KR102472196B1 - 고효율 능동형 정류기 및 이를 적용한 무선 전력 전송 시스템 - Google Patents

고효율 능동형 정류기 및 이를 적용한 무선 전력 전송 시스템 Download PDF

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Abstract

고효율 능동형 정류기 및 이를 적용한 무선 전력 전송 시스템을 개시한다. 고효율 능동형 정류기는 교류 입력 신호의 위상이 양인 구간에서 전압을 축적하는 제1 정류부 및 상기 교류 입력 신호의 위상이 음인 구간에서 전압을 축적하는 제2 정류부를 포함하고, 상기 제1 정류부 및 상기 제2 정류부 각각은 스위치의 지연으로 인한 역전류 누설을 능동형 다이오드부를 통해 보상하고, 상기 능동형 다이오드부는 통전 전압의 전압 제어를 통해 추가적으로 역전류 발생을 제한할 수 있다.

Description

고효율 능동형 정류기 및 이를 적용한 무선 전력 전송 시스템{Active rectifier, Wireless power transfer system including active rectifier}
본 발명은 고효율 능동형 정류기에 관한 것으로서, 역누설 전류 또는 역전류 방지를 위한 능동다이오드부의 게이트 전압 제어 회로를 갖는 고효율 능동형 정류기 및 이를 적용한 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
능동형 정류기는 스위칭 소자들의 내부회로 지연에 의하여 신호가 지연되고 실제 스위칭 소자 제어가 원하는 구간 보다 지연된다. 이러한 제어의 지연에 의해 지연된 시간에 따라 역전류가 발생할 수 있다.
능동형 정류기는 무선 전력 전송 시스템의 수신기에 반드시 필요한 구성이고, 이러한 능동형 정류기는 사물인터넷 및 헬스케어 시스템의 전력 전송을 위한 다양한 분야에 사용될 수 있다.
따라서, 이러한 역전류 발생을 방지하기 위한 여러 가지 방식이 제안되고 있다.
그러나, 종래기술들은 버퍼, 지연 고정 루프 또는 동기 제어회로 등 역전류를 방지하기 위한 복잡한 구성이 추가되어야 하기 때문에 집적화 및 비용 절감 등의 문제를 안고 있다.
또한, 능동형 정류기가 적용되는 무선 전력 전송 시스템의 경우 주파수 분할 현상 완화를 위하여 송신부에 전류 센싱을 통해 무선 전력 전송 시스템의 동작 상태를 판단하고, 비정상 동작일 경우 동작 주파수 튜닝이 가능한 회로 추가가 요구되고 있다.
선행문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-2120955호(발명의 명칭: 시간 지연 기법을 이용하여 역전류 누설을 제거하는 역전류 보상 회로 및 능동형 정류기) 선행문헌 2: 대한민국 등록특허공보 제10-1313662호(발명의 명칭: 지연 고정 루프를 이용한 능동형 정류기, 능동형 정류기를 포함하는 무선전력 수신 장치) 선행문헌 3: 대한민국 등록특허공보 제10-1537896호(발명의 명칭: 역전류 누설을 줄일 수 있는 능동형 정류기 및 이를 이용한 무선 전력 수신 장치) 선행문헌 4: 미국등록특허 제10637,292호, "CONTROLLING WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEMS"
본 발명의 실시예는 일반적인 능동형 정류기에 추가적으로 역전류 발생을 방지할 수 있는 구성으로 추가함으로써 집적화 및 비용 절감에 유리한 능동형 정류기를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 무선 전력 전송 시 무선 전력 전송의 효율성 향상을 위해 결합 계수를 높이더라도 무선 전력 전송 시스템의 안정성을 확보하면서 높은 무선 전력 전송율을 달성할 수 있는 무선 전력 전송 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 능동형 정류기는, 교류 입력 신호의 위상이 양인 구간에서 전압을 축적하는 제1 정류부 및 상기 교류 입력 신호의 위상이 음인 구간에서 전압을 축적하는 제2 정류부를 포함하고, 상기 제1 정류부 및 상기 제2 정류부 각각은 스위치의 지연으로 인한 역전류 누설을 능동형 다이오드부를 통해 보상하고, 상기 능동형 다이오드부는 통전 전압의 전압 제어를 통해 추가적으로 역전류 발생을 제한한다.
상기 제1 정류부는 상기 교류 입력이 양인 구간에서 상기 교류 입력의 차동 신호에 의해 통전되는 제1 스위치 및 역방향 전류를 방지하는 제1 능동 다이오드부를 포함하고, 상기 제2 정류부는 상기 교류 입력이 음인 구간에서 상기 교류 입력의 차동 신호에 의해 통전되는 제2 스위치 및 역방향 전류를 방지하는 제2 능동 다이오드부를 포함하고, 상기 제1 능동 다이오드부 및 제2 능동 다이오드부 각각은 상기 교류 입력을 기준 전압과 비교한 결과를 출력하는 비교기, 상기 비교기 출력 전압에 의해 통전되는 트랜지스터 및 상기 트랜지스터의 게이트 입력 전압을 기 설정된 전압보다 작게 유지하는 전압 제어부를 포함할 수 있다.
