KR102381346B1 - 무선전력 수신 장치 및 무선 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

무선전력 수신 장치 및 이의 무선 통신 방법을 제공한다. 무선전력 수신 장치에 의한 무선 통신 방법은 무선전력 전송 장치로부터 무선전력 신호를 수신하는 단계, 상기 무선전력 신호의 세기를 측정하는 단계, 상기 측정한 무선전력 신호의 세기에 따라 상기 무선전력 신호의 진폭을 변조하는 단계 및 상기 진폭이 변조된 신호를 이용하여 상기 무선전력 전송 장치와의 통신을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선전력 수신 장치 및 무선 통신 방법{WIRELESS POWER RECEPTION DEVICE AND WIRELESS COMMUNICATION METHOD}
본 발명의 실시예들은 무선전력 전송 장치로부터 무선전력을 수신하는 무선전력 수신 장치 및 상기 무선전력 수신 장치의 무선 통신 방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰(smart phone), 랩탑(laptop), MP3(MPEG-1 Audio Layer-3) 플레이어(player), 헤드셋(headset) 등과 같은 휴대용 전자 장치의 보급이 확산되고 있다. 그러나, 휴대용 전자 장치는 베터리셀(예를 들어, 1차전지, 2차전지 등)에 저장된 전력을 소비함으로써 동작하기 때문에 휴대용 전자 장치가 지속적으로 동작할 수 있도록 하기 위해서는 배터리셀을 충전하거나 교체할 필요가 있다.
배터리셀을 충전하는 방식은 크게 전원 공급선과 전원 공급 단자를 이용하여 충전하는 접촉식 충전 방식 및 무선전력 전송 장치의 1차코일에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 무선전력을 무선전력 수신 장치를 이용하여 충전하는 비접촉식 충전 방식으로 구분된다. 그러나, 접촉식 충전 방식은 충전기와 배터리가 서로 결합되거나 분리될 때 양측 단자에 서로 다른 전위차가 발생함에 따라 순간방전현상이 나타나고, 전원 공급 단자가 외부로 노출되기 때문에 전원 공급 단자에 이물질이 쌓이면 화재가 발생할 수 있으며, 습기로 인해 배터리가 자연 방전되고 배터리의 수명과 성능이 저하되는 등의 문제가 있다. 따라서 최근에는 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 비접촉식 충전 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
비접촉식 충전 방식에 관한 기술 중 하나로, 한국등록특허공보 제10-0971705호(등록일 2010년 7월 15일) "무접점 충전 시스템"에는 무접점전력전송장치의 1차측코어부에 부하변화가 감지되면, 1차측코어부를 통해 요청신호의 출력시점으로부터 상기 요청신호에 대응하는 응답신호의 수신시점까지의 딜레이 타임(Delay time)을 측정하여 기준대기시간과 비교한 후, 기준대기시간보다 측정시간이 짧은 경우 해당 물체가 이물질인 것으로 판단하고, 기준대기시간보다 측정시간이 긴 경우 해당 물체가 정상적인 무접점전력수신장치로 판단하여 무선전력신호를 송출하는 것이 기재되어 있다.
