KR102266465B1 - 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치 및 방법 - Google Patents
무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102266465B1 KR102266465B1 KR1020150014205A KR20150014205A KR102266465B1 KR 102266465 B1 KR102266465 B1 KR 102266465B1 KR 1020150014205 A KR1020150014205 A KR 1020150014205A KR 20150014205 A KR20150014205 A KR 20150014205A KR 102266465 B1 KR102266465 B1 KR 102266465B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- differential signals
- differential
- wireless power
- amplitude
- converted
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 38
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000010752 BS 2869 Class D Substances 0.000 description 4
- 239000010753 BS 2869 Class E Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001646 magnetic resonance method Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
-
- H02J5/005—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
-
- H02J7/025—
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/15—Arrangements in which pulses are delivered at different times at several outputs, i.e. pulse distributors
- H03K5/151—Arrangements in which pulses are delivered at different times at several outputs, i.e. pulse distributors with two complementary outputs
-
- H04B5/0037—
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
- H04B5/24—Inductive coupling
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
- H04B5/72—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for local intradevice communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
- H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
- H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Transmitters (AREA)
Abstract
본 개시의 다양한 실시 예는 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 예를 들어, 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치에 있어서, 싱글 신호를 차동 신호들로 변환하는 변환부; 상기 변환된 차동 신호들을 전력 증폭하는 증폭부; 상기 증폭된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭을 측정하는 측정부; 및 상기 측정 결과에 따라, 상기 변환부를 제어하여, 상기 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭을 변경시키는 제어부를 포함할 수 있다. 또한, 본 개시의 다양한 실시 예는 상술한 실시 예와 다른 실시 예들도 포함한다.
Description
본 개시의 다양한 실시 예는, 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스마트 폰(smart phone) 또는 태블릿(tablet) PC 등과 같은 다양한 유형의 전자 장치들이 널리 사용되고 있으며, 상기 전자 장치의 배터리 전원을 무선(wireless)으로 충전할 수 있는 무선 전력 전송(wireless power transmission) 기술이 널리 보급되어 상용화되고 있다.
상기 무선 전력 전송 기술에는, 알려진 바와 같이, 코일에서 유기되는 자기장을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 자기 유도 방식과, 코일 사이의 공진 현상을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 자기 공진(Resonance) 방식, 그리고 안테나 빔을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 안테나 방식 등이 있다.
상기 자기 공진 방식이 적용되는 공진형 무선 전력 전송 시스템은, 공진형 무선 전력 송신기(Tx)와 공진형 무선 전력 수신기(Rx)를 포함할 수 있으며, 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx)는, 소정의 공진 주파수로 진동하는 자기장을 송신 코일에서 생성하고, 상기 공진형 무선 전력 수신기(Rx)는, 상기 소정의 주파수로 진동하는 자기장을 수신 코일을 통해 집중적으로 전달 받아, 배터리를 충전하거나, 동작 전원으로 사용할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예는, 공진형 무선 전력 송신기(Tx)에서, 차동 신호들(differential signals) 간의 위상 차와 진폭을 측정 및 적응(adaptive) 방식으로 제어하여, 무선 전력의 전송 효율을 개선할 수 있는 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치에 있어서, 싱글 신호를 차동 신호들로 변환하는 변환부; 상기 변환된 차동 신호들을 전력 증폭하는 증폭부; 상기 증폭된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭을 측정하는 측정부; 및 상기 측정 결과에 따라, 상기 변환부를 제어하여, 상기 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭을 변경시키는 제어부를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 방법에 있어서, 싱글 신호를 차동 신호들로 변환하는 과정; 상기 변환된 차동 신호들을 전력 증폭하는 과정; 상기 증폭된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭을 측정하는 과정; 및 상기 측정 결과에 따라, 상기 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭을 변경하는 과정을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 공진형 무선 전력 송신기(Tx)에 포함된 전자 부품들의 편차와 기생 성분, 그리고 제한된 스위칭 속도 등으로 인해 발생할 수 있는 전송 효율의 저하를 효과적으로 개선할 수 있다.
