진기와 타겟 공진기(461) 사이의 거리를 추정하여 타겟 공진기(461)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(미도시)는 임피던스 매칭 네트워크(465)를 포함할 수 있다.
제어부(미도시)가 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 설정한 경우, 제어부(미도시)는 임피던스 매칭의 정확도를 향상시키기 위해, 스위칭부(464)를 오프(off)하여 부하단(466)과 타겟 공진기(461)의 연결을 끊을 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 스위칭부(464)를 온(on)상태로 유지하면서 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
제어부(미도시)는 임피던스 매칭 모드에서, 타겟 공진기(461)가 수신하는 전력의 파형에 대해 샘플링을 수행하여 포락선을 검출할 수 있다.
제어부(미도시)는 포락선을 기초로 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)가 상호 공진을 수행할 때, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)의 거리가 가까울수록, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)가 주고 받는 전력의 크기가 증가하고, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)가 주고 받는 전력의 주기도 짧아진다. 이 때, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스의 값 역시 증가된다. 이에 따라, 제어부(미도시)는 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)에 유도되는 전력의 크기 및 전력의 주기를 동시에 분석함으로써, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 여기서, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들은 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)가 상호 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
제어부(미도시)는 포락선을 분석하여 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 획득할 수 있고, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 사이의 거리와 대응되므로, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스가 추정된 경우, 제어부(미도시)는 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 사이의 거리를 추정할 수 있다.
임피던스 매칭 네트워크(465)는 추정된 거리를 이용하여 타겟 공진기(461)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭 네트워크(465)는 추정된 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 이용하여 무선 전력 전송 장치(450) 및 무선 전력 수신 장치(460)의 등가 회로를 구할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(465)는 등가 회로를 이용하여 타겟 공진기(461)의 임피던스를 추출할 수 있고, 추출한 임피던스에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력 전송 모드 및 임피던스 매칭 모드에서의 스위칭을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, (a) 내지 (d)에서, 그래프의 가로축은 시간을 나타내고, 그래프의 세로축은 스위칭부의 온 상태 및 오프 상태를 나타낸다. 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 전력 전송 모드인 경우, 전력 전송 구간(501, 503)에서, 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 수신 장치의 부하단에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 임피던스 매칭 모드인 경우, 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치는 임피던스 매칭 구간(502)에서, 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
(a)는 제2 전력 공급부 및 제2 스위칭부를 포함하지 않는 무선 전력 전송 장치에서의 제1 스위칭부(510)의 동작을 나타낸다. 전력 전송 구간(501, 503)에서, 제어부는 제1 스위칭부(510)를 온 상태로 제어할 수 있다. 임피던스 매칭 구간(502)에서, 제어부는 시간 T를 주기로, △T 동안 제1 스위칭부(510)를 온 시키고, T - △T 동안 제1 스위칭부(510)를 오프시킬 수 있다. 이에 따라, 주기 T 마다, △T 동안 소스 공진기에 전력이 주입될 수 있고, T - △T동안 소스 공진기가 고립될 수 있다. 임피던스 매칭 구간(502)에서 제1 스위칭부(510)의 제어에 따라 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진이 수행될 수 있고, 제어부는 임피던스 매칭 구간(502)에서 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다.
(b)는 제2 전력 공급부 및 제2 스위칭부(522)를 포함하는 무선 전력 전송 장치에서의 제1 스위칭부(521) 및 제2 스위칭부(522)의 동작을 나타낸다. 제어부는 전력 전송 구간(501, 503)에서 제1 스위칭부(521)를 온 상태로 제어할 수 있고, 임피던스 매칭 구간(502)에서 제1 스위칭부(521)를 오프 상태로 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 전력 전송 구간(501, 503)에서 제2 스위칭부(522)를 오프 상태로 제어할 수 있고, 임피던스 매칭 구간(502)에서 시간 T를 주기로, △T 동안 제2 스위칭부(522)를 온 시키고, T - △T 동안 제2 스위칭부(522)를 오프시킬 수 있다. 이에 따라, 주기 T 마다, △T 동안 소스 공진기에 전력이 주입될 수 있고, T - △T동안 소스 공진기가 고립될 수 있다. 이 때, 제2 스위칭부(522)의 제어에 의하여 소스 공진기에 주입되는 전력은, 제1 스위칭부의 제어에 의하여 소스 공진기에 주입되는 전력보다 크기가 작을 수 있다. 임피던스 매칭 구간(502)에서 제2 스위칭부의 제어에 따라 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진이 수행될 수 있고, 제어부는 임피던스 매칭 구간(502)에서 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다.
