KR102224419B1 - 물체 검출 기능이 있는 무선 충전 시스템 - Google Patents

물체 검출 기능이 있는 무선 충전 시스템 Download PDF

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Abstract

무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 송신 코일을 포함하는 출력 회로를 사용하여 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신한다. 측정 회로부는, 무선 전력 수신 디바이스가 존재하고 무선 전력의 송신을 수용할 준비가 되어 있는지 여부를 결정하는 것을 돕도록 출력 회로에 커플링된다. 측정 회로부는, 출력 회로에 커플링되며, 발진기 회로부가 프로브 주파수로 신호들을 출력 회로에 공급하는 동안 신호들을 측정하는 측정 회로를 포함한다. 측정 회로부는 또한, 출력 회로에 커플링되고, 발진기 회로부가 무선-주파수 식별 디바이스들과 같은 감응성 디바이스들을 검출하기 위해 제1 주파수와 제2 주파수 사이에서 출력 회로에 인가된 신호들을 스윕핑하는 동안 신호들을 측정하는 측정 회로를 포함한다. 측정 회로부 내의 임펄스 응답 회로부는 인덕턴스 및 Q 인자 측정들을 행하는 데 사용된다.

Description

물체 검출 기능이 있는 무선 충전 시스템{WIRELESS CHARGING SYSTEM WITH OBJECT DETECTION}
본 출원은, 2017년 11월 6일자로 출원된 미국 정규 특허 출원 제15/804,145호, 2017년 6월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/526,285호, 및 2017년 2월 2일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/453,850호를 우선권으로 주장하며, 그로써, 이들 출원들은 그들 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 무선 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 디바이스들이 무선으로 충전되는 시스템들에 관한 것이다.
무선 충전 시스템에서, 충전 표면을 갖는 디바이스와 같은 무선 전력 송신 디바이스는 휴대용 전자 디바이스에 전력을 무선으로 송신한다. 휴대용 전자 디바이스는 무선으로 송신된 전력을 수신하고, 이러한 전력을 사용하여 내부 배터리를 충전하거나 또는 디바이스에 전력공급한다. 일부 상황들에서, 이물질(foreign object)들이 충전 표면 상에 우연히 배치될 수 있다. 이는 무선 전력 송신 동작들을 수행할 때 난제들을 제기할 수 있다.
무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신한다. 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 송신 코일을 포함하는 출력 회로에 신호들을 공급하는 인버터를 갖는다. 무선 전력 송신 코일은 무선 전력 송신 디바이스와 연관된 무선 충전 표면을 덮는 무선 전력 송신 코일들의 어레이의 일부일 수 있다.
신호 측정 회로부는, 무선 전력 수신 디바이스가 존재하고 무선 전력의 송신을 수용할 준비가 되어 있는지 여부를 결정하는 것을 돕도록 출력 회로에 커플링된다. 측정 회로부는, 출력 회로에 커플링되며, 발진기 회로부가 프로브 주파수로 신호들을 출력 회로에 공급하는 동안 신호들을 측정하는 측정 회로를 포함한다. 하나 이상의 프로브 주파수들에서 이러한 측정 회로부로부터의 측정들을 사용하여, 무선 전력 송신 디바이스는 외부 물체가 코일들 상에 존재하는지 여부를 결정한다.
측정 회로부 내의 임펄스 응답 회로부는 출력 회로에 커플링되며, 무선 전력 송신 디바이스에서 인버터에 의해 공급되는 임펄스 신호에 대한 출력 회로의 응답을 측정하는 데 사용된다. 임펄스 응답 회로부는 인덕턴스 및 Q 인자 측정들을 행하기 위해 사용된다.
동작 동안, 임펄스 응답 회로부로부터의 정보 및 프로브 주파수에서의 측정들은, 무선 수신 디바이스가 무선 충전 표면 내의 특정 코일들 위에 존재하는지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있으며, 따라서 무선 전력 송신 디바이스를 이용한 무선 전력 송신을 조정하는 데 사용될 수 있다.
측정 회로부는 또한, 출력 회로에 커플링되고, 발진기 회로부가 제1 주파수와 제2 주파수 사이에서 교류 출력 신호를 스윕핑(sweep)하는 동안 신호들을 측정하는 측정 회로를 포함한다. 주파수-스윕핑 동작들로부터 초래된 측정들은 무선-주파수 식별 디바이스들과 같은 감응성(sensitive) 디바이스들을 검출하는 데 사용된다. 감응성 디바이스들이 검출되면, 잠재적으로 무선 전력 송신 동작들을 손상시키는 것이 회피될 수 있다.
스위칭 회로부는 충전 표면과 중첩되는 코일 어레이로부터 출력 회로로, 선택된 코일들을 동적으로 스위칭하는 데 사용되므로, 코일 어레이 내의 적절한 코일들이 외부 물체들 및 무선-주파수 식별 디바이스들과 같은 감응성 디바이스들의 존재에 대해 프로빙(probe)될 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 예시적인 무선 충전 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 무선 충전 표면을 형성하는 코일들의 어레이를 갖는 예시적인 무선 전력 송신 디바이스의 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 디바이스 내의 출력 회로 신호 측정 회로부를 갖는 예시적인 무선 전력 송신 회로부의 회로도이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 디바이스의 표면 상의 다양한 예시적인 물체들의 응답을 도시하는 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 디바이스 상의 물체들을 특성화하는 데 사용될 수 있는 유형의 예시적인 임펄스 응답의 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 디바이스의 표면 상에 무선-주파수 식별 디바이스와 같은 감응성 물체를 배치하는 것과 연관될 수 있는 유형의 출력 신호 트레이스(trace)들을 도시하는 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 무선 전력 수신 코일, 및 공진 회로를 형성하는 보조 코일을 갖는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 측단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 디바이스의 표면 상의 다수의 유형들의 예시적인 물체들에 대해 주파수의 함수로서 출력 회로 신호 측정들이 플로팅(plot)된 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른, 도 1의 무선 충전 시스템과 같은 무선 전력 전달 시스템을 동작시키는 데 수반되는 예시적인 동작들의 흐름도이다.
도 10은 일 실시예에 따른, 잡음있는 무선 충전 환경에서 임펄스 응답 측정들을 수행하는 것과 연관된 신호들을 도시하는 그래프이다.
도 11은 실시예들에 따른, 임펄스 응답 측정들을 행하는 것과 연관된 예시적인 동작들의 흐름도이다.
무선 전력 시스템은, 무선 전력 수신 디바이스에 전력을 무선으로 송신하는 무선 전력 송신 디바이스를 갖는다. 무선 전력 송신 디바이스는 무선 충전 매트, 무선 충전 퍽(puck), 무선 충전 스탠드, 무선 충전 테이블, 또는 다른 무선 전력 송신 장비와 같은 디바이스이다. 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 수신 디바이스 내의 하나 이상의 무선 전력 수신 코일들에 무선 전력을 송신하는 데 사용되는 하나 이상의 코일들을 갖는다. 무선 전력 수신 디바이스는 셀룰러 전화기, 시계, 미디어 플레이어, 태블릿 컴퓨터, 한 쌍의 이어버드들, 원격 제어, 랩톱 컴퓨터, 다른 휴대용 전자 디바이스, 또는 다른 무선 전력 수신 장비와 같은 디바이스이다.
동작 동안, 무선 전력 송신 디바이스는 교류 신호들을 하나 이상의 무선 전력 송신 코일들에 공급한다. 이는 코일들로 하여금 무선 전력 수신 디바이스 내의 하나 이상의 대응하는 코일들에 교류 전자기 신호들(때때로 무선 전력 신호들로 지칭됨)을 송신하게 한다. 무선 전력 수신 디바이스 내의 정류기 회로는 무선 전력 수신 디바이스에 전력공급하기 위해, 수신된 무선 전력 신호들을 직류(DC) 전력으로 변환한다.
예시적인 무선 전력 시스템(무선 충전 시스템)이 도 1에 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 시스템(8)은 무선 전력 송신 디바이스(12), 및 무선 전력 수신 디바이스(10)와 같은 하나 이상의 무선 전력 수신 디바이스들을 포함한다. 디바이스(12)는 무선 충전 매트와 같은 독립형 디바이스일 수 있거나, 가구 내에 내장될 수 있거나, 또는 다른 무선 충전 장비일 수 있다. 디바이스(10)는 손목시계, 셀룰러 전화기, 태블릿 컴퓨터, 또는 다른 전자 장비와 같은 휴대용 전자 디바이스이다. 디바이스(12)가 무선 충전 표면을 형성하는 매트 또는 다른 장비이고 디바이스(10)가 무선 전력 송신 동작들 동안 무선 충전 표면 상에 놓이는 휴대용 전자 디바이스인 예시적인 구성들이 때때로 본 명세서에서 예로서 설명될 수 있다.
시스템(8)의 동작 동안, 사용자는 디바이스(12)의 충전 표면 상에 하나 이상의 디바이스들(10)을 배치한다. 전력 송신 디바이스(12)는 교류 전원(50)과 같은 교류 전압의 공급원(예를 들어, 라인 전력을 공급하는 벽 콘센트 또는 주 전원의 다른 공급원)에 커플링되고, 전력을 공급하기 위한 배터리(38)와 같은 배터리를 갖고 그리고/또는 다른 전원에 커플링된다. AC-DC 전력 변환기(40)와 같은 전력 변환기는, 주 전원 또는 다른 AC 전원으로부터, 디바이스(12) 내의 제어 회로부(42) 및 다른 회로부에 전력공급하는 데 사용되는 DC 전력으로 전력을 변환할 수 있다. 동작 동안, 제어 회로부(42)는, 교류 전자기 신호들(48)을 디바이스(10)에 송신하고 그에 의해 디바이스(10)의 무선 전력 수신 회로부(46)에 무선 전력을 운반하도록 무선 전력 송신 회로부(34) 및 회로부(34)에 커플링된 하나 이상의 코일들(36)을 사용한다.