상기 전압 제어부는 일단이 상기 비교기의 출력이 연결되는 상기 트랜지스터의 게이트에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 다이오드-커넥티드 모스(diode-connected MOS)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 수신 장치는 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 에너지를 수신하는 코일부와, 상기 코일부로부터 수신되는 교류 신호를 정류하는 능동형 정류기 및 상기 정류기의 출력 신호 레벨을 조정하는 전압 컨버터를 포함하고, 상기 능동형 정류기는 스위치의 지연으로 인한 역전류 누설을 능동형 다이오드부를 통해 보상하고, 상기 능동형 다이오드부는 통전 전압의 전압 제어를 통해 추가적으로 역전류 발생을 제한한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 일반적인 능동형 정류기에 추가적으로 역전류 발생을 방지할 수 있는 구성으로 추가함으로써 집적화 및 비용 절감에 유리한 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 무선 전력 전송 시 무선 전력 전송의 효율성 향상을 위해 결합 계수를 높이더라도 무선 전력 전송 시스템의 안정성을 확보하면서 높은 무선 전력 전송율을 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 주파수 분할 현상을 완화하기 위해 시스템을 회로적으로 분석한 후, 분석을 바탕으로 주파수 분할 현상을 완화하기 위한 송신 커패시터 값의 범위를 결정하는 수학식을 이용하는 무선 전력 전송 시스템 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 능동형 정류기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 능동 다이오드부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 일반적인 능동형 정류기의 능동 다이오드부의 구체적인 회로 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 능동 다이오드부의 구체적인 회로 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는 일반적인 능동형 정류기의 역전류 발생을 설명하기 위한 동작 실험 예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 능동형 정류기의 동작 실험 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c는 무선 전력 전송 시스템의 주파수 분할 현상을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성을 나타낸다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치의 커패시터 매칭 결과를 설명하는 도면이다.
도 12a 및 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치의 커패시터 값의 매칭 결과를 설명하는 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 일반적인 능동형 정류기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 능동형 정류기는 교류 입력 신호 VAC의 위상이 양인 구간에서 전압을 축적하는 제1 정류부(110, 120, 150) 및 교류 입력 신호 VAC의 위상이 음인 구간에서 전압을 축적하는 제2 정류부(130, 140, 150)를 포함한다.
도 1에서 참조부호 120 및 140은 각각 능동 다이오드부이다.
제1 능동 다이오드부(120) 및 제2 능동 다이오드부(140)는 각각 교류 입력을 기준 전압과 비교한 결과를 출력하는 비교기(121, 141) 및 비교기(121, 141) 출력 전압에 의해 통전되는 트랜지스터 MN2 및 MN1을 포함한다.
이때, 능동형 정류기는 NMOS 트랜지스터인 MN2 또는 MN1이 턴온 될 때 발생하는 역전류를 저감시켜 주기 위해 도 3에 도시된 능동 다이오드의 시간 지연 보상 회로를 포함할 수 있다.
그런데, 주파수의 작은 변화나 입력 신호의 큰 위상 변화 또는 회로 내부의 기생 성분 등에 의해 지연 보상 신호의 동기화 문제로 다시 역전류가 발생할 수 있는 문제가 있다.
따라서, 시간 지연 보상 기법을 이용한 능동 다이오드에서 역전류가 발생하는 경우에도 추가적으로 역전류를 저감 시킬 수 있는 방안이 필요하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 능동 다이오드부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 능동 다이오드부는 통전 전압의 전압 제어를 통해 추가적으로 역전류 발생을 제한하기 위한 구성(350)을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 능동형 정류기는 교류 입력 신호의 위상이 양인 구간에서 전압을 축적하는 제1 정류부(110, 120, 150) 및 교류 입력 신호의 위상이 음인 구간에서 전압을 축적하는 제2 정류부(130, 140, 150)를 포함하고, 상기 제1 정류부(110, 120, 150) 및 상기 제2 정류부(130, 140, 150) 각각은 스위치의 지연으로 인한 역전류 누설을 능동형 다이오드부(220)를 통해 보상하고, 상기 능동형 다이오드부(220)는 통전 전압의 전압 제어를 통해 추가적으로 역전류 발생을 제한한다.
이때, 제1 정류부(110, 120, 150)는 교류 입력이 양인 구간에서 교류 입력의 차동 신호에 의해 통전되는 제1 스위치(110) 및 역방향 전류를 방지하는 제1 능동 다이오드부를 포함할 수 있다.
제2 정류부(130, 140, 150)는 교류 입력이 음인 구간에서 교류 입력의 차동 신호에 의해 통전되는 제2 스위치(130) 및 역방향 전류를 방지하는 제2 능동 다이오드부를 포함할 수 있다.
제1 능동 다이오드부 및 제2 능동 다이오드부는 각각 도 1의 능동 다이오드부(120, 140)에 역전류 발생을 제한하기 위한 구성(350)을 포함하는 도 2에 도시된 능동 다이오드부(220)와 동일하게 구성될 수 있다.
따라서, 제1 능동 다이오드부 및 제2 능동 다이오드부는 각각 교류 입력을 기준 전압과 비교한 결과를 출력하는 비교기, 상기 비교기 출력 전압에 의해 통전되는 트랜지스터 및 상기 트랜지스터의 게이트 입력 전압을 기 설정된 전압보다 작게 유지하는 전압 제어부(350)를 포함할 수 있다.
이때, 전압 제어부(350)는 일단이 비교기(121)의 출력이 연결되는 상기 트랜지스터(123)의 게이트에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 다이오드-커넥티드 모스(diode-connected MOS)를 포함할 수 있다.