또한, 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 내의 송신 공진기(Tx resonator)와, 공진형 무선 전력 수신기(Rx) 내의 수신 공진기(Rx resonator) 간의 위치 차이 등으로 인해 발생하는 전송 효율의 저하 및 고조파 방사 특성을 효과적으로 개선할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 전송 시스템을 예시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100에 대한 구성을 예시한 도면이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 차동 신호 변환부 11에 대한 구성을 예시한 도면이다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 차동 신호 제어 방법에 대한 동작 흐름도를 예시한 도면이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 측정부 16에 의해 측정되는 차동 신호들을 예시한 도면이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 차동 신호 변환부 11에서 출력되는 차동 신호들을 예시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100에 대한 구성을 예시한 도면이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 차동 신호 변환부 11에 대한 구성을 예시한 도면이다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 차동 신호 제어 방법에 대한 동작 흐름도를 예시한 도면이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 측정부 16에 의해 측정되는 차동 신호들을 예시한 도면이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 차동 신호 변환부 11에서 출력되는 차동 신호들을 예시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 다양한 실시 예를 설명한다. 본 개시의 다양한 실시 예는 여러 형태의 변경을 가할 수 있으며, 이하에서 상세히 설명하는 특정 실시예에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신기 100의 차동 신호 제어 장치 및 방법은, 예를 들어, 공진형 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100에 적용될 수 있다. 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100에 포함되는 전자 부품들 중 하나인 전력 증폭기(Power Amplifier)는, 무선 전력 전송의 성능을 결정하는 중요한 구성 요소이다.
상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100의 성능 향상을 위해서는, 고효율의 전력 증폭기가 요구된다. 알려진 바와 같이, 상기 고효율의 전력 증폭기 중 하나인 스위칭 모드(Switching Mode)의 전력 증폭기는, 트랜지스터의 드레인(drain) 또는 컬렉터(collector)에 인가되는 전류와 전압이 중복되는 양을 줄임으로써, 전력 증폭 효율을 향상시키는 고가격의 전자 부품이다.
상기 스위칭 모드의 전력 증폭기에는, 알려진 바와 같이, Class-D 전력 증폭기와 Class-E 전력 증폭기 등이 있으며, 상기 스위칭 모드의 전력 증폭기는, 고효율의 특성을 가질 뿐만 아니라, 상기 전력 증폭기를 차동 방식(differential mode)으로 설계할 경우, 밸런스(balance) 구조에 의한 낮은 우수 순서(Even Order)의 고조파 특성을 가질 수 있다.
상기 스위칭 모드의 전력 증폭기는, 이상적으로 100%의 효율을 얻을 수 있으나, 실제 부품 소자들에 존재하는 기생 성분과 제한된 스위칭 속도 등으로 인해, 효율이 일부 감소되는 단점이 있으며, 이와 같은 단점은, 전력 증폭기의 동작 주파수가 높을수록 더욱 악화된다.
상기 스위칭 모드의 전력 증폭기를 사용하여 공진형 무선 전력 전송 시스템을 구현하는 경우, 상기 스위칭 모드의 전력 증폭기가 갖게 되는 로드 임피던스는, 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 내의 송신 공진기(Tx resonator)와, 공진형 무선 전력 수신기(Rx) 내의 수신 공진기(Rx resonator) 간의 위치 차이에 따라 변하기 때문에, 일정한 고효율 특성과 출력, 그리고 고조파 특성을 확보하기 어렵다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100에는, 고효율의 전력 증폭기 중 하나인 스위칭 모드의 전력 증폭기가 사용될 수 있으며, 일 예로서, Class-D 전력 증폭기와 Class-E 전력 증폭기 중, 상기 Class-D 전력 증폭기가 사용될 수 있다. 또한, 상기 Class-E 전력 증폭기도 차동 방식으로 구현하여 본 개시의 다양한 실시 예에 적용할 수 있다.
상기 Class-D 전력 증폭기도, 로드(load) 임피던스에 따라 요구되는 소자의 값들이 변하지만무선 전력 전송의 응용 분야에 적합하며, 특히 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100를 차동 신호 방식으로 설계할 경우, 밸런스 구조에 의한 낮은 우수 순서(Even Order)의 고조파 특성을 가질 수 있다.