전력 송신 회로부(34)는 적절한 코일들(36)을 통해 AC 전류 신호들을 생성하기 위하여 제어 회로부(42)에 의해 제공되는 제어 신호들에 기초하여 턴 온 및 오프되는 스위칭 회로부(예를 들어, 인버터 회로 내의 트랜지스터들)를 갖는다. AC 전류들이 인버터 회로에 의해 구동되고 있는 코일(36)을 통과함에 따라, 수신 디바이스(10) 내의 무선 전력 수신 회로부(46)에 커플링된 하나 이상의 대응하는 코일들(14)에 의해 수신되는 교류 전자기장들(무선 전력 신호들(48))이 생성된다. 교류 전자기장들이 코일(14)에 의해 수신될 때, 대응하는 교류 전류들 및 전압들이 코일(14)에 유도된다. 회로부(46) 내의 정류기 회로부는 디바이스(10)에 전력공급하기 위하여 하나 이상의 코일들(14)로부터의 수신된 AC 신호들(무선 전력 신호들과 연관된 수신된 교류 전류들 및 전압들)을 DC 전압 신호들로 변환한다. DC 전압들은 디스플레이(52), 터치 센서 컴포넌트들 및 다른 센서들(54)(예를 들어, 가속도계들, 힘 센서들, 온도 센서들, 광 센서들, 압력 센서들, 가스 센서들, 수분 센서들, 자기 센서들 등)과 같은 디바이스(10) 내의 컴포넌트들에 전력공급하는 데 사용되며, 디바이스(12)의 제어 회로부(42) 및/또는 다른 장비, 오디오 컴포넌트들, 및 다른 컴포넌트들(예를 들어, 입력-출력 디바이스들(22) 및/또는 제어 회로부(20))과 무선으로 통신하기 위한 무선 통신 회로들(56)은 배터리(18)와 같은 디바이스(10) 내의 내부 배터리를 충전하는 데 사용된다.
디바이스들(12, 10)은 제어 회로부(42, 20)를 포함한다. 제어 회로부(42, 20)는 저장 및 프로세싱 회로부, 이를테면, 마이크로프로세서들, 전력 관리 유닛들, 베이스밴드 프로세서들, 디지털 신호 프로세서들, 마이크로제어기들, 및/또는 프로세싱 회로들을 갖는 주문형 집적 회로들을 포함한다. 제어 회로부(42, 20)는 시스템(8) 내의 원하는 제어 및 통신 특징들을 구현하기 위한 명령어들을 실행하도록 구성된다. 예를 들어, 제어 회로부(42 및/또는 20)는, 전력 송신 레벨들을 결정하고, 센서 데이터를 프로세싱하고, 사용자 입력을 프로세싱하고, 송신 회로부(34)로부터의 무선 커플링 효율에 대한 정보와 같은 다른 정보를 프로세싱하고, 수신 회로부(46)로부터의 정보를 프로세싱하고, 무선 충전 동작들을 언제 시작 및 중지할지를 결정하기 위해 회로부(34) 내의 출력 회로부에 대한 신호 측정들과 같은 회로부(34 및/또는 46)로부터의 정보 및 회로부(34 및/또는 46)로부터의 다른 정보를 사용하고, 충전 주파수들, 다중-코일 어레이에서의 코일 할당들, 및 무선 전력 송신 레벨들과 같은 충전 파라미터들을 조정하며, 다른 제어 기능들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로부(42 및/또는 20)는 하드웨어(예를 들어, 전용 하드웨어 또는 회로부) 및/또는 소프트웨어(예를 들어, 시스템(8)의 하드웨어 상에서 구동되는 코드)를 사용하여 이들 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 이들 동작들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들(예를 들어, 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체들) 상에 저장될 수 있다. 소프트웨어 코드는 때때로 소프트웨어, 데이터, 프로그램 명령어들, 명령어들, 또는 코드로 지칭될 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들은 비-휘발성 랜덤-액세스 메모리(NVRAM)와 같은 비-휘발성 메모리, 하나 이상의 하드 드라이브들(예를 들어, 자기 드라이브들 또는 솔리드 스테이트 드라이브들), 하나 이상의 착탈식 플래시 드라이브들 또는 다른 착탈식 매체들, 다른 컴퓨터 판독가능 매체들, 또는 이들 컴퓨터 판독가능 매체들 또는 다른 저장소의 조합들을 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들 상에 저장된 소프트웨어는 제어 회로부(42 및/또는 20)의 프로세싱 회로부 상에서 실행될 수 있다. 프로세싱 회로부는 프로세싱 회로부, 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 다른 프로세싱 회로부를 갖춘 주문형 집적 회로들을 포함할 수 있다.
디바이스(12) 및/또는 디바이스(10)는 무선으로 통신할 수 있다. 예를 들어, 디바이스들(10, 12)은, (예를 들어, 단방향 또는 양방향 무선 신호들을 송신 및 수신하기 위해 코일들(36, 14)로부터 분리된 안테나들을 사용하여, 단방향 또는 양방향 무선 신호들을 송신 및 수신하기 위해 코일들(36, 14)을 사용하여 등) 디바이스들(10, 12) 사이의 신호들의 무선 송신을 허용하는 제어 회로부(42, 20) 내의 무선 트랜시버 회로부(및/또는 도 1의 회로부(56)와 같은 무선 통신 회로부)를 가질 수 있다.
하나의 예시적인 구성에서, 무선 송신 디바이스(12)는, 무선 충전 표면 위에 무선 전력을 공급하는 코일들(36)의 어레이를 갖는 무선 충전 매트 또는 다른 무선 전력 송신 장비이다. 이러한 유형의 배열이 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 예에서, 디바이스(12)는 X-Y 평면에 놓이는 코일들(36)의 어레이를 갖는다. 디바이스(12)의 코일들(36)은 플라스틱 부재 또는 충전 표면(60)을 형성하는 다른 구조와 같은 평면 유전체 구조에 의해 덮힌다. 디바이스(36) 내의 코일들(36)의 어레이의 측방향 치수들(X 및 Y 치수들)은 1 내지 1000 cm, 5 내지 50 cm, 5 cm 초과, 20 cm 초과, 200 cm 미만, 75 cm 미만, 또는 다른 적합한 크기일 수 있다. 코일들(36)은 중첩될 수 있거나 또는 중첩되지 않는 구성으로 배열될 수 있다. 코일들(36)은 행들 및 열들을 갖는 직사각형 어레이로 배치될 수 있고 그리고/또는 육각형 타일 패턴 또는 다른 패턴을 사용하여 타일링될 수 있다.
동작 동안, 사용자는 충전 표면(60) 상에 하나 이상의 디바이스들(10)을 배치한다. 코일들, 종이 클립들, 금속 포일의 스크랩들, 및/또는 다른 이종 전도성 물체들과 같은 이물질들이 표면(60) 상에 우연히 배치될 수 있다. 시스템(8)은, 표면(60) 상에 위치된 전도성 물체들이 디바이스들(10)에 대응하는지 또는 부적합성(incompatible) 이물질들에 대응하는지를 자동으로 검출하고, 적합한 액션을 취한다. 하나의 예시적인 배열에서, 표면(60) 상에 위치된 물체들에 무선 전력이 송신되게 시스템(8)이 허용하기 전에, 시스템(8)은, 이들 물체들이 무선-주파수 식별(RFID) 디바이스들과 같은 감응성 아이템들을 포함하는지 또는 다른 잠재적으로 감응성 전자 장비를 포함하는지를 검사하며, 그 감응성 아이템들 및 그 전자 장비는 코일들(36)로부터 큰 필드들에 대한 노출 시에 잠재적으로 손상될 수 있다.
도 2의 예에 도시된 바와 같이, 외부 물체들, 이를테면 외부 물체(62) 및 물체(64)는 하나 이상의 코일들(36)과 중첩될 수 있다. 일부 상황들에서, 물체들(62, 64)은 휴대용 전자 디바이스들(10)일 것이다. 다른 상황들에서, 물체들(62, 64) 중 하나 이상은 부적합성 외부 물체들(예를 들어, 금속 코인들과 같은 전도성 이물질들, RFID 디바이스들과 같은 감응성 디바이스들 등)일 것이다. 부적합성 외부 물체들 및 휴대용 전자 디바이스들이 동일한 코일 또는 코일들(36)과 중첩되는 상황들이 또한 발생될 수 있다.
표면(60) 상의 외부 물체들을 검출 및 특성화하기 위한 회로부를 포함하는 예시적인 무선 전력 송신 회로부(34)가 도 3에 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 회로부(34)는 하나 이상의 코일들(36)을 포함하는 출력 회로를 통해 송신되는 무선 전력 신호들을 생성하는 인버터(72)와 같은 인버터 또는 다른 구동 회로를 포함할 수 있다. 단일 코일(36)이 도 2의 예에 도시된다. 일반적으로, 디바이스(12)는 임의의 적합한 개수(1 내지 100개, 5개 초과, 10개 초과, 40개 미만, 30개 미만, 5개 내지 25개 등)의 코일들(36)을 가질 수 있다. 제어 회로부(42)에 의해 제어되는 스위칭 회로부(MX)(때때로 멀티플렉서 회로부로 지칭됨)는 각각의 코일(36) 이전 및/또는 이후에 그리고/또는 출력 회로(71)의 다른 컴포넌트들 이전 및/또는 이후에 위치될 수 있으며, 원하는 세트들의 하나 이상의 코일들(36)(원하는 출력 회로들(71))을 사용 중 또는 비사용 중으로 스위칭하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 물체(62)가 무선 전력 수신 디바이스(10)이고 물체(64)가 코인과 같은 부적합성 이물질인 것으로 결정되면, 물체(62)와 중첩되는 코일들은 무선 전력 송신 동작들 동안 활성화될 수 있고, 물체(64) 아래의 코일들은 이들 코일들이 무선 전력을 송신하지 않도록 비활성화될 수 있다. 원한다면, 다른 코일들(36)(예를 들어, 이러한 예에서는 물체(64)에 의해 중첩되지 않는 코일들)이 또한 무선 전력 송신 동작들 동안 턴오프될 수 있다.