(c)와 (d)는 무선 전력 수신 장치에서의 스위칭부의 동작을 나타낸다. (c)에서, 무선 전력 수신 장치의 제어부는 전력 전송 구간(501, 503)에서 뿐만 아니라 임피던스 매칭 구간(502)에서도 스위칭부(530)를 온 상태로 제어할 수 있다. 임피던스 매칭 구간(502)에서, 타겟 공진기는 소스 공진기로부터 주기 T 마다, △T 동안 전력을 수신할 수 있다. 무선 전력 수신 장치의 제어부는 임피던스 매칭 구간(502)에서 타겟 공진기가 수신한 전력의 포락선을 검출하고, 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 타겟 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다.
(d)에서, 무선 전력 수신 장치의 제어부는 전력 전송 구간(501, 503)동안 스위칭부(540)를 온 상태로 제어할 수 있다. 임피던스 매칭 구간(502)에서, 타겟 공진기는 소스 공진기로부터 주기 T 마다, △T 동안 전력을 수신할 수 있고, 무선 전력 수신 장치의 제어부는 타겟 공진기가 수신하는 전력의 변화를 감지하여 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 변환하고, 스위칭부(540)를 오프 상태로 제어할 수 있다. 무선 전력 수신 장치의 스위칭부(540)가 오프 상태인 동안, 무선 전력 수신 장치의 제어부는 타겟 공진기가 수신한 전력의 포락선을 검출하고, 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 타겟 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다. 스위칭부가 오프 상태에서 임피던스 매칭을 수행하는 경우, (c)에서와 같이 스위칭부가 온 상태에서 임피던스 매칭을 수행할 때보다, 임피던스 매칭의 정확도가 증가할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리의 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, (a) 및 (b)에서, 그래프의 가로축은 시간을 나타내고, 그래프의 세로축은 전압의 크기를 나타낸다.
(a)는 소스 공진기와 타겟 공진기의 거리가 먼 경우, 소스 공진기와 타겟 공진기가 송수신하는 전압의 포락선을 나타낸다. 포락선(610)은 소스 공진기가 전송하는 전압의 포락선을 나타내고, 포락선(620)은 타겟 공진기가 수신하는 전압의 포락선을 나타낸다. 무선 전력 전송 장치의 제어부는 스타트 포인트(611)와 미니멈 포인트(612)를 추정하여, 스타트 포인트(611)와 미니멈 포인트(612) 간의 시간 차이를 추출할 수 있다. 무선 전력 전송 장치의 제어부는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있고, 상기 대응관계에 대한 정보를 이용하여 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수를 추출할 수 있다. 무선 전력 전송 장치의 제어부는 추출한 커플링 계수를 이용하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신 장치의 제어부는 포락선(620)의 스타트 포인트(621) 및 피크 포인트(622)를 추정하여, 스타트 포인트(621)와 피크 포인트(622) 간의 시간 차이를 추출할 수 있다. 무선 전력 수신 장치의 제어부는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있고, 상기 대응관계에 대한 정보를 이용하여 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수를 추출할 수 있다.
(b)는 (a)의 경우보다 소스 공진기와 타겟 공진기의 거리가 가까운 경우, 소스 공진기와 타겟 공진기가 송수신하는 전압의 포락선을 나타낸다. 포락선(630)은 소스 공진기가 전송하는 전압의 포락선을 나타내고, 포락선(640)은 타겟 공진기가 수신하는 전압의 포락선을 나타낸다.
무선 전력 전송 장치의 제어부는 포락선(630)의 적어도 두 개의 포인트들을 추정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치의 제어부는 스타트 포인트(631), 미니멈 포인트들(632, 634, 636) 및 피크 포인트들(633, 635, 637)을 추정할 수 있고, 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 추정할 수 있다.
무선 전력 수신 장치의 제어부는 포락선(640)의 적어도 두 개의 포인트들을 추정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치의 제어부는 스타트 포인트(641), 피크 포인트들(642, 644, 646) 및 미니멈 포인트들(643, 645, 647)을 추정할 수 있고, 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 추정할 수 있다.
