KR102249263B1 - 물체 검출을 갖는 무선 충전 시스템 - Google Patents

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Abstract

무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력 신호들을 송신한다. 무선 전력 수신 디바이스는 무선 전력 수신 회로 공진 주파수에서 공진하는 공진 회로 내의 무선 전력 수신 코일을 갖는다. 무선 전력 송신 디바이스는 코일들을 갖는다. 코일들에는 외부 물체들을 검출하기 위해 버스트들에서 구동 신호가 공급된다. 측정 회로부는 구동 신호들을 공급하기 위한 발진기, 및 구동 신호들이 공급된 코일들에 대한 측정치들을 수집하기 위한 피크 검출기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함한다. 온도 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력 신호들에 비율 기반 필터링(rate-based-filtering)이 적용된다. 구동 신호들의 주파수는 무선 전력 수신 회로 공진 주파수보다 약간 더 크다.

Description

물체 검출을 갖는 무선 충전 시스템
본 출원은, 2018년 1월 31일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/885,411호, 2017년 11월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/804,145호, 2017년 2월 2일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/453,850호, 및 2017년 6월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/526,285호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되어 있다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 무선 시스템들에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 디바이스들이 무선으로 충전되는 시스템들에 관한 것이다.
배경기술
무선 충전 시스템에서, 충전 표면을 갖는 디바이스와 같은 무선 전력 송신 디바이스는 휴대용 전자 디바이스로 전력을 무선으로 송신한다. 휴대용 전자 디바이스는 무선으로 송신된 전력을 수신하고, 이 전력을 이용하여 내부 배터리를 충전하거나 또는 디바이스에 전력을 공급한다. 일부 상황들에서, 이물질들이 충전 표면 상에 우발적으로 배치될 수 있다. 이는 무선 전력 송신 동작들을 수행할 때 문제를 제기할 수 있다.
무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력 신호들을 송신한다. 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 송신 코일을 포함하는 출력 회로로 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 회로부가 출력 회로에 커플링되어, 무선 전력 수신 디바이스가 존재하고 무선 전력의 송신을 수용할 준비가 되어 있는지 여부를 결정하는 것을 돕는다. 측정 회로부는 측정 회로를 포함하는데, 측정 회로는 출력 회로에 커플링되고, 발진기 회로부가 출력 회로로 프로브 주파수에서의 신호들을 공급하는 동안 신호들을 측정한다. 하나 이상의 프로브 주파수들에서 이러한 측정 회로부로부터의 측정들을 이용하여, 무선 전력 송신 디바이스는 외부 물체가 코일들 상에 존재하는지 여부를 결정한다.
측정 회로부 내의 임펄스 응답 회로부가 출력 회로에 커플링되고, 무선 전력 송신 디바이스 내의 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 표면에서의 특정 코일들 위에 존재하는지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있고, 따라서 무선 전력 송신 디바이스에 의한 무선 전력 송신을 조정하는 데 사용될 수 있다.
측정 회로부는 또한 측정 회로를 포함하는데, 측정 회로는 출력 회로에 커플링되고, 발진기 회로부가 제1 주파수와 제2 주파수 사이에서 교류 출력 신호를 스윕(sweep)하는 동안 신호들을 측정한다. 주파수 스윕 동작들로부터 야기되는 측정들은 무선 주파수 식별 디바이스들과 같은 민감한 디바이스들을 검출하는 데 사용된다. 민감한 디바이스들이 검출되는 경우, 무선 전력 송신 동작들을 잠재적으로 손상시키는 것이 회피될 수 있다.
스위칭 회로부는 충전 표면과 중첩되는 코일 어레이로부터의 선택된 코일들을 출력 회로로 동적으로 스위칭하는 데 사용되어, 코일 어레이 내의 적절한 코일들이 무선 주파수 식별 디바이스들과 같은 민감한 디바이스들 및 외부 물체들의 존재에 대해 프로빙될 수 있게 한다.
무선 전력 수신 디바이스는 무선 전력 수신 회로 공진 주파수에서 공진하는 공진 회로 내의 무선 전력 수신 코일을 갖는다. 무선 전력 송신 디바이스의 코일들에는 버스트(burst)들에서 구동 신호가 공급된다. 구동 신호들의 각각의 버스트 동안, 외부 물체들이 검출될 수 있다. 버스트들 사이에는, 구동 신호들이 인가되지 않고, 코일들에 대한 측정들이 이루어지지 않는다. 이는 전력을 절약하는 것을 돕는다.
측정 회로부는 구동 신호들을 공급하기 위한 발진기, 및 구동 신호들이 공급된 코일들에 대한 측정치들을 수집하기 위한 피크 검출기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함한다. 온도 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력 신호들에 비율 기반 필터링(rate-based-filtering)이 적용된다. 구동 신호들의 주파수는 신호 측정들을 향상시키기 위해 무선 전력 수신 회로 공진 주파수보다 약간 더 크다.
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 특징짓는 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 민감한 물체를 배치하는 것과 연관될 수 있는 유형의 출력 신호 트레이스들을 도시하는 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 공진 회로를 형성하는 보조 코일 및 무선 전력 수신 코일을 갖는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 측단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 디바이스의 표면 상의 다수의 유형의 예시적인 물체들에 대해 주파수의 함수로서의 출력 회로 신호 측정치들이 플로팅된 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, 잡음이 있는 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.
도 12는 일 실시예에 따른, 측정 회로부를 갖는 예시적인 무선 충전 시스템의 개략도이다.
도 13은 일 실시예에 따른, 무선 충전 시스템에서 무선 전력 수신 디바이스 내의 무선 전력 수신 회로의 공진 주파수에 기초하여 측정 회로에 대한 구동 주파수가 어떻게 선택될 수 있는지를 도시하는 그래프이다.
도 14는 일 실시예에 따른, 전력을 절약하기 위해 구동 신호가 없는 기간들에 의해 분리되는 버스트들에서 구동 신호들이 코일 어레이에 어떻게 인가될 수 있는지를 도시하는 그래프이다.
도 15는 일 실시예에 따른, 온도 구동 효과들과 외부 물체 이동 효과들 사이를 판별하는 것을 돕기 위해 윈도우 알고리즘을 사용하여 측정 회로에서의 아날로그-디지털 변환기 출력 신호들이 어떻게 필터링될 수 있는지를 도시하는 그래프이다.
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 코일들로 무선 전력을 송신하는 데 사용되는 하나 이상의 코일들을 갖는다. 무선 전력 수신 디바이스는 셀룰러 전화기, 워치, 미디어 플레이어, 태블릿 컴퓨터, 이어버드들의 쌍, 원격 제어부, 랩톱 컴퓨터, 다른 휴대용 전자 디바이스, 또는 다른 무선 전력 수신 장비와 같은 디바이스이다.
동작 동안, 무선 전력 송신 디바이스는 하나 이상의 무선 전력 송신 코일들로 교류 신호들을 공급한다. 이는 코일들로 하여금 무선 전력 수신 디바이스 내의 하나 이상의 대응하는 코일들로 교류 전자기 신호들(때때로 무선 전력 신호들로 지칭됨)을 송신하게 한다. 무선 전력 수신 디바이스 내의 정류기 회로부는 수신된 무선 전력 신호들을, 무선 전력 수신 디바이스에 전력을 공급하기 위한 직류(DC) 전력으로 변환한다.
예시적인 무선 전력 시스템(무선 충전 시스템)이 도 1에 도시되어 있다. 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 디바이스를 포함한다. 디바이스(12)는 무선 충전 매트와 같은 독립형 디바이스일 수 있거나, 가구 내에 내장될 수 있거나, 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 전달 동작들 동안 무선 충전 표면 상에 놓이는 휴대용 전자 디바이스인 예시적인 구성들이 때때로 본 명세서에서 일례로서 기술될 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(예컨대, 라인 전력을 공급하는 벽 콘센트 또는 주 전기의 다른 공급원)에 커플링되고/되거나, 전력을 공급하기 위한 배터리(38)와 같은 배터리를 갖고/갖거나, 다른 전력 공급원에 커플링된다. AC-DC 전력 변환기(40)와 같은 전력 변환기는, 주 전원 또는 다른 AC 전원으로부터의 전력을, 제어 회로부(42) 및 디바이스(12) 내의 다른 회로부에 전력을 공급하는 데 사용되는 DC 전력으로 변환할 수 있다. 동작 동안, 제어 회로부(42)는 무선 전력 송신 회로부(34) 및 회로부(34)에 커플링된 하나 이상의 코일들(36)을 사용하여, 교류 전자기 신호들(48)을 디바이스(10)로 송신하고 이에 의해 디바이스(10)의 무선 전력 수신 회로부(46)로 무선 전력을 전달한다.