이러한 자기 유도 방식의 비접촉 충전 시스템에서 무선전력 수신 장치는 일반적으로 무선전력 전송 장치와 ASK(Amplitude-Shift Keying) 변조 방식으로 통신한다. 구체적으로, 무선전력 수신 장치가 무선전력 송신 장치로부터 수신한 무선전력 신호의 진폭을 변조하면 변조 신호는 무선전력 전송 장치의 송신 코일에 유도된다. 무선전력 전송 장치는 송신 코일에 유도된 변조 신호를 검출함으로써 통신을 수행한다. 그러나, 무접점 충전 시스템에서 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호의 세기가 증가할수록 상기 변조 신호에 왜곡이 발생하게 되며 이는 무선전력 전송 장치와 무선전력 수신 장치 간의 통신 에러를 유발하는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는 비접촉 충전 시스템에서 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력의 세기가 증가하는 경우에도 무선전력 전송 장치와의 원활한 통신이 가능한 무선전력 수신 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 비접촉 충전 시스템에서 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력의 세기가 증가하는 경우에도 무선전력 전송 장치와 무선전력 수신 장치 간의 원활한 통신이 가능한 무선 통신 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 무선전력 수신 장치에 의한 무선 통신 방법은 무선전력 전송 장치로부터 무선전력 신호를 수신하는 단계, 상기 무선전력 신호의 세기를 측정하는 단계, 상기 측정한 무선전력 신호의 세기에 따라 상기 무선전력 신호의 진폭을 변조하는 단계 및 상기 진폭이 변조된 신호를 이용하여 상기 무선전력 전송 장치와의 통신을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 무선전력 신호의 진폭을 변조하는 단계는 상기 측정한 무선전력 신호의 세기에 따라 상기 무선전력 수신 장치에 포함된 복수개의 변조기 중 적어도 하나를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 복수개의 변조기는 각각 적어도 하나의 캐패시터(capacitor) 또는 저항을 포함하고, 적어도 하나의 트랜지스터(transistor)를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 트랜지스터는 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)일 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수개의 변조기는 상기 무선전력 수신 장치의 AC(Alternating Current) 단에 구성되고 상기 무선전력 수신 장치의 제어기에 병렬로 연결될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수개의 변조기 중 적어도 하나의 변조기는 상기 무선전력 수신 장치의 DC(Direct Current) 단에 구성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 무선전력 신호의 진폭을 변조하는 단계는 상기 측정한 무선전력 신호의 세기에 따라 상기 무선전력 수신 장치에 포함된 변조기의 게이트 바이어스(gate bias)를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 변조기는 복수개의 저항 및 적어도 하나의 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 무선전력 수신 장치는 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호를 수신하는 적어도 하나의 2차 코어, 상기 무선전력 신호의 세기를 측정하는 검출 회로, 상기 무선전력 신호의 진폭을 변조하는 복수개의 변조기 및 상기 측정한 무선전력 신호의 세기를 기반으로 상기 복수개의 변조기 중 적어도 하나를 선택하며, 상기 선택된 변조기에 의해 진폭이 변조된 신호를 이용하여 상기 무선전력 전송 장치와의 통신을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 무선전력 수신 장치는 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호를 수신하는 적어도 하나의 2차 코어, 상기 무선전력 신호의 세기를 측정하는 검출 회로, 상기 무선전력 신호의 진폭을 변조하는 변조기 및 상기 측정한 무선전력 신호의 세기를 기반으로 상기 변조기의 게이트 바이어스를 제어하고, 상기 변조기에 의해 진폭이 변조된 신호를 이용하여 상기 무선전력 전송 장치와의 통신을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
무선전력 수신 장치가 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호의 세기에 따라 상기 무선전력 신호의 진폭을 변조함으로써 변조 신호의 왜곡이 방지되기 때문에 무선전력 전송 장치로부터 다양한 크기의 무선전력 신호가 전송되는 경우에도 원활한 무선 통신이 가능하다.
도 1은 본 발명이 적용되는 비접촉 충전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 비접촉 충전 시스템에 포함되는 무선전력 전송 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 비접촉 충전 시스템에 포함되는 무선전력 수신 장치를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 수신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 수신 장치를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 수신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 수신 장치를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 수신 장치의 무선 통신 방법을 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 "무선전력" 이라는 용어는, 물리적인 전자기 전도체들의 사용 없이 송신기로부터 수신기로 송신되는 전기장, 자기장, 전자기장 등과 관련된 임의의 형태의 에너지를 의미한다. 무선전력은 전력 신호(power signal) 또는 무선전력 신호라 불릴 수도 있으며, 송신측의 1차 코일과 수신측의 2차 코일에 의해 둘러싸이는(enclosed) 진동하는 자속(oscillating magnetic flux)을 의미할 수도 있다. 이하, 휴대 전화기(mobile phone), 코드리스(cordless) 전화기, 스마트폰, MP3 플레이어, 랩탑, 헤드셋 등을 포함하는 장치들을 무선으로 충전하기 위한 비접촉 충전 시스템에서의 무선전력 수신 장치 및 무선 통신 방법에 대해 예를 들어 설명한다. 무선전력 전송의 기본적인 원리는, 자기 유도 커플링 방식이나, 30MHz 미만의 주파수들을 사용하는 자기 공진 커플링(즉, 공진 유도) 방식을 모두 포함한다. 그러나, 비교적 높은 방사 레벨들에서의, 예를 들어, 135kHz (LF) 미만 또는 13.56MHz (HF)에서의 라이센스-면제 동작이 허용되는 주파수들을 포함하는 다양한 주파수들이 이용될 수도 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 비접촉 충전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 비접촉 충전 시스템(100)은 무선전력 전송 장치(110) 및 적어도 하나의 무선전력 수신장치(150-1,...150-n)(여기서, n은 자연수)를 포함한다.