도 3을 계속 참조하면, 무선 전력 송신 동작들 동안, 인버터(72)의 트랜지스터들(74)은 제어 회로부(42)로부터의 AC 제어 신호들에 의해 구동된다. 제어 회로부(42)는 또한 (예를 들어, 임펄스 응답 측정들 동안) 구형파 펄스들 또는 다른 임펄스들을 코일(36)에 인가하기 위해 인버터(72)의 트랜지스터들(74)을 사용할 수 있다. 코일(36)(예를 들어, 멀티플렉싱 회로부(MX)를 사용하여 선택되었던 코일)은 인덕턴스(L)를 갖는다. 커패시터(96)는 출력 회로(90)에서 인덕턴스(L)와 직렬로 커플링된 커패시턴스(C1)를 갖는다. 스위치(트랜지스터)(TP)가 폐쇄되는 동안 인버터(72)로부터 교류 구동 신호들을 공급받을 때, 코일(36) 및 커패시터(96)로부터 형성된 출력 회로는 디바이스(10) 내의 하나 이상의 코일들(14)에 의해 수신되는 교류 전자기장들을 생성한다. 각각의 코일(36)의 인덕턴스(L)는 외부 물체들과의 자기 커플링에 의해 영향을 받으므로, 다양한 주파수들에서의 디바이스(12) 내의 코일들(36) 중 하나 이상에 대한 인덕턴스(L)의 측정들은 충전 표면(60) 상의 물체들에 대한 정보를 나타낼 수 있다.
전력을 절약하기 위해, 디바이스(12)는 디바이스(10)에 무선 전력을 공급하기 위한 사용을 기다리는 동안 대기(standby) 모드에서 동작될 수 있다. 도 3의 신호 측정 회로부(때때로 출력 회로 신호 측정 회로부, 외부 물체 또는 이물질 검출 회로부 등으로 지칭됨)는 대기 동안 외부 물체들의 존재를 모니터링한다. 대기 동작들 동안 송신기 회로부(34) 내의 측정 회로부의 전력 소비는 50 mW 미만, 200 mW 미만, 1 mW 초과, 또는 다른 적합한 값일 수 있다.
대기 모드에서, 디바이스(12)는 외부 물체들(예를 들어, 디바이스(10), 코인들과 같은 이물질들 등)의 존재에 대해 코일들(36)을 주기적으로 스캔한다(예를 들어, 디바이스(12)는 코일들(36) 각각을 스캔함). 외부 물체들로 인한 인덕턴스(L)의 변화들에 대해, 선택된 코일을 프로빙하기 위해, 제어 회로부(42)가 인버터(72)를 턴 오프시키는 동안, 프로브 신호는 발진기 회로부(84)를 이용하여 노드(N1) 상으로 이끌린다(예를 들어, 트랜지스터들(74)은 노드(N2) 상으로 신호를 이끄는 데 사용되지 않음). 제어 회로부(42)는, 예를 들어, 프로브 주파수(fr)(예를 들어, 4 ㎒ 또는 다른 적합한 주파수, 이를테면 적어도 500 ㎑, 적어도 1 ㎒, 적어도 2 ㎒, 10 ㎒ 미만, 1 ㎒ 내지 10 ㎒의 주파수, 또는 다른 적합한 주파수의 주파수)로 교류 프로브 신호(예를 들어, 정현파, 구형파 등)를 생성하기 위해 발진기 회로부(84)(예를 들어, 하나 이상의 전압 제어 발진기들, 하나 이상의 다른 조정가능한 발진기들, 및/또는 다른 발진 회로부)를 사용할 수 있다. 대기 모드 동안 사용되는 프로브 주파수(fr)는, 13.56 ㎒ 와 같은 RFID 주파수들과는 상이하고, 무선 충전 동작들 동안 인버터(72)에 의해 출력 회로(71)에 공급되는 정상 교류 주파수와는 상이한 주파수이며, 이는, 예를 들어 100 내지 500 ㎑, 50 ㎑ 초과, 100 ㎑ 초과, 200 ㎑ 초과, 450 ㎑ 미만, 400 ㎑ 미만, 300 ㎑ 미만, 또는 다른 적합한 무선 전력 교류 구동 주파수일 수 있다.
주파수 fr의 신호는 커패시터(86)를 통해 노드(N1)에 인가되고, 인버터(72)가 제어 회로부(42)에 의해 오프 상태로 유지되는 동안 커패시터(96)를 통해 코일(36)에 커플링된다. 제어 회로부(42)는 도 2에 도시된 디바이스(12)의 코일들(36)의 어레이로부터 주파수(fr)의 신호가 인가되는 코일(예를 들어, 도 3의 코일(36))을 선택하도록 멀티플렉서(MX)를 제어한다. 커패시턴스(C1)는 150 μF, 10 μF 초과, 1000 μF 미만의 값, 또는 다른 적합한 값의 값을 가질 수 있다. 트랜지스터(TP)는 개방될 때 기생 커패시턴스(Cp)(예를 들어, 80 pF, 10 pF 초과, 800 pF 미만, 또는 다른 적합한 값의 커패시턴스)를 가질 수 있다. 대기 동작들을 위해, 제어 회로부(42)는, 프로브 신호들이 코일(36)을 통해 라우팅되도록 트랜지스터(TP)를 개방한다. 트랜지스터(TP)가 개방될 때, 기생 커패시턴스(Cp)는 커패시턴스(C1)와 직렬로 커플링된다. 이는, 직렬의 (마이크로패럿 범위에 있는) 커패시턴스(C1) 및 (피코패럿 범위에 있는) Cp의 커패시턴스가 대략 Cp일 것이므로, 인덕턴스(L)로 형성된 직렬 회로로부터 커패시턴스(C1)를 효과적으로 제거시킨다.
TP 개방으로, 출력 회로(71)(C1 및 Cp와 직렬인 코일(36))는 수학식 1의 주파수(fres)에서의 공진에 의해 특징지어질 것이다.
fres = 1/(2π(LCp)1/2) (1)
코일(36) 상의 외부 물체들의 부재 시에, 인가된 신호 주파수(f)의 함수로서 노드(N1)에서의 예상되는 측정된 신호(출력 전압(OUT(N1)))는 도 4의 곡선(102)에 의해 주어진다. 코일(36)과 중첩되는 하나 이상의 코일들(14)을 포함하는 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스의 존재 시에, 곡선(102)은 곡선(100)에 의해 도시된 바와 같이 더 낮은 주파수들로 시프트될 수 있다. 코일(36)과 중첩되는 코인 또는 다른 부적합성 이물질의 존재 시에, 곡선(102)은 곡선(104)에 의해 도시된 바와 같이 더 높은 주파수들로 시프트될 수 있다. 부하의 변화들은 하나 이상의 프로브 주파수들에서 도 3의 측정 회로(78)를 사용하여 OUT(N1)의 값을 모니터링함으로써 검출될 수 있다. 예를 들어, 발진기 회로부(84)는 수학식 1의 공진 주파수(fres)와 매칭하도록 선택되었던 주파수(fr)에서 노드(N1)에 프로브 신호를 인가하는 데 사용될 수 있다. 원한다면, 노드(N1) 상의 결과적인 신호를 평가하기 위해 측정 회로부를 사용하는 동안, 다수의 프로브 신호들이 출력 회로(72)에 인가될 수 있다. 예를 들어, 곡선(102)의 변화 방향(더 높게 또는 더 낮게 시프트됨)은 도 4의 주파수(fr) 부근의 2개 이상의 주파수들에서 OUT(N1)의 다수의 측정들을 취함으로써 검출될 수 있다.
OUT(N1)의 측정들을 행하기 위해, 측정 회로(78)는 피크 검출기(80) 및 아날로그-디지털 변환기(82)를 포함한다. 회로(78)는 노드(N1)에서 신호를 측정하고, 이러한 신호의 대응하는 디지털 버전을 제어 회로부(42)에 공급한다. (디바이스(10), 감응성 RFID 디바이스, 또는 코인 또는 다른 부적합성 이물질로부터이든) 코일(36)과 중첩되는 물체의 존재 시에, 신호(OUT(N1))가 드롭(drop)될 것이다. 예를 들어, 외부 물체의 존재로 인해, 코일(36)이 로딩될 경우, 코일(36)이 P2의 값(시프트된 곡선(100)과 연관되는 감소된 값)으로 언로딩될 때, 노드(N1) 상의 신호는 P1의 값(곡선(102)과 연관되는 피크 값)으로부터 드롭될 수 있다.
대기 동작들 동안, 제어 회로부(42)는 회로부(34) 내의 멀티플렉서 회로부(MX) 또는 다른 스위칭 회로부를 사용함으로써 코일들(36)을 통해 스캔할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이것은, 회로부(78)가 각각의 선택된 코일(36)에 대해 OUT(N1)을 측정하는 동안 코일들(36) 각각을 노드(N1)에 순차적으로 커플링시킨다. OUT(N1)의 어떠한 변화들도 검출되지 않으면, 제어 회로부(42)는 어떠한 물체들도 디바이스(12) 상에 존재하지 않는다고(예를 들어, 어떠한 물체들도 충전 표면(60) 상에 놓여 있지 않는 것으로) 결론내릴 수 있다. OUT(N1)의 변화가 검출되면, 제어 회로부(42)는, 코인과 같은 부적합성 이물질보다는 디바이스(10)가 존재한다는 것을 확인하기 위해 부가적인 동작들을 수행한다.
하나의 예시적인 접근법에서, 제어 회로부(42)는, 대기 동안 하나 이상의 코일들(36) 상의 부하의 검출에 응답하여 인덕턴스(L) 및 품질 인자(Q)의 저주파수 측정들을 수행하기 위해 임펄스 응답 측정 회로부(76)(때때로 인덕턴스 측정 회로부 및/또는 Q 인자 측정 회로부로 지칭됨)를 사용한다. 임펄스 응답 측정들 동안, 제어 회로부(42)는 트랜지스터(TP)를 턴 온시키면서 하나 이상의 여기 펄스들(임펄스들)을 코일(36)에 공급하도록 인버터(72)에게 지시하므로, 출력 회로(71) 내의 L 및 C1은 공진 회로를 형성한다. 임펄스들은, 예를 들어, 지속기간이 1 μs인 구형파 펄스들일 수 있다. 원한다면, 더 길거나 또는 더 짧은 펄스들이 인가될 수 있다. 공진 회로는 코일(36)의 정상 무선 충전 주파수 부근의 주파수(예를 들어, 약 320 ㎑, 100 내지 500 ㎑, 50 ㎑ 초과, 100 ㎑ 초과, 200 ㎑ 초과, 450 ㎑ 미만, 400 ㎑ 미만, 300 ㎑ 미만, 또는 다른 적합한 무선 충전 주파수)에서 공진할 수 있다.