전력 송신 회로부(34)는, 제어 회로부(42)에 의해 제공되는 제어 신호들에 기초하여 턴 온 및 오프되어 적절한 코일들(36)을 통해 AC 전류 신호들을 생성하는 스위칭 회로부(예컨대, 인버터 회로 내의 트랜지스터들)를 갖는다. AC 전류들이 인버터 회로에 의해 구동되고 있는 코일(36)을 통과할 때, 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 전력을 공급하기 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)(예컨대, 가속도계들, 힘 센서들, 온도 센서들, 광 센서들, 압력 센서들, 가스 센서들, 수분 센서들, 자기 센서들 등), 디바이스(12)의 제어 회로부(42)와 무선으로 통신하기 위한 무선 통신 회로들(56), 및/또는 다른 장비, 오디오 컴포넌트들, 및 다른 컴포넌트들(예컨대, 입출력 디바이스들(22) 및/또는 제어 회로부(20))과 같은 디바이스(10) 내의 컴포넌트들에 전력을 공급하는 데 사용되고, 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, 예컨대, 마이크로프로세서들, 전력 관리 유닛들, 기저대역 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 특징부들을 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, 회로부(34 및/또는 46)로부터의 정보, 예컨대 회로부(34) 내의 출력 회로부에 대한 신호 측정치들, 및 회로부(34 및/또는 46)로부터의 다른 정보를 사용하여 무선 충전 동작들을 시작 및 중지하는 시기를 결정하고, 충전 주파수들, 다중 코일 어레이 내의 코일 할당들, 및 무선 전력 송신 레벨들과 같은 충전 파라미터들을 조정하고, 다른 제어 기능들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로부(42 및/또는 20)는 하드웨어(예컨대, 전용 하드웨어 또는 회로부) 및/또는 소프트웨어(예컨대, 시스템(8)의 하드웨어 상에서 실행되는 코드)를 사용하여 이러한 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 이러한 동작들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예컨대, 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체) 상에 저장된다. 소프트웨어 코드는 때로는 소프트웨어, 데이터, 프로그램 명령어들, 명령어들, 또는 코드로 지칭될 수 있다. 비일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 비휘발성 랜덤 액세스 메모리(NVRAM)와 같은 비휘발성 메모리, 하나 이상의 하드 드라이브들(예컨대, 마그네틱 드라이브들 또는 솔리드 스테이트 드라이브들), 하나 이상의 착탈식 플래시 드라이브들 또는 다른 착탈식 매체(removable media), 다른 컴퓨터 판독가능 매체, 또는 이들 컴퓨터 판독가능 매체 또는 다른 저장소의 조합들을 포함할 수 있다. 비일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체 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. 디바이스들(10, 12)은, 예를 들어, (예컨대, 단방향 또는 양방향 무선 신호들을 송신 및 수신하기 위해 코일들(36, 14)과는 별개인 안테나들을 사용하여, 단방향 또는 양방향 무선 신호들을 송신 및 수신하기 위해 코일들(36, 14)을 사용하여, 기타 등등하여) 디바이스들(10, 12) 사이의 신호들의 무선 송신을 허용하는 제어 회로부(42, 20) (및/또는 도 1의 회로부(56)와 같은 무선 통신 회로부) 내의 무선 송수신기 회로부를 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 부재와 같은 평면 유전체 구조물 또는 충전 표면(60)을 형성하는 다른 구조물에 의해 덮인다. 디바이스(36) 내의 코일(36)들의 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 않은 구성으로 배열될 수 있다. 코일들(36)은 가로줄들 및 세로줄들을 갖는 직사각형 어레이로 배치될 수 있고/있거나 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 전도성 이물질들과 같은 이물질들이 표면(60) 상에 우발적으로 배치될 수 있다. 시스템(8)은 표면(60) 상에 위치된 전도성 물체들이 디바이스들(10)에 대응하는지 또는 비호환성 이물질들에 대응하는지 여부를 자동으로 검출하고, 적합한 액션을 취한다. 하나의 예시적인 배열에서, 시스템(8)은, 표면(60) 상에 위치된 물체들이 민감한 아이템들, 예컨대 무선 주파수 식별(RFID) 디바이스들, 또는 시스템(8)이 무선 전력을 그러한 물체들로 송신하게 하기 전에 코일들(36)로부터의 큰 장(field)들에 대한 노출 시에 잠재적으로 손상될 수 있는 다른 잠재적으로 민감한 전자 장비를 포함하는지 여부를 검사한다.
도 2의 예에 도시된 바와 같이, 외부 물체(62) 및 물체(64)와 같은 외부 물체들이 하나 이상의 코일들(36)과 중첩될 수 있다. 일부 상황에서, 물체들(62, 64)은 휴대용 전자 디바이스들(10)일 것이다. 다른 상황에서, 물체들(62, 64) 중 하나 이상은 비호환성 외부 물체들(예컨대, 금속 코인들과 같은 전도성 이물질들, RFID 디바이스들과 같은 민감한 디바이스들 등)일 것이다. 비호환성 외부 물체들 및 휴대용 전자 디바이스들이 동일한 코일 또는 코일들(36)과 중첩되는 상황이 또한 발생할 수 있다.
표면(60) 상의 외부 물체들을 검출 및 특징짓기 위한 회로부를 포함하는 예시적인 무선 전력 송신 회로부(34)가 도 3에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 회로부(34)는 인버터(72)와 같은 인버터, 또는 하나 이상의 코일들(36)을 포함하는 출력 회로를 통해 송신되는 무선 전력 신호들을 생성하는 다른 구동 회로를 포함할 수 있다. 단일 코일(36)이 도 2의 예에 도시되어 있다. 일반적으로, 디바이스(12)는 임의의 적합한 수(1 내지 100개, 5개 초과, 10개 초과, 40개 미만, 30개 미만, 5 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) 앞에 그리고/또는 뒤에 위치될 수 있고/있거나 출력 회로(71)의 다른 컴포넌트들 앞에 그리고/또는 뒤에 위치될 수 있고, 하나 이상의 코일들(36)의 원하는 세트들(원하는 출력 회로들(71))을 사용 중으로 또는 사용하지 않음으로 스위칭하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 물체(62)가 무선 전력 수신 디바이스(10)이고 물체(64)가 코인과 같은 비호환성 이물질인 것으로 결정되는 경우, 물체(62)와 중첩되는 코일들은 무선 전력 송신 동작 동안 활성화될 수 있고, 물체(64) 아래의 코일들은 이러한 코일들이 무선 전력을 송신하지 않도록 비활성화될 수 있다. 원하는 경우, 다른 코일들(36)(예컨대, 이 예에서 물체(64)에 의해 중첩되지 않는 코일들)은 또한 무선 전력 송신 동작들 동안 턴오프될 수 있다.