무선전력 전송 장치(110)는 1차 코어(primary core)를 포함한다. 1차 코어는 적어도 하나의 1차 코일(primary coil)을 포함할 수 있다. 무선전력 전송 장치(110)는 임의의 적합한 형태를 가질 수 있으나, 한 가지 바람직한 형태는 전력 전송 표면을 가진 평탄한 플랫폼일 수 있다. 각각의 무선전력 수신 장치(150-1,...,150-n)는 상기 플랫폼 상 또는 그 근처에 위치하여 무선전력 전송 장치(110)로부터 무선전력을 수신할 수 있다.
각 무선전력 수신 장치(150-1,...,150-n)는 무선전력 전송장치(110)로부터 분리 가능하다. 각 무선전력 수신 장치(150-1,...,150-n)는 무선전력 전송 장치(110)의 근처에 있을 때 무선전력 전송 장치(110)의 1차 코어에 의해 발생되는 전자기장과 결합되는 2차 코어(secondary core)를 포함한다. 2차 코어는 하나 이상의 2차 코일(secondary coil)을 포함할 수 있다.
무선전력 전송 장치(110)는 코드 접촉 없이 무선전력 수신 장치(150-1,...,150-n)로 전력을 전송한다. 이때 1차 코어와 2차 코어는 서로 자기 유도 커플링(coupling) 또는 자기 공진 커플링되었다고 한다. 1차 코일 또는 2차 코일은 임의의 적합한 형태들을 가질 수 있다. 일 예로, 1차 코일 및 2차 코일은 페라이트(ferrite) 또는 비정질 금속(amorphous material)의 주위에 감긴 동선일 수 있다.
무선전력 수신 장치(150-1,...,150-n)는 외부 부하(도시되지 않음. 무선전력 수신 장치의 실제 부하라고도 함)에 연결되어, 무선전력 전송 장치(110)로부터 무선으로 수신한 전력을 외부 부하에 공급할 수 있다. 예를 들어 무선전력 수신 장치(150-1,...,150-n)는 각각 휴대형 전기 또는 전자 장치 또는 재충전가능 배터리셀 또는 전지와 같이, 전력을 소비하거나 저장하는 물체로 수신한 전력을 운반할 수 있다.
도 2는 비접촉 충전 시스템에 포함되는 무선전력 전송 장치를 나타내는 블록도이다. 이하, 도 2를 참조하여 무선전력 전송 장치에 대해 보다 상세히 설명한다.
무선전력 전송 장치(200)는 1차 코어(210), 전기 구동 회로(220), 제어기(230) 및 검출 회로(240)를 포함할 수 있다.
1차 코어(210)는 무선전력 수신 장치를 검출하기 위한 신호 및 무선전력 신호를 전송한다.
전기 구동 회로(220)는 1차 코어(210)에 연결되어 1차 코어(210)에서 전자기장이 발생되도록 1차 코어에 전기 구동 신호들을 인가한다.
제어기(230)는 전기 구동 회로(220)에 연결되어 1차 코어(210)가 유도 자기장을 발생시키거나 자기공진을 일으킬 때 필요한 교류(AC: Alternating Current) 신호를 제어해주는 제어 신호(231)를 생성한다. 제어기(230)는 무선전력 수신 장치로부터 수신한 전력 제어 신호에 따라 동작 주파수, 무선전력 전송 장치(200) 내의 전압, 전류 및/또는 듀티 사이클(duty cycle)을 제어할 수 있다.
검출 회로(240)는 1차 코어(220)에 흐르는 전류를 측정한다. 검출 회로(240)가 측정하는 전류는 교류 전류(AC: Alternating Current) 또는 직류 전류(DC: Direct Current)일 수 있다. 일 예로, 검출 회로(240)는 전류 센서(current sensor) 또는 전압센서일 수 있다. 또는 검출 회로(240)는 1차 코어(210)에 흐르는 고전류를 저전류로 낮추어 사용하는 변압기(transformer)일 수 있다.