인가된 펄스(들)에 대한 회로(71)의 임펄스 응답(신호(OUT(N1)))은 도 5에 도시된 바와 같다. 도 5의 임펄스 응답 신호의 주파수는 1/sqrt(LC)에 비례하므로, L은 C1의 알려진 값 및 임펄스 응답 신호의 측정된 주파수로부터 획득될 수 있다. Q는 L 및 임펄스 응답 신호의 측정된 감쇠로부터 도출될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 신호(OUT(N1))가 천천히 감쇠되면, Q는 하이(high)이고(예를 들어, HQ), 신호(OUT(N1))가 더 빠르게 감쇠하면, Q는 로우(low)이다(예를 들어, SQ). 따라서, 회로부(76)를 이용하는 도 5의 임펄스 응답 신호의 OUT(N1)의 감쇠 엔벨로프 및 OUT(N1)의 주파수의 측정은 제어 회로부(42)가 Q 및 L을 결정하게 허용할 것이다.
주어진 코일에 대한 L의 측정된 값이 표면(60)과 중첩되는 코일들(36)의 어레이 내의 코일들(36)의 각각에 대해 예상되는 정상 L 값과 매칭되면(예를 들어, 측정된 L 값이 표면(60) 상의 존재 디바이스(10) 또는 다른 외부 물체에 의해 영향을 받지 않을 때), 제어 회로부(42)는 무선 충전에 적합한 어떠한 외부 물체도 존재하지 않는다고 결론내릴 수 있다. L의 주어진 측정된 값이 언로딩된 코일에 대해 예상되는 값보다 크면, 제어 회로부(42)는 무선 충전에 적합한 외부 물체가 존재하고 부가적인 측정 동작들을 수행할 수 있다고 결론내릴 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(42)는, RFID 디바이스와 같은 감응성 디바이스가 표면(60) 상에 존재하는지 여부를 검사하기 위해 노드(N1) 상에서, 스윕핑된-주파수 측정(때때로, RFID 검사 측정으로 지칭됨)을 수행할 수 있다.
회로부(76)에 의해 행해진 측정들은 코일들(36) 중 하나 이상에 대해 수행된다(예를 들어, 이들 측정들은 디바이스(12) 내의 코일들의 어레이 내의 코일들(36) 각각에 대해 수행될 수 있음). 회로부(42)는 표면(60)에 걸쳐, 측정된 L 값들(및/또는 Q 인자 값들)에서 공간 패턴들을 식별하기 위해 이들 임펄스 응답 측정들을 사용한다. 측정된 인덕턴스(L) 변화의 패턴의 분석은 알려진 유형의 디바이스(10)가 코일들(36) 상에 존재하는지 여부를 결정하는 것을 도울 수 있다. 측정된 인덕턴스(L)(및 원한다면, L에 대한 역관계를 갖는 Q 인자)의 공간 패턴들의 분석은, 표면(60)의 X-Y 평면 내의 코일 위치의 함수로서, 디바이스(12)로부터 디바이스(10)로 무선 전력을 언제 운반할지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 코일들(36) 각각에 대한 L의 값이 그의 공칭 상태로부터 변경되지 않으면, 회로부(42)는 무선 충전에 적합한 어떠한 외부 디바이스도 존재하지 않는다고 결론내릴 수 있다. 코일들(36) 중 주어진 하나의 코일에 대한 L의 값이 상승되거나, 또는 측정된 L 값들의 다른 적합한 패턴이 검출되면, 회로부(42)는 무선 충전에 적합한 외부 디바이스가 그 코일 상에 존재하고 그 코일을 사용하여 무선 전력을 송신할 준비가 되어 있을 수 있다고 결론내릴 수 있다.
무선 전력을 송신하기 전에, RFID 디바이스와 같은 감응성 디바이스가 표면(60) 상에 존재하는지 여부를 검사하는 것이 바람직할 수 있다. 감응성 디바이스들은 잠재적으로 과도한 무선 전력 레벨들에 의해 손상될 수 있으므로, 감응성 디바이스들에 대한 검사는 후속 무선 전력 송신 동작들 동안 감응성 디바이스들에 대한 손상을 피하는 것을 돕는다. 일부 시나리오들에서, 휴대용 디바이스(10) 및 감응성 디바이스 둘 모두는 디바이스(12) 내의 코일들(36)의 어레이 내의 동일한 코일(36) 위에 존재할 수 있다. 감응성 디바이스는, 예로서, 셀룰러 전화기, 시계, 또는 무선 전력 수신 코일(14)을 포함하는 다른 휴대용 디바이스(10) 아래에 존재할 수 있다. 휴대용 디바이스(10)의 존재가 코일들(36)에 대한 인덕턴스 측정들을 행함으로써 검출될 수 있더라도, 무선 전력 송신들에 대한 노출에 의해 감응성 디바이스를 손상시키는 것을 피하도록 감응성 디바이스가 또한 존재하는지 여부를 검사하는 것이 바람직하다.
무선-주파수 식별(RFID) 디바이스는 전형적으로 13.56 ㎒의 주파수와 같은 비교적 높은 주파수들로 공진하는 RFID 코일 회로들을 갖는다. 일부 실시예들에서, RFID가 표면(60) 상에 존재하는지를 결정하기 위해, 측정 회로(94)(도 3)를 사용하여 노드(N1) 상에서 신호(OUT(N1))를 측정함으로써 RFID 검사 측정들이 수행된다. 이들 검사 측정들 동안, 제어 회로부(42)는, 대중적인 RFID 코일들의 예상되는 공진 주파수들을 커버하는 제1 주파수(f1)와 제2 주파수(f2) 사이에서 노드(N1)로 공급되는 신호의 주파수를 스윕핑하도록 발진기 회로부(84)에게 지시한다. 발진기 회로부(84)로부터의 전류가 측정 동작들 동안 선택되었던 각각의 코일(36)을 통해 흐르도록 트랜지스터(TP)는 개방 상태로 유지될 수 있다. f1의 값은, 예를 들어 10 ㎒, 5 ㎒ 초과, 11 ㎒ 미만, 12 ㎒ 미만, 15 ㎒ 미만, 또는 다른 적합한 값일 수 있다. f2의 값은 30 ㎒, 14 ㎒ 초과, 15 ㎒ 초과, 20 ㎒ 초과, 45 ㎒ 미만, 또는 다른 적합한 값일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 스윕핑된-주파수 측정 회로(94)는, 노드(N1) 상의 전압을 측정하는 피크 검출기(88)와 같은 피크 검출기, 대역 통과 필터(90), 및 아날로그-디지털 변환기 회로부(92)를 포함한다. 아날로그-디지털 변환기 회로부(92)는 그의 입력의 디지털 버전을 제어 회로부(42)에 공급한다.
어떠한 RFID 디바이스도 디바이스(12)의 충전 표면(60) 상에 존재하지 않을 때, 피크 검출기(88)는 도 6의 곡선(108)의 신호와 같은 신호를 검출할 것이다. RFID 디바이스가 충전 표면(60)과 중첩될 때, 신호(OUT(N1))(예를 들어, 곡선(110) 참조)는 주파수(f)가 f1과 f2 사이에서 스윕핑됨에 따라 신호(112)와 같은 공진 신호를 나타낼 것이다. 공진 신호(112)는, 예를 들어 13.56 ㎒의 RFID 공진 주파수와 같은 공진 주파수에 대응할 수 있다.
주파수(f)는 미리 결정된 속도로 f1과 f2 사이에서 스윕핑된다. 예를 들어, 제어 회로부(42)는 2 ms, 적어도 1 ms, 3 ms 미만, 또는 다른 적합한 시간 기간으로 f1으로부터 f2까지 주파수를 스윕핑할 수 있다. 주파수(f)가 미리 결정된 속도로 f1과 f2 사이에서 변화될 때(예를 들어, 전체 스윕 범위가 2 ms 등의 간격으로 커버될 때), 대역 통과 필터(90)의 통과 주파수는, 공진 신호(112)가 대역 통과 출력 곡선(114)의 대역 통과 필터링된 신호(112')로서 대역 통과 필터(90)를 통과할 것이도록 선택된다. 대역 통과 필터(90)의 사용은 곡선(110)으로부터 비-공진 신호 변동들(예를 들어, 도 6의 예시적인 곡선(110)에 의해 도시된 유형의 신호 틸트 및 느리게 변하는 증가들 및/또는 감소들)을 제거하는 것을 돕는다. 결과적인 대역 통과 필터링된 신호(곡선(114) 및 필터링된 신호 공진(112'))은 특정 주파수의 RFID 공진이 검출되었다는 것을 확인하도록 제어 회로부(42)에 의해 프로세싱될 수 있다. 제어 회로부(42)는 이어서 적절한 액션을 취할 수 있다. 예를 들어, 어떠한 RFID 서명도 검출되지 않으면, 제어 회로부(42)는, 표면(60) 상의 검출된 외부 물체가 임의의 개재(중첩) 감응성 RFID 디바이스 없이 휴대용 디바이스(코일(14)을 갖는 디바이스(10))일 가능성이 있다고 결론내릴 수 있다. RFID 서명(예를 들어, 13.56 ㎒와 같은 RFID 주파수의 공진 신호(112'))이 검출되면, 제어 회로부(42)는 RFID 디바이스에 대한 손상을 완화시키기 위해, 코일들(36)에 의해 송신되는 무선 전력의 레벨을 감소시킬 수 있거나, 또는 코일들(36)(또는 적어도, 감응성 RFID 디바이스에 의해 중첩되는 코일들)에 의해 무선 전력이 송신되는 것을 방지할 수 있다. 선택적으로, 제어 회로(42)는 사용자에게 경보를 발행할 수 있다.