도 3을 계속해서 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 (예컨대, 임펄스 응답 측정들 동안) 인버터(72)의 트랜지스터들(74)을 사용하여 구형파 펄스들 또는 다른 임펄스들을 코일(36)에 인가할 수 있다. 코일(36)(예컨대, 멀티플렉싱 회로부(MX)를 사용하여 선택된 코일)은 인덕턴스(L)를 갖는다. 커패시터(96)는 출력 회로(90)에서 인덕턴스(L)와 직렬로 커플링되는 정전용량(C1)을 갖는다. 스위치(트랜지스터)(TP)가 닫히는 동안 인버터(72)로부터 교류 구동 신호들을 공급받을 때, 코일(36) 및 커패시터(96)로부터 형성되는 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 받으며, 따라서 다양한 주파수들에서 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 디바이스들(10)에 무선 전력을 공급하기 위한 사용을 기다리는 동안 대기 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 존재에 대해 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(예컨대, 디바이스들(10), 코인들과 같은 이물질들 등)의 존재에 대해 코일들(36)을 주기적으로 스캔한다(예컨대, 디바이스(12)는 코일들(36) 각각을 스캔한다). 외부 물체들로 인한 인덕턴스(L)의 변화들에 대해 선택된 코일을 프로빙하기 위해, 제어 회로부(42)가 인버터(72)를 턴 오프하는 동안, 프로브 신호가 발진기 회로부(84)를 이용하여 노드(N1) 상으로 구동된다(예컨대, 트랜지스터들(74)은 노드(N2) 상으로 신호들을 구동하는 데 사용되지 않는다). 제어 회로부(42)는, 예를 들어, 발진기 회로부(84)(예컨대, 하나 이상의 전압 제어 발진기들, 하나 이상의 다른 조정가능한 발진기들, 및/또는 다른 발진 회로부)를 사용하여 프로브 주파수(fr)(예컨대, 4 ㎒ 또는 다른 적합한 주파수, 예컨대 적어도 500 ㎑, 적어도 1 ㎒, 적어도 2 ㎒, 10 ㎒ 미만, 1 ㎒ 내지 10 ㎒의 주파수, 또는 다른 적합한 주파수)에서 교류 프로브 신호(예컨대, 사인파(sine wave), 구형파 등)를 생성할 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(fr)에서의 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 멀티플렉서(MX)를 제어하여, 도 2에 도시된 디바이스(12)의 코일들(36)의 어레이로부터 주파수(fr)에서의 신호가 인가되는 코일(예컨대, 도 3의 코일(36))을 선택한다. 정전용량(C1)은 150 μF, 10 μF 초과, 1000 μF 미만의 값, 또는 다른 적합한 값을 가질 수 있다. 트랜지스터(TP)는 열릴 때 기생 용량(Cp)(예컨대, 80 pF, 10 pF 초과, 800 pF 미만, 또는 다른 적합한 값의 정전용량)을 가질 수 있다. 대기 동작들 동안, 제어 회로부(42)는 프로브 신호들이 코일(36)을 통해 라우팅되도록 트랜지스터(TP)를 연다. 트랜지스터(TP)가 열릴 때, 기생 용량(Cp)은 정전용량(C1)과 직렬로 커플링된다. 이는 인덕턴스(L)와 함께 형성되는 직렬 회로로부터 정전용량(C1)을 효과적으로 제거하는데, 그 이유는 직렬로 있는 정전용량(C1)(이는 마이크로패럿 범위에 있음) 및 Cp(이는 피코패럿 범위에 있음)의 정전용량이 대략 Cp일 것이기 때문이다.
열린 TP에 의하면, 출력 회로(71)(C1 및 Cp와 직렬인 코일(36))는 수학식 1의 주파수(fres)에서의 공진에 의해 특징지어질 것이다.
[수학식 1]
fres = 1/(2π(LCp)1/2) (1)
코일(36) 상의 외부 물체들의 부재 시의 인가된 신호 주파수(f)의 함수로서의 노드(N1)에서의 예상 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. 코인 또는 다른 비호환성 이물질 중첩 코일(36)의 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 선택된 주파수(fr)에서 노드(N1)에 프로브 신호를 인가하는 데 사용될 수 있다. 원하는 경우, 측정 회로부를 사용하여 노드(N1) 상의 생성된 신호를 평가하면서 다수의 프로브 신호들이 출력 회로(72)에 인가될 수 있다. 예를 들어, 곡선(102)의 변화 방향(더 높은 것으로 시프트하거나 더 낮은 것으로 시프트하는 것)은 도 4의 주파수(fr)에 가까운 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)에서의 신호를 측정하고, 이 신호의 대응하는 디지털 버전을 제어 회로(42)로 공급한다. (디바이스(10)로부터든, 민감한 RFID 디바이스로부터든, 또는 코인 또는 다른 비호환성 이물질로부터든) 코일(36)과 중첩되는 물체의 존재 시에, 신호(OUT(N1))가 강하할 것이다. 예를 들어, 노드(N1) 상의 신호는, 외부 물체의 존재로 인해, 코일(36)에 부하가 걸리지 않을 때의 P1의 값(예컨대, 곡선(102)과 연관된 피크 값)으로부터, 코일(36)에 부하가 걸릴 때의 P2의 값(시프트된 곡선(100)과 연관된 감소된 값)으로 강하할 수 있다.
대기 동작들 동안, 제어 회로부(42)는 멀티플렉서 회로부(MX) 또는 회로부(34) 내의 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 변화도 검출되지 않는 경우, 제어 회로부(42)는 어떠한 물체들도 디바이스(12) 상에 존재하지 않는다고(예컨대, 어떠한 물체들도 충전 표면(60) 상에 놓여 있지 않다고) 결론내릴 수 있다. OUT(N1)의 변화가 검출되는 경우, 제어 회로부(42)는 코인과 같은 비호환성 이물질보다는 디바이스(10)가 존재함을 확인하기 위한 추가 동작들을 수행한다.
하나의 예시적인 접근법에서, 제어 회로부(42)는 임펄스 응답 측정 회로부(76)(때때로 인덕턴스 측정 회로부 및/또는 Q 인자 측정 회로부로 지칭됨)를 사용하여, 대기 동안 하나 이상의 코일들(36) 상의 부하의 검출에 응답하여 인덕턴스(L) 및 품질 인자(Q)의 저주파수 측정들을 수행한다. 임펄스 응답 측정들 동안, 제어 회로부(42)는, 인버터(72)에게 트랜지스터(TP)를 턴온하는 동안 하나 이상의 여기 펄스들(임펄스들)을 코일(36)에 공급할 것을 지시하여, 출력 회로(71)에서의 L 및 C1이 공진 회로를 형성하게 한다. 임펄스들은, 예를 들어, 1μ s의 지속기간의 구형파 펄스들일 수 있다. 원하는 경우, 더 길거나 더 짧은 펄스들이 인가될 수 있다. 공진 회로는 코일(36)의 정상 무선 충전 주파수 근처의 주파수(예컨대, 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 비례하여, L이 C1의 알려진 값 및 임펄스 응답 신호의 측정된 주파수로부터 얻어질 수 있다. Q는 L 및 임펄스 응답 신호의 측정된 감쇠로부터 도출될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 신호(OUT(N1))가 느리게 감쇠하는 경우, Q는 하이(예컨대, HQ)이고, 신호(OUT(N1))가 더 신속하게 감쇠하는 경우, Q는 로우(예컨대, SQ)이다. 따라서, 회로부(76)에 의한 도 5의 임펄스 응답 신호의 OUT(N1)의 감쇠 엔벨로프(envelope) 및 OUT(N1)의 주파수의 측정은 제어 회로부(42)가 Q 및 L을 결정하게 할 것이다.
주어진 코일에 대한 L의 측정된 값이 표면(60)과 중첩되는 코일들(36)의 어레이 내의 코일들(36) 각각에 대해 예상되는 정상 L 값과 매칭되는 경우(예컨대, 측정된 L 값이 존재 디바이스(10) 또는 표면(60) 상의 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 부하가 걸리지 않은 코일에 대해 예상되는 값보다 큰 경우, 제어 회로부(42)는 무선 충전에 적합한 외부 물체가 존재하다고 결론내릴 수 있고 추가적인 측정 동작들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(42)는, RFID 디바이스와 같은 민감한 디바이스가 표면(60) 상에 존재하는지 여부를 검사하기 위해 노드(N1) 상에서 스윕된 주파수 측정(때때로 RFID 검사 측정으로 지칭됨)을 수행할 수 있다.
회로부(76)에 의해 행해지는 측정들은 코일들(36) 중 하나 이상에 대해 수행된다(예컨대, 이러한 측정들은 디바이스(12) 내의 코일들의 어레이 내의 코일들(36) 각각에 대해 수행될 수 있다). 회로부(42)는 표면(60)을 가로질러 측정된 L 값들(및/또는 Q 인자 값들)에서 공간 패턴들을 식별하기 위해 이러한 임펄스 응답 측정들을 이용한다. 측정된 인덕턴스(L) 변화의 패턴의 분석은, 알려진 유형의 디바이스(10)가 코일들(36) 상에 존재하는지 여부를 결정하는 것을 도울 수 있다. 표면(60)의 X-Y 평면에서의 코일 위치의 함수로서의, 측정된 인덕턴스(L) (및, 원하는 경우, L에 대해 역의 관계를 갖는 Q 인자)의 공간 패턴들의 분석은, 디바이스(12)로부터 디바이스(10)로 무선 전력을 언제 수송하는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 코일들(36) 각각에 대한 L의 값이 그의 공칭 상태로부터 변경되지 않은 경우, 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 검출되는 경우, 회로부(42)는 무선 충전에 적합한 외부 디바이스가 그 코일 상에 존재한다고 결론내릴 수 있고 그 코일을 사용하여 무선 전력을 송신할 준비를 할 수 있다.