전압 제어부(350)에 의해 MOS 트랜지스터(123)의 게이트 전압을 기 설정된 크기 보다 작게 유지할 수 있기 때문에, 능동형 정류기의 스위칭 MOS turn-off 되었을 때 역전류 크기 자체를 저감시킬 수 있는 효과를 이용하여 역전류 누설에 의한 능동 정류기의 변환 효율의 손실을 저감시킬 수 있다.
또한, 능동다이오드부 MOS소자의 게이트전압이 순방향일 때도 낮은 turn-on전압으로 제어 가능하므로 turn-on이 되는 주기에도 순방향 전류를 저감시켜 능동형 정류기의 총변환 효율을 획기적으로 개선시킬 수 있다.
이는 정류시의 순방향 전류 자체를 저감시키므로 순방향시 정류기 자체 전력소비를 줄일 수 있어 정류기의 변환 효율을 획기적으로 개선시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.
도 3은 일반적인 능동형 정류기의 능동 다이오드부의 구체적인 회로 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 능동 다이오드부는 다수의 트랜지스터, 인버터 및 로직을 통해 시간 지연보상을 수행할 수 있다.
그러나, 이러한 시간 지연 보상을 위한 회로 구성에도 불구하고 주파수의 작은 변화나 입력 신호의 큰 위상 변화 또는 회로 내부의 기생 성분 등에 의해 지연 보상 신호의 동기화 문제로 다시 역전류가 발생할 수 있는 문제가 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 능동 다이오드부의 구체적인 회로 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 구성을 참조하면, 발명의 실시예에 따른 능동 다이오드부의 구체적인 회로 구성은 도 3에 도시된 회로 구성에서 전압 제어부(350)를 더 포함함을 알 수 있다.
도 5는 일반적인 능동형 정류기의 역전류 발생을 설명하기 위한 동작 실험 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 진폭 4V, 13.56MHz의 교류 신호(510)가 입력될 때 측정 시점 m1(time=4.853μsec)에서 정류기 출력 전압 Vout(550)는 3.833V(그래프의 좌측 스케일)이고, VGN1의 전압 레벨(520)은 약 2.5V(그래프의 좌측 스케일)임을 알 수 있다.
이때, 정류기의 출력 전류(530)는 스위치의 시간 지연으로 인해 역전류(540)가 발생할 수 있고, 역전류(540)의 피크 값은 -800mA(그래프의 우측 스케일)를 나타내고 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 능동형 정류기의 동작 실험 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 진폭 4V, 13.56MHz의 교류 신호(610)가 입력될 때 측정 시점 m1(time=4.853μsec)에서 정류기 출력 전압 Vout(650)는 3.864V(그래프의 좌측 스케일)이고, VGN1의 전압 레벨(620)은 약 1V(그래프의 좌측 스케일)임을 알 수 있다.
이때, 정류기의 출력 전류(630)는 스위치의 시간 지연으로 인해 역전류(640)거의 발생하지 않음을 알 수 있고, 역전류(640)의 피크 값은 -20mA(그래프의 우측 스케일) 이하 임을 나타내고 있다.
이때, 정류기의 출력 전류(630)는 순전류의 경우에도 도 5에 도시된 결과와 비교할 때 피크 값이 800mA에서 100mA로 감소되어 소비 전류도 감소함을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로를 나타낸다.
도 7을 참고하면, 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로(700)는 송신 장치(710)와 수신 장치(120)를 포함한다.
이때, 수신 장치(720)는 구체적으로 도시하지 않았지만, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 에너지를 수신하는 코일부, 상기 코일부로부터 수신되는 교류 신호를 정류하는 능동형 정류기 및 상기 정류기의 출력 신호 레벨을 조정하는 전압 컨버터를 포함한다.
이때, 능동형 정류기는 도 2에 도시된 능동형 다이오드부(220)를 포함할 수 있다.
송신 장치(710)는 송신 코일로 지칭될 수 있고, 수신 장치(720)는 수신 코일로 지칭될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 송신 장치(710)는 송신 전압(V1), 송신 전류(I1), 송신 커패시턴스(C1), 송신 저항(R1) 및 송신 인덕턴스(L1)가 전기적 특성으로 추출될 수 있다.
일례로, 수신 장치(720)는 수신 전류(I2), 수신 커패시턴스(C2), 수신 저항(R2), 수신 인덕턴스(L2) 및 부하 저항(RL)가 전기적 특성으로 추출될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 송신 장치(710)와 수신 장치(720) 사이의 상호 인덕턴스(mutual inductance)는 하기 [수학식 1]을 통해 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020143654009-pat00001
[수학식 1]에서, M은 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 나타낼 수 있고, k는 커플링 계수(coupling coefficient)를 나타낼 수 있으며, L1은 송신 장치의 인덕턴스(inductance)를 나타낼 수 있고, L2는 수신 장치의 인덕턴스를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 입력 임피던스(Zin)는 송신 장치(710)와 수신 장치(720)에서의 키르히호프 법칙(Kirchhoff's circuit laws)에 따라 하기 [수학식 2]로 도출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020143654009-pat00002
[수학식 2]에서, Zin은 입력 임피던스를 나타낼 수 있고, R1은 송신 장치의 내부 저항(internal resistance)을 나타낼 수 있으며, R2는 수신 장치의 내부 저항을 나타낼 수 있고, RL은 부하 저항(inductance resistance)을 나타낼 수 있으며, C1은 송신 장치의 커패시턴스(capacitance)를 나타낼 수 있고, C2는 수신 장치의 커패시턴스를 나타낼 수 있으며, L1은 송신 장치의 인덕턴스(inductance)를 나타낼 수 있고, L2는 수신 장치의 인덕턴스를 나타낼 수 있으며, ω는 각 진동수와 관련된 주파수를 나타낼 수 있고, M은 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로(700)는 송신 장치의 내부 저항, 수신 장치의 내부 저항, 부하 저항(inductance resistance), 송신 장치의 커패시턴스(capacitance), 수신 장치의 커패시턴스(capacitance), 송신 장치의 인덕턴스(inductance), 수신 장치의 인덕턴스, ω는 각 진동수와 관련된 주파수 및 상호 인덕턴스(mutual inductance)와 관련된 적어도 하나의 전기적 특성을 제공할 수 있다.