일부 배열들에서, 도 6의 주파수 스윕 동작들 동안 민감한 주파수들을 피하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 대역(113)과 같은 허가되지 않은 주파수(fnp)에 중심설정된 좁은 대역의 주파수들을 스킵하는 것이 바람직할 수 있다. 허가되지 않은 주파수(fnp)는 예로서 13.56 ㎒의 주파수일 수 있다. 대역(113)은 (예로서) 13.56 ㎒의 +/-20 ㎑ 내의 주파수들을 커버할 수 있다. f1로부터 f2까지의 주파수 스윕 동안 대역(113)을 스킵하는 것은, 대역(113)의 주파수들의 사용이 제한되는 관할구역(jurisdiction)들에서 규정 준수를 보장할 수 있다. 대역(113)의 스킵을 용이하게 하기 위해, 발진기(84)는 직접 디지털 정현파 발생기와 같은 주파수 스윕핑 동안 원하지 않는 주파수들의 신속한 스킵을 허용하는 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 원한다면, 다른 유형들의 발진기가 사용될 수 있다.
도 7은 디바이스(10)가 디바이스 하우징(116)의 하부 부분에 위치된 전력 수신 코일(코일(14))을 갖는 예시적인 구성의 디바이스(10)의 측단면도이다. 디바이스는 또한 코일(PR)과 같은 하나 이상의 부가적인 코일들을 가질 수 있다. 각각의 선택적인 코일(PR)은 대응하는 공진 회로(예를 들어, 10 ㎒ 내지 30 ㎒의 주파수 또는 다른 적합한 주파수의 알려진 주파수 공진을 갖는 수동 공진 회로)의 일부를 형성할 수 있다. 디바이스(12)의 측정 회로부는 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이 각각의 코일(36)에 대한 주파수(f)를 스캔할 때 코일(PR)과 같은 코일들의 존재 및 위치를 검출할 수 있다. 알려진 수동 공진기들의 디바이스(10) 내로의 통합은 디바이스(10)의 위치, 배향 및 유형이 디바이스(12)에 의해 정확하게 식별되게 허용하는 것을 도울 수 있다.
상이한 디바이스들이 또한, 표면(60) 상에 배치될 때 상이한 알려진 주파수 공진들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 8의 시나리오를 고려한다. 외부 물체의 부재 시에, 코일(36)은 곡선(FS)에 의해 도시된 유형의 주파수 응답을 나타낼 수 있다. 제1 유형의 디바이스(10)(예를 들어, 셀룰러 전화기)가 표면(60) 상에 배치될 때, 곡선(FS)은 곡선(D1)으로 시프트될 수 있다. 제2 유형의 디바이스(10)(예를 들어, 시계)가 표면(60) 상에 배치될 때, 곡선(FS)은 곡선(D2)으로 시프트될 수 있다. (예를 들어, 1 ㎑, 10 ㎑, 100 ㎑ 초과, 1 ㎒ 초과, 10 ㎒ 초과, 100 ㎒ 미만, 10 ㎒ 미만, 1 ㎒ 미만의 저주파수, 또는 다른 적합한 저주파수로부터 10 ㎑, 100 ㎑ 초과, 1 ㎒ 초과, 10 ㎒ 초과, 10 ㎒ 초과, 1 ㎓ 미만, 100 ㎒ 미만, 10 ㎒ 미만의 고주파수, 또는 다른 적합한 고주파수까지) 미리 결정된 주파수 범위에 걸쳐 스윕핑함으로써 OUT(N1)를 측정함으로써, 디바이스(12)는 어떤 유형의 전력 수신 디바이스(10)가 존재하는지를 결정할 수 있고, (예를 들어, 디바이스-적절한 설정들을 이용하여 그 디바이스에 무선 전력을 공급함으로써 등) 적절한 액션을 취하기 위해 이러한 정보를 사용할 수 있다. 원한다면, 회로부(42)는 또한 측정들의 더 작은 세트들(예를 들어, 2개 내지 10개의 데이터 포인트들, 2개 초과의 데이터 포인트들, 5개 미만의 데이터 포인트들 등의 세트)을 사용하여 곡선들(FS, D1, D2)과 같은 곡선들을 구별할 수 있다.
도 9는 시스템(8)을 사용하는 것에 수반되는 예시적인 동작들의 흐름도이다. 블록(120)의 동작들 동안, 시스템(8)은 대기 측정들을 수행한다. 예를 들어, 디바이스(12)는, 잠재적으로 무선 전력 전달에 적합성인 디바이스들(10) 중 하나와 같은 외부 물체 또는 코인 또는 배지(badge)와 같은 부적합성 물체의 존재에 대해 코일들(36) 중 하나 이상(예를 들어, 디바이스(12) 내의 코일들(36)의 어레이 내의 각각의 코일(36))을 모니터링하기 위해 도 3의 회로(78)와 같은 회로를 사용할 수 있다. (예를 들어, 외부 물체로 인해 코일 공진이 어떤 방향으로 시프트되는지를 결정하고, 그에 의해, 물체가 전자 디바이스인지 또는 코인 또는 다른 부적합성 이물질인지를 결정하는 것을 돕기 위해) 주파수(fr)에서의 단일 측정은 OUT(N1)가 임의의 코일들(36)에 대해 예상되는 것보다 낮은지 여부를 결정하도록 행해질 수 있거나, 또는 원한다면, fr 부근의 상이한 주파수들에서의 다수의 측정들이 행해질 수 있다. 블록(120)의 대기 동작들은 낮은 양의 전력(예를 들어, 50 mW 이하, 100 mW 이하, 1 mW 초과, 또는 다른 적합한 양)을 소비한다.
블록(120)의 동작들 동안의 제어 회로부(42)를 이용한 외부 물체의 검출에 응답하여, 제어 회로부(42)는 저주파수 임펄스 응답 측정들과 같은 부가적인 검출 동작들을 수행한다(블록(122)). 블록(122)의 동작들 동안, 제어 회로부(42)는, 예를 들어 코일들(36) 중 하나 이상으로부터 형성된 회로에(예를 들어, 디바이스(12) 내의 코일들(36)의 어레이 내의 각각의 코일(36), 블록(120)의 동작들 동안 이물질 존재가 검출되었던 것들과 같은 이들 코일들의 서브세트, 및/또는 코일들(36) 중 하나 이상의 코일들의 다른 적합한 세트들에) 자극(예를 들어, 구형파 또는 다른 신호 임펄스)을 인가하기 위해 인버터(72) 또는 다른 공진 회로 구동 회로부를 사용할 수 있으며, 그에 의해, 그 회로(및 그 코일(36))로 하여금, 공진 회로의 응답을 측정하기 위해 도 3의 임펄스 응답 측정 회로부(76)와 같은 측정 회로를 사용하는 동안 공진하게 한다. 도 5와 관련하여 설명된 바와 같이, 결과적인 회로 공진의 특성들이 이어서 측정되고 분석될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(42)는 인덕턴스를 측정하기 위해, 측정된 공진 주파수에 대한 정보를 사용할 수 있고, 저항(R) 및 Q 인자를 결정하기 위해 신호 공진의 감쇠에 대한 정보를 사용할 수 있다. 원한다면, 블록들(120 및/또는 122)의 측정들은 디바이스들(10) 및 이물질들을 식별하는 것을 돕기 위해 표면(60)에 걸쳐 차원들 X 및 Y에서 맵핑될 수 있다.
블록(122)의 동작들이 어떠한 이물질도 존재하지 않고 전자 디바이스(10)가 존재한다는 것을 드러내면, 블록(124) 동안 부가적인 검사 동작들이 수행될 수 있다. 특히, 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이, 도 3의 발진기 회로부(84) 및 스윕핑된-주파수 측정 회로(94)와 같은 회로부를 이용한 주파수 스윕 측정들은 감응성 RFID 디바이스의 존재를 검사하기 위해 수행될 수 있다.
블록들(120, 122, 및/또는 124)의 측정들과 같은 측정들의 결과들에 기초하여 블록(126)의 동작들 동안 적절한 액션이 취해진다. 예로서, 감응성 RFID 디바이스가 블록(124)의 동작들 동안 검출되거나 또는 이물질이 검출되면, 코일들(36) 전부 또는 코일들(36)의 적절한 서브세트를 이용한 무선 충전 동작들이 차단될 수 있다. 알려진 특성(L) 응답(및/또는 Q 응답)을 갖는 전자 디바이스(10)의 검출에 응답하여 그리고 적절한 경우, 회로(94)를 이용하여 코일들(36) 중 하나 이상을 검사한 이후 어떠한 RFID 디바이스도 존재하지 않는다고 결정하는 것에 응답하여(예를 들어, L 및/또는 Q 측정들 및/또는 다른 측정들이 표시하는 코일들(36)은 물체 또는 코일들(36) 전부에 의해 중첩될 수 있음), 제어 회로부(42)는 무선 전력을 무선 전력 수신 회로부(46)에 송신하기 위해 무선 전력 송신 회로부(34)를 사용할 수 있다.
일부 동작 환경들에서, 신호 측정 정확도는 잡음에 의해 악영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 다수의 전력 수신 디바이스들이 공통 무선 충전 매트 상에 위치되는 배열들에서, 그 디바이스에 의해 중첩되는 매트 내의 코일들을 사용하여 디바이스들 중 하나에 무선 전력을 송신하는 프로세스는, 매트 내의 상이한 코일들과 중첩되는 다른 디바이스에 대한 임펄스 응답 측정들과 같은 측정들을 행할 때 잡음을 생성할 수 있다. 하나의 예시적인 배열에서, 잡음의 부재 시에 임펄스 응답 측정들과 같은 측정들이 제2 디바이스에 대해 행해지게 허용하기에 충분한 양의 시간 동안 제1 디바이스의 충전을 중지함으로써 잠재적인 간섭이 회피될 수 있다. 다른 예시적인 배열에서, 잡음은 임펄스 응답 측정들과 같은 측정들로부터 제거될 수 있다.