상기 공진형 무선 전력 전송 시스템은, 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100의 송신 공진기와, 공진형 무선 전력 수신기(Rx) 200의 수신 공진기 간의 상대적 위치에 따라 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100에 포함된 전력 증폭기의 로드 임피던스가 변하기 때문에, 차동 신호들 간의 위상(phase) 차와 진폭(amplitude)의 불일치가 발생할 수 있으며, 이로 인해, 전력 전송의 효율이 저하되고, 고조파 방사 억제 특성이 저하될 수 있다.
이를 감안하여, 본 개시의 다양한 실시 예에서는, 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100에서 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭을 측정 및 적응(adaptive) 방식으로 제어함으로써, 전력 전송의 고효율 특성과 출력, 그리고 고조파 특성을 확보할 수 있다.
도 1은, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 전송 시스템을 예시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 상기 공진형 무선 전력 전송 시스템은, 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100와 공진형 무선 전력 수신기(Rx) 200을 포함할 수 있다.
상기 공진형 무선 전력 수신기(Rx) 200은, 예를 들어, 스마트 폰(smart phone) 등과 같은 다양한 유형의 전자 장치일 수 있고, 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100은, 상기 공진형 무선 전력 수신기(Rx) 200이, 사전에 설정된 일정 거리 이내에 근접하거나, 또는 거치되는 경우, 무선 전력 전송 동작을 수행하는 충전 패드(pad) 형상 등으로 다양하게 제작될 수 있다.
상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100은, DC 전원을 AC 전원으로 변환한 후, 소정의 주파수에 의해 진동하는 자기장을 생성하여 전력을 송신하고, 상기 공진형 무선 전력 수신기(Rx) 200은, 상기 자기장을 집중적으로 전달 받아, 일정한 크기의 DC 전원으로 변환한 후, 배터리 전원으로 충전하거나, 동작 전원으로 사용할 수 있다.
도 2는, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100에 대한 구성을 예시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100은, 예를 들어, Cristal Oscillator 및 VCO(Voltage Control Oscillator) 등으로 구성되는 신호 발생부 10와, 상기 신호 발생부 10로부터 출력되는 싱글(Single) 신호를 2 개의 차동 신호들로 변환하는 차동 신호 변환부 11와, 상기 차동 신호들을 일정 신호 레벨로 전치 증폭하는 게이트 드라이버 12와, 상기 게이트 드라이버 12를 통과하여 전치 증폭된 주파수 신호를 고출력으로 증폭하는 전력 증폭기 13을 포함할 수 있다.
또한, 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100은, 상기 전력 증폭기 13에 인가되는 DC 전원을 가변하여 공급하는 가변 DC 전원부 18와, 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 매칭부 14와, 상기 전력 증폭부 13에서 발생하는 고출력의 차동 신호들에 따라 진동하는 자기장을 생성하여, 상기 가변 DC 전원부 18로부터 인가되는 DC 전원을 송신하는 송신 공진부 15를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100은, 상기 송신 공진부 15로 입력되는 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭을 측정하기 위한 측정부 16와, 상기 측정부 16에 의해 측정된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭에 기반하여, 상기 차동 신호 변환부 11와 상기 가변 DC 전원부 18을 적응(adaptive) 방식으로 제어하는 제어부 17를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부 17은, 상기 측정부 16에 의해 측정되는 차동 신호들 간의 위상 차가, 사전에 설정된 기준 값(예: 180도의 위상 차)이 되도록 하고, 상기 차동 신호들 간의 진폭이, 사전에 설정된 기준 값(예: 서로 동일한 진폭)이 되도록, 상기 차동 신호 변환부 11을 디지털 코드 값으로 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부 17은, 상기 차동 신호들의 진폭이, 사전에 설정된 기준 P2P(Peak To Peak) 값이 되도록, 상기 가변 DC 전원부 18를 디지털 코드 값으로 정밀하게 제어할 수 있으며, 무선 전력 송신 동작을 총괄적으로 제어할 수 있다. 여기서, 상기 제어부 17은, MCU(Micro Controller Unit) 등으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 차동 신호 변환부 11을 PWM(Pulse Width Modulation) 등의 디지털 방식으로 설계할 경우, 간단한 디지털 제어로 위상을 제어할 수 있으나, 상기 차동 신호의 위상 제어는, PWM 신호를 제어하는 소자의 클록(clock) 주파수에 종속된다.