예를 들어, 송신 장치의 커패시턴스(capacitance)가 주파수 분할 현상을 완화하기 위해 변경될 경우, 송신 장치의 커패시터가 변경될 수 있는데, 이때 이용되는 커패시터가 송신 장치 매칭 커패시터일 수 있다.
일례로, 입력 임피던스는 동작 주파수에서 증가될 경우, 동작 주파수에 인접한 주파수에서 임피던스가 감소하기 때문에 출력 전력은 동작 주파수에서 최대가 될 수 있다.
예를 들어, 동작 주파수는 공진 주파수로 지칭될 수 있고, 약 60 kHZ일 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 무선 전력 전송 시스템의 주파수 분할 현상을 설명하는 도면이다.
도 8a는 무선 전력 전송 시스템의 주파수 분할 현상과 관련하여 입력 임피던스의 위상과 극 주파수들을 비교 설명한다.
도 8a의 그래프(200)를 참고하면, 그래프(200)의 가로축은 주파수의 크기를 나타내고, 세로축은 입력 임피던스의 위상을 나타낼 수 있다.
그래프(200)에서 입력 임피던스의 위상은 동작 주파수에서 0이지만 동작 주파수 이전에는 유도성 영역(inductive region)에 위치하고, 동작 주파수 이후에는 용량성 영역(capacitance region)에 위치한다.
그래프(200)에서 제1 극 주파수(f1)와 제2 극 주파수(f2)가 입력 임피던스의 위상 값에서 0보다 크거나 0보다 작게 분할되는 주파수 분할 현상이 확인된다.
여기서, 동작 주파수를 기준으로 제1 극 주파수(f1)는 유도성 영역에 위치하고, 제2 극 주파수(f2)는 용량성 영역에 위치한다고 볼 수 있다.
즉, 제2 극 주파수(f2)에 해당하는 입력 임피던스의 위상 값이 0보다 작음에 따라 주파수 분할 현상이 발생될 수 있다.
한편, 도 8b는 무선 전력 전송 시스템의 주파수 분할 현상과 관련하여 입력 임피던스의 리액턴스와 극 주파수들을 비교 설명한다.
도 8a의 그래프(810)를 참고하면, 그래프(810)의 가로축은 주파수의 크기를 나타내고, 세로축은 입력 임피던스의 리액턴스를 나타낼 수 있다.
그래프(810)에서 입력 임피던스의 리액턴스는 동작 주파수에서 0이지만 동작 주파수 이전에는 유도성 영역(inductive region)에 위치하고, 동작 주파수 이후에는 용량성 영역(capacitance region)에 위치한다.
그래프(200)에서 제1 극 주파수(f1)와 제2 극 주파수(f2)가 입력 임피던스의 리액턴스 값에서 0보다 크거나 0보다 작게 분할되는 주파수 분할 현상이 확인된다.
여기서, 동작 주파수를 기준으로 제1 극 주파수(f1)는 유도성 영역에 위치하고, 제2 극 주파수(f2)는 용량성 영역에 위치한다고 볼 수 있다.
즉, 제2 극 주파수(f2)에 해당하는 입력 임피던스의 리액턴스 값이 0보다 작음에 따라 주파수 분할 현상이 발생될 수 있다.
다음으로, 도 8c는 주파수 분할 현상이 발생되지 않은 무선 전력 전송 시스템에서의 입력 임피던스의 위상 변화와 주파수 분할 현상이 발생된 무선 전력 전송 시스템에서의 입력 임피던스의 위상 변화를 비교 설명한다.
도 8c의 그래프(820)를 참고하면, 가로축은 주파수의 크기를 나타내고, 세로축은 입력 임피던스의 위상을 나타낼 수 있다.
일례로, 지시선(221)은 주파수 분할 현상이 발생되지 않은 무선 전력 전송 시스템에서 입력 임피던스의 위상 변화를 나타내고, 지시선(222)는 무선 전력 전송 시스템에서 입력 임피던스의 위상 변화를 나타낸다.
인버터의 스위칭 주파수는 제로 전압 스위칭을위한 동작 주파수보다 높게 선택하고 입력 임피던스의 제로 또는 유도 영역에 배치되어야 한다.
인버터의 스위칭 주파수가 입력 임피던스의 위상이 0 미만인 용량성 영역에서 작동하면 스위칭 손실이 발생하고 장치가 손상될 수 있다.
주파수 분할의 경우 위상이 동작 주파수 이후 용량성 영역으로 떨어지기 때문에 스위칭 주파수를 선택하기가 어렵다.