무선 전력을 송신하기 전에, RFID 디바이스와 같은 민감한 디바이스가 표면(60) 상에 존재하는지 여부를 검사하는 것이 바람직할 수 있다. 민감한 디바이스들은 과도한 무선 전력 레벨들에 의해 잠재적으로 피해를 입을 수 있으므로, 민감한 디바이스들에 대한 검사는 후속 무선 전력 전달 동작들 동안 민감한 디바이스들에 대한 손상을 피하는 것을 돕는다. 일부 시나리오들에서, 휴대용 디바이스(10) 및 민감한 디바이스 둘 모두가 디바이스(12) 내의 코일들(36)의 어레이 내의 동일한 코일(36) 위에 존재할 수 있다. 민감한 디바이스는, 일례로서, 셀룰러 전화기, 워치, 또는 무선 전력 수신 코일(14)을 포함하는 다른 휴대용 디바이스(10) 아래에 존재할 수 있다. 휴대용 디바이스(10)의 존재가 코일들(36)에 의한 인덕턴스 측정들을 행함으로써 검출될 수 있더라도, 무선 전력 송신들에 대한 노출에 의해 민감한 디바이스를 손상시키는 것을 피하기 위해 민감한 디바이스가 또한 존재하는지 여부를 검사하는 것이 바람직하다.
무선 주파수 식별(RFID) 디바이스들은 전형적으로 13.56 ㎒의 주파수와 같은 비교적 높은 주파수들에서 공진하는 RFID 코일 회로들을 갖는다. 일부 실시예들에서, RFID가 표면(60) 상에 존재하는지 여부를 결정하기 위해, 측정 회로(94)(도 3)를 사용하여 노드(N1) 상의 신호(OUT(N1))를 측정함으로써 RFID 검사 측정들이 수행된다. 이러한 검사 측정들 동안, 제어 회로부(42)는 노드(N1)로 공급되는 신호의 주파수를, 대중적인 RFID 코일들의 예상되는 공진 주파수들을 커버하는 제1 주파수(f1)와 제2 주파수(f2) 사이에서 스윕할 것을 발진기 회로부(84)에게 지시한다. 트랜지스터(TP)는 열린 채로 유지될 수 있어서, 발진기 회로부(84)로부터의 전류가 측정 동작들 동안 선택된 각각의 코일(36)을 통해 흐르게 한다. 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, 스윕된 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)로 공급한다.
RFID 디바이스가 디바이스(12)의 충전 표면(60) 상에 존재하지 않을 때, 피크 검출기(88)는 도 6에서의 곡선(108)의 신호와 같은 신호를 검출할 것이다. RFID 디바이스가 충전 표면(60)과 중첩될 때, 신호(OUT(N1))(예컨대, 곡선(110) 참조)는 주파수(f)가 f1과 f2 사이에서 스윕됨에 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 f1과 f2 사이에서 미리결정된 속도로 스윕된다. 예를 들어, 제어 회로부(42)는 주파수를 f1으로부터 f2로 2 ms, 적어도 1 ms, 3 ms 미만, 또는 다른 적합한 기간의 간격으로 스윕할 수 있다. 대역 통과 필터(90)의 통과 주파수는, 주파수(f)가 미리결정된 속도로 f1과 f2 사이에서 변화될 때(예컨대, 전체 스윕 범위가 2 ms 등의 간격으로 커버될 때) 공진 신호(112)가 대역 통과 출력 곡선(114)의 대역 통과 필터링된 신호(112')로서 대역 통과 필터(90)를 통과하도록 선택된다. 대역 통과 필터(90)의 사용은 곡선(110)으로부터 비공진 신호 변동들(예컨대, 도 6의 예시적인 곡선(110)에 의해 도시된 유형의 신호 기울어짐 및 느리게 변화하는 증가들 및/또는 감소들)을 제거하는 것을 돕는다. 생성된 대역 통과 필터링된 신호(곡선(114) 및 필터링된 신호 공진(112'))는 특정 주파수에서의 RFID 공진이 검출되었음을 확인하기 위해 제어 회로부(42)에 의해 프로세싱될 수 있다. 제어 회로부(42)는 이어서 적절한 액션을 취할 수 있다. 예를 들어, 어떠한 RFID 시그니처도 검출되지 않는 경우, 제어 회로부(42)는 표면(60) 상의 검출된 외부 물체가 어떠한 개재되는 (중첩되는) 민감한 RFID 디바이스도 갖지 않는 휴대용 디바이스(코일(14)을 갖는 디바이스(10))일 가능성이 있다고 결론내릴 수 있다. RFID 시그니처(예컨대, 13.56 ㎒와 같은 RFID 주파수에서의 공진 신호(112'))가 검출되는 경우, 제어 회로부(42)는, RFID 디바이스에 대한 손상을 완화시키기 위해 코일들(36)(또는 적어도 민감한 RFID 디바이스에 의해 중첩되는 코일들)에 의해 무선 전력이 송신되는 것을 방지할 수 있거나 또는 코일들(36)에 의해 송신되는 무선 전력의 레벨을 감소시킬 수 있다. 선택적으로, 제어 회로(42)는 사용자에게 경보를 발할 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 중심을 둔 좁은 대역의 주파수들을 건너뛰는 것이 바람직할 수 있다. 허가되지 않은 주파수(fnp)는, 일례로서, 13.56 ㎒의 주파수일 수 있다. 대역(113)은 (일례로서) 13.56 ㎒의 +/- 20 ㎑ 이내의 주파수들을 커버할 수 있다. f1으로부터 f2로의 주파수 스윕 동안 대역(113)을 건너뛰는 것은, 대역(113)의 주파수들의 사용이 제한되는 관할구역(jurisdiction)들에서의 규제 준수를 보장할 수 있다. 대역(113)의 건너뜀을 용이하게 하기 위해, 발진기(84)는 직접 디지털 사인파 발생기와 같은, 주파수 스윕 동안 원하지 않는 주파수들의 신속한 건너뛰기를 허용하는 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 원하는 경우, 다른 유형의 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 추가 코일들을 가질 수 있다. 각각의 선택적인 코일(PR)은 대응하는 공진 회로(예컨대, 10 ㎒ 내지 30 ㎒의 주파수 또는 다른 적합한 주파수에서의 알려진 주파수 공진을 갖는 수동 공진 회로)의 일부를 형성할 수 있다. 디바이스(12)의 측정 회로부는 도 6과 관련하여 기술된 바와 같이 각각의 코일(36)에 대한 주파수(f)를 스캐닝할 때 코일(PR)과 같은 코일들의 존재 및 위치를 검출할 수 있다. 디바이스(10) 내로의 알려진 수동 공진기들의 통합은 디바이스(10)의 위치, 배향 및 유형이 디바이스(12)에 의해 정확하게 식별되게 하는 것을 도울 수 있다.
상이한 디바이스들이 또한 표면(60) 상에 배치될 때 상이한 알려진 주파수 공진을 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)(예컨대, 셀룰러 전화기)가 표면(60) 상에 배치될 때, 곡선(FS)은 곡선(D1)으로 시프트될 수 있다. 제2 유형의 디바이스(10)(예컨대, 워치)가 표면(60) 상에 배치될 때, 곡선(FS)은 곡선(D2)으로 시프트될 수 있다. 미리결정된 주파수 범위(예컨대, 1 ㎑, 10 ㎑, 100 ㎑ 초과, 1 ㎒ 초과, 10 ㎒ 초과, 100 ㎒ 미만, 10 ㎒ 미만, 1 ㎒ 미만, 또는 다른 적합한 낮은 주파수의 저주파수 내지 10 ㎑, 100 ㎑ 초과, 1 ㎒ 초과, 10 ㎒ 초과, 10 ㎒ 초과, 1 ㎓ 미만, 100 ㎒ 미만, 10 ㎒ 미만, 또는 다른 적합한 높은 주파수의 고주파수)에 걸쳐 스윕하여 OUT(N1)을 측정함으로써, 디바이스(12)는 어떤 유형의 전력 수신 디바이스(10)가 존재하는지를 결정할 수 있고, 이러한 정보를 사용하여 (예컨대, 디바이스-적절한 설정들 등을 갖는 그 디바이스로 무선 전력을 공급함으로써) 적절한 액션을 취할 수 있다. 원하는 경우, 회로부(42)는 또한, 더 작은 세트의 측정치들(예컨대, 2 내지 10개의 데이터 포인트들의 세트, 2개 초과의 데이터 포인트들, 5개 미만의 데이터 포인트들 등)을 사용하여 곡선들(FS, D1, D2)과 같은 곡선들 사이를 판별할 수 있다.