제어기(230)는 검출 회로(240)에서 측정된 전류 혹은 전압값을 이용하여 무선전력 수신 장치가 송신한 정보를 획득할 수 있다. 무선전력 수신 장치는 부하를 변동시킴으로써 요구전력이 만족될 때까지 전력 상승을 요청하는 전력 제어 신호 또는 전력 하강을 요청하는 전력 제어 신호를 계속 또는 주기적으로 무선전력 전송 장치(200)로 전송할 수 있다. 무선전력 전송 장치(200)는 부하 변동을 통해 무선전력 수신 장치로부터 전력 상승을 요청하는 전력 제어 신호를 수신하면, 변압기 혹은 저항 등을 이용한 전압분배기를 이용하여 이를 적당한 크기로 낮추고 검파기를 이용하여 포락선 검파(envelope detection)를 수행한 후 저대역 필터(low-pass filter)를 통과시킴으로써 무선전력 수신 장치로부터의 신호를 검출할 수 있다. 그리고, 상기 전력 제어 신호에 대한 응답으로서 더 높은 전력이 전송되도록 1차 코어(210)에 흐르는 전류의 세기를 상승시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 1차 코어(210)에 더 큰 전류가 흐르도록 하기 위해, 제어기(230)는 기준 AC 신호 보다 더 큰 AC 신호가 1차 코어(210)에 인가될 수 있도록 제어 신호를 조정할 수 있다. 반대로, 제어기(230)는 무선전력 수신 장치로부터 전력 하강을 요청하는 전력 제어 신호를 수신하면, 현재 전송 전력 보다 낮은 전력이 전송되도록 기준 AC 신호 보다 낮은 AC 신호가 1차 코어(210)에 인가될 수 있도록 제어 신호를 조절할 수 있다.
도 3은 비접촉 충전 시스템에 포함되는 무선전력 수신 장치를 나타내는 회로도이다. 이하, 도 3을 참조하여 무선전력 수신 장치의 구조에 대해 보다 상세히 설명한다.
무선전력 수신 장치(300)는 2차 코어(310), 변조기(320), 제어기(330), 정류기(340, rectifier) 및 조정기(350, regulator)를 포함할 수 있다.
2차 코어(310)는 적어도 하나의 2차 코일로 구성될 수 있다. 2차 코어(310)는 무전전력 전송 장치의 1차 코어로부터 전송되는 무선전력 신호를 수신할 수 있다.
변조기(320)는 도 3에 도시된 것과 같이 무선전력 수신 장치(300)의 AC 단에 구성될 수 있으며, 2차 코어(310)를 통해 수신된 무선전력 신호의 진폭을 변조할 수 있다. 이를 위하여 변조기(320)는 캐패시터(321, capacitor) 및 트랜지스터(322, transistor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 변조기(320)는 캐패시터(321)에 연결된 트랜지스터(322)를 온(on)/오프(off)함으로써 2차 코어(310)를 통해 수신된 무선전력 신호의 진폭을 변조할 수 있다. 진폭이 변조된 신호는 2차 코어(310)를 통해 무선전력 전송 장치의 1차 코어로 유도될 수 있다.
제어기(330)는 무선전력 수신 장치(300)의 동작을 제어하기 위한 것으로서 일 예로, 무선전력 수신 장치(300)에 연결된 부하(미도시)로 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(330)는 변조기(320)를 제어함으로써 무선전력 전송 장치와 통신을 수행할 수 있다.
정류기(340)는 2차 코어(310)를 통해 수신된 AC 전력을 DC(Direct Current) 전력으로 정류할 수 있다. 정류기(340)에 의해 정류된 전력은 조정기(350)를 통해서 무선전력 수신 장치(300)에 연결 또는 장착 또는 포함된 부하로 공급될 수 있다. 정류기(340)는 도 3에 도시된 것과 같이 하프 브릿지(half-bridge), 풀 브릿지(full-bridge) 등으로 구현될 수 있다. 도 3에는 일 예로 정류기(340)가 복수개의 다이오드(diode)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 정류기(340)의 다이오드는 FET(Field Effect Transistor)와 같은 트랜지스터로 대체될 수 있다.