따라서, 인버터의 스위칭 주파수 선택 감도를 낮추고 시스템의 안정적인 동작을 보장하기 위해서는 동작 주파수 이후에도 입력 임피던스의 위상이 유도 성 영역에 있도록 무선 전력 전송 시스템의 설계가 요구된다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치 매칭 커패시터를 이용하여 주파수 분할 현상을 완화하는 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법이 추가 회로 설계 없이 송신 커패시터 값만을 변경하여 주파수 분할 현상을 완화하는 실시예를 설명한다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 수학식을 이용하여 송신 장치 매칭 커패시터 값을 계산하고, 송신 장치의 커패시터 값을 송신 장치 매칭 커패시터 값으로 변경하여 무선 전력 전송 시스템의 주파수 분할 현상을 완화한다.
단계(901)에서, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 송신 장치 및 수신 장치의 전기적 특성을 추출한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 송신 장치의 송신 내부 저항, 송신 커패시턴스(capacitance) 및 송신 인덕턴스(inductance) 중 적어도 하나와 관련된 전기적 특성, 수신 장치의 수신 내부 저항, 수신 커패시턴스(capacitance) 및 수신 인덕턴스(inductance) 및 부하 저항 중 적어도 하나와 관련된 전기적 특성 및 송신 인덕턴스(inductance), 수신 인덕턴스(inductance) 및 결합 계수(coupling coefficient)와 관련된 상호 인덕턴스와 관련된 전기적 특성을 추출할 수 있다.
단계(902)에서, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 단계(901)에서 추출된 전기적 특성을 이용하여 미분 리액턴스 값이 0에 수렴하는 주파수 값을 계산한다.
여기서, 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 미분 리액턴스 값이 0에 수렴하는 주파수 값을 계산하기 위해 허수부와 실수부로 구성된 하기 [수학식 3]을 도출한다.
[수학식 3]
Figure 112020143654009-pat00003
Figure 112020143654009-pat00004
[수학식 3]은 식의 간략화를 위하여 괄호와 같이 문자(A, B, C, D, E, F)로 대체한다.
[수학식 3]에서 Zin은 입력 임피던스를 나타낼 수 있고, R1은 송신 장치의 내부 저항(internal resistance)을 나타낼 수 있으며, R2는 수신 장치의 내부 저항을 나타낼 수 있고, RL은 부하 저항(inductance resistance)을 나타낼 수 있으며, C1은 송신 장치의 커패시턴스(capacitance)를 나타낼 수 있고, C2는 수신 장치의 커패시턴스를 나타낼 수 있으며, L1은 송신 장치의 인덕턴스(inductance)를 나타낼 수 있고, L2는 수신 장치의 인덕턴스를 나타낼 수 있으며, ω는 주파수를 나타낼 수 있고, M은 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 나타낼 수 있다.
[수학식 3]은 입력 임피던스의 레지스턴스와 리액턴스를 나타낼 수 있고, [수학식 3]에서 하기 [수학식 4]는 입력 임피던스의 위상을 나타낼 수 있고, [수학식 5]는 입력 임피던스의 리액턴스를 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112020143654009-pat00005
Figure 112020143654009-pat00006
[수학식 4]는 식의 간략화를 위하여 괄호와 같이 문자(A, B, C, D, E, F)로 대체한다.
[수학식 4]에서 phase of Zin은 입력 임피던스의 위상을 나타낼 수 있고, R1은 송신 장치의 내부 저항(internal resistance)을 나타낼 수 있으며, R2는 수신 장치의 내부 저항을 나타낼 수 있고, RL은 부하 저항(inductance resistance)을 나타낼 수 있으며, C1은 송신 장치의 커패시턴스(capacitance)를 나타낼 수 있고, C2는 수신 장치의 커패시턴스를 나타낼 수 있으며, L1은 송신 장치의 인덕턴스(inductance)를 나타낼 수 있고, L2는 수신 장치의 인덕턴스를 나타낼 수 있으며, ω는 주파수를 나타낼 수 있고, M은 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112020143654009-pat00007
Figure 112020143654009-pat00008
[수학식 5]는 식의 간략화를 위하여 괄호와 같이 문자(A, B, C, D, E, F)로 대체한다.
[수학식 5]에서 X는 입력 임피던스의 리액턴스를 나타낼 수 있고, R1은 송신 장치의 내부 저항(internal resistance)을 나타낼 수 있으며, R2는 수신 장치의 내부 저항을 나타낼 수 있고, RL은 부하 저항(inductance resistance)을 나타낼 수 있으며, C1은 송신 장치의 커패시턴스(capacitance)를 나타낼 수 있고, C2는 수신 장치의 커패시턴스를 나타낼 수 있으며, L1은 송신 장치의 인덕턴스(inductance)를 나타낼 수 있고, L2는 수신 장치의 인덕턴스를 나타낼 수 있으며, ω는 주파수를 나타낼 수 있고, M은 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 나타낼 수 있다.