도 9는 시스템(8)을 사용하는 데 수반되는 예시적인 동작들의 흐름도이다. 블록(120)의 동작들 동안, 시스템(8)은 대기 측정들을 수행한다. 예를 들어, 디바이스(12)는 도 3의 회로(78)와 같은 회로부를 사용하여, 무선 전력 전달을 위해 잠재적으로 호환성인 디바이스들(10) 또는 코인 또는 배지(badge)와 같은 비호환성 물체 중 하나와 같은 외부 물체의 존재에 대해 코일들(36) 중 하나 이상(예컨대, 디바이스(12) 내의 코일들(36)의 어레이 내의 각각의 코일(36))을 모니터링할 수 있다. OUT(N1)이 임의의 코일(36)에 대해 예상되는 것보다 낮은지 여부를 결정하기 위해 주파수(fr)에서의 단일 측정이 행해질 수 있거나, 또는, 원하는 경우, (예컨대, 외부 물체로 인해 코일 공진이 어느 방향으로 시프트되었는지를 결정하고 이에 의해 물체가 전자 디바이스인지 또는 코인 또는 다른 비호환성 이물질인지 여부를 결정하는 것을 돕기 위해) fr 근처의 상이한 주파수들에서의 다수의 측정들이 행해질 수 있다. 블록(120)의 대기 동작들은 낮은 전력량(예컨대, 50 mW 이하, 100 mW 이하, 1 mW 초과, 또는 다른 적합한 양)을 소비한다.
블록(120)의 동작들 동안 제어 회로부(42)에 의한 외부 물체의 검출에 응답하여, 제어 회로부(42)는 저주파수 임펄스 응답 측정들과 같은 추가적인 검출 동작들을 수행한다(블록(122)). 블록(122)의 동작들 동안, 제어 회로부(42)는 예를 들어, 인버터(72) 또는 다른 공진 회로 구동 회로부를 사용하여 코일들(36) 중 하나 이상의 코일들로부터 형성된 회로에 (예컨대, 디바이스(12) 내의 코일들(36)의 어레이 내의 각각의 코일(36), 블록(120)의 동작들 동안 이물질 존재가 검출된 것들과 같은 이러한 코일들의 서브세트, 및/또는 코일들(36) 중 하나 이상의 코일들의 다른 적합한 세트들에) 자극(예컨대, 구형파 또는 다른 신호 임펄스)을 인가하여, 이에 의해 도 3의 임펄스 응답 측정 회로부(76)와 같은 측정 회로를 사용하여 공진 회로의 응답을 측정하는 동안 그 회로(및 그 코일(36))로 하여금 공진하게 한다. 도 5와 관련하여 기술된 바와 같이, 생성된 회로 공진의 특성들이 이어서 측정되고 분석될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(42)는 측정된 공진 주파수에 대한 정보를 사용하여 인덕턴스를 측정할 수 있고, 신호 공진의 감쇠에 대한 정보를 사용하여 저항(R) 및 Q 인자를 결정할 수 있다. 원하는 경우, 블록들(120 및/또는 122)의 측정들은 표면(60)을 가로질러 치수들(X 및 Y)에서 매핑되어서 디바이스들(10) 및 이물질들을 식별하는 것을 도울 수 있다.
블록(122)의 동작들이, 어떠한 이물질도 존재하지 않고 전자 디바이스(10)가 존재하는 것을 드러내는 경우, 블록(124) 동안 추가적인 검사 동작들이 수행될 수 있다. 특히, 도 6과 관련하여 기술된 바와 같이, 민감한 RFID 디바이스의 존재를 검사하기 위해 도 3의 발진기 회로부(84) 및 스윕된 주파수 측정 회로(94)와 같은 회로부에 의한 주파수 스윕 측정들이 수행될 수 있다.
블록들(120, 122, 및/또는 124)의 측정들과 같은 측정들의 결과들에 기초하여 블록(126)의 동작들 동안 적절한 액션이 취해진다. 일례로서, 블록(124)의 동작들 동안 민감한 RFID 디바이스가 검출되는 경우 또는 이물질이 검출되는 경우, 코일들(36) 전부 또는 코일들(36)의 적절한 서브세트에 의한 무선 충전 동작들이 차단될 수 있다. 알려진 특성(L) 응답(및/또는 Q 응답)을 갖는 전자 디바이스(10)의 검출에 응답하여, 그리고 적절하게, 회로(94)에 의해, 코일들(36) 중 하나 이상의 코일들을 검사한 후에 어떠한 RFID 디바이스도 존재하지 않는다고 결정하는 것에 응답하여(예컨대, L 및/또는 Q 측정치들 및/또는 다른 측정치들이 나타나는 코일들(36)은 물체 또는 코일들(36) 전부에 의해 중첩될 수 있음), 제어 회로부(42)는 무선 전력 송신 회로부(34)를 사용하여 무선 전력 수신 회로부(46)로 무선 전력을 송신할 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, 그러한 디바이스에 의해 중첩되는 매트 내의 코일들을 사용하여 디바이스들 중 하나에 무선 전력을 송신하는 프로세스는, 매트 내의 상이한 코일들과 중첩되는 다른 디바이스 상에서의 임펄스 응답 측정들과 같은 측정들을 행할 때 잡음을 생성할 수 있다. 하나의 예시적인 배열에서, 잡음의 부재 시에 제2 디바이스 상에서 행해지는 임펄스 응답 측정들과 같은 측정들을 허용하기에 충분한 시간 동안 제1 디바이스의 충전을 중지함으로써 잠재적인 간섭을 피할 수 있다. 다른 예시적인 배열에서, 임펄스 응답 측정들과 같은 측정들로부터 잡음이 제거될 수 있다.
도 10은 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩되는 코일에 대한 측정을 행하려고 시도할 때 신호(OUT)와 같은 노드(N1)(또는 다른 적합한 노드) 상의 측정된 신호가 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 기간(T1) 동안 초기에 측정될 수 있다. 디바이스(12) 상의 어딘가 다른 곳에 하나 이상의 추가적인 무선 전력 수신 디바이스들의 충전(예컨대, 무선 전력 수신 디바이스에 의해 중첩되는 코일/코일들(36) 이외의 다른 코일들과 중첩됨)으로 인해 기간(T1) 동안 신호(OUT)에 존재하는 잡음이 있을 수 있다. 기간(T2) 동안, 임펄스 응답 측정 회로부(76)는 코일(36)에 임펄스를 인가하고 생성된 신호(OUT)의 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 기술된 바와 같이, 임펄스 응답 신호의 주파수 및 감쇠 속도는 코일 인덕턴스(L)의 값과 같은 정보를 드러낼 수 있다. 측정 정확도를 향상시키기 위해, 기간(T1) 동안 측정된 잡음은 기간(T2) 동안 측정되는 신호를 프로세싱하기 전에 기간(T2) 동안 측정되는 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 잡음이 있는 환경에서 인덕턴스(L)를 측정하는 데 수반되는 예시적인 동작들의 흐름도가 도 11에 도시되어 있다. 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 잠깐 보류된다. 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, 임펄스 응답 측정들을 행하고 이에 의해 (예컨대, 제1 디바이스가 전력을 수신하지 않는 동안) 제2 디바이스에 의해 중첩되는 코일에 대한 L을 획득하는 데 사용된다. 블록(158)의 동작들 동안, 디바이스(12)로부터 제1 디바이스(10)로의 전력 송신이 재개된다. 전력은 또한 제2 디바이스(10)로 무선으로 송신될 수 있다.