무선 전력 전송 장치의 제어부 및 무선 전력 수신 장치의 제어부는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있고, 상기 대응관계에 대한 정보를 이용하여 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수를 추출할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 임피던스 매칭 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 동작할지 여부를 판단할 수 있다(710). 일 실시예에서, 무선 전력 전송 장치는 미리 정해진 주기 또는 미리 정해진 전력 전송 효율을 기초로 임피던스 매칭 모드로 동작할지 여부를 판단할 수 있다
또한, 무선 전력 전송 장치의 동작 모드가 임피던스 매칭 모드인 경우, 무선 전력 전송 장치는 제2 스위칭부가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(720).
제2 스위칭부가 존재하는 경우, 제어부는 제1 스위칭부를 오프 상태로 설정하고, 제2 스위칭부를 제어할 수 있다(731). 제2 스위칭부가 존재하지 않는 경우, 무선 전력 전송 장치는 제1 스위칭부를 제어할 수 있다(732).
임피던스 매칭 모드에서, 제1 스위칭부 또는 제2 스위칭부가 제어됨에 따라, 소스 공진기에 전력이 공급될 수 있고, 소스 공진기는 타겟 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다(740). 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기가 전송하는 전력의 포락선을 검출하여, 포락선을 기초로 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 이용하여 소스 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다(750).
도 7에 도시된 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 임피던스 매칭 방법에는 도 1 내지 도 6를 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 임피던스 매칭 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치의 동작 모드가 임피던스 매칭 모드인지 여부를 판단할 수 있다(810). 동작 모드에 따라 무선 전력 전송 장치가 전송하는 전력의 크기 및 전력 전송 주기는 달라질 수 있다. 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기로부터 타겟 공진기가 수신하는 전력의 변화를 이용하여 무선 전력 전송 장치의 동작 모드를 판단할 수 있고, 무선 전력 전송 장치의 동작 모드에 대응되도록 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 설정할 수 있다
또한, 무선 전력 수신 장치는 스위칭부가 제어 가능한지 여부를 판단할 수 있다(820). 스위칭부가 제어 가능한 경우, 무선 전력 수신 장치는 스위칭부를 오프상태로 설정할 수 있다(830).
또한, 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다(840). 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기가 수신하는 전력의 포락선을 검출하여, 포락선을 기초로 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 이용하여 타겟 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다(850).
도 8에 도시된 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 임피던스 매칭 방법에는 도 1 내지 도 7를 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (17)

  1. 타겟 공진기와의 공진을 통하여 무선 전력을 전송하는 소스 공진기;
    상기 소스 공진기로 전력을 공급하는 제1 전원 공급부;
    상기 소스 공진기와 상기 제1 전원 공급부의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 제1 스위칭부; 및
    상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 상기 소스 공진기의 임피던스를 매칭하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제1 스위칭부가 턴 오프된 경우, 상기 소스 공진기는 고립되는,
    무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는,
    전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작하는,
    무선 전력 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 제1 스위칭부를 제어하여 상기 소스 공진기에 전력을 공급하는,
    무선 전력 전송 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 소스 공진기로 전력을 공급하는 제2 전원 공급부; 및
    상기 소스 공진기와 상기 제2 전원 공급부의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 제2 스위칭부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 제2 스위칭부를 제어하여 상기 소스 공진기에 전력을 공급하는,
    무선 전력 전송 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 소스 공진기가 전송하는 전력의 포락선을 검출하는 포락선 검출부;
    상기 포락선을 기초로 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하는 거리 추정부; 및
    상기 추정된 거리를 이용하여 상기 소스 공진기의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부
    를 포함하는,
    무선 전력 전송 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 거리 추정부는,
    상기 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 간의 커플링 계수(coupling coefficient) 또는 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 추정하는,
    무선 전력 전송 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 포인트들은,
    상기 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 상기 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기가 상기 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함하는,
    무선 전력 전송 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는,
    미리 정해진 주기 또는 미리 정해진 전력 전송 효율을 기초로 상기 임피던스 매칭 모드로 동작하는,
    무선 전력 전송 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기와의 공진이 중단된 경우, 상기 임피던스 매칭 모드를 종료하는,
    무선 전력 전송 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력 전송 모드에서의 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 공진 주파수를 이용하여, 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기의 상기 임피던스를 매칭하는,
    무선 전력 전송 장치.