[수학식 5]에서 간략화된 문자(A, B, C, D, E, F)를 식에 적용하면 하기 [수학식 6]이 도출될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112020143654009-pat00009
[수학식 6]에서 X는 입력 임피던스의 리액턴스를 나타낼 수 있고, R1은 송신 장치의 내부 저항(internal resistance)을 나타낼 수 있으며, R2는 수신 장치의 내부 저항을 나타낼 수 있고, RL은 부하 저항(inductance resistance)을 나타낼 수 있으며, C1은 송신 장치의 커패시턴스(capacitance)를 나타낼 수 있고, C2는 수신 장치의 커패시턴스를 나타낼 수 있으며, L1은 송신 장치의 인덕턴스(inductance)를 나타낼 수 있고, L2는 수신 장치의 인덕턴스를 나타낼 수 있으며, ω는 각 진동수와 관련된 주파수를 나타낼 수 있고, M은 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로, 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 입력 임피던스의 리액턴스 값을 계산하기 위한 수학식에 상기 추출된 전기적 특성을 대입하고 미분하여 상기 미분 리액턴스 값이 0에 수렴하는 주파수 값을 계산하되, 입력 임피던스의 리액턴스 값을 계산하기 위한 수학식을 상술한 [수학식 6]을 이용한다.
즉, 본 발명은 주파수 분할 현상을 완화하기 위해 시스템을 회로적으로 분석한 후, 분석을 바탕으로 주파수 분할 현상을 완화하기 위한 송신 커패시터 값의 범위를 구하는 [수학식 6]을 이용한다.
따라서, 본 발명은 추가 회로 설계 없이 기존의 고효율 공진형 무선 전력 전송 시스템에서 설계된 송신 커패시터 값만을 변경하여 주파수 분할 현상을 완화할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 전력 전송 시 높은 효율을 위해 결합 계수를 높이더라도 시스템이 안정적이고 높은 전력을 전달할 수 있다.
단계(903)에서 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 단계(902)에서 계산된 주파수 값을 이용하여 리액턴스 값이 0보다 큰 값을 갖는 송신 커패시터 값을 계산한다.
즉, 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 입력 임피던스의 리액턴스 값을 계산하기 위한 수학식에 추출된 전기적 특성 중 송신 장치의 커패시터 값을 제외한 나머지 전기적 특성과 계산된 주파수 값을 대입하여 입력 임피던스의 리액턴스 값이 0보다 큰 값을 갖는 송신 커패시터 값의 범위를 계산한다.
구체적으로, 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 입력 임피던스의 리액턴스 값을 계산하기 위한 수학식으로 상술한 [수학식 6]을 이용하고, [수학식 6]에서 ω에 상기 계산된 주파수 값을 대입하고, C1을 미지수로 하며, X가 0 이상이 되는 C1의 범위를 결정하고, C1의 범위 중 시스템의 높은 효율을 위하여 C1의 범위에서 가장 작은 값을 송신 커패시터 값으로 결정한다.
예를 들어, 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 송신 커패시터 값의 범위를 152.57 ㎋ 이상으로 계산할 수 있다.
단계(904)에서 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 단계(903)에서 계산된 송신 커패시터 값으로 기 설정된 송신 커패터시 값을 대체한다.
즉, 무선 전력 전송 시스템의 동작 방법은 단계(903)에서 계산된 송신 커패시터 값에 해당하는 송신 장치 매칭 커패시터를 이용한다.
따라서, 본 발명은 추가 회로 설계 없이 무선 전력 전송 시스템에서 설계되는 송신 커패시터 값만을 변경하여 무선 전력 전송 시스템의 주파수 분할 현상을 완화할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선 전력 전송 시 무선 전력 전송의 효율성 향상을 위해 결합 계수를 높이더라도 무선 전력 전송 시스템의 안정성을 확보하면서 높은 무선 전력 전송율을 달성할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성을 나타낸다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성 요소를 예시한다.
도 10를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)은 송신 장치(1010), 수신 장치(1020) 및 제어부(1030)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)은 추가 회로 설계 없이 송신 커패시터 값만을 변경하여 주파수 분할 현상을 완화하기 위해 송신 장치 매칭 커패시터의 커패시터 값에 해당하는 커패시터 값을 상술한 [수학식 6]을 이용하여 계산하고, 계산된 커패시터 값에 해당하는 송신 장치 매칭 커패시터를 선택적으로 사용하여 무선 전력 전송 시스템(1000)에서의 주파수 분할 현상을 완화할 수 있다.
일례로, 송신 장치(1010)는 무선 전력을 수신 장치(1020)로 전송한다.
예를 들어, 송신 장치(1010)는 송신 코일에 해당될 수 있고, 수신 장치(1020)는 수신 코일에 해당될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제어부(1030)는 송신 장치(1010) 및 수신 장치(1020)의 전기적 특성을 추출하고, 추출된 전기적 특성을 이용하여 입력 임피던스의 미분 리액턴스 값이 0에 수렴하는 주파수 값을 계산한다.
또한, 제어부(1030)는 계산된 주파수 값을 이용하여 입력 임피던스의 리액턴스 값이 0보다 큰 값을 갖는 송신 커패시터 값을 계산하고, 송신 장치(1010)의 기 설정된 송신 커패시터 값을 [수학식 6]을 이용하여 계산된 송신 커패시터 값으로 변경한다.
즉, 제어부(1030)는 송신 장치 매칭 커패시터가 이용될 수 있도록 송신 장치 매칭 커패시터의 송신 커패시터 값을 계산하고, 계산된 송신 커패시터 값을 제시한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제어부(1030)는 입력 임피던스의 리액턴스 값을 계산하기 위한 수학식으로 [수학식 6]을 이용하고, [수학식 6]에 추출된 전기적 특성을 대입하고 미분하여 미분 리액턴스 값이 0에 수렴하는 주파수 값을 계산한다.