블록들(160, 162, 164)에 예시되는 다른 예시적인 접근법에서, 제1 디바이스로의 전력 송신을 중단하지 않고서 측정된 신호들로부터 잡음이 제거된다. 블록(160)의 동작들 동안, 측정 회로부(76) 또는 다른 측정 회로부는 제1 디바이스로의 전력 송신을 중단하지 않고서 제2 디바이스에 의해 중첩되는 코일(들)에 대한 신호(OUT)(예컨대, 도 10의 기간(T1) 참조)에서의 잡음을 측정한다. 블록(162)의 동작들 동안, 임펄스 응답 측정 회로부(76)는, 제2 디바이스에 의해 중첩되는 코일(들)에 임펄스 펄스를 인가하고 (예컨대, 도 10의 기간(T2) 참조) 디바이스(12) 내의 다른 코일들을 사용하여 전력이 제1 디바이스로 계속해서 송신되는 동안 (이에 의해 기간(T2) 동안 측정되는 신호에 잡음을 도입함) 신호(OUT)를 측정한다. 블록(164)의 동작들 동안, 임펄스 응답 측정 회로부(76) 및/또는 제어 회로부(42)는 (예컨대, 만족스러운 잡음 제거가 달성될 때까지 다양한 상이한 시험 위상 값들에서 측정된 잡음을 반복적으로 감산함으로써) 기간(T2)의 임펄스 응답 신호로부터 기간(T2)의 측정된 잡음을 제거한다. 이러한 방식으로 잡음이 만족스럽게 제거되는 경우(예컨대, 신호(OUT)에서의 지수 감쇠가 획득되고, 따라서 L 및/또는 다른 파라미터들의 측정된 값이 만족스러운 정확도로 획득되는 경우), 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 않은 경우, 프로세싱은 블록(160)으로 되돌아가서 추가적인 잡음 및 임펄스 응답 측정들을 행할 수 있다.
시스템(8)은, 무선 주파수 식별(RFID) 디바이스와 같은 이물질이 디바이스(10)에 의해 중첩되고 따라서 디바이스(10)와 디바이스(12) 내의 하나 이상의 코일들(36) 사이에 개재되는 경우 디바이스(12)가 디바이스(10)의 충전을 보류하게 한다. 코일들(36)이 독립적으로 제어될 수 있기 때문에, RFID 디바이스 또는 다른 민감한 디바이스가 디바이스(12)의 하나의 부분 상에서 검출되는 한편(예컨대, 제1 세트의 하나 이상의 코일들과 중첩됨) 디바이스(10)가 디바이스(12)의 다른 부분 상에서 검출되는 경우(예컨대, 제1 세트의 코일들과는 상이한 제2 세트의 하나 이상의 코일들과 중첩됨), 디바이스(12)는 제1 세트의 코일들이 아닌 제2 세트의 코일들만을 사용하여 무선으로 전력을 송신할 수 있다. 이러한 방식으로, 전력이 RFID 디바이스에 무선으로 송신되지 않고 무선 전력 수신 디바이스(10)에만 송신된다.
도 12는 무선 전력 송신 회로부(34)가 노드(N1)에서 전압 분배기를 형성하는 임피던스들(Z1, Z2)의 회로부를 어떻게 가질 수 있는지를 도시하는 개략도이다. 임피던스(Z1)는 커패시터(86)와 같은 컴포넌트들로부터 형성될 수 있다. 임피던스(Z2)는 코일(36) 및 연관된 회로 컴포넌트들(예컨대, 코일(36)과 연관된 기생 저항 및 정전용량)에 의해 형성될 수 있다. 멀티플렉서(MX)는 스위치들의 어레이를 포함할 수 있다. 원하는 코일(36)이 사용중으로 스위칭하는 것이 요구될 때, 그의 연관된 멀티플렉서 스위치가 닫힐 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(42)는, 코일들(36) 상의 무선 전력 수신 디바이스(12) 또는 다른 외부 물체를 검출하기 위해 측정들을 할 때 구동 신호들이 코일들(36) 각각에 인가될 수 있도록 멀티플렉서(MX)를 제어할 수 있다.
코일들(36)(임피던스(Z2))에 대한 물체 검출 측정들을 수행하는 것이 요구될 때, 발진기(84)는 노드(N1) 상으로 구형파 신호와 같은 교류 구동 신호를 구동시킨다. 구동 신호의 주파수는 (예들로서) 1.1 ㎒, 적어도 800 ㎒, 적어도 1 ㎒, 5 ㎒ 미만, 1.5 ㎒ 미만, 또는 다른 적합한 주파수일 수 있다. 측정 회로(78)의 피크 검출기(80) 및 아날로그-디지털 변환기(82)는 외부 물체들을 검출하기 위해 노드(N1) 상의 전압을 측정하는 데 사용된다. 시스템(8)의 동작 동안(예컨대, 무선 전력 수신 디바이스(10)가 무선 전력을 수신하는 데 사용되고 있을 때), 무선 전력 수신 디바이스(10)는, 무선 전력 수신 디바이스 공진이 원하는 무선 전력 수신 회로 공진 주파수(frx)를 나타내도록 그의 공진 회로(예컨대, 코일(14) 및 연관된 정전용량으로부터 형성되는 무선 전력 수신 디바이스 공진 회로)를 조정한다. frx의 값은, 예를 들어, 1 ㎒ 또는 다른 적합한 주파수(예컨대, 0.9 내지 1.1 ㎒, 0.8 내지 1.2 ㎒ 등)일 수 있다. 디바이스(10)가 디바이스(12) 상에 존재할 때(예컨대, 코일(14)이 디바이스(12) 내의 코일(36) 상에 배치될 때), 디바이스(10)의 공진 회로의 임피던스는 송신기의 코일 임피던스에 반영된다. 결과적으로, 코일(36)의 인덕턴스(Z2)는 도 13의 곡선(200)에 의해 예시된 바와 같이 주파수(frx)에서 공진을 나타낸다.
각각의 코일(36) 상에서의 디바이스(10)의 만족스러운 검출을 위해, 발진기(84)의 구동 주파수(fdrive)는 수신기 공진 주파수(frx)보다 약간 더 크게 되도록 선택될 수 있다(예컨대, fdrive는 예를 들어, frx의 101% 내지 150%일 수 있다). 이는 노드(N1)의 측정된 전압(예컨대, 디바이스(10)의 존재로 인한 노드(N1) 상의 전압의 변화)이 측정 회로(78)에 의해 측정되기에 충분할 것임을 보장한다. 하나의 예시적인 구성에서, frx는 1 ㎒이고, fdrive는 1 ㎒ 내지 1.5 ㎒, 1.1 내지 1.5 ㎒, 적어도 1.05 ㎒, 적어도 1.1 ㎒, 적어도 1.15 ㎒, 2 ㎒ 미만, 1.9 ㎒ 미만, 1.8 ㎒ 미만, 1.7 ㎒ 미만, 1.6 ㎒ 미만, 1.4 ㎒ 미만, 1.3 ㎒ 미만, 또는 주어진 송신기 코일(36) 상의 디바이스(10)(및 그의 공진 회로)의 배치에 응답하여 노드(N1) 상의 전압 편향이 충분할 것임을 보장하는 다른 적합한 주파수이다.
원하는 경우, 비활동(구동 신호들이 인가되지 않음)의 기간들에 의해 분리되는 버스트들에서 발진기(84)로부터 구동 신호를 인가함으로써 측정 회로(78)에 의한 측정들 동안 전력이 절약될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제1 버스트(버스트(B1))는 제1 코일(코일(C1))에 인가되는 일련의 교류 구동 신호들, 제2 코일(코일(C2))에 인가되는 제2 일련의 교류 구동 신호들, ... N 번째 코일(CN)에 대한 N 번째 일련의 신호들까지 포함할 수 있고, 이어서 제2 버스트와 같은 신호들의 후속 버스트들(예컨대, 버스트(B2) 참조)이 이어진다. 각각의 코일 스캔은 (일례로서) 약 0.5 내지 2 ms의 지속기간일 수 있다. 디바이스(12) 내에 22개의 코일들(36) 또는 다른 적합한 개수의 코일들이 있을 수 있다(예컨대, N의 값은 22일 수 있음). 측정 신호들의 각각의 버스트 내에서, 발진기(84)로부터의 교류 신호들이 각각의 코일(C1...CN)에 순차적으로 인가될 수 있다. 연속 버스트들 사이의 오프 기간(Toff) 동안 코일들에 어떠한 구동 신호도 인가되지 않는다.