예를 들어, 6.78MHz의 주파수를 사용하여 공진형 무선 전력 전송 시스템을 구현할 경우, 높은 제어 분해능이 요구되기 때문에, 상기 차동 신호 변환부 11를 제어하는 소자의 높은 연산 클록(clock) 주파수가 요구된다.
상기 차동 신호 변환부 11을, 완전 차동 OP 앰프(Fully Differential OP-AMP)를 사용하는 아날로그 방식으로 설계할 경우, 디지털 방식과 달리 OP 앰프의 주파수 대역폭에 종속되어 설계가 간단해지지만, 위상 제어를 위한 별도의 회로가 요구된다.
도 3은, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100의 차동 신호 변환부 11에 대한 구성을 예시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 개시의 일 예로서, 상기 차동 신호 변환부 11를, 완전 차동 OP 앰프(Fully Differential OP-AMP) 11a를 사용하는 아날로그 방식으로 설계할 수 있다.
또한, 상기 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭을 제어하기 위한 제어 회로를 추가로 설계할 수 있다. 여기서, 상기 제어 회로는, 출력 공용 모드 전압(OCMV: Output Common Mode Voltage) 제어 회로 등으로 다양하게 일컬어질 수 있으며, 이하에서는 OCMV 제어 회로라고 약칭한다.
상기 OCMV 제어 회로(미부호)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 신호 발생부 10에서 발생되는 싱글 신호(single-end signal)를, 상기 OP 앰프 11a의 일측 입력 단자(-)로 입력하기 위한 회로 구성 11b(예: R3, R4)과, 상기 OP 앰프 11a의 입력 임피던스 균형을 맞추기 위하여, 상기 OP 앰프 11a의 타측 입력 단자(+)에 더미 로드(dummy load)로 추가한 회로 구성 11c(예: R5, R6), 그리고, 상기 OP 앰프 11a를 통해 출력되는 차동 신호들 간의 펄스 폭(pulse width)을 제어하기 위한 회로 구성 11d(예: R1, R2) 등을 포함할 수 있다.
상기 차동 신호들 간의 펄스 폭은, 상기 회로 구성 11d에 인가되는 OCMV 값, 예를 들어, 디지털 코드 값에 의해 조절되는 디지털 제어가 가능하다. 즉, 상기 전력 증폭부 13에 인가되는 차동 신호들의 펄스 폭인 듀티 비율(Duty Rate)를 변경시키면서 제어가 가능하며, 상기 OCMV 값은, 예를 들어, 저항 분배 법칙에 의해 결정되는 전압에 종속될 수 있다.
상기 저항 분배에 사용된 저항 R1은, 디지털 제어에 의해 가변 가능한 가변 저항으로서, 상기 차동 신호 변환부 11에서 변환된 차동 신호들은, 상기 게이트 드라이버(Gate Driver) 12를 거쳐, 상기 전력 증폭부 13으로 입력된다.
상기 전력 증폭부 13에 의해 전력 증폭된 차동 신호들은, 상기 임피던스 매칭부 14에 의해 동작 주파수 대역에서 높은 효율과, 넓은 임피던스 영역에서 동작할 수 있도록 임피던스 매칭된 후, 상기 송진 공진부 15를 입력된다.
상기 송진 공진부 15는, 상기 차동 신호들에 의해 진동하는 자기장을 발생시켜 전력을 무선으로 송신하게 되며, 상기 측정부 16은, 상기 송진 공진부 15로 입력되는 차동 신호들을 높은 임피던스 영역에서 인가 받아 차동 신호들 간의 진폭을 측정하고, 상기 측정 정보를 제어부 17으로 전달한다.