일례로, 제어부(1030)는 입력 임피던스의 리액턴스 값을 계산하기 위한 수학식으로 [수학식 6]을 이용하고, [수학식 6]에서 ω에 계산된 주파수 값을 대입하고, C1을 미지수로 하며, X가 0 이상이 되는 C1의 범위를 결정할 수 있다.
따라서, 제어부(1030)는 송신 커패시터 값의 범위를 152.57 ㎋ 이상으로 계산할 수 있다.
상술한 송신 커패시터 값의 범위는 152.57 ㎋이상의 범위에서 효율성을 고려하여 선택적으로 결정 가능하다. 즉, 계산된 송신 커패시터 값은 152.57 ㎋이상으로 결정되면 된다.
다시 말해, 송신 커패시터 값은 무선 전력 전송 시스템의 효율성을 고려하여 계산된 송신 커패시터 값의 범위 내에서 최소 값으로 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제어부(1030)는 송신 커패시터 값의 범위를 제공함에 따라 제공된 송신 커패시터 값을 갖는 송신 장치 매칭 커패시터를 이용한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제어부(1030)는 송신 장치(1010)의 송신 내부 저항, 송신 커패시턴스(capacitance) 및 송신 인덕턴스(inductance) 중 적어도 하나와 관련된 전기적 특성으로 추출할 수 있다.
또한, 제어부(1030)는 수신 장치(1020)의 수신 내부 저항, 수신 커패시턴스(capacitance) 및 수신 인덕턴스(inductance) 및 부하 저항 중 적어도 하나와 관련된 전기적 특성으로 추출할 수 있다.
또한, 제어부(1030)는 송신 인덕턴스(inductance), 수신 인덕턴스(inductance) 및 결합 계수(coupling coefficient)와 관련된 상호 인덕턴스와 관련된 전기적 특성을 추출할 수 있다.
따라서, 본 발명은 주파수 분할 현상을 완화하기 위해 시스템을 회로적으로 분석한 후, 분석을 바탕으로 주파수 분할 현상을 완화하기 위한 송신 커패시터 값의 범위를 결정하는 수학식을 이용하는 무선 전력 전송 시스템 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치의 커패시터 매칭 결과를 설명하는 도면이다.
구체적으로, 도 11a 및 도 11b는 무선 전력 전송 시스템에서 송신 장치 매칭 커패시터를 이용함에 따라 주파수 분할 현상이 완화된 결과를 예시한다.
도 11a의 그래프(1100)를 참고하면, 그래프(1100)의 가로축은 주파수 변화를 나타내고, 세로축은 입력 임피던스의 위상 변화를 나타낸다.
그래프(1100)는 송신 커패시터 값(C1)이 114 ㎋인 경우와 153 ㎋인 경우에서 입력 임피던스의 위상 변화를 비교한다.
그래프(1100)를 참고하면, 송신 커패시터 값이 114 ㎋인 경우는 주파수 분할 현상이 발생되는 공진주파수를 고려하여 계산된 기존 송신 커패시터에 해당되고, 송신 커패시터 값이 153 ㎋인 경우는 본 발명의 일실시예에 따라 송신 장치 매칭 커패시터 값이 이용된 경우에 해당될 수 있다.
송신 커패시터 값이 114 ㎋인 경우는 동작 주파수를 기준으로 주파수가 두 개의 극을 갖는 주파수 중 하나의 주파수에서 입력 임피던스의 위상이 0보다 낮다.
반면에, 송신 커패시터 값이 153 ㎋인 경우는 동작 주파수를 기준으로 두 개의 극을 갖는 주파수의 입력 임피던스의 위상이 모두 0보다 크다.
따라서, 송신 커패시터 값이 153 ㎋인 경우는 입력 임피던스의 위상이 0 미만인 용량성 영역에서 작동하지 않아서 스위칭 손실이 발생되지 않는다.
다시 말해, 송신 커패시터 값이 153 ㎋인 경우는 입력 임피던스의 위상이 0 아래로 내려가지 않아서 주파수 분할 현상이 완화된다.
한편, 도 11b의 그래프(1110)를 참고하면, 그래프(1110)의 가로축은 주파수 변화를 나타내고, 세로축은 입력 임피던스의 리액턴스 변화를 나타낸다.
그래프(1110)는 송신 커패시터 값(C1)이 114 ㎋인 경우와 153 ㎋인 경우에서 입력 임피던스의 리액턴스 변화를 비교한다.
그래프(1110)를 참고하면, 송신 커패시터 값이 114 ㎋인 경우는 주파수 분할 현상이 발생되는 기존 커패시터에 해당될 수 있고, 송신 커패시터 값이 153 ㎋인 경우는 본 발명의 일실시예에 따라 송신 장치 매칭 커패시터 값이 이용된 경우에 해당될 수 있다.
송신 커패시터 값이 114 ㎋인 경우는 동작 주파수를 기준으로 두 개의 극을 갖는 주파수 중 하나의 주파수에서 입력 임피던스의 리액턴스가 0 보다 낮다.
반면에, 송신 커패시터 값이 153 ㎋인 경우는 동작 주파수를 기준으로 두 개의 극을 갖는 주파수 모두 입력 임피던스의 리액턴스가 0 보다 크다.
따라서, 송신 커패시터 값이 153 ㎋인 경우는 입력 임피던스의 리액턴스가 0 미만인 용량성 영역에서 작동하지 않아서 스위칭 손실이 발생되지 않는다.