조정기(350)는 정류기(340)의 출력단에 구성되어 정류기(340)로부터 출력되는 고전압 및/또는 불규칙한 전압을 안정적인 전력 공급을 위해 저전압으로 조정할 수 있다.
한편 도 3에는 도시되지 않았지만, 무선전력 수신 장치(300)는 정류기(340)의 출력을 모니터링함으로써 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호의 세기를 측정하는 검출 회로를 포함할 수 있다.
제어기(330)는 검출 회로에서 검출된 무선전력 신호의 세기가 기 설정된 기준치(control point) 보다 크거나 작은 경우, 변조기(320)를 이용하여 무선전력 수신 장치로부터 수신되는 무선전력 신호의 진폭을 변조함으로써 일정한 세기의 무선전력 신호가 수신될 수 있도록 전력 제어에 대한 정보를 전송할 수 있다. 또는, 제어기(330)는 검출 회로에서 검출된 무선전력 신호의 세기가 기 설정된 범위를 벗어나는 경우, 변조기(320)를 이용하여 무선전력 수신 장치로부터 수신되는 무선전력 신호의 진폭을 변조함으로써 상기 무선전력 신호의 세기가 기 설정된 범위 내에서 유지될 수 있도록 할 수 있다. 이때 도 3에 도시된 것과 같이 변조기(320)에 캐패시터(321)가 사용되는 경우 주파수의 변화에 대해 일정한 임피던스(impedance)가 유지되도록 함으로써 주파수가 변해도 변조기(320)가 일정한 진폭변조를 수행 가능하도록 할 수 있다. 그러나, 변조기(320)에 캐패시터(321) 대신 저항이 사용되는 경우에는 사용한 저항에 따라 응답 시간(response time)이 최소화될 수는 있으나 주파수에 따라 임피던스가 변화하기 때문에 전대역(full band)이 사용되는 경우 주파수에 따른 왜곡이 초래될 수 있다. 또한, 변조기(320)에 캐패시터(321)가 사용되더라도 무선전력 전송 장치로부터 수신되는 전력의 크기가 소정 값보다 커지게 되면 변조기(320)에 의해 변조된 신호가 왜곡될 수 있다. 이러한 변조 신호의 왜곡은 무선전력 전송 장치와 무선전력 수신 장치(300) 간의 통신에 장애를 초래하므로, 원활한 통신을 위하여 본 발명에 따른 무선전력 수신 장치는 다음과 같이 구성을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 수신 장치를 나타내는 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 수신 장치를 나타내는 회로도이다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 수신 장치에 대해 상세히 설명한다.
먼저 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 수신 장치(400)는 2차 코어(410), 정류기(420), 조정기(430), 검출 회로(440), 제어기(450) 및 복수개의 변조기(460, 470)를 포함할 수 있다. 무선전력 수신 장치(400)는 외부의 부하(480)에 연결되어 무선전력 전송 장치로부터 무선으로 수신한 전력을 부하(480)로 공급할 수 있다. 도 4 및 도 5에는 일 예로 무선전력 수신 장치(400)에 2개의 변조기(460, 470)가 포함되는 경우가 도시되어 있지만, 무선전력 수신 장치(400)는 2개 보다 많은 수의 변조기를 포함할 수도 있다.
2차 코어(410)는 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호를 수신하는 적어도 하나의 2차 코일을 포함할 수 있다.
정류기(420)는 2차 코어(410)를 통해 수신한 무선전력 신호를 정류할 수 있다. 구체적으로, 정류기(420)는 전파(full-wave) 또는 반파(half-wave) 정류를 이용하여 2차 코어(410)를 통해 수신한 AC 파형의 무선전력 신호를 DC 전력으로 변환할 수 있다.
조정기(430)는 정류기(420)의 출력단에 구성되어 정류기(420)로부터 출력되는 고전압 및/또는 불규칙한 전압을 안정적인 전력 공급을 위해 저전압으로 조정할 수 있다.
검출 회로(440)는 정류기(420) 출력단에 연결되어 정류기(420)로부터 출력되는 DC 전압을 모니터링함으로써 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호의 세기를 측정할 수 있다.