도 14에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 버스트(B1)의 측정들 이후에, 발진기(84)는 전력을 절약하기 위해 오프 기간(Toff) 동안 어떠한 출력 신호도 공급하지 않는다. 신호 측정들은 기간(Toff)이 완료된 후에 재개된다. Toff의 값은, 전력 소비를 감소시키기 위해 더 길게 되도록 또는 검출 레이턴시(latency)를 감소시키기 위해 더 짧게 되도록 선택될 수 있다. 하나의 예시적인 구성에서, Toff는 100 ms 내지 2 s의 값을 갖는다. 일반적으로, Toff는 임의의 적합한 값(예컨대, 200 ms, 225 ms, 250 ms, 적어도 10 ms, 적어도 50 ms, 적어도 100 ms, 적어도 200 ms, 적어도 400 ms, 적어도 800 ms, 3 s 미만, 1.5 s 미만, 900 ms 미만, 500 ms 미만, 또는 300 ms 미만)을 가질 수 있다. 원하는 경우, 오프 기간(Toff)을 갖는 측정 동작들은 단일 코일(36)만이 존재하는 무선 전력 송신 디바이스(12)를 위한 구성들에서 사용될 수 있다. 다중 코일 시스템과 관련하여 버스트 모드 동작들을 사용하는 것은 예시적이다.
피크 검출기(80)는 다이오드들을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 피크 검출기(80)는 한 쌍의 다이오드들(예컨대, 접지에 커플링된 제1 다이오드 및 노드(N1)와 아날로그-디지털 변환기 회로(82) 사이에 직렬로 커플링된 제2 다이오드)로부터 형성될 수 있다. 다이오드 순방향 전압들은 온도 변동에 의해 영향을 받는다. 온도 드리프트 효과들로부터의 측정 부정확성을 감소시키기 위해, 아날로그-디지털 변환기(82)로부터의 출력은 (예컨대, 제어 회로부(42)를 사용하여 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 하드웨어로 구현되는 비율 기반 필터로) 시간 필터링된다. 사용자가 디바이스(12) 상에 디바이스(10)를 배치할 때, 코일(36)의 임피던스 및 따라서 아날로그-디지털 변환기(82)의 출력은 아날로그-디지털 변환기(82)의 출력이 온도 드리프트에 의해 영향을 받을 때보다 더 신속하게 변동할 것이다. (예컨대, 2초당 5개의 아날로그-디지털 변환기 카운트들의 아날로그-디지털 변환기 속도 임계치 또는 아날로그-디지털 변환기의 출력에 변화율 기반 필터링(rate-of-change-based filtering)을 적용함에 있어서의 다른 적합한 임계치를 사용하여) 변환기(82)의 출력을 필터링함으로써, 제어 회로부(42)는 변화율 필터링을 사용하여, 디바이스(10)의 배치로 인한 측정된 임피던스의 비교적 빠른 변화와 온도 드리프트로 인한 측정된 임피던스의 비교적 느린 변화 사이를 판별할 수 있다.
하나의 예시적인 구성에서, 변화율 필터를 구현하여 아날로그-디지털 변환기(82)의 출력을 필터링하고 이에 의해 디바이스 배치 이벤트들(검출될 것)과 온도 드리프트 효과들(무시될 것) 사이를 판별하기 위해 윈도우 알고리즘이 사용된다. 도 15는 아날로그-디지털 변환기 출력(ADC)이 시간의 함수로서 플로팅된 그래프이다(ADC 스캔들). 도 15에 도시된 바와 같이, 제어 회로부(42)는 일정 시간 윈도우(예컨대, 도 15의 기간(k 내지 (k-K))) 내의 ADC 출력 값들을 검토할 수 있다. 하나의 예시적인 구성에서, 모든 코일들(36)이 250 ms(또는 다른 적합한 기간)마다 스캐닝된다. 각각의 스캔(하나의 ADC 값)은 제어 회로부(42) 내의 메모리 내의 FIFO(first-in-first-out) 버퍼에 저장되어, 버퍼가 각각의 코일에 대해 K개의 스캔들을 포함하도록 한다. 제어 회로부(42)는 이어서 윈도우 알고리즘(필터 프로세스)을 사용하여 윈도우 데이터를 프로세싱한다. 특히, 윈도우 내의 ADC 값의 최대치에서 현재 ADC 값을 뺀 값(예컨대, 도 15의 ΔADC 참조)은 미리결정된 물체 검출 임계 값과 비교된다. ΔADC의 값에서 현재 ADC 값을 뺀 값이 미리결정된 임계량을 초과하는 경우, 제어 회로부(42)는 윈도우 동안의 변환기(82)의 출력의 변화가 디바이스(12) 상의 물체 배치로 인한 것이라고 결론내린다(예컨대, 디바이스(10)가 디바이스(12) 상에 배치되어 있다). ΔADC의 값에서 현재 ADC 값을 뺀 값이 미리결정된 임계량을 초과하지 않는 경우, 제어 회로부(42)는 윈도우 동안의 변환기(82)의 출력의 변화가 온도 드리프트로 인한 것이고 무시될 수 있다고 결론내린다. 원하는 경우, 온도 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 아날로그-디지털 변환기 출력을 프로세싱하기 위해 다른 기법들이 제어 회로부(42)에 의해 사용될 수 있다. 아날로그-디지털 변환기 출력을 프로세싱하기 위한 윈도우 알고리즘의 사용은 예시적이다.
일 실시예에 따르면, 코일들; 코일들에 커플링되고, 무선 전력 수신 회로 공진 주파수에서 공진하도록 구성되는 무선 전력 수신 회로 내의 수신 코일을 갖는 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 회로부; 무선 전력 신호들의 송신을 제어하도록 구성된 제어 회로부; 및 외부 물체들을 검출하기 위해 제어 회로부에 의해 사용되는 코일들에 커플링된 측정 회로부를 포함하는 무선 전력 송신 디바이스가 제공되며, 측정 회로부는 수신기 공진 주파수보다 큰 구동 주파수에서 구동 신호를 인가하도록 구성된 발진기를 포함하고, 구동 주파수에서 신호들을 측정하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 구동 주파수는 1 ㎒ 내지 1.5 ㎒이다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 회로 공진 주파수는 1 ㎒이고 구동 주파수는 적어도 1 ㎒이다.
다른 실시예에 따르면, 구동 주파수는 1.1 ㎒ 내지 1.5 ㎒이다.
다른 실시예에 따르면, 구동 주파수는 무선 전력 수신 회로 공진 주파수의 101% 내지 150%와 동일하다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 발진기에 의해 코일들로 어떠한 구동 신호도 공급되지 않는 각자의 기간들에 의해 분리되는 버스트들에서 코일들로 구동 신호를 공급할 것을 발진기에게 지시하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 각각의 버스트 동안, 발진기는 코일들 각각으로 순차적으로 구동 신호들을 공급한다.
다른 실시예에 따르면, 각자의 버스트들 사이에서, 발진기는 전력을 절약하기 위해 적어도 100 ms의 기간 동안 구동 신호들을 공급하지 않는다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는, 온도 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력을 프로세싱하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 구동 주파수는 1.1 내지 1.5 ㎒이고, 제어 회로부는, 발진기가 구동 신호들 중 어떠한 것도 공급하지 않는 각자의 기간들에 의해 분리되는 버스트들에서 코일들로 구동 신호를 공급할 것을 발진기에게 지시하도록 구성되고, 제어 회로부는, 온도 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력을 프로세싱하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 코일들을 사용하여 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력 신호들을 송신하는 무선 전력 송신 회로부를 갖는 무선 전력 송신 디바이스를 사용하는 방법이 제공되며, 무선 전력 수신 디바이스는 연관된 무선 전력 수신 회로 공진 주파수를 갖는 무선 전력 수신 회로를 가지며, 본 방법은, 코일들 중 하나 이상으로부터 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 무선으로 송신하는 단계; 및 무선 전력 수신 회로 공진 주파수의 101% 내지 150%와 동일한 구동 주파수에서 코일들 중 적어도 하나로 구동 신호를 공급함으로써 외부 물체의 존재에 대해 코일들을 모니터링하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 회로 공진 주파수는 0.9 ㎒ 내지 1.1 ㎒이고, 외부 물체의 존재에 대해 코일들을 모니터링하는 단계는 1.5 ㎒ 미만의 구동 신호에서 구동 신호를 공급하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 코일들에 커플링된 노드로 구동 신호를 공급하도록 구성된 발진기, 및 노드 상의 전압들을 측정하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함하고, 본 방법은 열 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력을 프로세싱하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 코일들을 모니터링하는 단계는 순차적으로 복수의 코일들 각각으로 구동 신호를 공급하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 본 방법은 적어도 50 ms만큼 분리되는 버스트들에서 코일들로 구동 신호를 공급하는 단계를 포함하고, 각각의 버스트 동안, 발진기는 순차적으로 코일들 각각으로 구동 신호를 공급한다.