다시 말해, 송신 커패시터 값이 153 ㎋인 경우는 송신 커패시터 값이 114 ㎋인 경우에 대비하여 주파수 분할 현상이 완화된다.
도 12a 및 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치의 커패시터 값의 매칭 결과를 설명하는 도면이다.
구체적으로, 도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 송신 장치 커패시터 값에 따른 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과를 비교 설명한다.
도 12a를 참고하면, 그래프(1200)는 무선 전력 전송 시스템의 송신 장치 커패시터 값이 108 ㎋인 경우를 예시하고, 가로축은 주파수 변화를 나타내고, 세로축은 입력 임피던스의 위상 변화를 나타낸다.
그래프(1200)를 참고하면, 무선 전력 전송 시스템의 송신 장치 커패시터 값이 108 ㎋인 경우에 대하여 실제 측정 결과와 시뮬레이션 결과 모두 주파수 분할 현상이 발생됨을 확인 시켜준다.
도 12b를 참고하면, 그래프(1210)는 무선 전력 전송 시스템의 송신 장치 커패시터 값이 156 ㎋인 경우를 예시하고, 가로축은 주파수 변화를 나타내고, 세로축은 입력 임피던스의 위상 변화를 나타낸다.
그래프(1210)를 참고하면, 무선 전력 전송 시스템의 송신 장치 커패시터 값이 185 ㎋인 경우에 대하여 실제 측정 결과와 시뮬레이션 결과 모두 주파수 분할 현상이 완화됨을 확인 시켜준다.
예를 들어, 무선 전력 전송 시스템의 송신 장치 커패시터 값이 156 ㎋인 경우 시뮬레이션 결과는 코일 대 코일의 성능이 90.55%로 확인될 수 있고, 실제 측정 결과는 코일 대 코일의 성능이 92.47%로 확인될 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (6)

  1. 교류 입력 신호의 위상이 양인 구간에서 전압을 축적하는 제1 정류부; 및
    상기 교류 입력 신호의 위상이 음인 구간에서 전압을 축적하는 제2 정류부를 포함하고,
    상기 제1 정류부 및 상기 제2 정류부 각각은 스위치의 지연으로 인한 역전류 누설을 능동형 다이오드부를 통해 보상하고, 상기 능동형 다이오드부는 통전 전압의 전압 제어를 통해 추가적으로 역전류 발생을 제한하고,
    상기 제1 정류부는 상기 교류 입력이 양인 구간에서 상기 교류 입력의 차동 신호에 의해 통전되는 제1 스위치 및 역방향 전류를 방지하는 제1 능동 다이오드부를 포함하고,
    상기 제2 정류부는 상기 교류 입력이 음인 구간에서 상기 교류 입력의 차동 신호에 의해 통전되는 제2 스위치 및 역방향 전류를 방지하는 제2 능동 다이오드부를 포함하고,
    상기 제1 능동 다이오드부 및 제2 능동 다이오드부 각각은 상기 교류 입력을 기준 전압과 비교한 결과를 출력하는 비교기, 상기 비교기 출력 전압에 의해 통전되는 트랜지스터 및 상기 트랜지스터의 게이트 입력 전압을 기 설정된 전압보다 작게 유지하는 전압 제어부를 포함하고,
    상기 전압 제어부는
    일단이 상기 비교기의 출력이 연결되는 상기 트랜지스터의 게이트에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 다이오드-커넥티드 모스(diode-connected MOS)를 포함하는
    능동형 정류기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 에너지를 수신하는 코일부;
    상기 코일부로부터 수신되는 교류 신호를 정류하는 능동형 정류기; 및
    상기 정류기의 출력 신호 레벨을 조정하는 전압 컨버터를 포함하고,
    상기 능동형 정류기는 스위치의 지연으로 인한 역전류 누설을 능동형 다이오드부를 통해 보상하고, 상기 능동형 다이오드부는 통전 전압의 전압 제어를 통해 추가적으로 역전류 발생을 제한하고,
    상기 능동형 정류기는
    교류 입력 신호의 위상이 양인 구간에서 전압을 축적하는 제1 정류부; 및
    상기 교류 입력 신호의 위상이 음인 구간에서 전압을 축적하는 제2 정류부를 포함하고,
    상기 제1 정류부는 상기 교류 입력이 양인 구간에서 상기 교류 입력의 차동 신호에 의해 통전되는 제1 스위치 및 역방향 전류를 방지하는 제1 능동 다이오드부를 포함하고,
    상기 제2 정류부는 상기 교류 입력이 음인 구간에서 상기 교류 입력의 차동 신호에 의해 통전되는 제2 스위치 및 역방향 전류를 방지하는 제2 능동 다이오드부를 포함하고,
    상기 제1 능동 다이오드부 및 제2 능동 다이오드부 각각은 상기 교류 입력을 기준 전압과 비교한 결과를 출력하는 비교기, 상기 비교기 출력 전압에 의해 통전되는 트랜지스터 및 상기 트랜지스터의 게이트 입력 전압을 기 설정된 전압보다 작게 유지하는 전압 제어부를 포함하고,
    상기 전압 제어부는
    일단이 상기 비교기의 출력이 연결되는 상기 트랜지스터의 게이트에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 다이오드-커넥티드 모스(diode-connected MOS)를 포함하는
    무선 전력 수신 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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