제어기(450)는 검출 회로(440)에서 측정된 무선전력 신호의 세기를 기반으로 복수개의 변조기(460, 470) 중 어느 하나 또는 적어도 하나를 선택하며, 상기 선택된 변조기에 의해 진폭이 변조된 신호를 이용하여 상기 무선전력 전송 장치와의 통신을 제어할 수 있다.
각 변조기(460, 470)는 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호의 진폭을 변조할 수 있다. 여기서 각 변조기(460, 470)는 서로 다른 전력의 신호에 대한 진폭 변조에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 변조기(460)는 무선전력 전송 장치로부터 수신한 무선전력 신호의 세기가 조정기(430) 출력단에서 측정한 값을 기준으로, 기준치 이상인 경우 해당 신호의 진폭 변조에 사용될 수 있고, 제2 변조기(470)는 상기 무선전력 신호의 세기가 상기 기준치 미만인 경우 해당 신호의 진폭 변조에 사용될 수 있다. 여기서 상기 기준치는 무선전력신호의 크기에 따라서 여러 개의 값으로 설정될 수 있다.
만일 무선전력 수신 장치(400)에 3개의 변조기가 구성되는 경우, 상기 3개의 변조기 중 어느 하나는 무선전력 신호가 제1 기준치 미만인 경우의 진폭 변조에 사용되고, 상기 3개의 변조기 중 다른 하나는 무선전력 신호가 제2 기준치 이상인 경우의 진폭 변조에 사용되며, 상기 3개의 변조기 중 나머지 하나는 무선전력 신호가 제1 기준치 이상이고 제2 기준치 미만인 경우의 진폭 변조에 사용될 수 있다.
제어기(450)는 복수개의 변조기(460, 470) 중 선택한 변조기를 이용하여 충전 제어 정보, 충전 상태 정보, 만충전 정보 등을 생성할 수 있다. 상기 충전 제어 정보는 제어 오류 패킷(control error packet)을 통해 무선전력 전송 장치로 전송될 수 있다. 상기 충전 상태 정보는 충전 상태 패킷(charge status packet)을 통해 무선전력 전송 장치로 전송될 수 있다. 상기 만충전 정보는 전력 전송 종료 패킷(end power transfer packet)을 통해 무선전력 전송 장치로 전송될 수 있다.
이하 도 5를 참조하여 2개의 변조기(560, 570)를 포함하는 무선전력 전송 장치의 구조에 대해 보다 상세히 설명한다. 도 5에는 일 예로 2차 코어(510)가 하나의 2차 코일을 포함하는 경우가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 각 변조기(560, 570)는 제어기(550)에 병렬로 연결될 수 있으며, 적어도 하나의 캐패시터와 적어도 하나의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 도 5에는 일 예로 각 변조기(560, 570)가 2개의 캐패시터와 2개의 트랜지스터를 포함하는 경우가 도시되어 있다. 여기서, 상기 트랜지스터는 FET(Field Effect Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)일 수 있다. 각 변조기(560, 570)는 캐패시터에 연결된 트랜지스터를 온/오프함으로써 2차 코어(510)를 통해 수신된 무선전력 신호의 진폭 및/또는 진폭의 크기를 부하의 변화량에 따라 변조할 수 있다.
도 5에서, 각 변조기(560, 570)에 포함된 캐패시터는 저항으로 대체될 수 있다. 즉, 각 변조기(560, 570)는 복수개의 저항과 복수개의 트랜지스터를 포함할 수도 있다. 이 경우, 변조기는 무선전력 신호의 진폭을 변조함에 있어 캐패시터를 사용할 때처럼 전하를 축전하는데 걸리는 시간이 필요하지 않기 때문에 무선전력 수신 장치의 응답 시간이 최소화될 수 있다.
한편 도 5에는 복수개의 변조기(560, 570)가 무선전력 수신 장치의 AC 단에 구성되는 경우가 도시되어 있지만, 상기 복수개의 변조기(560, 570)는 무선전력 수신 장치의 DC 단(예를 들어, 정류기(520)와 조정기(530) 사이)에 구성될 수 있으며, 상기 복수개의 변조기(560, 570) 중 일부는 AC 단에 구성되고 나머지는 DC 단에 구성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 수신 장치를 나타내는 블록도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 수신 장치를 나타내는 회로도이다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 수신 장치에 대해 상세히 설명한다.