  11. 소스 공진기와의 공진을 통하여 무선 전력을 수신하는 타겟 공진기;
    상기 타겟 공진기로부터 전력을 수신하는 부하단; 및
    상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 상기 타겟 공진기의 임피던스를 매칭하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 타겟 공진기가 수신하는 전력의 포락선을 기초로 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하는,
    무선 전력 수신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치는,
    전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작하는,
    무선 전력 수신 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 공진기가 수신하는 전력의 변화를 이용하여 상기 임피던스 매칭 모드로 진입하는,
    무선 전력 수신 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 타겟 공진기와 상기 부하단의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 스위칭부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 스위칭부를 오프(off)시키는,
    무선 전력 수신 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 포락선을 검출하는 포락선 검출부;
    상기 거리를 추정하는 거리 추정부; 및
    상기 추정된 거리를 이용하여 상기 타겟 공진기의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부
    를 포함하는,
    무선 전력 수신 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 거리 추정부는,
    상기 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 간의 커플링 계수(coupling coefficient) 또는 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 추정하는,
    무선 전력 수신 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 포인트들은,
    상기 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 상기 포락선의 크기가 최저가 되는 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기가 상기 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함하는,
    무선 전력 수신 장치.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017202025A1 (de) * 2017-02-09 2018-08-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Überprüfung einer Primär- oder Sekundäreinheit eines induktiven Ladesystems
KR101986050B1 (ko) 2018-06-26 2019-06-04 경희대학교 산학협력단 무선전력전송 시스템에 포함된 임피던스 매칭 장치 및 그 동작 방법
CN111355311B (zh) * 2018-12-20 2022-10-18 台达电子工业股份有限公司 无线功率传输装置的距离检测方法及系统

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9178387B2 (en) * 2008-05-13 2015-11-03 Qualcomm Incorporated Receive antenna for wireless power transfer
EP2321006B1 (en) 2008-07-31 2016-01-13 Medtronic, Inc. Adjustable impedance matching circuit
FR2939986A1 (fr) 2008-12-12 2010-06-18 St Microelectronics Sa Circuit de filtrage comportant des resonateurs baw couples et autorisant une adaptation d'impedance
JP4865001B2 (ja) 2009-04-13 2012-02-01 株式会社日本自動車部品総合研究所 非接触給電設備、非接触受電装置および非接触給電システム
KR101706616B1 (ko) 2009-11-09 2017-02-14 삼성전자주식회사 로드 임피던스 결정 장치, 무선 전력 전송 장치 및 그 방법
JP2011142748A (ja) * 2010-01-07 2011-07-21 Sony Corp ワイヤレス給電システム
KR101142446B1 (ko) 2010-05-04 2012-05-11 국민대학교산학협력단 가변 임피던스 정합회로를 갖는 무선전력전송장치
KR101314145B1 (ko) * 2010-09-02 2013-10-04 삼성전자주식회사 공진 전력 전송 시스템의 전력 변환기 및 공진 전력 전송 장치
JP2012135117A (ja) 2010-12-21 2012-07-12 Panasonic Corp 非接触電力伝送システム
KR101813131B1 (ko) 2011-05-11 2017-12-28 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 시스템, 무선 전력 전송 시스템의 공진 임피던스 및 공진 주파수의 제어 방법
US9306399B2 (en) * 2011-05-12 2016-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transmission and charging system, and resonance frequency control method of wireless power transmission and charging system
US9124122B2 (en) 2011-05-18 2015-09-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transmission and charging system, and impedance control method thereof
KR101809470B1 (ko) * 2011-07-28 2017-12-15 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 시스템, 무선 전력 전송 시스템에서 공진 주파수 트래킹 방법 및 장치
JP2015502729A (ja) * 2011-11-04 2015-01-22 ワイトリシティ コーポレーションＷｉｔｒｉｃｉｔｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 無線エネルギー伝送モデリングツール
CN203039384U (zh) * 2012-12-12 2013-07-03 重庆市电力公司电力科学研究院 一种无线充电系统
KR20130041870A (ko) * 2013-03-27 2013-04-25 엘지이노텍 주식회사 무선 전력 송신 장치 및 그의 무선 전력 송신 방법

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