도 10은, 신호(OUT)와 같은 노드(N1)(또는 다른 적합한 노드) 상의 측정된 신호가 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩되는 코일에 대해 측정들을 행하려고 시도할 때 잡음을 어떻게 포함할 수 있는지를 도시하는 도면이다. 곡선(150)에 의해 도시된 바와 같이, 신호(OUT)는 임펄스 응답 측정 회로부(76)에 의한 임의의 인가된 임펄스의 부재 시에, 임펄스 응답 측정 회로부(76)에 의해 시간 기간(T1) 동안 초기에 측정될 수 있다. (예를 들어, 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩되는 코일/코일들(36) 이외의 다른 코일들과 중첩되는) 디바이스(12) 상의 다른 곳에서의 하나 이상의 부가적인 무선 전력 수신 디바이스들의 충전으로 인해 시간 기간(T1) 동안 신호(OUT)에 존재하는 잡음이 있을 수 있다. 시간 기간(T2) 동안, 임펄스 응답 측정 회로부(76)는 코일(36)에 임펄스를 인가하고, 결과적인 신호(OUT)에서의 결과적인 링잉(ringing) 및 지수 감쇠를 측정한다. 디바이스(12) 상의 하나 이상의 다른 디바이스들로의 무선 전력 송신으로 인해 이러한 측정된 신호에 잡음이 존재한다. 도 5와 관련하여 설명된 바와 같이, 임펄스 응답 신호의 주파수 및 감쇠 레이트는 코일 인덕턴스(L)의 값과 같은 정보를 드러낼 수 있다. 측정 정확도를 향상시키기 위해, 기간(T1) 동안 측정된 잡음은 기간(T2) 동안 측정된 신호를 프로세싱하기 전에 기간(T2) 동안 측정된 신호로부터 제거되어, 인덕턴스(L)와 같은 측정 결과들을 생성할 수 있다.
다수의 디바이스들(10)이 공통 무선 전력 송신 디바이스(12) 상에 위치되는 충전 환경과 같은 잠재적으로 잡음있는 환경에서 인덕턴스(L)를 측정하는 것에 수반되는 예시적인 동작들의 흐름도가 도 11에 도시된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 단계(152)에서 디바이스(12)로부터 제1 디바이스(10)로의 전력 송신이 개시될 수 있다.
하나의 예시적인 접근법에서, 제1 디바이스로의 전력 송신은 제2 디바이스와 중첩되는 코일(들)에 대한 L의 측정을 허용하도록 순간적으로 중단된다. 이러한 접근법은 블록들(154, 156, 158)의 동작들에 의해 예시된다. 블록(154)의 동작들 동안, 디바이스(12)는 제1 디바이스로의 전력 송신을 중지한다. 블록(156)의 동작들 동안, 임펄스 응답 측정 회로부(76)는, (예를 들어, 제1 디바이스가 전력을 수신하고 있지 않는 동안) 임펄스 응답 측정들을 행하고 그에 의해 제2 디바이스에 의하여 중첩되는 코일에 대한 L을 획득하기 위해 사용된다. 블록(158)의 동작들 동안, 디바이스(12)로부터 제1 디바이스(10)로의 전력 송신이 재개된다. 전력은 또한 제2 디바이스(10)에 무선으로 송신될 수 있다.
블록들(160, 162, 164)에 예시된 다른 예시적인 접근법에서, 제1 디바이스로의 전력 송신을 중단시키지 않으면서, 측정된 신호들로부터 잡음이 제거된다. 블록(160)의 동작들 동안, 측정 회로부(76) 또는 다른 측정 회로부는 제1 디바이스로의 전력 송신을 중단시키지 않으면서 제2 디바이스에 의해 중첩되는 코일(들)에 대한 신호(OUT)의 잡음을 측정한다(예를 들어, 도 10의 기간(T1) 참조). 블록(162)의 동작들 동안, 임펄스 응답 측정 회로부(76)는, 전력이 디바이스(12) 내의 다른 코일들을 사용하여 제1 디바이스에 계속 송신되는 동안(그에 의해, 시간 기간(T2) 동안 측정된 신호로 잡음을 도입함) 제2 디바이스에 의해 중첩되는 코일(들)에 임펄스 펄스를 인가하고, 신호(OUT)를 측정한다(예를 들어, 도 10의 기간(T2) 참조). 블록(164)의 동작들 동안, 임펄스 응답 측정 회로부(76) 및/또는 제어 회로부(42)는 (예를 들어, 만족스러운 잡음 제거가 달성될 때까지 다양한 상이한 시험 페이즈(phase) 값들에서, 측정된 잡음을 반복적으로 감산함으로써) 기간(T2)의 임펄스 응답 신호로부터 기간(T2)의 측정된 잡음을 제거한다. 이러한 방식으로 잡음이 만족스럽게 제거되면(예를 들어, 신호(OUT)에서의 지수 감쇠가 획득되고, 그에 따라 L 및/또는 다른 파라미터들의 측정된 값이 만족스러운 정확도로 획득되면), 임펄스 응답 측정이 완료되고 무선 전력 송신 동작들이 진행될 수 있다. 라인(166)에 의해 도시된 바와 같이, 블록(164)의 동작들 동안 잡음이 만족스럽게 제거되지 않으면, 프로세싱은 블록(160)으로 되돌아가서, 부가적인 잡음 및 임펄스 응답 측정들을 행할 수 있다.
무선-주파수 식별(RFID) 디바이스와 같은 이물질이 디바이스(10)에 의해 중첩되고 그에 따라 디바이스(10)와 디바이스(12) 내의 하나 이상의 코일들(36) 사이에 개재되면, 시스템(8)은 디바이스(12)가 디바이스(10)의 충전을 보류하게 허용한다. 코일들(36)이 독립적으로 제어될 수 있기 때문에, RFID 디바이스 또는 다른 감응성 디바이스가 (예를 들어, 하나 이상의 코일들의 제1 세트와 중첩되는) 디바이스(12)의 하나의 부분 상에서 검출되면서 디바이스(10)가 (예를 들어, 코일들의 제1 세트와는 상이한 하나 이상의 코일들의 제2 세트와 중첩되는) 디바이스(12)의 다른 부분 상에서 검출되면, 디바이스(12)는 코일들의 제1 세트가 아니라 코일들의 제2 세트만을 사용하여 전력을 무선으로 송신할 수 있다. 이러한 방식으로, 전력은 RFID 디바이스에 무선으로 송신되지 않고, 무선 전력 수신 디바이스(10)에만 송신된다.
일 실시예에 따르면, 충전 표면을 갖는 무선 전력 송신 디바이스가 제공되며, 그 무선 전력 송신 디바이스는, 복수의 코일들, 코일들에 커플링된 측정 회로부, 코일들에 커플링되며, 코일들 중 하나 이상을 이용하여 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 회로부, 및 무선 전력 신호들의 송신을 제어하도록 구성된 제어 회로부를 포함하며, 제어 회로부는, 제어 회로부가 측정 회로부를 이용하여 검출된 무선-주파수 식별 디바이스에 무선 전력을 송신하지 않으면서 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하기 위해 무선 전력 송신 회로부 및 코일들 중 하나 이상의 코일들의 제1 세트를 사용하는 제1 모드 - 무선-주파수 식별 디바이스는 코일들의 제1 세트와는 상이한 코일들 중 하나 이상의 코일들의 제2 세트와 중첩됨 -, 및 무선-주파수 식별 디바이스가 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩된다는 것을 측정 회로부를 이용하여 검출할 시에, 제어 회로부가 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하기 위해 무선 전력 송신 회로부를 사용하는 것을 보류하는 제2 모드로 동작하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 측정 회로부로부터의 코일 인덕턴스 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 코일들에 대한 이물질들을 검출하도록 추가로 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 측정 회로부는, 코일들 중 선택된 코일을 포함하는 출력 회로, 출력 회로에 커플링된 발진기 회로부, 발진기 회로부가 프로브 주파수로 출력을 생성하는 동안 출력 회로에서 신호들을 측정하도록 구성된 제1 측정 회로, 및 발진기 회로부가 제1 주파수로부터 제2 주파수까지의 범위에 있는 주파수-스윕핑된 출력을 생성하는 동안 출력 회로에서 신호들을 측정하도록 구성된 제2 측정 회로를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 측정 회로부는, 코일들 중 선택된 코일을 포함하는 출력 회로의 임펄스 신호에 대한 응답을 측정하도록 구성된 임펄스 응답 측정 회로를 포함하며, 무선 전력 송신 회로부는 인버터를 포함하고, 제어 회로부는 인버터를 이용하여 임펄스 신호를 코일들 중 선택된 코일에 공급하도록 구성되고, 제어 회로부는 임펄스 응답 측정 회로를 사용하여 코일들 중 선택된 코일과 연관된 인덕턴스를 측정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 임펄스 응답 측정 회로를 사용하여 코일들 중 선택된 코일과 연관된 Q 인자를 측정하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 13.56 ㎒의 주파수는 제1 주파수와 제2 주파수 사이에 놓인다.