상기 제어부 17은, 상기 측정 정보에 기반하여, 상기 차동 신호 변환부 11의 OCMV 전압을 가변 제어하며, 또한, 상기 가변 DC 전원부 18의 DC 전원을 가변 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부 17은, 상기 측정부 16에 의해 측정되는 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭이, 사전에 설정된 기준 값인 180도의 위상 차와 동일한 진폭이 되도록 상기 차동 신호 변환부 11을 디지털 코드 값으로 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부 17은, 상기 차동 신호들의 진폭이 사전에 설정된 기준 P2P(Peak To Peak) 값이 되거나, 허용 오차 범위 내에 만족하도록, 상기 가변 DC 전원부 18를 디지털 코드 값으로 정밀하게 제어할 수 있다.
도 4는, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 차동 신호 제어 방법에 대한 동작 흐름도를 예시한 도면이고, 도 5는, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 측정부 16에 의해 측정되는 차동 신호들을 예시한 도면이고, 도 6은, 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 공진형 무선 전력 송신기 100의 차동 신호 변환부 11에서 출력되는 차동 신호들을 예시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 동작 400에서, 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100의 제어부 17은, 예를 들어, 스마트 폰 등과 같은 다양한 유형의 공진형 무선 전력 수신기(Rx) 200이, 사전에 정해진 일정 거리 이내로 가까이 근접하거나, 또는 거치되는 경우, DC 전원을 AC 전원으로 변환한 후 소정 주파수로 진동하는 자기장을 통해 전력을 무선으로 전송하는 통상적인 무선 전력 전송 동작을 수행할 수 있다.
동작 410에서, 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100의 측정부 16은, 상기 송신 공진부 15으로 입력되는 차동 신호들 간의 위상(phase) 차와 진폭(amplitude)을 측정할 수 있으며, 상기 측정 결과 정보를, 상기 제어부 17으로 전달할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 측정부 16에 의해 측정되는 차동 신호들은, 상기 송신 공진부 15를 구동시키기 위해, 상기 임피던스 매칭부 14에서 출력되어, 상기 송진 공진부 15으로 입력되는 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b이다.
상기 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b 는, 예를 들어, 소정의 주파수를 갖는 사인파(sine wave) 신호일 수 있으며, 상기 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b는, 서로 180도의 위상 차와 동일한 진폭을 가질 때, 무선 전력 전송의 효율이 가장 높을 수 있다.
동작 420에서, 상기 제어부 17은, 상기 측정된 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b 간의 위상 차가, 사전에 설정된 기준 값, 예를 들어, 180도의 위상 차를 갖는 지를 판단할 수 있다. 상기 판단의 기준이 되는 180도의 위상 차는, 이상적인 값으로서, 임의의 허용 오차 범위를 가질 수도 있다.
동작 430에서, 상기 제어부 17은, 상기 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b 간의 위상 차가, 180도의 위상 차가 아니면, 상기 차동 신호 변환부 11을 가변 제어함으로써, 결과적으로 상기 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b 간의 위상 차가, 180도의 위상 차가 되도록 하는 차동 신호의 위상 제어 동작을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 제어부 17은, 상기 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b 간의 진폭이 서로 동일하도록, 상기 차동 신호 변환부 11을 제어하는 신호 진폭 변경도 가능하다.예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 차동 신호 변환부 11에서 출력되는 제1 차동 신호 11a와 제2 차동 신호 11b는, 소정의 주파수를 갖는 구형파(square wave) 신호일 수 있다.
상기 차동 신호의 위상 제어와 진폭 제어 동작은, 상기 제어부 17가, 상기 차동 신호 변환부 11에 인가하는 I2C 코드 값을 다단계로 변경하는 일련의 디지털 제어 동작에 의해 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제어부 17가, 상기 차동 신호 변환부 11에 인가하는 I2C 코드 값을 I2C code: 0, 20, 40, 60, 80, 그리고 35등으로 변경하는 디지털 제어 동작을 수행하면, 상기 차동 신호 변환부 11에서 출력되는 제1 차동 신호 11a와 제2 차동 신호 11b 의 펄스 폭(width)이 다양하게 가변 될 수 있다.
여기서, 도 6은, 상기 I2C 코드 값이 I2C code: 35일 때, 상기 차동 신호 변환부 11에서 출력되는 제1 차동 신호 11a와 제2 차동 신호 11b 가, 서로 겹치지 않으면서도, 가장 넓은 펄스 폭이 되는 것을 보여준다.