먼저 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 수신 장치(600)는 2차 코어(610), 정류기(620), 조정기(630), 검출 회로(640), 제어기(650) 및 변조기(660)를 포함할 수 있다. 도 6의 실시예에 따른 무선전력 수신 장치(600) 또한 외부의 부하(670)로 전력을 공급할 수 있다.
2차 코어(610)는 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호를 수신하는 적어도 하나의 2차 코일을 포함할 수 있다.
정류기(620)는 2차 코어(610)를 통해 수신한 무선전력 신호를 정류할 수 있다. 구체적으로, 정류기(620)는 전파 정류를 이용하여 2차 코어(610)를 통해 수신한 AC 파형의 무선전력 신호를 DC 전력으로 변환할 수 있다.
조정기(630)는 정류기(620)의 출력단에 구성되어 정류기(620)로부터 출력되는 고전압 및/또는 불규칙한 전압을 안정적인 전력 공급을 위해 저전압으로 조정할 수 있다.
검출 회로(640)는 정류기(620) 출력단에 연결되어 정류기(620)로부터 출력되는 DC 전압을 모니터링함으로써 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호의 세기를 측정할 수 있다.
제어기(650)는 검출 회로(640)에서 측정된 무선전력 신호의 세기를 기반으로 변조기(660)의 게이트 바이어스(gate bias)를 능동적으로 제어할 수 있다. 여기서, 게이트 바이어스는 변조기(660) 내 트랜지스터(예를 들어, MOSFET)의 게이트(Gate)와 소스(source) 또는 서브 스트레이트(sub-strate) 사이에 걸리는 DC 전압 또는 전류로 정의될 수 있다. 예를 들어, 제어기(650)는 무선전력 신호의 세기에 따라 게이트 바이어스(Vgs)를 3.3V, 3V, 2.5V, 2V이 되도록 제어할 수 있다. 이를 위하여 제어기(650)는 적어도 하나의 캐패시터, 적어도 하나의 트랜지스터 및 적어도 하나의 저항을 포함할 수 있다.
제어기(650)는 변조기(660)의 게이트 바이어스를 제어함으로써 충전 제어 정보, 충전 상태 정보, 만충전 정보 등을 생성할 수 있으며, 생성한 정보를 2차 코어(610)를 통해 무선전력 전송 장치로 전달할 수 있다.
이하 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 전송 장치의 구조에 대해 보다 상세히 설명한다. 도 7에는 일 예로 2차 코어(710)가 하나의 2차 코일을 포함하는 경우가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 변조기(760)는 제어기(750)에 연결될 수 있으며, 일 예로 2개의 캐패시터, 2개의 트랜지스터 및 2개의 저항을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 트랜지스터는 FET 또는 MOSFET일 수 있다.
도 7에서, 변조기(760)에 포함된 캐패시터도 저항으로 대체될 수 있다. 즉, 변조기(760)는 복수개의 저항과 복수개의 트랜지스터를 포함할 수도 있다. 이 경우, 변조기(760)는 무선전력 신호의 진폭을 변조함에 있어 캐패시터를 사용할 때처럼 전하를 축전하는데 걸리는 시간이 필요하지 않다. 따라서, 무선전력 수신 장치의 응답 시간은 최소화될 수 있다.
한편 도 7에는 변조기(760)가 무선전력 수신 장치의 AC 단에 구성되는 경우가 도시되어 있지만, 상기 변조기(760)는 무선전력 수신 장치의 DC 단(예를 들어, 정류기(720)와 조정기(730) 사이)에 구성될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 수신 장치의 무선 통신 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 무선전력 수신 장치의 무선 통신 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 무선전력 수신 장치는 무선전력 전송 장치로부터 무선전력 신호를 수신하면(S810), 상기 무선전력 신호의 세기를 측정할 수 있다(S820). 그리고, 무선전력 전송 장치와의 안정적인 통신을 위하여 측정한 무선전력 신호의 세기에 따라 무선전력 전송 장치와의 통신에 적용할 진폭 변조의 양을 결정할 수 있다(S830).