다른 실시예에 따르면, 열 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력을 프로세싱하는 단계는, 일정 시간 윈도우 내에서 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력 신호들을 비교하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 열 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력을 프로세싱하는 단계는, 출력에 변화율 필터링을 적용하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 코일들; 코일들에 커플링되고 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 회로부; 무선 전력 신호들의 송신을 제어하도록 구성된 제어 회로부; 및 외부 물체들을 검출하기 위해 제어 회로부에 의해 사용되는 코일들에 커플링된 측정 회로부를 포함하는 무선 전력 송신 디바이스가 제공되며, 측정 회로부는 1 ㎒ 내지 1.5 ㎒의 구동 주파수에서 코일들로 구동 신호를 인가하도록 구성된 발진기를 포함하고, 구동 주파수에서 전압들을 측정하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 디바이스는 측정 회로부와 코일들 사이에 커플링된 멀티플렉싱 회로부를 포함하고, 제어 회로부는 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 전압들을 측정하는 동안 코일들 중 선택된 코일 하나로 구동 신호를 인가하기 위해 멀티플렉싱 회로부를 제어하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 버스트들에서 코일들로 구동 신호를 인가하도록 구성되고, 각각의 버스트 동안, 제어 회로부는 코일들 각각으로 구동 신호를 인가하고, 각각의 버스트는 연속 버스트로부터 적어도 50 ms의 기간만큼 분리된다.
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. 무선 전력 송신 디바이스로서,
    코일;
    상기 코일에 커플링되고, 무선 전력 수신 회로 공진 주파수에서 공진하도록 구성되는 무선 전력 수신 회로 내의 수신 코일을 갖는 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 회로부;
    상기 무선 전력 신호들의 송신을 제어하도록 구성된 제어 회로부; 및
    외부 물체들을 검출하기 위해 상기 제어 회로부에 의해 사용되는 상기 코일에 커플링된 측정 회로부를 포함하고, 상기 측정 회로부는 상기 무선 전력 수신 회로 공진 주파수보다 큰 구동 주파수에서 구동 신호를 인가하도록 구성된 발진기를 포함하고, 상기 구동 주파수에서 신호들을 측정하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함하고, 상기 구동 주파수는 상기 무선 전력 수신 회로 공진 주파수의 101% 내지 150%와 동일한, 무선 전력 송신 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 주파수는 1 ㎒ 내지 1.5 ㎒인, 무선 전력 송신 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 수신 회로 공진 주파수는 1 ㎒인, 무선 전력 송신 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구동 주파수는 1.1 ㎒ 내지 1.5 ㎒인, 무선 전력 송신 디바이스.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 코일은 코일들의 어레이의 일부이고, 상기 제어 회로부는, 상기 발진기에 의해 상기 코일들로 어떠한 구동 신호도 공급되지 않는 각자의 기간들에 의해 분리되는 버스트(burst)들에서 상기 코일들로 상기 구동 신호를 공급할 것을 상기 발진기에게 지시하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 각각의 버스트 동안, 상기 발진기는 상기 코일들 각각으로 순차적으로 구동 신호들을 공급하는, 무선 전력 송신 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 각자의 버스트들 사이에서, 상기 발진기는 전력을 절약하기 위해 적어도 100 ms의 기간 동안 구동 신호들을 공급하지 않는, 무선 전력 송신 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는, 온도 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 상기 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력을 프로세싱하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구동 주파수는 1.1 내지 1.5 ㎒이고,
    상기 제어 회로부는, 상기 발진기가 상기 구동 신호들 중 어떠한 것도 공급하지 않는 각자의 기간들에 의해 분리되는 버스트들에서 상기 코일로 상기 구동 신호를 공급할 것을 상기 발진기에게 지시하도록 구성되고,
    상기 제어 회로부는, 온도 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 상기 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력을 프로세싱하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  11. 코일을 사용하여 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력 신호들을 송신하는 무선 전력 송신 회로부를 갖는 무선 전력 송신 디바이스를 사용하는 방법으로서, 상기 무선 전력 수신 디바이스는 연관된 무선 전력 수신 회로 공진 주파수를 갖는 무선 전력 수신 회로를 갖고, 상기 방법은,
    대기 모드에서, 발진기를 이용하여 상기 무선 전력 수신 회로 공진 주파수의 101% 내지 150%와 동일한 프로브 주파수에서 상기 코일로 프로브 신호를 주기적으로 공급함으로써 외부 물체의 존재에 대해 상기 코일을 모니터링하는 단계;
    상기 외부 물체를 검출하는 것에 응답하여, 상기 외부 물체가 상기 무선 전력 수신 디바이스인지를 결정하기 위한 측정치들을 획득하는 단계; 및
    상기 외부 물체가 상기 무선 전력 수신 디바이스라고 결정하는 것에 응답하여, 상기 코일로부터 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 무선으로 송신하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 무선 전력 수신 회로 공진 주파수는 0.9 ㎒ 내지 1.1 ㎒인, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 발진기는 상기 코일에 커플링된 노드로 상기 프로브 신호를 공급하도록 구성되고, 상기 무선 전력 송신 디바이스는 상기 노드 상의 전압들을 측정하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함하고, 상기 방법은 열 드리프트 효과들과 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 상기 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력을 프로세싱하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 코일은 복수의 코일들 중 하나이고, 상기 코일을 모니터링하는 단계는 순차적으로 상기 복수의 코일들 각각으로 상기 프로브 신호를 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 적어도 50 ms만큼 분리되는 버스트들에서 상기 코일들로 상기 프로브 신호를 공급하는 단계를 추가로 포함하고, 각각의 버스트 동안, 상기 발진기는 순차적으로 상기 코일들 각각으로 상기 프로브 신호를 공급하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 열 드리프트 효과들과 상기 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 상기 아날로그-디지털 변환기로부터의 상기 출력을 프로세싱하는 단계는, 일정 시간 윈도우 내에서 상기 아날로그-디지털 변환기로부터의 출력 신호들을 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 열 드리프트 효과들과 상기 물체 배치 효과들 사이를 구별하기 위해 상기 아날로그-디지털 변환기로부터의 상기 출력을 프로세싱하는 단계는, 상기 출력에 변화율 필터링(rate-of-change filtering)을 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 무선 전력 송신 디바이스로서,
    코일;
    상기 코일에 커플링되고 무선 전력 수신 디바이스로 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 무선 전력 송신 회로부;
    상기 무선 전력 신호들의 송신을 제어하도록 구성된 제어 회로부; 및
    외부 물체들을 검출하기 위해 상기 제어 회로부에 의해 사용되는 상기 코일에 커플링된 측정 회로부를 포함하고, 상기 측정 회로부는 발진기에 의해 상기 코일로 어떠한 구동 신호도 공급되지 않는 각자의 기간들에 의해 분리되는 버스트들에서 상기 코일로 구동 신호를 인가하도록 구성된 상기 발진기를 포함하고, 상기 구동 신호는 상기 버스트들 각각 동안 1 ㎒ 내지 1.5 ㎒의 구동 주파수를 갖고, 상기 측정 회로부는 상기 구동 주파수에서 전압들을 측정하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함하고, 상기 코일로 어떠한 프로브 신호도 공급되지 않는 각각의 기간은 적어도 50 ms인, 무선 전력 송신 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 측정 회로부와 상기 코일 사이에 커플링된 멀티플렉싱 회로부를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 상기 전압들을 측정하는 동안 상기 코일로 상기 구동 신호를 인가하기 위해 상기 멀티플렉싱 회로부를 제어하도록 구성되는, 무선 전력 송신 디바이스.
  20. 삭제
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