다른 실시예에 따르면, 측정 회로부는, 출력 회로에 커플링되고 인덕턴스 및 Q 인자 측정들을 행하도록 구성된 임펄스 응답 측정 회로를 포함하며, 제어 회로부는, 임펄스 응답 측정 회로로부터의 정보에 적어도 부분적으로 기초하여, 무선 전력 송신 회로부를 이용한 무선 전력 수신 디바이스로의 무선 전력의 송신을 제어하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 제1 측정 회로로부터의 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 코일들의 어레이와 중첩되는 이물질들을 검출하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 제2 측정 회로로부터의 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩되는 무선-주파수 식별 디바이스를 검출하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 디바이스는 코일들 상의 영역과 중첩하도록 구성되며, 제어 회로부는 제1 측정 회로로부터의 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 영역을 식별하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 측정 회로는 제1 피크 검출기를 포함하고, 제2 측정 회로는 제2 피크 검출기 및 대역 통과 필터를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 회로부는 인버터를 포함하며, 제어 회로부는 인버터를 이용하여, 코일들 중 선택된 코일을 포함하는 출력 회로에 임펄스 신호를 인가하도록 구성되고, 무선 전력 송신 디바이스는 임펄스 응답 측정 회로를 포함하고, 제어 회로부는, 임펄스 신호의 인가 시에 출력 회로와 연관된 공진 주파수를 측정하기 위해 임펄스 응답 측정 회로를 사용하도록 구성되고, 제어 회로부는, 측정된 공진 주파수에 적어도 부분적으로 기초하여, 무선 전력 송신 회로부를 이용한 무선 전력 수신 디바이스로의 무선 전력의 송신을 제어하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 코일들을 사용하여 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하는 무선 전력 송신 회로부를 갖는 무선 전력 송신 디바이스를 사용하는 방법이 제공되며, 그 방법은, 무선 전력 송신 디바이스가 무선-주파수 식별 디바이스에 무선 전력을 송신하지 않으면서 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하기 위해 코일들 중 하나 이상의 코일들의 제1 세트를 사용하는 제1 모드로 무선 전력 송신 디바이스를 동작시키는 단계 - 무선-주파수 식별 디바이스는 코일들의 제1 세트와는 상이한 코일들 중 하나 이상의 코일들의 제2 세트와 중첩됨 -, 및 무선-주파수 식별 디바이스가 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩된다는 것을 검출할 시에, 무선 전력 송신 디바이스가 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하는 것을 보류하는 제2 모드로 무선 전력 송신 디바이스를 동작시키는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은, 코일들로부터 수집된 코일 인덕턴스 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 무선 전력 송신 디바이스 상의 이물질들을 검출하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은, 무선 전력 송신 디바이스 내의 발진기 회로부가 프로브 주파수로 출력을 생성하는 동안 무선 전력 송신 디바이스에서 신호들을 측정하는 단계, 및 발진기 회로부가 제1 주파수로부터 제2 주파수까지의 범위에 있는 주파수-스윕핑된 출력을 생성하는 동안 무선 전력 송신 디바이스에서 신호들을 측정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 임펄스 신호에 대한 코일들의 응답을 측정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 인버터를 포함하며, 방법은, 인버터를 이용하여 임펄스 신호를 코일들 중 선택된 코일에 공급하는 단계, 및 임펄스 응답 측정 회로를 사용하여 코일들 중 선택된 코일과 연관된 인덕턴스를 측정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 제공되며, 그 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는, 코일들에 커플링된 무선 전력 송신 회로부를 이용하여 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하고, 제어 회로부가 무선-주파수 식별 디바이스에 무선 전력을 송신하지 않으면서 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하기 위해 무선 전력 송신 회로부 및 코일들 중 하나 이상의 코일들의 제1 세트를 사용하는 제1 모드로 제어 회로부를 동작시키며 - 무선-주파수 식별 디바이스는 코일들의 제1 세트와는 상이한 코일들 중 하나 이상의 코일들의 제2 세트와 중첩됨 -, 그리고 무선-주파수 식별 디바이스가 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩된다는 것을 검출할 시에, 제어 회로부가 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하기 위해 무선 전력 송신 회로부를 사용하는 것을 보류하는 제2 모드로 제어 회로부를 동작시키기 위한 명령어들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는, 코일들로부터 수집된 코일 인덕턴스 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 이물질들을 검출하기 위한 명령어들을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는, 임펄스 신호에 대한 코일들 중 선택된 코일의 응답을 측정하기 위한 명령어들을 포함한다.
전술한 것은 단지 예시일 뿐이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

  1. 충전 표면을 갖는 무선 전력 송신 디바이스로서,
    코일;
    상기 코일에 커플링된 측정 회로부;
    상기 코일에 커플링되고 상기 코일로 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 회로부; 및
    상기 무선 전력 신호들의 송신을 제어하도록 구성된 제어 회로부를 포함하고, 상기 제어 회로부는,
    상기 제어 회로부가 상기 코일과 중첩하지 않는 상기 충전 표면의 일부분과 중첩하는 상기 측정 회로부로 검출된 무선 주파수 식별 디바이스에 무선 전력을 송신하지 않고 상기 무선 전력 송신 회로부 및 상기 코일을 사용하여 상기 무선 전력 신호들을 상기 무선 전력 수신 디바이스에 송신하는 제1 모드; 및
    상기 무선 주파수 식별 디바이스가 상기 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩된다는 것을 상기 측정 회로부로 검출할 때 상기 제어 회로부가 상기 무선 전력 송신 회로부를 사용하여 상기 무선 전력 수신 디바이스에 상기 무선 전력 신호들을 송신하는 것을 포기하는 제2 모드로 동작하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 측정 회로부로부터의 코일 인덕턴스 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 코일로 외부 물체들을 검출하도록 추가로 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 측정 회로부는:
    상기 코일을 포함하는 출력 회로;
    상기 출력 회로에 커플링된 발진기 회로부;
    상기 발진기 회로부가 프로브 주파수에서 출력을 생성하는 동안 상기 출력 회로에서 신호들을 측정하도록 구성된 제1 측정 회로; 및
    상기 발진기 회로부가 제1 주파수 내지 제2 주파수의 범위에 걸치는 주파수-스윕핑 출력(frequency-swept output)을 생성하는 동안 상기 출력 회로에서 신호들을 측정하도록 구성된 제2 측정 회로를 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 측정 회로부는 임펄스 신호에 대한 상기 코일을 포함하는 상기 출력 회로의 응답을 측정하도록 구성된 임펄스 응답 측정 회로를 더 포함하고, 상기 무선 전력 송신 회로부는 인버터를 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 인버터로 상기 코일에 상기 임펄스 신호를 공급하도록 구성되고, 상기 제어 회로부는 상기 임펄스 응답 측정 회로를 사용하여 상기 코일과 연관된 인덕턴스를 측정하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 임펄스 응답 측정 회로를 사용하여 상기 코일과 연관된 Q 인자를 측정하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 주파수들 사이에 13.56MHz의 주파수가 있는, 무선 전력 송신 디바이스.
  7. 제3항에 있어서, 상기 측정 회로부는 상기 출력 회로에 커플링되고 인덕턴스 및 Q 인자 측정들을 행하도록 구성되는 임펄스 응답 측정 회로를 더 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 임펄스 응답 측정 회로로부터의 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 무선 전력 송신 회로부에 의한 상기 무선 전력 수신 디바이스로의 무선 전력의 송신을 제어하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  8. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 제1 측정 회로로부터의 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 코일과 중첩하는 외부 물체들을 검출하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  9. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 제2 측정 회로로부터의 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩되는 상기 무선 주파수 식별 디바이스를 검출하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  10. 제3항에 있어서, 상기 무선 전력 수신 디바이스는 상기 충전 표면 상의 영역과 중첩하도록 구성되고, 상기 제어 회로부는 상기 제1 측정 회로로부터의 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 영역을 식별하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 측정 회로는 제1 피크 검출기를 포함하고, 상기 제2 측정 회로는 제2 피크 검출기 및 대역 통과 필터를 포함하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 회로부는 인버터를 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 인버터로 상기 코일을 포함하는 상기 출력 회로에 임펄스 신호를 인가하도록 구성되고, 상기 무선 전력 송신 디바이스는 임펄스 응답 측정 회로를 더 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 임펄스 신호의 인가 시에 상기 임펄스 응답 측정 회로를 사용하여 상기 출력 회로와 연관된 공진 주파수를 측정하도록 구성되고, 상기 제어 회로부는 상기 측정된 공진 주파수에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 무선 전력 송신 회로부에 의한 상기 무선 전력 수신 디바이스로의 무선 전력의 송신을 제어하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  13. 코일을 사용하여 무선 전력 신호들을 무선 전력 수신 디바이스에 송신하는 무선 전력 송신 회로부를 갖는 무선 전력 송신 디바이스를 사용하는 방법으로서,
    상기 무선 전력 송신 디바이스가 상기 코일과 중첩하지 않는 상기 무선 전력 송신 디바이스의 일부분과 중첩하는 무선 주파수 식별 디바이스에 무선 전력을 송신하지 않고 상기 코일을 사용하여 상기 무선 전력 신호들을 상기 무선 전력 수신 디바이스에 송신하는 제1 모드로 상기 무선 전력 송신 디바이스를 동작시키는 단계; 및
    상기 무선 주파수 식별 디바이스가 상기 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩되는 것을 검출할 때 상기 무선 전력 송신 디바이스가 상기 무선 전력 신호들을 상기 무선 전력 수신 디바이스에 송신하는 것을 포기하는 제2 모드로 상기 무선 전력 송신 디바이스를 동작시키는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 코일로부터 수집된 코일 인덕턴스 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 무선 전력 송신 디바이스 상의 외부 물체들을 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 디바이스 내의 발진기 회로부가 프로브 주파수에서 출력을 생성하는 동안 상기 무선 전력 송신 디바이스에서 신호들을 측정하는 단계; 및
    상기 발진기 회로부가 제1 주파수 내지 제2 주파수의 범위에 걸치는 주파수 스윕핑 출력을 생성하는 동안 상기 무선 전력 송신 디바이스에서 신호들을 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    임펄스 신호에 대한 상기 코일의 응답을 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 디바이스는 인버터를 포함하고, 상기 방법은,
    상기 인버터로 상기 코일에 상기 임펄스 신호를 공급하는 단계; 및
    임펄스 응답 측정 회로를 사용하여 상기 코일과 연관된 인덕턴스를 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서,
    코일에 커플링된 무선 전력 송신 회로부로 무선 전력 수신 디바이스에 무선 전력 신호들을 송신하고;
    제어 회로부가 상기 코일로부터 측방으로 분리되는 상기 무선 전력 송신 회로부의 일부분과 중첩하는 무선 주파수 식별 디바이스에 무선 전력을 송신하지 않고 상기 무선 전력 송신 회로부 및 상기 코일을 사용하여 상기 무선 전력 수신 디바이스에 상기 무선 전력 신호들을 송신하는 제1 모드로 상기 제어 회로부를 동작시키고;