또한, 도 5는, 상기 I2C 코드 값이 I2C code: 35일 때, 상기 송신 공진부 15로 입력되는 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b 간의 위상 차가, 180도의 위상 차를 가지면서, 서로 동일한 진폭이 되는 것을 보여준다.
상기 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b 간의 위상 차가, 180도의 위상 차가 되면, 상기 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b 간의 진폭은 자연스럽게 서로 동일한 진폭 된다. 여기서, 상기 차동 신호 변환부 11와, 상기 송신 공진부 15의 사이에는, 상기 게이트 드라이버12, 상기 전력 증폭기 13, 그리고 상기 임피던스 매칭부 14 등이 존재하기 때문에, 상기 측정부 16은, 상기 차동 신호 변환부 11에서 출력되는 제1 차동 신호 11a와 제2 차동 신호 11b 를 측정하지 않고, 상기 송신 공진부 15로 입력되는 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b 간의 위상 차 및 진폭을 측정하는 것이다.
동작 440에서, 상기 제어부 17은, 상기 측정부 16에 의해 측정된 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b의 P2P(Peak to Peak) 값이, 사전에 설정된 기준 P2P 값을 만족하는 지를 판단할 수 있다,
동작 450에서, 상기 제어부 17은, 상기 기준 P2P 값을 만족하지 못하면, 상기 가변 DC 전원부 18를 동작 제어하여, 상기 전력 증폭부 13으로 인가되는 DC전원 값을 변경하므로, 결과적으로, 상기 송신 공진부 15으로 입력되는 제1 차동 신호 15a와 제2 차동 신호 15b의 P2P 값이, 사전에 설정된 기준 P2P 값을 만족하게 된다.
동작 460에서, 상기 제어부 17은, 상기 공진형 무선 전력 수신기(Rx) 200가, 사전에 정해진 일정 거리 이상 멀어지거나, 또는 배터리의 충전 완료 등으로 인해, 무선 전력 전송 동작의 종료 여부를 판단할 수 있다.
이에 따라, 상기 공진형 무선 전력 송신기(Tx) 100내에 포함된 전자 부품들의 편차 등으로 인해 발생하는 전송 효율의 저하를 개선할 수 있고, 상기 송신 공진부 15와, 이에 대응되는 수신 공진부(미도시) 간의 위치 차이 등으로 인해 발생하는 전송 효율의 저하 및 고조파 방사 특성을 개선할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 대해 구체적으로 설명하였으나, 본 개시의 다양한 실시 예의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하므로, 본 개시의 다양한 실시 예의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 공진형 무선 전력 송신기 200: 공진형 무선 전력 수신기
10: 신호 발생부 11: 차동 신호 변환부
12: 게이트 드라이버 13: 전력 증폭부
14: 임피던스 매칭부 15: 송신 공진부
16: 측정부 17: 제어부
18: 가변 DC 전원부
10: 신호 발생부 11: 차동 신호 변환부
12: 게이트 드라이버 13: 전력 증폭부
14: 임피던스 매칭부 15: 송신 공진부
16: 측정부 17: 제어부
18: 가변 DC 전원부
Claims (21)
- 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치에 있어서,
싱글 신호를 차동 신호들로 변환하는 변환부;
상기 변환된 차동 신호들을 전력 증폭하는 증폭부;
상기 증폭된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭을 측정하는 측정부; 및
상기 측정 결과에 따라, 상기 변환부를 제어하여, 상기 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭을 변경시키는 제어부를 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 증폭부에 의해 증폭된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭이, 사전에 설정된 기준 값이 되도록, 상기 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭을 변경시키는 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 기준 값은, 상기 증폭부에 의해 증폭된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭이, 180도의 위상 차와 동일한 진폭이 되도록, 사전에 설정된 값인 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 변환부를 다단계의 디지털 코드 값으로 제어하여, 상기 변환부에 의해 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭을 변경시키는 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 변환부에 의해 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭이, 서로 겹치지 않으면서 가장 넓은 펄스 폭을 갖도록, 상기 변환부를 다단계의 디지털 코드 값으로 제어하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 증폭부에 직류 전원을 가변하여 공급하는 전원부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 증폭된 차동 신호의 진폭이, 사전에 설정된 기준 P2P(Peak To Peak) 값이 되도록, 상기 전원부를 제어하여, 상기 증폭부로 공급되는 직류 전원을 가변하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 무선 전력 송신기는, 공진형 무선 전력 송신기이고,
상기 증폭부는, 스위칭 모드의 전력 증폭기인 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 변환부는, 완전 차동 OP 앰프와 출력 공용 모드 전압(Output Common Mode Voltage) 제어 회로를 포함하는 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 완전 차동 OP 앰프의 일측 입력 단자에는, 상기 싱글 신호를 입력하기 위한 회로 구성이 설치되고,
상기 완전 차동 OP 앰프의 타측 입력 단자에는, 입력 임피던스 매칭을 위한 더미 로드의 회로 구성이 설치되는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 싱글 신호를 발생시키는 신호 발생부;
상기 변환된 차동 신호들을 전치 증폭하는 게이트 드라이버;
상기 증폭된 차동 신호들의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부; 및
상기 임피던스 매칭된 차동 신호들에 따라 진동하는 자기장을 생성하는 송신 공진부를 더 포함하는 장치.