일 예로, 무선전력 수신 장치는 측정된 무선전력 신호의 세기에 따라 무선전력 수신 장치에 포함된 복수개의 변조기 중 어느 하나 또는 적어도 하나를 선택하고, 선택한 변조기를 이용하여 무선전력 신호의 진폭을 변조할 수 있다. 이 경우, 상기 복수개의 변조기는 도 5에 도시된 것과 같이 각각 적어도 하나의 캐패시터 또는 저항을 포함하고, 적어도 하나의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 적어도 하나의 트랜지스터는 FET, MOSFET 등으로 구현될 수 있다. 한편, 상기 복수개의 변조기는 무선전력 수신 장치의 AC 단 또는 DC 단에 구성될 수 있다. 그리고 무선전력 수신 장치의 제어기에 병렬로 연결될 수 있다. 도 5에서 각 변조기에 포함된 캐패시터는 무선전력 수신 장치의 응답 시간을 감소시키기 위하여 저항으로 대체될 수 있다.
다른 예로, 무선전력 수신 장치는 측정된 무선전력 신호의 세기에 따라 무선전력 수신 장치에 포함된 하나의 변조기의 게이트 바이어스를 능동적으로 제어할 수 있다. 이를 위하여 상기 하나의 변조기는 도 7에 도시된 것과 같이 복수개의 저항 및 적어도 하나의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 하나의 변조기는 무선전력 수신 장치의 AC 단 또는 DC 단에 구성될 수 있으며, 상기 하나의 변조기에 포함된 캐패시터 또한 무선전력 수신 장치의 응답 시간을 감소시키기 위하여 저항으로 대체될 수 있다.
무선전력 수신 장치는 결정된 진폭 변조를 이용하여 신호를 변조한 후 무선전력 전송 장치와의 통신을 수행할 수 있다(S840). 구체적으로, 상기 진폭이 변조된 신호는 무선전력 수신 장치의 2차 코어로부터 무선전력 전송 장치의 1차 코어로 유도되고, 무선전력 전송 장치는 1차 코어에 유도된 신호를 검출하여 송신 전력을 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 무선전력 수신 장치에 의한 무선 통신 방법에 있어서,
    무선전력 전송 장치로부터 무선전력 신호를 수신하는 단계;
    상기 무선전력 신호의 세기를 측정하는 단계;
    상기 측정한 무선전력 신호의 세기에 따라 상기 무선전력 신호의 진폭을 변조하는 단계; 및
    상기 진폭이 변조된 신호를 이용하여 상기 무선전력 전송 장치와의 통신을 수행하는 단계
    를 포함하고,
    상기 무선전력 신호의 진폭을 변조하는 단계는,
    상기 측정한 무선전력 신호의 세기에 따라 상기 무선전력 수신 장치에 포함된 복수개의 변조기 중 적어도 하나를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 변조기는,
    각각 적어도 하나의 캐패시터(capacitor) 또는 저항을 포함하고, 적어도 하나의 트랜지스터(transistor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 트랜지스터는,
    MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)인 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 변조기는,
    상기 무선전력 수신 장치의 AC(Alternating Current) 단에 구성되고 상기 무선전력 수신 장치의 제어기에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 변조기 중 적어도 하나의 변조기는,
    상기 무선전력 수신 장치의 DC(Direct Current) 단에 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 무선전력 전송 장치로부터 전송되는 무선전력 신호를 수신하는 적어도 하나의 2차 코어;
    상기 무선전력 신호의 세기를 측정하는 검출 회로;
    상기 무선전력 신호의 진폭을 변조하는 복수개의 변조기; 및
    상기 측정한 무선전력 신호의 세기를 기반으로 상기 복수개의 변조기 중 적어도 하나를 선택하며, 상기 선택된 변조기에 의해 진폭이 변조된 신호를 이용하여 상기 무선전력 전송 장치와의 통신을 제어하는 제어기
    를 포함하는 무선전력 수신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수개의 변조기는,
    각각 적어도 하나의 캐패시터 또는 저항을 포함하고, 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 트랜지스터는,
    MOSFET인 것을 특징으로 하는 무선전력 수신 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복수개의 변조기는,
    상기 무선전력 수신 장치의 AC 단에 구성되고 상기 제어기에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 복수개의 변조기 중 적어도 하나의 변조기는,
    상기 무선전력 수신 장치의 DC 단에 구성되는 것을 특징으로 하는 무선전력 수신 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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