    상기 제어 회로부가 상기 무선 주파수 식별 디바이스가 상기 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩되는 것을 검출할 때 상기 무선 전력 송신 회로부를 사용하여 상기 무선 전력 신호들을 상기 무선 전력 수신 디바이스에 송신하는 것을 포기하는 제2 모드로 상기 제어 회로부를 동작시키기 위한 명령어들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  19. 제18항에 있어서, 상기 코일로부터 수집된 코일 인덕턴스 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 외부 물체들을 검출하기 위한 명령어들을 더 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  20. 제18항에 있어서, 임펄스 신호에 대한 상기 코일의 응답을 측정하기 위한 명령어들을 더 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10790703B2 (en) * 2016-12-19 2020-09-29 Koji Yoden Smart wireless power transfer between devices
WO2018164677A1 (en) * 2017-03-08 2018-09-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Wireless charging of electronic devices
US11043853B2 (en) * 2017-05-17 2021-06-22 Apple Inc. Wireless charging system having measurement circuitry with foreign object detection capabilities
EP3553918B1 (en) 2018-04-09 2020-11-25 NXP USA, Inc. A power transmitter unit
EP3553917B1 (en) * 2018-04-09 2021-09-01 NXP USA, Inc. A power transmitter unit
WO2020040475A1 (ko) * 2018-08-21 2020-02-27 엘지전자 주식회사 무선전력 전송 시스템에서 이물질 검출을 수행하는 장치 및 방법
KR102625272B1 (ko) * 2019-01-14 2024-01-12 엘지전자 주식회사 무선 전력 전송 장치
US10958110B2 (en) * 2019-05-28 2021-03-23 Aira, Inc. Parallel voltage and current multiple amplitude shift key demodulation
KR20210010203A (ko) * 2019-07-19 2021-01-27 삼성전자주식회사 무선으로 전력을 수신하는 전자 장치와 그 동작 방법
US11605985B2 (en) * 2019-08-20 2023-03-14 Apple Inc. Wireless power system with object detection
CN112928825A (zh) * 2019-12-06 2021-06-08 恩智浦美国有限公司 确定品质因数的方法及无线充电器
US11837882B2 (en) 2020-01-06 2023-12-05 Aira, Inc. Amplitude shift key modulation for multi-device wireless chargers
US20230084679A1 (en) * 2020-01-29 2023-03-16 Lg Electronics Inc. Apparatus and method enabling out-band communication in wireless charging apparatus, method and system
DE112020006434T5 (de) 2020-03-03 2022-10-20 Microchip Technology Incorporated Erkennung von objekten mit geringer leistung in drahtlosenmehrspulenladeystemen und zugehörige systeme, verfahren und vorrichtungen
CN111707868B (zh) * 2020-05-18 2022-04-12 华为数字能源技术有限公司 振荡电路的检测方法及装置
WO2021235909A1 (ko) * 2020-05-22 2021-11-25 엘지전자 주식회사 무선전력 전송장치, 무선전력 전송장치에 의한 무선전력 전송방법, 무선전력 수신장치 및 무선전력 수신장치에 의한 무선전력 수신방법
CN114878919A (zh) * 2020-05-27 2022-08-09 华为数字能源技术有限公司 基于振荡电路的品质因子检测电路、检测方法及电子设备
US12046922B2 (en) * 2020-08-16 2024-07-23 Aira, Inc. Adaptive foreign object detection avoidance in a multi-coil wireless charging device
US11152822B1 (en) 2020-09-30 2021-10-19 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd Foreign objection detection sensing circuit for wireless power transmission systems
FR3117220B1 (fr) * 2020-12-03 2022-10-21 Continental Automotive Gmbh Procede de detection d’un objet metallique parasite sur une surface de charge et dispositif de charge associe
US11936211B2 (en) * 2021-05-05 2024-03-19 Aira, Inc. Mixed analog front-end for wireless charging
US20230182588A1 (en) * 2021-12-10 2023-06-15 Momentum Dynamics Corporation Charging Frequency Determination for Wireless Power Transfer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110221388A1 (en) 2010-03-11 2011-09-15 Qualcomm Incorporated Detection and protection of devices within a wireless power system
JP2014204630A (ja) 2013-04-09 2014-10-27 株式会社東海理化電機製作所 非接触充電器
WO2015015690A1 (ja) 2013-07-31 2015-02-05 パナソニック株式会社 無線送電装置及び無線電力伝送システム
US20150207340A1 (en) 2014-01-23 2015-07-23 Cambridge Silicon Radio Limited Object detection in a wireless charging field

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160087687A1 (en) * 2008-09-27 2016-03-24 Witricity Corporation Communication in a wireless power transmission system
KR101699986B1 (ko) * 2008-10-03 2017-02-13 액세스 비지니스 그룹 인터내셔날 엘엘씨 전력 시스템
US20150255994A1 (en) * 2009-09-25 2015-09-10 Witricity Corporation Safety systems for wireless energy transfer in vehicle applications
JP5528080B2 (ja) * 2009-12-10 2014-06-25 キヤノン株式会社 電力供給装置
CN102754305B (zh) * 2010-02-10 2016-09-07 富士通株式会社 共振频率控制方法、送电装置、以及受电装置
US8934857B2 (en) 2010-05-14 2015-01-13 Qualcomm Incorporated Controlling field distribution of a wireless power transmitter
KR20130099071A (ko) 2010-08-25 2013-09-05 액세스 비지니스 그룹 인터내셔날 엘엘씨 무선 전원 공급 시스템 및 다층 심 조립체
US9178369B2 (en) 2011-01-18 2015-11-03 Mojo Mobility, Inc. Systems and methods for providing positioning freedom, and support of different voltages, protocols, and power levels in a wireless power system
US8933685B2 (en) * 2011-03-22 2015-01-13 Rf Micro Devices, Inc. Protection system and method for DC-DC converters exposed to a strong magnetic field
US9252846B2 (en) * 2011-09-09 2016-02-02 Qualcomm Incorporated Systems and methods for detecting and identifying a wireless power device
TWI450468B (zh) 2011-11-10 2014-08-21 Acer Inc 無線充電裝置、電子裝置、無線充電系統以及無線充電方法
JP6029278B2 (ja) 2011-12-21 2016-11-24 ソニー株式会社 受電装置及び非接触電力伝送システム
JP5884610B2 (ja) * 2012-04-10 2016-03-15 ソニー株式会社 受電装置、受電装置の制御方法、および、給電システム
US9726518B2 (en) * 2012-07-13 2017-08-08 Qualcomm Incorporated Systems, methods, and apparatus for detection of metal objects in a predetermined space
JP2015223009A (ja) * 2012-09-15 2015-12-10 三洋電機株式会社 無接点充電方法
CN104124768B (zh) 2013-04-28 2018-04-20 海尔集团技术研发中心 多线圈阵列式无线供电系统接收端识别方法及系统
US9921045B2 (en) * 2013-10-22 2018-03-20 Qualcomm Incorporated Systems, methods, and apparatus for increased foreign object detection loop array sensitivity
US9608470B2 (en) 2013-11-27 2017-03-28 Nxp B.V. Bank card presence detection to avoid a wireless charger demagnetizing a bank card
JP5904251B2 (ja) * 2013-11-28 2016-04-13 Tdk株式会社 コイルユニットおよび非接触電力伝送装置
WO2015128901A1 (ja) * 2014-02-28 2015-09-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 異物検出装置、無線電力伝送のための送電装置および受電装置ならびに無線電力伝送システム
US10020692B2 (en) * 2014-03-05 2018-07-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Foreign object detector, power transmitter, power receiver, and wireless power transmission system
US9939539B2 (en) 2014-04-04 2018-04-10 Texas Instruments Incorporated Wireless power receiver and/or foreign object detection by a wireless power transmitter
CN107257167B (zh) * 2014-05-27 2020-01-21 松下知识产权经营株式会社 送电装置以及无线电力传输系统
JP6471965B2 (ja) 2014-05-27 2019-02-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 送電装置および無線電力伝送システム
JP2016039644A (ja) * 2014-08-05 2016-03-22 パナソニック株式会社 送電装置および無線電力伝送システム
KR102197580B1 (ko) 2014-10-07 2021-01-04 주식회사 히타치엘지 데이터 스토리지 코리아 무선 전력 전송 장치 및 방법
US20170317536A1 (en) 2014-11-11 2017-11-02 Powerbyproxi Limited Inductive power transmitter
US10122192B2 (en) * 2015-02-17 2018-11-06 Qualcomm Incorporated Sense coil geometries with improved sensitivity for metallic object detection in a predetermined space
US10840744B2 (en) 2015-03-04 2020-11-17 Apple Inc. Inductive power transmitter
US20160322853A1 (en) * 2015-04-28 2016-11-03 Intel Corporation System and method for safe wireless charging station
CN106160268B (zh) * 2015-05-15 2020-11-06 松下知识产权经营株式会社 异物检测装置、无线送电装置以及无线电力传送系统
CN106410991B (zh) 2015-07-30 2021-08-27 松下知识产权经营株式会社 异物检测装置、无线送电装置以及无线电力传输系统
KR101637411B1 (ko) 2015-07-31 2016-07-08 (주)파워리퍼블릭얼라이언스 금속 환경 자기공진 무선전력전송 시스템용 송신기
US10248899B2 (en) 2015-10-06 2019-04-02 Witricity Corporation RFID tag and transponder detection in wireless energy transfer systems
CN105406552B (zh) 2015-12-25 2018-10-12 昆山维信诺科技有限公司 无线充电装置及其充电设备和受电设备
US10511197B2 (en) * 2017-02-02 2019-12-17 Apple Inc. Wireless charging system with object detection

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110221388A1 (en) 2010-03-11 2011-09-15 Qualcomm Incorporated Detection and protection of devices within a wireless power system
JP2014204630A (ja) 2013-04-09 2014-10-27 株式会社東海理化電機製作所 非接触充電器
WO2015015690A1 (ja) 2013-07-31 2015-02-05 パナソニック株式会社 無線送電装置及び無線電力伝送システム
US20150207340A1 (en) 2014-01-23 2015-07-23 Cambridge Silicon Radio Limited Object detection in a wireless charging field

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