- 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 방법에 있어서,
싱글 신호를 차동 신호들로 변환하는 과정;
상기 변환된 차동 신호들을 전력 증폭하는 과정;
상기 증폭된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭을 측정하는 과정; 및
상기 측정 결과에 따라, 상기 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭을 변경하는 과정을 포함하는 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 변경하는 과정은, 상기 증폭된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭이, 사전에 설정된 기준 값이 되도록, 상기 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭을 변경하는 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 기준 값은, 상기 증폭된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭이, 180도의 위상 차와 동일한 진폭이 되도록, 사전에 설정된 값인 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 변경하는 과정은, 다단계의 디지털 코드 값을 이용하여, 상기 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭을 변경하는 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 변경하는 방법은, 상기 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭이, 서로 겹치지 않으면서 가장 넓은 펄스 폭을 갖도록 변경하는 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 증폭을 위해, 직류 전원을 공급하는 과정; 및
상기 증폭된 차동 신호의 진폭이, 사전에 설정된 기준 P2P(Peak To Peak) 값이 되도록, 상기 공급되는 직류 전원을 가변하는 과정을 더 포함하는 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 무선 전력 송신기는, 공진형 무선 전력 송신기이고,
상기 증폭하는 과정은, 스위칭 모드의 전력 증폭기에 의해 수행되는 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 변환하는 과정은, 완전 차동 OP 앰프와 출력 공용 모드 전압(Output Common Mode Voltage) 제어 회로에 의해 수행되는 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 완전 차동 OP 앰프의 일측 입력 단자에는, 상기 싱글 신호를 입력하기 위한 회로 구성이 설치되고,
상기 완전 차동 OP 앰프의 타측 입력 단자에는, 입력 임피던스 매칭을 위한 더미 로드의 회로 구성이 설치되는 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 싱글 신호를 발생하는 과정;
상기 변환된 차동 신호들을 전치 증폭하는 과정;
상기 증폭된 차동 신호들의 임피던스를 매칭하는 과정; 및
상기 임피던스 매칭된 차동 신호들에 따라 진동하는 자기장을 생성하는 과정을 더 포함하는 방법.
- 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 방법에 있어서, 싱글 신호를 차동 신호들로 변환하는 과정; 상기 변환된 차동 신호들을 전력 증폭하는 과정; 상기 증폭된 차동 신호들 간의 위상 차와 진폭을 측정하는 과정; 및 상기 측정 결과에 따라, 상기 변환되는 차동 신호들의 펄스 폭을 변경하는 과정을 포함하는 방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장매체.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150014205A KR102266465B1 (ko) | 2015-01-29 | 2015-01-29 | 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치 및 방법 |
| US15/008,932 US9923407B2 (en) | 2015-01-29 | 2016-01-28 | Apparatus and method for controlling differential signals of wireless power transmitter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150014205A KR102266465B1 (ko) | 2015-01-29 | 2015-01-29 | 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치 및 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160093338A KR20160093338A (ko) | 2016-08-08 |
| KR102266465B1 true KR102266465B1 (ko) | 2021-06-17 |
Family
ID=56553391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150014205A KR102266465B1 (ko) | 2015-01-29 | 2015-01-29 | 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치 및 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9923407B2 (ko) |
| KR (1) | KR102266465B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10892650B2 (en) * | 2017-08-28 | 2021-01-12 | Efficient Power Conversion Corporation | Multi-coil large area wireless power system |
| CN112650378B (zh) * | 2020-12-28 | 2023-04-25 | Oppo（重庆）智能科技有限公司 | 电子设备、电子设备的功耗优化方法以及存储介质 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011019373A (ja) | 2009-07-10 | 2011-01-27 | Seiko Epson Corp | 復調回路、送電制御装置、送電装置、電子機器およびデータ復調方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9136914B2 (en) * | 2009-01-22 | 2015-09-15 | Qualcomm Incorporated | Impedance change detection in wireless power transmission |
| KR101455697B1 (ko) * | 2012-02-28 | 2014-11-03 | 한국전기연구원 | 무선 전력 송신 네트워크를 포함하는 무선 전력 송신단 |
| KR101882754B1 (ko) | 2012-06-20 | 2018-07-27 | 삼성전자주식회사 | 전력 송신기에서 전력 전송을 제어하기 위한 방법 및 이를 위한 전력 송신기 |
-
2015
- 2015-01-29 KR KR1020150014205A patent/KR102266465B1/ko active IP Right Grant
-
2016
- 2016-01-28 US US15/008,932 patent/US9923407B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011019373A (ja) | 2009-07-10 | 2011-01-27 | Seiko Epson Corp | 復調回路、送電制御装置、送電装置、電子機器およびデータ復調方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160093338A (ko) | 2016-08-08 |
| US20160226294A1 (en) | 2016-08-04 |
| US9923407B2 (en) | 2018-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9479227B2 (en) | Wireless electromagnetic receiver and wireless power transfer system | |
| US9812902B2 (en) | Wireless electromagnetic receiver and wireless power transfer system | |
| US9509179B2 (en) | Wireless electromagnetic receiver and wireless power transfer system | |
| JP5238884B2 (ja) | 無線電力伝送装置 | |
| US9934902B2 (en) | Apparatus and method for transceiving wireless power | |
| JP2012254003A (ja) | 無線電力データ伝送システム、送電装置、および受電装置 | |
| KR20160066974A (ko) | 무선 전력 전송 장치 및 방법과 무선 전력 전송에 이용되는 공진주파수 검출 방법 | |
| US9577771B1 (en) | Radio frequency time skew calibration systems and methods | |
| US9762090B2 (en) | High efficiency gate driver for wireless power transmission | |
| US9306631B2 (en) | NFC reader transmission signal pre-distorsion | |
| EP3211757A1 (en) | Transmitter for magnetic resonance wireless power transfer system in metallic environment | |
| US10680465B2 (en) | Wireless power transmitter | |
| KR102266465B1 (ko) | 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치 및 방법 | |
| TW201308818A (zh) | 無線供電裝置以及無線供電系統 | |
| CN109883494B (zh) | 一种超声波换能器的数字信号调制与驱动电路及其工作方法 | |
| CN109690939A (zh) | 用于脉宽调制放大器的可配置控制环路拓扑 | |
| JPWO2016038737A1 (ja) | 共振型電力伝送装置 | |
| KR20130135521A (ko) | 에너지 전송 시스템에서 무선 에너지 송수신 장치 및 그 방법 | |
| KR101252282B1 (ko) | 무선 전력 송신 장치 및 방법 | |
| KR20120088266A (ko) | 무선 전력 송신기 및 그것의 무선 전력 전송 방법 | |
| JP6545104B2 (ja) | 共振型電力伝送装置 | |
| KR20170037339A (ko) | 무선 전력 송신기 | |
| KR20170037308A (ko) | 무선 전력 송신기 | |
| US20140203655A1 (en) | Apparatus for transmitting magnetic resonance wireless power using higher order mode resonance, receiving terminal, and method for transmitting and receiving wireless power using the same | |
| US11552618B2 (en) | Adaptive impedance matching apparatus and method for wireless power transfer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |