KR102481948B1 - Wireless power transmitter - Google Patents
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Abstract
무선 전력 수신기를 무선으로 충전하는 무선 전력 송신기는, 차동 신호를 생성하는 신호 생성부, 차동 신호의 위상 조정을 제어하기 위한 제어 신호에 기초하여 상기 생성된 차동 신호의 위상을 복수 개의 인버터들을 통하여 조정하는 변조부, 상기 조정된 차동 신호를 기 설정된 이득으로 증폭하는 증폭기, 상기 증폭된 차동 신호를 상기 무선 전력 수신기로 송신하는 공진부, 상기 증폭된 차동 신호의 전압 및 전류를 센싱하는 센싱부 및 상기 센싱된 전압 및 전류에 기초하여, 상기 증폭된 차동 신호에 포함된 신호들 사이의 위상 차가 기 설정된 위상 차이가 되도록 제어하기 위한 상기 제어 신호를 생성하여 상기 변조부로 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.The wireless power transmitter wirelessly charging the wireless power receiver adjusts the phase of the generated differential signal through a plurality of inverters based on a signal generator for generating a differential signal and a control signal for controlling phase adjustment of the differential signal. a modulator, an amplifier that amplifies the adjusted differential signal with a preset gain, a resonance unit that transmits the amplified differential signal to the wireless power receiver, a sensing unit that senses voltage and current of the amplified differential signal, and the Based on the sensed voltage and current, the control unit may include a control unit that generates the control signal for controlling a phase difference between signals included in the amplified differential signal to be a preset phase difference and outputs the generated control signal to the modulator.
Description
본 발명은 무선 전력 송신기에 관한 것으로, 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmitter, and relates to a wireless power transmitter that wirelessly transmits power to at least one wireless power receiver.
휴대전화 또는 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 이동 단말기는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리로 구동되며, 이러한 배터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전 장치를 이용하여 이동단말기의 배터리에 전기 에너지를 공급한다. 통상적으로 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서 이를 서로 접촉시켜 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.Mobile terminals such as mobile phones or PDAs (Personal Digital Assistants) are driven by rechargeable batteries due to their characteristics. Typically, the charging device and the battery are configured with separate contact terminals, respectively, to contact each other to electrically connect the charging device and the battery.
하지만, 이와 같은 접촉식 충전방식은 접촉 단자가 외부에 돌출되어 있으므로, 이물질에 의한 오염이 쉽고 이러한 이유로 배터리 충전이 올바르게 수행되지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 또한 접촉 단자가 습기에 노출되는 경우에도 충전이 올바르게 수행되지 않을 수 있다.However, since the contact terminal protrudes from the outside of the contact charging method, it is easily contaminated by foreign substances, and for this reason, battery charging may not be performed correctly. Also, if the contact terminal is exposed to moisture, charging may not be performed correctly.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자 기기에 활용되고 있다.In order to solve this problem, wireless charging or non-contact charging technology has recently been developed and used in many electronic devices.
이러한 무선충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 일반적으로 무선 전동 칫솔이나 무선 전기 면도기 등으로 일반인들에게 알려져 있다. 이러한 무선충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 다가오는 전기차 시대에도 관련 기술이 크게 발전할 것으로 전망된다.This wireless charging technology uses wireless power transmission and reception, and is a system in which, for example, a battery can be automatically charged by simply placing a mobile phone on a charging pad without connecting a separate charging connector. In general, it is known to the general public as a cordless electric toothbrush or a cordless electric shaver. This wireless charging technology can increase the waterproof function by wirelessly charging electronic products, and it does not require a wired charger, so it has the advantage of increasing the portability of electronic devices. .
이러한 무선 충전 기술에는 크게 코일을 이용한 전자기 유도방식과, 공진(Resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation) 방식이 있다.These wireless charging technologies include an electromagnetic induction method using a coil, a resonance method using resonance, and an RF/Micro Wave Radiation method that converts electrical energy into microwaves and transmits them.
현재까지는 전자기 유도를 이용한 방식이 주류를 이루고 있으나, 최근 국내외에서 마이크로파를 이용하여 수십 미터 거리에서 무선으로 전력을 전송하는 실험에 성공하고 있어, 가까운 미래에는 언제 어디서나 전선 없이 모든 전자제품을 무선으로 충전하는 세상이 열릴 것으로 보인다.So far, the method using electromagnetic induction has been the mainstream, but recent experiments have been successfully conducted at home and abroad to transmit power wirelessly over a distance of tens of meters using microwaves. The world seems to be open.
전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 1차 코일과 2차 코일 간의 전력을 전송하는 방식이다. 코일에 자석을 움직이면 유도 전류가 발생하는데, 이를 이용하여 송신단에서 자기장을 발생시키고 수신단에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 낸다. 이러한 현상을 자기 유도 현상이라고 일컬으며 이를 이용한 전력 전송 방법은 에너지 전송 효율이 뛰어나다.The power transmission method by electromagnetic induction is a method of transmitting power between a primary coil and a secondary coil. When a magnet is moved in a coil, an induced current is generated. Using this, a magnetic field is generated at the transmitting end, and a current is induced according to the change of the magnetic field at the receiving end to create energy. This phenomenon is called a magnetic induction phenomenon, and a power transmission method using this phenomenon has excellent energy transmission efficiency.
공진 방식은, 2005년 MIT의 Soljacic 교수가 Coupled Mode Theory로 공진 방식 전력 전송 원리를 사용하여 충전장치와 몇 미터(m)나 떨어져 있어도 전기가 무선으로 전달되는 시스템을 발표했다. MIT팀의 무선 충전시스템은 공명(resonance)이란 소리굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 물리학 개념을 이용한 것이다. 연구팀은 소리를 공명시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시켰다. 공명된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.As for the resonance method, in 2005, Professor Soljacic of MIT announced a system in which electricity is transmitted wirelessly even if it is several meters (m) away from the charging device by using the resonance method power transmission principle as the Coupled Mode Theory. The MIT team's wireless charging system uses the concept of physics in which when a tuning fork is struck, the wine glass next to it also vibrates at the same frequency as resonance. Instead of resonating sound, the research team resonated electromagnetic waves containing electrical energy. The resonant electrical energy is directly transmitted only when there is a device with a resonant frequency, and the unused portion is reabsorbed into the electromagnetic field instead of spreading into the air. .
상술한 바와 같이, 종래의 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기는 차동 신호를 생성하여 각 소자간 입출력시킬 수 있다. 차동 신호를 이용하는 경우에, 차동 신호를 구성하는 2개의 신호 사이의 180도 위상 차이가 유지되어야 하며, 신호의 밸런스(balance)가 일정하게 유지될 것이 요구된다. 하지만, 종래의 무선 충전 시스템에서는, 각 노드 별로 차동 신호의 밸런스 유지를 위하여 로스(loss)가 큰 어댑티브 스위치(adaptive switch)가 이용된다. 뿐만 아니라, 무선 전력 수신기의 위치가 변경되는 경우에 공진 임피던스의 변화가 발생할 수 있다. 이 경우, 공진 임피던스의 변화에 따라 차동 신호의 파형이 왜곡될 수 있으며, 밸런스가 깨질 수 있다. 밸런스가 깨짐에 따라서, EMI가 증가할 뿐만 아니라, 충전 효율이 저하될 수 있다.As described above, conventional wireless power transmitters and wireless power receivers can generate differential signals to input/output between devices. In the case of using a differential signal, a 180-degree phase difference between two signals constituting the differential signal must be maintained, and it is required that the balance of the signals be maintained constant. However, in a conventional wireless charging system, an adaptive switch having a large loss is used to maintain a balance of differential signals for each node. In addition, when the position of the wireless power receiver is changed, a change in resonance impedance may occur. In this case, the waveform of the differential signal may be distorted according to the change in resonance impedance, and the balance may be broken. As the balance is broken, not only EMI increases, but also charging efficiency may decrease.
본 발명의 다양한 실시예들에 의하여 두 개의 신호 사이의 위상 차이가 유지되도록 차동 신호를 조정하는 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기와 변조부가 제공될 수 있다. 아울러, 본 발명은 싱글-엔디드 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정할 수 있는 무선 전력 송신기를 제공할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, a wireless power transmitter, a wireless power receiver, and a modulator for adjusting a differential signal to maintain a phase difference between two signals may be provided. In addition, the present invention may provide a wireless power transmitter capable of adjusting at least one of a phase and an amplitude of a single-ended signal.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 수신기를 무선으로 충전하는 무선 전력 송신기는, 차동 신호를 생성하는 신호 생성부, 차동 신호의 위상 조정을 제어하기 위한 제어 신호에 기초하여 상기 생성된 차동 신호의 위상을 복수 개의 인버터들을 통하여 조정하는 변조부, 상기 조정된 차동 신호를 기 설정된 이득으로 증폭하는 증폭기, 상기 증폭된 차동 신호를 상기 무선 전력 수신기로 송신하는 공진부, 상기 증폭된 차동 신호의 전압 및 전류를 센싱하는 센싱부 및 상기 센싱된 전압 및 전류에 기초하여, 상기 증폭된 차동 신호에 포함된 신호들 사이의 위상 차가 기 설정된 위상 차이가 되도록 제어하기 위한 상기 제어 신호를 생성하여 상기 변조부로 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, a wireless power transmitter for wirelessly charging a wireless power receiver may include a signal generator for generating a differential signal and a control signal for controlling phase adjustment of the differential signal. A modulator that adjusts the phase of A through a plurality of inverters, an amplifier that amplifies the adjusted differential signal with a preset gain, a resonator that transmits the amplified differential signal to the wireless power receiver, and a voltage of the amplified differential signal. and a sensing unit configured to sense current, and based on the sensed voltage and current, generating the control signal for controlling the phase difference between the signals included in the amplified differential signal to be a preset phase difference, to the modulator. It may include a control unit for outputting.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 수신기를 무선으로 충전하는 무선 전력 송신기는, 싱글 엔디드 신호를 생성하는 신호 생성부, 싱글 엔디드 신호의 위상 조정을 제어하기 위한 제어 신호에 기초하여 상기 생성된 싱글 엔디드 신호의 위상을 적어도 하나의 인버터를 통하여 조정하는 변조부, 상기 조정된 싱글 엔디드 신호를 기 설정된 이득으로 증폭하는 증폭기, 상기 증폭된 싱글 엔디드 신호를 상기 무선 전력 수신기로 송신하는 공진부, 상기 증폭된 싱글 엔디드 신호의 전압 및 전류를 센싱하는 센싱부 및 상기 센싱된 전압 및 전류에 기초하여, 상기 증폭된 싱글 엔디드 신호의 위상이 기 설정된 위상이 되도록 제어하기 위한 상기 제어 신호를 생성하여 상기 변조부로 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, a wireless power transmitter for wirelessly charging a wireless power receiver may include a signal generator generating a single-ended signal and a control signal for controlling phase adjustment of the single-ended signal. A modulator for adjusting the phase of a single-ended signal through at least one inverter, an amplifier for amplifying the adjusted single-ended signal with a preset gain, a resonator for transmitting the amplified single-ended signal to the wireless power receiver, A sensing unit that senses the voltage and current of the amplified single-ended signal, and the control signal for controlling the phase of the amplified single-ended signal to be a preset phase based on the sensed voltage and current, thereby generating the modulation It may include a control unit that outputs to the negative.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 충전을 위해 무선 전력 수신기로 송신되는 차동 신호의 위상을 제어하기 위한 IC(integrated circuit)는, 적어도 하나의 제1 인버터가 직렬로 연결되어 구성되고, 차동 신호의 위상 조정을 제어하기 위한 제어 신호에 기초하여 상기 적어도 하나의 제1 인버터를 통해 상기 칩에 공급되는 차동 신호에 포함된 제1 신호의 위상을 조정하는 제1 위상 제어부 및 적어도 하나의 제2 인버터가 직렬로 연결되어 구성되고, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 적어도 하나의 제2 인버터를 통해 상기 차동 신호에 포함된 제2 신호의 위상을 조정하는 제2 위상 제어부를 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, an IC (integrated circuit) for controlling a phase of a differential signal transmitted to a wireless power receiver for wireless charging is configured by connecting at least one first inverter in series, and a differential signal A first phase control unit and at least one second inverter for adjusting the phase of a first signal included in the differential signal supplied to the chip through the at least one first inverter based on a control signal for controlling the phase adjustment of is connected in series and may include a second phase control unit configured to adjust a phase of a second signal included in the differential signal through the at least one second inverter based on the control signal.
본 발명의 다양한 실시예에 의하여 무선 전력 송신기로부터 출력되는 차동 신호의 대칭성이 보장되어, 무선 충전 효율이 증가하며, EMI가 감소할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, symmetry of a differential signal output from a wireless power transmitter is ensured, thereby increasing wireless charging efficiency and reducing EMI.
아울러, 본 발명의 다양한 실시예에 의하여 무선 전력 송신기로부터 출력되는 싱글-엔디드 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나가 제어됨에 따라서, 무선 충전 효율이 증가할 수 있다.In addition, as at least one of the phase and amplitude of the single-ended signal output from the wireless power transmitter is controlled according to various embodiments of the present invention, wireless charging efficiency may be increased.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 변조부의 블록도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 신호 생성부 및 위상 제어부의 개념도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다.
도 9a는 6.78Mhz의 공진 주파수에서, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 CMOS 공정의 소자들을 포함하는 무선 전력 송신기에서의 구형파의 시간 지연, 즉 위상 지연의 변화를 도시한다.
도 9b는, 도 9a를 설명하기 위한 측정 결과를 도시한다.
도 10a 내지 도 10g는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 PA 드라이버의 회로도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 PA 드라이버를 통한 잡음 제거 전과 후의 신호의 파형을 도시한다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기 상에서의 무선 전력 수신기의 위치 변화를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13a 내지 도 13c는 비교 예에 의한 신호 파형을 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기 상에서의 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치를 벗어난 상태임을 알리는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 차동 구조의 전류 감지 회로에 대한 구성도이다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 전류 감지 회로에 연결되는 증폭부 회로에 대한 구성도이다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정류 회로부에 대한 구성도이다.1 is a conceptual diagram for explaining the overall operation of a wireless charging system.
2 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
3A-3C show block diagrams of wireless power transmitters according to various embodiments of the present invention.
4 shows a block diagram of a modulator according to various embodiments of the present invention.
5 illustrates a conceptual diagram of a phase control unit according to various embodiments of the present invention.
6 illustrates a conceptual diagram of a signal generator and a phase controller according to various embodiments of the present invention.
7 illustrates a conceptual diagram of a phase controller according to various embodiments of the present invention.
8 illustrates a conceptual diagram of a phase control unit according to various embodiments of the present invention.
FIG. 9A illustrates changes in time delay, ie, phase delay, of a square wave in a wireless power transmitter including CMOS process elements according to various embodiments of the present disclosure at a resonant frequency of 6.78 MHz.
FIG. 9B shows measurement results for explaining FIG. 9A.
10A to 10G show circuit diagrams of PA drivers according to various embodiments of the present invention.
11 illustrates waveforms of signals before and after noise removal through a PA driver according to various embodiments of the present invention.
12 is a diagram for explaining a method of detecting a positional change of a wireless power receiver in a wireless power transmitter according to various embodiments of the present disclosure.
13A to 13C show signal waveforms according to comparative examples.
14A and 14B are diagrams for explaining a method of notifying that a position of a wireless power receiver in a wireless power transmitter is out of a preset position according to various embodiments of the present disclosure.
15 is a configuration diagram of a current sensing circuit of a differential structure according to various embodiments of the present disclosure.
16 is a configuration diagram of an amplifier circuit connected to the current sensing circuit according to various embodiments of the present disclosure.
17 is a configuration diagram of a rectifier circuit unit according to various embodiments of the present disclosure.
이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of this document will be described with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or alternatives of the embodiments of this document. . In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like elements.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this document, expressions such as "has," "may have," "includes," or "may include" indicate the existence of a corresponding feature (eg, numerical value, function, operation, or component such as a part). , which does not preclude the existence of additional features.
본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.In this document, expressions such as “A or B,” “at least one of A and/and B,” or “one or more of A or/and B” may include all possible combinations of the items listed together. . For example, “A or B,” “at least one of A and B,” or “at least one of A or B” (1) includes at least one A, (2) includes at least one B, Or (3) may refer to all cases including at least one A and at least one B.
본 문서에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.Expressions such as "first," "second," "first," or "second," as used in this document may modify various elements, regardless of order and/or importance, and refer to one element as It is used only to distinguish it from other components and does not limit the corresponding components. For example, a first user device and a second user device may represent different user devices regardless of order or importance. For example, without departing from the scope of rights described in this document, a first element may be called a second element, and similarly, the second element may also be renamed to the first element.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.A component (e.g., a first component) is "(operatively or communicatively) coupled with/to" another component (e.g., a second component); When referred to as "connected to", it should be understood that the certain component may be directly connected to the other component or connected through another component (eg, a third component). On the other hand, when an element (eg, a first element) is referred to as being “directly connected” or “directly connected” to another element (eg, a second element), the element and the above It may be understood that other components (eg, a third component) do not exist between the other components.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다. As used in this document, the expression "configured to" means "suitable for," "having the capacity to," depending on the circumstances. ," "designed to," "adapted to," "made to," or "capable of." The term "configured (or set) to" may not necessarily mean only "specifically designed to" hardware. Instead, in some contexts, the phrase "device configured to" may mean that the device is "capable of" in conjunction with other devices or components. For example, the phrase "a processor configured (or configured) to perform A, B, and C" may include a dedicated processor (eg, embedded processor) to perform the operation, or by executing one or more software programs stored in a memory device. , may mean a general-purpose processor (eg, CPU or application processor) capable of performing corresponding operations.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.Terms used in this document are only used to describe a specific embodiment, and may not be intended to limit the scope of other embodiments. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field described in this document. Among the terms used in this document, terms defined in a general dictionary may be interpreted as having the same or similar meaning as the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this document, an ideal or excessively formal meaning. not be interpreted as In some cases, even terms defined in this document cannot be interpreted to exclude the embodiments of this document.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)를 포함한다.1 is a conceptual diagram for explaining the overall operation of a wireless charging system. As shown in FIG. 1 , the wireless charging system includes a
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 무선으로 각각 전력(1-1,1-2,1-n)을 송신할 수 있다.The
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 전자기장 또는 자기장을 방사함으로써, 무선 전력을 송신할 수 있다. 여기에서, 무선 전력 송신기(100)는 유도 방식 또는 공진 방식에 근거하여 무선 전력을 송신할 수 있다.The
한편, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 아웃밴드 방식으로 통신하는 경우에, 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1, 2-2, 2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 무선 전력 수신기는 특히, 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰, 웨어러블 전자 장치 등으로 구현될 수 있다. 인밴드 방식으로 통신하는 경우에, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 로드 변조를 수행할 수 있으며, 무선 전력 송신기(100)는 로드 변경을 검출함에 따라서 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)의 보고를 획득할 있다. Meanwhile, the
무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신기(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 사이의 거리는 실내 환경에서 동작하는 거리일 수 있다. 또한 무선 전력 송신기(100)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다.The
무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호나, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100) 제어 정보 등을 무선 전력 송신기(100)에 송신할 수 있다.The wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may receive wireless power from the
또한 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 각각의 충전상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 인밴드 방식 또는 아웃밴드 방식으로 송신할 수 있다.In addition, the wireless power receivers 110-1, 110-2, and 110-n may transmit messages indicating respective charging states to the
무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시수단을 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.The
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.2 is a block diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212) 및 통신 모듈(213)을 포함할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신 모듈(253)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the
전력 송신부(211)는 무선 전력 수신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 형태로 전력을 공급하면서 이를 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 형태로 공급할 수도 있다. The
아울러, 전력 송신부(211)는 교류 파형을 무선 전력 수신기(250)로 제공할 수 있다. 전력 송신부(211)는 추가적으로 공진회로 또는 유도회로를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 소정의 전자기파를 송신 또는 수신할 수 있다. 전력 송신부(211)가 공진회로로 구현되는 경우, 공진회로의 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경 가능 할 수도 있다. 한편 전력 송신부(211)는 전자기장 또는 자기장을 송신할 수 있는 수단이라면 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.In addition, the
제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212) 또는 제어부(252)는 메모리(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 애플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200) 또는 무선 전력 수신기(250)의 동작 전반을 제어할 수 있다.The
통신 모듈(213)은 무선 전력 수신기(250) 또는 또 다른 전자 장치와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신 모듈(213)은 무선 전력 수신기(250)의 통신 모듈(253)과 NFC(near field communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신, 블루투스 통신, BLE(bluetooth low energy) 방식, MST(magnetic secure transfer) 방식 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 한편, 상술한 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본 발명의 실시 예들은 통신 모듈(213)에서 수행하는 특정 통신 방식으로 그 권리범위가 한정되지 않는다.The
전력 수신부(251)는 전력 송신부(211)로부터 유도 방식 또는 공진 방식에 기초하여 무선 전력을 수신할 수 있다.The
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.3A-3C show block diagrams of wireless power transmitters according to various embodiments of the present invention.
도 3a를 참조하면, 무선 전력 송신기(300)는 신호 조정부(310), 증폭기(320), 매칭부(330) 및 공진부(340)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3A , the
신호 조정부(310)는 전류 센싱 회로(311), 전압 센싱 회로(312), ADC(313, 314), 제어부(315), 변조부(316), PA(power amplifier) 드라이버(317) 및 신호 생성부(318)를 포함할 수 있다. 신호 조정부(310)는 IC(integrated circuit)로 구현될 수 있으나, 그 구현 종류에는 제한이 없다.The
도 3a의 실시예에서, 신호 조정부(310)는 신호 생성부(318)을 이용하여 차동 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 차동 신호를 증폭기(320)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 신호 생성부(318)는 싱글-엔디드(single-ended) 신호를 생성할 수 있는 전력 제공 수단을 포함할 수 있다. 전력 제공 수단은 무선 전력 송신기(300)에 포함된 배터리로 구현될 수 있거나 또는 외부로부터 전력을 수신하는 전력 인터페이스로 구현될 수도 있다. 전력 제공 수단이 배터리로 구현된 경우, 신호 생성부(318)는 배터리로부터 출력되는 DC 전력을 AC로 변환하는 인버터를 더 포함할 수 있다. 전력 제공 수단이 전력 인터페이스로 구현되는 경우에, 전력 제공 수단은 외부로부터 AC의 전력을 수신할 수 있거나, 또는 DC의 전력을 수신하여 AC로 변환할 수도 있으며, 이 경우에는 인버터를 더 포함할 수도 있다.In the embodiment of FIG. 3A , the
한편, 신호 생성부(318)는 싱글-엔디드 신호로부터 차동 신호를 생성할 수 있다. 신호 생성부(318)는, 예를 들어 싱글-엔디드 신호를 수신하는 레일에 병렬로 연결되는 분기 레일을 포함할 수 있으며, 분기 레일 상에 위치하는 인버터 등의 반전 신호 생성부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 신호 생성부(318)의 하나의 레일에서는 싱글-엔디드 신호와 동일한 위상을 가지는 제1 신호가 출력될 수 있으며, 분기 레일에서는 반전 신호 생성부를 통하여 싱글-엔디드 신호와 180도 위상 차이를 가지는 제2 신호가 출력될 수 있다. 이에 따라, 신호 생성부(318)는 서로 180도의 위상 차이를 가지는 제1 신호 및 제2 신호로 구성되는 차동 신호를 생성할 수 있다.Meanwhile, the
변조부(316)는 차동 신호 중 적어도 하나의 신호를 조정할 수 있다. 변조부(316)는 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 하나의 실시예에서, 변조부(316)는 차동 신호 중 적어도 하나의 신호를 지연(delay)시킴으로써, 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 위상을 조정할 수 있다. 변조부(316)는 DC/DC 컨버팅 수단 또는 전압 분배기 등을 포함할 수 있으며, 이에 따라 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 진폭을 조정할 수 있다. 한편, 다른 실시예에서는, 변조부(316)가 아닌, 증폭기(320)의 구동 전압(VDD)이 조정됨으로써 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 진폭이 조정될 수도 있다. 이 경우에는, 증폭기(320)의 구동 전압(VDD)이 인가되는 레일에 DC/DC 컨버팅 수단 또는 전압 분배기 등이 배치될 수 있다.The
PA 드라이버(317)는 변조부(316)로부터 출력되는 차동 신호에 대하여 전류 펌핑(pumping)을 수행할 수 있으며, 이에 따라 증폭기(320)의 입력신호의 On/Off Delay 시간이 단축되며, 입력신호의 잡음이 제거되고, 상기 잡음이 제거된 입력 신호가 기설정된 이득으로 증폭될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 입력 신호는 차동 신호 또는 싱글-엔디드 신호가 될 수 있다.The
본 발명의 다양한 실시예에서, PA 드라이버(317)는 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다. 인덕터는 전류에 대한 급작스러운(abrupt) 변경을 방지할 수 있으며, 이에 따라 PA 드라이버(17)는 입력되는 차동 신호에 피크(peak)가 포함된 경우, 피크(peak)를 제외시켜 출력할 수 있다. 더욱 상세하게 후술할 것으로, 무선 전력 수신기의 무선 전력 송신기에 대한 상대적인 위치는 변경될 수 있다. 무선 전력 수신기 또한 인덕터를 포함할 수 있기 때문에, 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기는 회로적으로 커플링될 수 있으며, 이에 따라 상대적인 위치 변경에 의한 임피던스가 변경될 수 있다. 임피던스 변경에 따라 PA 드라이버(317)로 입력되는 차동 신호에 피크가 포함될 수 있으며, PA 드라이버(317)에 포함된 인덕터에 의하여 피크 발생이 방지될 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기가, 예를 들어 A4WP 표준 방식에 기초하여 동작하는 경우에는, 6.78MHz의 상대적으로 높은 주파수를 공진 주파수로 이용할 수 있다. 또는, 공진부, 안테나 또는 부하의 임피던스에 따라 성능이 변경되는 경우에도, 인덕터를 포함한 PA 드라이버(317)는 변경에 강인한 특성을 가지게 되어, 보다 안정적인 신호 증폭이 가능할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, PA 드라이버(317)는 인덕터 뿐만 아니라 추가적으로 커패시터 또는 FET 소자를 더 포함할 수도 있으며, 다양한 실시예에 대하여서는 도 10a 내지 10g를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.In various embodiments of the present invention,
증폭기(320)는, PA 드라이버(317)로부터 출력되는 차동 신호를 기설정된 이득으로 증폭할 수 있다. 증폭기(320)는, 예를 들어 클래스-D 또는 클래스-E의 증폭기로 구현될 수 있다. 증폭기(320)는 구동 전압(VDD)을 이용하여 증폭을 수행할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 하나의 실시예에서는, 구동 전압(VDD)이 변경될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(300)는 증폭기(320)에 구동 전압(VDD)을 제공하는 레일 상에 배치되는 DC/DC 컨버터 또는 전압 분배기 등의 전압을 변경할 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기(300)는 증폭기(320)로부터 출력되는 차동 신호의 진폭을 조정할 필요가 있다고 판단된 경우에, DC/DC 컨버터 또는 전압 분배기를 동작시켜, 증폭기(320)의 이득을 변경할 수 있어 출력되는 차동 신호의 진폭을 조정할 수 있다.The
매칭부(330)는 임피던스 매칭을 위한 다양한 소자, 예를 들어 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 무선 전력 수신기의 무선 전력 송신기에 대한 상대적인 위치는 가변적이며, 이에 따라 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기 상에 배치된 경우에, 다양한 임피던스를 가질 수 있다. 무선 전력 송신기(300)는 임피던스 매칭을 통하여, 무선 충전 효율을 높일 수 있다.The
공진부(340)는 증폭기(320)로부터의 차동 신호를 이용하여 전자기장을 생성하여 외부로 방사시킬 수 있다. 무선 전력 송신기(300)가 A4WP 방식에 기초하여 동작하는 경우에, 공진부(340)는 6.78MHz의 공진 주파수를 가지도록 설계될 수 있으며, 공진 주파수를 가지는 전자기장을 생성하여 외부로 방사시킬 수 있다. 공진부(340)는 공진 회로를 구성하는 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.The
전류 센싱 회로(311)는 공진부(340)의 제 1 입력단에서의 제 1 신호의 전기적인 특성, 예를 들어 전류값을 센싱할 수 있다. 전압 센싱 회로(312)는 공진부(340)의 제 2 입력단에서의 제 2 신호의 전기적인 특성, 예를 들어 전압값을 센싱할 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 전류 센싱 회로(311)가 공진부(340)의 제 2 입력단에 연결되고, 전압 센싱 회로(312)가 공진부(340)의 제 1 입력단에 연결될 수도 있다. 아울러, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 두 개의 전류 센싱 회로 각각이 공진부(340)의 제 1 입력단 및 제 2 입력단 각각에 연결될 수도 있으며, 두 개의 전압 센싱 회로 각각이 공진부(340)의 제 1 입력단 및 제 2 입력단 각각에 연결될 수도 있다.The
ADC(313)는 전류 센싱 회로(311)에서 센싱된 전류값의 아날로그값을 디지털값으로 변환하여 제어부(315)로 출력할 수 있다. ADC(314)는 전압 센싱 회로(312)에서 센싱된 전압값의 아날로그값을 디지털값으로 변환하여 제어부(315)로 출력할 수 있다.The
제어부(315)는 제 1 신호의 전류값 및 제 2 신호의 전압값을 이용하여 신호의 변조 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(315)는 제 1 신호의 전류값 및 제 2 신호의 전압값을 이용하여 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이를 판단할 수 있다. 제어부(315)는, 예를 들어 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이가 183도인 것으로 판단할 수 있다. 제어부(315)는 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이를 180도로 유지시키기 위한 신호의 변조 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(315)는 제 2 신호를 t만큼 딜레이시키는 변조 정보를 결정할 수 있다. 제어부(315)는 결정된 변조 정보에 대응하는 제어 신호를 변조부(316)로 출력할 수 있다. 변조부(316)는 입력된 제어 신호에 기초하여 제 2 신호를 t만큼 딜레이시킬 수 있으며, 이에 따라 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이가 기 설정된 수치, 예를 들어 180도로 유지될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제어부(315)는 예를 들어 제 2 신호의 진폭이 A'인 것을 ADC(314)로부터의 디지털 값으로부터 판단할 수 있다. 제어부(315)는 제 2 신호의 진폭을 A로 조정할 수 있도록 하는 변조 정보를 결정하여, 이에 대응하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 변조부(316)가 진폭을 조정하는 경우에는, 제어부(315)는 변조부(316)로 진폭을 조정하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 또 다른 예에서, 증폭기(320)가 진폭을 조정하는 경우에는, 제어부(315)는 증폭기(320)의 구동 전압이 인가되는 레일 상에 배치되는 DC/DC 컨버터, 전압 분배기 등의 장치로 제어 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 임피던스의 변경, 또는 차동 신호의 부정합, 또는 신호의 왜곡등을 실시간으로 모니터링하여 제어할 수 있어, 충전 효율이 증가하고, EMI가 감소할 수 있다.The
상술한 바에 따라서, 변조부(316)는 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이가 기설정된 수치를 유지하거나 또는 제 1 신호 및 제 2 신호 중 적어도 하나의 진폭이 기설정된 수치를 유지하도록, 차동 신호를 조정할 수 있다. 이에 따라, 차동 신호를 구성하는 제 1 신호 및 제 2 신호는 임피던스 변경에도 불구하고 기설정된 위상 차이를 가지면서, 왜곡되지 않은 파형을 가짐으로써, 상대적으로 낮은 EMI 및 높은 충전 효율이 창출될 수 있다.As described above, the
증폭기(320)가 클래스 D, E 또는 F의 스위칭 방식을 채택한 경우에는, 증폭기(320)는 입력 신호로 전력 소자를 온/오프할 수 있는 구형파의 신호를 이용할 수 있다. 구형파의 차동 신호는 두 개의 신호가 단조, 연속적인 위상차를 유지하여야 한다. 가변하고자 하는 위상차의 최대범위와 위상차의 최소 변화폭에 따라 디지털 제어의 비트수가 달라지게 된다. 최대범위가 크고 최소변화폭이 매우 작고 정교한 경우는 많은 위상 스텝이 많아져 제어비트수가 많고 반대로 최대범위는 작으면서 최소변화폭은 비교적 큰 경우는 제어 비트가 적게 필요하게 된다. 위상의 제어는 연속적이면서도 단조증가 혹은 단조감소로 이루어져야 한다. 단조로 변하여야 디지털 제어 시 코드의 조정을 통해 위상차 제어를 할 때 불연속점이나 제어불안정의 상태가 발생하지 않게 된다. 그러면서도 위상제어를 위하여, 증폭기(320)의 입력단을 충분히 구동할 수 있는 능력을 가지면서도 전체 송신부의 전력효율을 위해 저전력 회로로 설계가 되어야 한다. 따라서 저전력의 특성을 위해 디지털 회로들만으로 위상을 제어하면서 위상의 제어가 연속적이면서 단조증가 형태로 제어가 되는 구형파를 출력하는 신호 조정부(310)가 제공될 수 있다. 그리고 추가로 증폭기(320)의 효율에 큰 영향을 주는 입력 신호인 PWM신호의 진폭을 PWM생성을 하는 인버터 등의 logic회로의 전원을 조절하여 증폭기(320) 효율을 극대화하는 신호 조정부(310)가 제공될 수 있다.When the
본 발명의 다양한 실시예에서, 증폭기(320), 매칭부(330) 및 공진부(340)는 신호 조정부(310) 외부에 배치될 수 있다. 아울러, 전력 제공부(318) 또한 실시예에 따라 신호 조정부(310) 외부에 배치되거나 또는 신호 조정부(310)에 포함될 수 있다. 더욱 상세하게, 전력 제공부(318)가 배터리로 구현된 경우에는, 전력 제공부(318)는 신호 조정부(310) 외부에 배치될 수 있다. 전력 제공부(318)가 전력 인터페이스로 구현된 경우에는, 전력 제공부(318)는 신호 조정부(310)에 포함될 수 있다. 신호 조정부(310)의 외부에 배치되는 소자는 아날로그 소자로 구현될 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는 공진부(340)의 입력단 뿐만 아니라, 다양한 위치에서의 전류값 및 전압값을 센싱할 수 있다.In various embodiments of the present invention, the
도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 싱글-엔디드 신호를 이용하는 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.3B shows a block diagram of a wireless power transmitter using a single-ended signal according to various embodiments of the present invention.
도 3b를 참조하면, 무선 전력 송신기(300)는 신호 조정부(350), 증폭기(360), 매칭부(370) 및 공진부(380)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3B , the
신호 조정부(350)는 센싱 회로(351), ADC(353), 제어부(355), 변조부(356), PA(power amplifier) 드라이버(357) 및 신호 생성부(358)를 포함할 수 있다. 신호 조정부(350)는 IC(integrated circuit)로 구현될 수 있으나, 그 구현 종류에는 제한이 없다.The
도 3b의 실시예에서, 신호 조정부(350)는 싱글-엔디드 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 싱글-엔디드 신호를 증폭기(360)로 출력할 수 있다. 신호 생성부(358)는 싱글-엔디드 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 생성부(358)는 싱글-엔디드 신호를 생성할 수 있는 전력 제공 수단을 포함할 수 있다. 전력 제공 수단은 무선 전력 송신기(300)에 포함된 배터리로 구현될 수 있거나 또는 외부로부터 전력을 수신하는 전력 인터페이스로 구현될 수도 있다. 전력 제공 수단이 배터리로 구현된 경우, 신호 생성부(358)는 배터리로부터 출력되는 DC의 전력을 AC로 변환하는 인버터를 더 포함할 수도 있다. 전력 제공 수단이 전력 인터페이스로 구현되는 경우에, 전력 제공 수단은 외부로부터 AC의 전력을 수신할 수 있거나, 또는 DC의 전력을 수신하여 AC로 변환할 수도 있으며, 이 경우에는 인버터를 더 포함할 수도 있다.In the embodiment of FIG. 3B , the
변조부(356)는 싱글-엔디드 신호를 조정할 수 있다. 변조부(356)는 싱글-엔디드 신호의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 하나의 실시예에서, 변조부(356)는 싱글-엔디드 신호를 지연(delay)시킴으로써, 싱글-엔디드 신호의 위상을 조정할 수 있다. 변조부(356)는 DC/DC 컨버팅 수단 또는 전압 분배기 등을 포함할 수 있으며, 이에 따라 싱글-엔디드 신호의 진폭을 조정할 수 있다. 한편, 다른 실시예에서는, 변조부(356)가 아닌, 증폭기(360)의 구동 전압(VDD)이 조정됨으로써 싱글-엔디드 신호의 진폭이 조정될 수도 있다. 이 경우에는, 증폭기(360)의 구동 전압(VDD)이 인가되는 레일에 DC/DC 컨버팅 수단 또는 전압 분배기 등이 배치될 수 있다.The
PA 드라이버(357)는 변조부(356)로부터 출력되는 차동 신호에 대하여 전류 펌핑(pumping)을 수행할 수 있으며, 이에 따라 증폭기(360)의 입력 신호의 On/Off Delay 시간이 단축되며, 입력신호의 잡음이 제거되고, 상기 잡음이 제거된 입력 신호가 기설정된 이득으로 증폭될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 입력 신호는 차동 신호 또는 싱글-엔디드 신호가 될 수 있다.The
본 발명의 다양한 실시예에서, PA 드라이버(357)는 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다. 인덕터는 전류에 대한 급작스러운(abrupt) 변경을 방지할 수 있으며, 이에 따라 PA 드라이버(357)는 입력되는 차동 신호에 피크(peak)가 포함된 경우, 피크(peak)를 제외시켜 출력할 수 있다.In various embodiments of the present invention,
증폭기(360)는, PA 드라이버(357)로부터 출력되는 싱글-엔디드 신호를 기설정된 이득으로 증폭할 수 있다. 증폭기(360)는, 예를 들어 클래스-D 또는 클래스-E의 증폭기로 구현될 수 있다. 증폭기(360)는 구동 전압(VDD)을 이용하여 증폭을 수행할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 하나의 실시예에서는, 구동 전압(VDD)이 변경될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(300)는 증폭기(360)에 구동 전압(VDD)을 제공하는 레일 상에 배치되는 DC/DC 컨버터 또는 전압 분배기 등의 전압을 변경할 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기(300)는 증폭기(360)로부터 출력되는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 조정할 필요가 있다고 판단된 경우에, DC/DC 컨버터 또는 전압 분배기를 동작시켜, 증폭기(360)의 이득을 변경할 수 있어 출력되는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 조정할 수 있다.The
매칭부(370)는 임피던스 매칭을 위한 다양한 소자, 예를 들어 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 무선 전력 수신기의 무선 전력 송신기에 대한 상대적인 위치는 가변적이며, 이에 따라 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기 상에 배치된 경우에, 다양한 임피던스를 가질 수 있다. 무선 전력 송신기(300)는 임피던스 매칭을 통하여, 무선 충전 효율을 높일 수 있다.The
공진부(380)는 증폭기(360)로부터의 싱글-엔디드 신호를 이용하여 전자기장을 생성하여 외부로 방사시킬 수 있다. 무선 전력 송신기(300)가 A4WP 방식에 기초하여 동작하는 경우에, 공진부(380)는 6.78MHz의 공진 주파수를 가지도록 설계될 수 있으며, 공진 주파수를 가지는 전자기장을 생성하여 외부로 방사시킬 수 있다. 공진부(380)는 공진 회로를 구성하는 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.The
센싱 회로(351)는 공진부(380)의 입력단에서의 싱글-엔디드 신호의 전기적인 특성, 예를 들어 전류값 및 전압값 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다.The
ADC(353)는 전류 센싱 회로(351)에서 센싱된 전류값 및 전압값 중 적어도 하나의 아날로그값을 디지털값으로 변환하여 제어부(355)로 출력할 수 있다.The
제어부(355)는 싱글-엔디드 신호의 전류값 및 전압값 중 적어도 하나를 이용하여 신호의 변조 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(355)는 싱글-엔디드 신호의 전류값 및 전압값 중 적어도 하나를 이용하여 싱글-엔디드 신호의 위상을 판단할 수 있다. 제어부(355)는 싱글-엔디드 신호의 위상을 기설정된 값을 유지하도록 하기 위한 신호의 변조 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(355)는 싱글-엔디드 신호를 t만큼 딜레이시키는 변조 정보를 결정할 수 있다. 제어부(355)는 결정된 변조 정보에 대응하는 제어 신호를 변조부(356)로 출력할 수 있다. 변조부(356)는 입력된 제어 신호에 기초하여 싱글-엔디드 신호를 t만큼 딜레이시킬 수 있으며, 이에 따라 싱글-엔디드 신호의 위상이 기설정된 값으로 유지될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제어부(355)는 예를 들어 싱글-엔디드 신호의 진폭이 A'인 것을 ADC(354)로부터의 디지털값으로부터 판단할 수 있다. 제어부(355)는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 A로 조정할 수 있도록 하는 변조 정보를 결정하여, 이에 대응하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 변조부(356)가 진폭을 조정하는 경우에는, 제어부(355)는 변조부(356)로 진폭을 조정하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 또 다른 예에서, 증폭기(360)가 진폭을 조정하는 경우에는, 제어부(355)는 증폭기(360)의 구동 전압이 인가되는 레일 상에 배치되는 DC/DC 컨버터, 전압 분배기 등의 장치로 제어 신호를 출력할 수 있다.The
상술한 바에 따라서, 변조부(356)는 싱글-엔디드 신호의 위상이 기설정된 수치를 유지하거나 또는 싱글-엔디드 신호의 진폭이 기설정된 수치를 유지하도록, 싱글-엔디드 신호를 조정할 수 있다.As described above, the
본 발명의 다양한 실시예에서, 증폭기(360), 매칭부(370) 및 공진부(380)는 신호 조정부(350) 외부에 배치될 수 있다. 아울러, 신호 생성부(358) 또한 실시예에 따라 신호 조정부(350) 외부에 배치되거나 또는 신호 조정부(350)에 포함될 수 있다. 더욱 상세하게, 전력 제공부(358)가 배터리로 구현된 경우에는, 전력 제공부(358)는 신호 조정부(350) 외부에 배치될 수 있다. 전력 제공부(358)가 전력 인터페이스로 구현된 경우에는, 전력 제공부(358)는 신호 조정부(350)에 포함될 수 있다.In various embodiments of the present invention, the
도 3c를 참조하면, 무선 전력 송신기(300)는 전류 센싱 회로(311), 전압 센싱 회로(312), ADC(313, 314), 제어부(315), 변조부(316), PA(power amplifier) 드라이버(317), 신호 생성부(318), 증폭기(320), 매칭부(330) 및 공진부(340)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3C, the
도 3a에서 설명한 바와 같이, 무선 전력 송신기(300)에 포함된 구성 중 적어도 하나의 구성은 하나의 상기 신호 조정부(310)와 같이 하나의 IC를 통해 구현될 수 있다. 또한, 도 3c와 같이, 각각이 별도의 하드웨어 (예: 아날로그 소자, IC(integrated circuit) 등)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 변조부(316) 또는 PA 드라이버(317) 등이 별도의 IC와 같은 하드웨어로 구성될 수 있다.As described in FIG. 3A , at least one of the components included in the
더불어, 도시되지는 않았으나, 도 3b에 도시된 싱글-엔디드 신호를 이용하는 무선 전력 송신기에 포함된 각 구성요소들 역시 별도의 하드웨어로 구현될 수 있다.In addition, although not shown, each component included in the wireless power transmitter using a single-ended signal shown in FIG. 3B may also be implemented as separate hardware.
도 3c에 도시된 각 구성 요소들에 대해서는 도 3a에서 설명한 내용과 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.Since each component shown in FIG. 3C is the same as that described in FIG. 3A, a detailed description thereof will be omitted.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 변조부의 블록도를 도시한다.4 shows a block diagram of a modulator according to various embodiments of the present invention.
변조부(410)는, 전압 조정부(411), 진폭 제어부(412) 및 위상 제어부(413)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 변조부(410)는 차동 신호의 위상을 디지털 방식으로 제어할 수 있어, MCU나 FPGA를 통한 다양한 디지털 제어 알고리즘의 적용이 가능할 수 있고, 보정 및 위상 변화의 연속성이 보장될 수 있다.The
위상 제어부(413)는 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 위상을 조정할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 위상 제어부(413)는 적어도 하나의 신호를 딜레이시킬 수 있는 딜레이 소자를 포함할 수 있다. 위상 제어부(413)는 제어부로부터의 제어 신호에 기초하여 결정된 딜레이 타임 동안 적어도 하나의 신호를 딜레이시킬 수 있다. 예를 들어, 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다. 도 5를 참조하면, 위상 제어부(500)는 복수 개의 딜레이 소자(511 내지 515)를 포함할 수 있다. 복수 개의 딜레이 소자(511 내지 515) 중 일부 딜레이 소자가 온 상태로 제어될 수 있으며, 딜레이 시간(Δt)만큼 신호가 지연될 수 있다. 제어부는 딜레이 시간(Δt)을 결정할 수 있으며, 결정된 딜레이 시간(Δt)에 기초하여 온 상태로 제어할 딜레이 소자의 개수를 결정하여, 제어 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 제어부(413)는 상기 복수 개의 딜레이 소자(511 내지 515) 중 상기 결정된 딜레이 소자의 개수에 대응하는 제1 딜레이 소자를 결정할 수 있다. 상기 위상 제어부(413)는 상기 제1 딜레이 소자의 출력을 출력함으로써 상기 결정된 딜레이 시간(Δt)만큼 상기 신호를 딜레이 시켜 상기 신호의 위상을 조정할 수 있다.The
본 발명의 다양한 실시예에서, 위상 제어부(413)는 제 1 신호 또는 제 2 신호 중 적어도 하나의 신호를 딜레이시킬 수 있으며, 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이가 180도로 유지될 수 있다.In various embodiments of the present invention, the
또는, 무선 전력 송신기가 차동 신호가 아닌 싱글-엔디드 신호를 이용하는 경우에는, 제어부가 싱글-엔디드 신호의 위상이 기설정된 수치를 가지도록 하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 위상 제어부(413)는 제어 신호에 기초하여 딜레이 소자의 적어도 일부를 온 상태로 제어할 수 있어, 싱글-엔디드 신호를 딜레이 시간(Δt)만큼 지연시켜, 싱글-엔디드 신호가 기설정된 수치의 위상을 가지도록 할 수 있다.Alternatively, when the wireless power transmitter uses a single-ended signal rather than a differential signal, the control unit may output a control signal that causes the phase of the single-ended signal to have a predetermined value. The
진폭 제어부(413)는 전압 조정부(411)로부터 입력되는 구동 전압을 이용하여 상기 차동 신호의 적어도 하나의 신호의 진폭을 조정할 수 있다. 예를 들어, 상기 진폭 제어부(413)는 상기 전압 조정부(411)로부터 입력되는 구동 전압의 크기에 기초하여, 차동 신호의 적어도 하나의 신호의 진폭을 조정할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 적어도 하나의 신호의 진폭이 기설정된 수치와 차이를 가짐을 판단할 수 있으며, 이에 따라 적어도 하나의 신호의 진폭이 기설정된 수치를 가지도록 하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 전압 조정부(411)는 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 기초하여 진폭 제어부(412)의 구동 전압을 조정함으로써, 진폭 제어부(412)로부터 출력되는 차동 신호 또는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 조정할 수 있다.The
상술한 바에 따라서, 변조부(410)는 차동 신호 또는 싱글-엔디드 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.As described above, the
증폭기(420)는, 예를 들어 클래스 D 또는 E의 증폭기로 구현될 수 있으며, 도시된 바와 같이, 인덕터(421,422) 및 FET(423,424)를 포함할 수 있다. FET(423)의 게이트에는 변조부(410)로부터 변조된 제 1 신호가 입력될 수 있으며, FET(414)의 게이트에는 변조부(410)로부터 변조된 제 2 신호가 입력될 수 있다. 증폭기(420)의 출력단에는 인덕터(421,422)가 연결될 수 있으며, 인덕터(421,422) 각각은 FET(423,424) 각각의 드레인에 연결될 수 있다.The
도 4에서는 변조부(410)에 입력되는 차동 신호의 위상이 위상 제어부(413)를 통해 조정된 후, 위상이 조정된 차동 신호의 진폭이 진폭 제어부(412)를 통해 조정되는 것으로 도시되었으나 이는 설명의 목적을 위한 일 예일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 변조부(410)에 입력되는 차동 신호의 진폭이 진폭 제어부(412)를 통해 조정된 후, 진폭이 조정된 차동 신호의 위상이 위상 제어부(413)를 통해 조정될 수도 있다. 상기 변조부(410)를 통하여 위상 및 진폭 중 적어도 하나가 조정된 차동 신호에 포함된 신호들 각각은 증폭기(420)의 입력단으로 출력될 수 있다.In FIG. 4, after the phase of the differential signal input to the
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 신호 생성부 및 위상 제어부의 개념도를 도시한다.6 illustrates a conceptual diagram of a signal generator and a phase controller according to various embodiments of the present invention.
도 6을 참조하면, 위상 제어부는 제1 위상 지연 회로(630), 제2 위상 지연 회로(631), 제1 버퍼(640) 및 제2 버퍼(641)를 포함할 수 있다. 상기 위상 제어부에 차동 신호를 출력하는 신호 생성부는 차동 신호 생성부(610), 제1 비교기(620) 및 제2 비교기(621)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the phase controller may include a first
차동 신호 생성부(610)는 싱글-엔디드 신호를 입력받아 차동 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 차동 신호 생성부(610)는 single to differential(S2D)회로를 포함할 수 있으며, S2D 회로를 이용하여 차동 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 차동 신호를 구성하는 제1 신호 및 제2 신호는 180도의 위상 차이를 가질 수 있다.The
생성된 차동 신호를 구성하는 제1 신호 및 제2 신호 각각은 제1 비교기(comparator)(620) 및 제2 비교기(621)를 거쳐 구형파의 형태로 바뀌게 될 수 있다. 입력되는 신호가 180도의 차이를 갖는 차동 신호이므로 두 개의 비교기(620,621)의 출력은 위상이 180도 차이가 나는 차동의 구형파가 된다.Each of the first signal and the second signal constituting the generated differential signal may be converted into a square wave form through a
상기 위상 제어부는 상기 차동 신호를 공급하는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 각각의 위상을 조정하기 위한 제1 위상 제어부 및 제2 위상 제어부로 구성될 수 있다. 상기 제1 위상 제어부는 제1 위상 지연 회로(630) 및 제1 버퍼(640)를 포함하고, 상기 제2 위상 제어부는 제2 위상 지연 회로(631) 및 제2 버퍼(641)를 포함할 수 있다.The phase control unit may include a first phase control unit and a second phase control unit configured to adjust phases of the first signal and the second signal respectively supplying the differential signal. The first phase controller may include a first
상기 제1 위상 지연 회로(630) 및 상기 제2 위상 지연 회로(631)는 각각 적어도 하나의 딜레이 소자가 직렬로 연결되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 위상 지연 회로(630)는 상기 위상 제어부에 포함되는 복수 개의 딜레이 소자들 중 적어도 하나의 제1 딜레이 소자가 직렬로 연결되어 구성되고, 상기 적어도 하나의 제1 딜레이 소자를 통해 상기 제1 신호의 위상을 지연시켜 상기 제1 신호의 위상을 조정할 수 있다. 상기 제2 위상 지연 회로(631)는 상기 위상 제어부에 포함되는 복수 개의 딜레이 소자들 중 적어도 하나의 제2 딜레이 소자가 직렬로 연결되어 구성되고, 상기 적어도 하나의 제2 딜레이 소자를 통해 상기 제2 신호의 위상을 지연 시켜 상기 제2 신호의 위상을 조정할 수 있다.Each of the first
제1 위상 지연 회로(630) 및 제2 위상 지연 회로(631)는 제1 신호의 구형파 및 제2 신호의 구형파 중 적어도 하나를 딜레이시킬 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 제1 위상 지연 회로(630) 및 제2 위상 지연 회로(631)는 디지털 차원에서 구동될 수 있으며, 외부의 디지털 제어입력에 따라 연속적, 단조증감의 형태로 신호의 위상을 제어할 수 있다. 도 6의 실시예에서, 제1 위상 지연 회로(630) 및 제2 위상 지연 회로(631)는 아날로그 스위치를 포함한 구조로 구현될 수 있다. 아날로그 스위치가 연결되는 위치에 따라, 제1 위상 지연 회로(630) 및 제2 위상 지연 회로(631) 각각에서 온 상태로 동작하는 딜레이 소자의 개수가 결정될 수 있으며, 이에 따라 딜레이 시간(td)이 결정될 수 있다.The first
제1 버퍼(640) 및 제2 버퍼(641)는 위상이 조정된 제1 신호 및 제2 신호 각각을 임시 저장한 후에 출력할 수 있다. 상기 위상이 조정된 제1 신호 및 제2 신호 각각은 증폭기의 입력단으로 출력되거나, 차동 신호의 진폭을 조정하기 위한 진폭 제어부로 출력될 수 있다.The
한편, 비교기(620,621)의 비교 전압인 Vref전압을 조절하면 '1'의 전압과 '0'의 전압으로 이동하는 기준 전압이 달라져 구형파의 듀티 사이클(duty cycle)의 조절이 가능할 수 있다.On the other hand, if the Vref voltage, which is the comparison voltage of the
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다.7 illustrates a conceptual diagram of a phase controller according to various embodiments of the present invention.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 위상 제어부(710)는 적어도 하나의 인버터(711,712,713) 및 멀티플렉서(multiplexer:MUX)(720)를 포함할 수 있다. 인버터(711,712,713)의 개수가 N개이면, 멀티플렉서의 채널의 개수는 N-1개일 수 있다. 멀티플렉서(720)는 입력되는 제어 신호에 기초하여 온 상태로 제어할 인버터를 결정하고, 상기 결정된 인버터의 출력이 출력되도록 할 수 있다.7 illustrates a conceptual diagram of a phase controller according to various embodiments of the present invention. As shown in FIG. 7 , the
이하에서는 제1 신호는 제1 위상 제어부에 의해 조정되고, 제2 신호는 제2 위상 제어부에 조정되는 것으로 상정하도록 한다. 상기 제1 위상 제어부는 적어도 하나의 제1 인버터 및 제1 멀티 플렉서를 포함하고, 상기 제2 위상 제어부는 적어도 하나의 제2 인버터 및 제2 멀티 플렉서를 포함할 수 있다. 또한, 제1 위상 제어부는 제어 신호에 기초하여 m 번째 제1 인버터까지 온 상태로 제어하고, 제2 위상 제어부는 제어 신호에 기초하여 n 번째 제2 인버터까지 온 상태로 제어하는 것으로 상정하도록 한다.Hereinafter, it is assumed that the first signal is adjusted by the first phase controller and the second signal is adjusted by the second phase controller. The first phase controller may include at least one first inverter and a first multiplexer, and the second phase controller may include at least one second inverter and a second multiplexer. In addition, it is assumed that the first phase controller controls up to the m-th first inverter to be turned on based on the control signal, and the second phase controller controls up to the n-th second inverter to be turned on based on the control signal.
제1 인버터 및 제2 인버터 각각의 지연시간을 td라고 할 때, m번째 제1 인버터의 출력은 입력 신호 대비 m × td 의 시간지연을 갖는 신호가 된다. 상기 제1 신호는 m 개의 인버터를 통과함으로써, 상기 제1 신호가 m × td 의 시간지연을 가지게 될 수 있다. 또한, m × td 의 시간이 지연된 제1 신호에 대응하는 상기 m번째 인버터의 출력이 멀티 플렉서를 통해 출력될 수 있다.When the delay time of each of the first inverter and the second inverter is td, the output of the mth first inverter becomes a signal having a time delay of m × td compared to the input signal. The first signal may have a time delay of m × td by passing through m inverters. In addition, the output of the mth inverter corresponding to the first signal delayed by m × td may be output through the multiplexer.
또한, 상기 제2 신호는 n 개의 인버터를 통과함으로써, 상기 제2 신호가 n × td의 시간 지연을 가지게 될 수 있다. n × td의 시간이 지연된 제2 신호에 대응하는 상기 n번째 인버터의 출력이 멀티 플렉서를 통해 출력될 수 있다. 이 경우, m 번째 인버터의 출력인 제1 위상 제어부의 출력(Vout,p)과 n 번째 인버터의 출력인 제2 위상 제어부의 출력(Vout,n)의 시간차이는 위상차 180도에 의한 T/2의 시간차이 외에도 (n-m) × td 의 시간차가 합쳐진 T/2 + (n-m) td 의 시간차가 될 수 있다 즉 위상으로 계산하면 180°+ ((n-m)td/T) × 360°의 위상차를 갖는 제1 신호 및 제2 신호로 구성된 차동 신호의 생성 가능하다. 이때 디지털 제어로 n과 m을 제어하면 연속적으로 단조 증감하는 위상차의 차동 신호가 생성될 수 있다. 여기서 위상제어의 최대범위는 제1 위상 제어부의 출력을 최소의 지연으로, 그리고 제2 위상 제어부의 출력을 최대의 지연으로 한 경우와 그 반대의 경우의 차이이므로 (2Ntd/T) × 360°가 최대로 제어할 수 있는 위상차 제어범위이다. 여기에서 N은 위상 제어부에 포함되는 인버터의 개수이고, 상기 제1 위상 제어부 및 상기 제2 위상 제어부 각각에 포함된 인버터의 개수는 동일하게 N개인 것으로 상정하도록 한다. 상기 제1 위상 제어부 및 상기 제2 위상 제어부 각각에 포함된 인버터의 개수가 상이한 경우에도 동일한 방식으로 최대로 제어할 수 있는 위상차 제어 범위가 결정될 수 있다.In addition, the second signal may have a time delay of n × td by passing through n inverters. An output of the n-th inverter corresponding to the second signal delayed by n × td may be output through a multiplexer. In this case, the time difference between the output (Vout,p) of the first phase control unit, which is the output of the m-th inverter, and the output (Vout,n) of the second phase control unit, which is the output of the n-th inverter, is T/2 due to the phase difference of 180 degrees. In addition to the time difference of (n-m) × td, the time difference of T / 2 + (n-m) td can be added. A differential signal composed of the first signal and the second signal may be generated. At this time, if n and m are controlled by digital control, a differential signal of a phase difference that continuously monotonically increases and decreases may be generated. Here, the maximum range of phase control is the difference between the case where the output of the first phase controller is set to the minimum delay and the output of the second phase controller is set to the maximum delay and vice versa, so (2Ntd/T) × 360° is This is the maximum controllable phase difference control range. Here, it is assumed that N is the number of inverters included in the phase control unit, and the number of inverters included in each of the first phase control unit and the second phase control unit is equal to N. Even when the number of inverters included in each of the first phase control unit and the second phase control unit is different, a maximum controllable phase difference control range may be determined in the same manner.
그리고 제어할 수 있는 최소의 위상차 제어 정밀도는 제어의 경우 인버터의 개수를 많이 하면 위상제어 정밀도가 높아지게 되며 td/T × 360° 가 된다. 즉 인버터의 시간지연을 조절하여 위상제어 정밀도를 결정할 수 있고 인버터의 개수를 조절하여 최대 위상제어 범위를 조절할 수 있다. N개의 제어를 하기 위해 외부에서 디지털제어로 k bit의 제어신호를 멀티 플렉서에 입력해 주면 된다. 그러면 각 인버터들의 N개의 출력을 멀티 플렉서를 통해 선택적으로 출력할 수 있게 된다.In addition, the minimum controllable phase difference control precision is td/T × 360°, as the number of inverters increases, the phase control precision increases. That is, the phase control precision can be determined by adjusting the time delay of the inverter, and the maximum phase control range can be adjusted by adjusting the number of inverters. In order to control N number, you need to input k bit control signal to the multiplexer by digital control from outside. Then, the N outputs of each inverter can be selectively output through the multiplexer.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다.8 illustrates a conceptual diagram of a phase control unit according to various embodiments of the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, 위상 제어부는 적어도 하나의 인버터(810,811)를 포함할 수 있다. 도 8의 위상 제어부는 인버터(810)의 출력 단 및 인버터(811)의 입력단과 그라운드 단자 사이에 배치되는 커패시터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인버터(810)와 인버터(811) 사이에 일단이 연결되며, 타단이 접지되는 커패시터(820)를 포함할 수 있다. 커패시터(820)는 충전 및 방전을 수행할 수 있어, 신호를 추가적으로 딜레이시킬 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 커패시터(820)는 가변 커패시터로 구현될 수도 있다.As shown in FIG. 8 , the phase controller may include at least one
상기 커패시터의 커패시턴스는 제어부에서 생성되는 제어 신호에 기초하여 조정될 수 있다. 상기 위상 제어부는 상기 제어 신호에 기초하여 적어도 하나의 인버터 중 하나의 인버터를 결정하고, 상기 결정된 인버터의 출력을 출력함과 더불어, 상기 커패시터의 커패시턴스를 조정하여 차동 신호의 위상을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.The capacitance of the capacitor may be adjusted based on a control signal generated by a controller. The phase control unit determines one of the at least one inverter based on the control signal, outputs an output of the determined inverter, and controls the phase of the differential signal more precisely by adjusting the capacitance of the capacitor. can
도 9a는 6.78Mhz의 공진 주파수에서, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 CMOS 공정의 소자들을 포함하는 무선 전력 송신기에서의 구형파의 시간 지연, 즉 위상 지연의 변화를 도시한다.FIG. 9A illustrates changes in time delay, ie, phase delay, of a square wave in a wireless power transmitter including CMOS process elements according to various embodiments of the present disclosure at a resonant frequency of 6.78 MHz.
도 9a는 6.78 MHz의 공진 주파수에서, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 CMOS공정의 소자들을 포함하는 무선 전력 송신기에서의 구형파의 시간지연, 즉 위상지연의 변화를 도시한다. 증폭기의 효율은 증폭기의 전원 VDD와 위상뿐만 아니라 증폭기의 입력신호인 PWM신호의 진폭에 의하여서도 영향을 받음을 확인할 수 있다.FIG. 9A shows a change in time delay, ie, phase delay, of a square wave in a wireless power transmitter including CMOS process elements according to various embodiments of the present invention at a resonant frequency of 6.78 MHz. It can be seen that the efficiency of the amplifier is affected not only by the amplifier's power supply VDD and phase, but also by the amplitude of the PWM signal, which is the amplifier's input signal.
도 9a는 위상 차이의 제어에 따른 차동 출력 전압 각각의 크기 변화를 나타내는 그래프를 도시한다. 도 9a에서는, 위상 차 제어 코드와, 차동의 출력 전압들인 VTXP와 VTXN (P는 positive, N은 negative를 의미함) 사이의 상관 관계가 도시된다. 여기에서, 위상 차 제어 코드는, 차동의 출력 사이의 위상 차이를 제어할 수 있는 디지털 코드를 의미할 수 있다.9A is a graph showing a change in magnitude of each differential output voltage according to phase difference control. In FIG. 9A , a correlation between a phase difference control code and differential output voltages VTXP and VTXN (P denotes positive and N denotes negative) is shown. Here, the phase difference control code may refer to a digital code capable of controlling a phase difference between differential outputs.
도 9a를 참조하면, 위상 차 제어 코드가 증가할수록, VTXP가 증가하고 VTXN은 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 위상 차 제어 코드가 감소할수록 VTXP가 감소하고 VTXN은 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 VTXP와 VTXN의 크기를 센싱하고, 제어부가 각각의 크기에 따라 위상 차 제어를 수행함으로써, 출력되는 차동 신호의 대칭성이 보장될 수 있다.Referring to FIG. 9A , it can be confirmed that as the phase difference control code increases, VTXP increases and VTXN decreases, and as the phase difference control code decreases, VTXP decreases and VTXN increases. Therefore, the symmetry of the output differential signal can be guaranteed by sensing the magnitudes of the VTXP and VTXN and controlling the phase difference according to the respective magnitudes of the control unit.
도 9b는, 도 9a를 설명하기 위한 측정 결과를 도시한다. 도 9b를 참조하면, PWM의 진폭이 3V/3.2V/3.4V 로 바뀜에 따라 증폭기의 효율이 변화하는 것을 볼 수 있다. 따라서 PWM신호의 진폭을 제어하여 전력효율을 최적화할 필요가 있다. 이를 구현하기 위해 일반적으로 전력증폭기의 PWM신호를 만들기 위해 invertor나 EXOR등의 논리 회로를 사용할 수 있는데 이들 논리 회로의 전원인 VDD를 DC-DC 컨버터 등으로 제어함으로써 최적화하여 전력증폭기의 효율을 극대화할 수 있다. 즉 위상제어와 동시에 로직 회로의 전원도 함께 제어하여 전력증폭기의 효율을 최적화한다.FIG. 9B shows measurement results for explaining FIG. 9A. Referring to FIG. 9B , it can be seen that the efficiency of the amplifier changes as the amplitude of the PWM is changed to 3V/3.2V/3.4V. Therefore, it is necessary to optimize the power efficiency by controlling the amplitude of the PWM signal. To implement this, in general, logic circuits such as inverters or EXORs can be used to create PWM signals of power amplifiers. can That is, the power of the logic circuit is also controlled simultaneously with the phase control to optimize the efficiency of the power amplifier.
도 9b는 구동 전압의 진폭에 따라 증폭기의 효율이 변경됨을 도시하는 그래프이다. 도 9b를 참조하면, 상대적으로 높은 전력 효율을 얻기 위한 최적의 진폭이 존재하므로, 무선 전력 송신기는 최적의 진폭을 가지도록 신호를 처리할 수 있다. 더욱 상세하게, 제어부는 검출된 신호의 진폭이 최적의 진폭에 대응되지 않는 경우, 진폭 제어를 수행함으로써 출력되는 차동 신호 또는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 조정할 수 있다.9B is a graph showing that the efficiency of the amplifier changes according to the amplitude of the driving voltage. Referring to FIG. 9B , since an optimal amplitude for obtaining relatively high power efficiency exists, the wireless power transmitter may process a signal to have an optimal amplitude. More specifically, when the amplitude of the detected signal does not correspond to the optimal amplitude, the control unit may adjust the amplitude of the output differential signal or single-ended signal by performing amplitude control.
도 10a 내지 도 10g는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 PA 드라이버의 회로도를 도시한다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기에서 순간적인 피크 전류가 높은 고조파가 생성되는 경우에, 인덕터에서 감쇄하여 EMI방사가 감소하도록 할 수 있다. 또한, MOS또는 BJT의 회로가 무선 전력 송신기에 포함되는 경우, 전류원 회로의 gate-drain, 또는 base-collector간에 커패시터가 배치되어, 피드백(feedback)이 가능하여, 고조파의 피크 전류가 완화될 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는, CMOS와 같은 상보성소자를 포함할 수도 있으며, NMOS와 PMOS의 상보성 소자에 의하여 저전력에서 동작이 가능할 수 있다. 예를 들어, 인버터(inverter) 구조의 출력 또는 구동회로를 구성하여 신호가 입력되지 않은 경우에는, 전류가 흐르지 않게 하여 저전력에서의 동작이 가능할 수 있다.10A to 10G show circuit diagrams of PA drivers according to various embodiments of the present invention. In various embodiments of the present disclosure, when harmonics having a high instantaneous peak current are generated in the wireless power transmitter, EMI radiation may be reduced by attenuating the inductor. In addition, when a MOS or BJT circuit is included in a wireless power transmitter, a capacitor is disposed between the gate-drain or base-collector of the current source circuit to enable feedback, thereby mitigating the peak current of harmonics. . In addition, the wireless power transmitter may include a complementary element such as CMOS, and may be operated at low power by the complementary element of NMOS and PMOS. For example, when a signal is not input by configuring an output or driving circuit having an inverter structure, operation at low power may be possible by preventing current from flowing.
도 10a를 참조하면, PA 드라이버는 복수 개의 트랜지스터들(1010,1011,1020,1021)과 인덕터(1030,1031)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 P-MOSFET(1011)의 드레인 단은 상기 제1 N-MOSFET(1010)의 드레인 단과 연결되고 제1 N-MOSFET(1010)과 제1 P-MOSFET(1011)은 각각의 게이트를 통해 차동 신호 중 제 1 신호를 입력받을 수 있다. 또한, 제1 N-MOSFET(1010)과 제1 P-MOSFET(1011)은 상기 제1 신호를 처리하여 V0+의 전압을 가진 신호를 출력할 수 있다.Referring to FIG. 10A , the PA driver may include a plurality of
제2 P-MOSFET(1021)의 드레인 단은 상기 제2 N-MOSFET(1020)의 드레인 단과 연결되고, 제2 N-MOSFET(1020)과 제2 P-MOSFET(1021)은 각각의 게이트를 통해 차동 신호 중 제 2 신호 입력받을 수 있다. 제2 N-MOSFET(1020)과 제2 P-MOSFET(1021)은 상기 제2 신호를 처리하여 V0-의 전압을 가진 신호를 출력할 수 있다.The drain terminal of the second P-
또한, 제1 P-MOSFET(1011)의 소스 및 제2 P-MOSFET(1021)의 소스에는 제1 인덕터(1031)가 연결될 수 있으며, 제1 N-MOSFET(1010)의 소스 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스에는 제2 인덕터(1030)가 연결될 수 있다.In addition, a
일반적으로 무선 전력 송신기는 상대적으로 큰 전력을 송출하므로, 무선 전력 송신기 내에서는 상대적으로 큰 전압스윙 및 전류스윙이 발생할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기 내에 순간적으로 큰 AC 전류가 흐르게 되며 이로 인해 높은 주파수의 큰 잡음신호가 방사되거나 전도되는 문제가 발생할 수 있다. 특히 무선 전력 송신기가 스위칭으로 동작하는 클래스 D 또는 E 증폭기 등을 사용할 경우 전압신호가 구형파로 0V에서 VDD, 혹은 VDD에서 0V로 전이되므로, 상대적으로 큰 크기를 가지는 피크 전류가 발생할 수 있다. 발생된 피크 전류는 PA 드라이버의 접지를 위한 그라운드 단자 또는 구동 전력 입력단으로 흐르면서 전원잡음이 발생할 수 있고, 전원 잡음이 다른 회로 및 기판을 타고 전달되어 잡음문제가 심화될 수 있다. In general, since a wireless power transmitter transmits relatively large power, relatively large voltage swings and current swings may occur within the wireless power transmitter. Accordingly, a large AC current momentarily flows in the wireless power transmitter, which may cause a problem in that a large noise signal of high frequency is radiated or conducted. In particular, when the wireless power transmitter uses a class D or E amplifier operating by switching, since a voltage signal is converted from 0V to VDD or from VDD to 0V in a square wave, a relatively large peak current may occur. The generated peak current may flow to a ground terminal for grounding of the PA driver or a driving power input terminal, causing power supply noise, and power supply noise may be transmitted through other circuits and substrates, thereby intensifying the noise problem.
복수 개의 트랜지스터들(1010,1011,1020,1021)의 소스 또는 에미터 단자가 서로 연결되어 공통이 되므로 입력전압의 순간 전이에서 상반된 부호의 피크 전류가 발생하고 이들이 상쇄될 수 있으므로, 피크 전류의 잡음 신호가 PA 드라이버의 그라운드 단자 또는 구동 전력 입력단자로 전달되는 것이 차단될 수 있다. PA 드라이버의 그라운드 단자 및 구동 전력 입력 단자 각각에 직렬로 연결되는 인덕터(1030,1031)에 의하여 피크 전류가 제거될 수 있다.Since the source or emitter terminals of the plurality of transistors (1010, 1011, 1020, 1021) are connected to each other and become common, peak currents of opposite signs occur at the instantaneous transition of the input voltage and can be offset, resulting in peak current noise A signal may be blocked from being transferred to a ground terminal or a driving power input terminal of the PA driver. The peak current may be removed by the
도 10b 내지 10d는 추가적으로 트랜지스터 전류원을 더 포함한 PA 드라이버의 회로도를 도시한다. 도 10b의 실시예에서는, 제3 N-MOSFET(1040)이 1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 N-MOSFET(1040)의 드레인에 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제3 N-MOSFET(1040)의 소스에는 제2 인덕터(1030)가 연결될 수 있다. 도 10c의 실시예에서는, 제3 P-MOSFET(1041)이 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 P-MOSFET(1041)의 드레인에 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 제3 P-MOSFET(1041)의 소스에는 제1 인덕터(1031)가 연결될 수 있다. 도 10d의 실시예에서는, 제3 N-MOSFET(1040)의 드레인에 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제3 N-MOSFET(1040)의 소스에는 제2 인덕터(1030)가 연결될 수 있다. 아울러, 제3 P-MOSFET(1041)의 드레인에 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 제3 P-MOSFET(1041)의 소스에는 제1 인덕터(1031)가 연결될 수 있다.10b to 10d show circuit diagrams of a PA driver further comprising a transistor current source. In the embodiment of FIG. 10B , a third N-
도 10e 내지 10g는 추가적으로 트랜지스터 전류원 및 커패시터를 더 포함한 PA 드라이버의 회로도를 도시한다. 도 10e의 실시예에서는, 제3 N-MOSFET(1040)의 드레인에 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제3 N-MOSFET(1040)의 소스에는 제2 인덕터(1030)가 연결될 수 있다. 한편, 제1 커패시터(1050)는 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET 각각의 소스와 제3 N-MOSFET(1040) 게이트 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 커패시터(1050)의 일단에는 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제1 커패시터(1050)의 타단에는 제3 MOSFET(1040)의 게이트가 연결될 수 있다. 도 10f의 실시예에서는, 제3 P-MOSFET(1041)의 드레인이 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 제3 P-MOSFET(1041)의 소스에는 제1 인덕터(1031)가 연결될 수 있다. 한편, 제2 커패시터(1051)는 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스와 제3 P-MOSFET의 게이트 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 커패시터(1051)의 일단에는 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 커패시터(1051)의 타단에는 제3 P-MOSFET(1041)의 게이트가 연결될 수 있다. 도 10g의 실시예에서는, 제3 N-MOSFET(1040)의 드레인에 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제3 N-MOSFET(1040)의 소스에는 제2 인덕터(1030)가 연결될 수 있다. 한편, 제1 커패시터(1050)의 일단에는 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제1 커패시터(1050)의 타단에는 제3 N-MOSFET(1040)의 게이트가 연결될 수 있다. 제3 P-MOSFET(1041)의 드레인에 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 제3 P-MOSFET(1041)의 소스에는 제1 인덕터(1031)가 연결될 수 있다. 한편, 제2 커패시터(1051)의 일단에는 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 제2 커패시터(1051)의 타단에는 제3 P-MOSFET(1041)의 게이트가 연결될 수 있다. 커패시터가 추가적으로 포함됨에 따라서, 피크 전류가 완화될 수 있다.10e to 10g show circuit diagrams of the PA driver further comprising a transistor current source and a capacitor. In the embodiment of FIG. 10E , sources of the first N-
순간적인 피크 전류는 MOSFET의 드레인 전압을 순간적으로 올릴 수 있으나 이때 게이트의 전압이 같이 올라가면서 MOSFET의 임피던스가 줄어들 수 있다. 이 경우, 회로에 기생하는 저항 또는 커패시터에 의한 전이현상에 의해 순간적인 피크 전류, 전압의 크기가 작아질 수 있어, PA 드라이버의 접지 또는 구동 전력 입력단으로 전달되는 스파이크(spike) 형태의 고조파 전류, 전압 잡음이 감소할 수 있다.An instantaneous peak current can instantly increase the drain voltage of the MOSFET, but at this time, the gate voltage also increases, reducing the MOSFET's impedance. In this case, the size of the instantaneous peak current and voltage can be reduced by the transition phenomenon by the resistance or capacitor parasitic in the circuit, so that the harmonic current in the form of a spike transmitted to the ground or driving power input terminal of the PA driver, Voltage noise can be reduced.
도 10a 내지 도 10g에 도시된 PA 드라이버를 통해 신호가 증폭기로 출력되며, 상기 증폭기는 상기 PA 드라이버를 통해 잡음이 제거된 신호를 증폭할 수 있다.A signal is output to an amplifier through the PA driver shown in FIGS. 10A to 10G , and the amplifier can amplify a signal from which noise has been removed through the PA driver.
또한, 도 10a 내지 도 10g에서는 차동 신호를 위한 PA 드라이버를 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 PA 드라이버는 싱글-엔디드 신호에 적합하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 싱글-엔디드 신호를 대상으로 하는 경우, 도 10a 내지 10g에서 제2 N-MOSFET(1020) 및 제2 P-MOSFET(1021)은 제거될 수 있다.10A to 10G show a PA driver for a differential signal, but are not limited thereto, and the PA driver may be implemented appropriately for a single-ended signal. For example, when single-ended signals are targeted, the second N-
아울러, 도 10a 내지 도 10g에서는 CMOS 트랜지스터들로 도시되었으나, 이는 설명의 목적을 위한 일 예일 뿐이고, BJT(bipolar junction transistor)와 같은 다른 종류의 트랜지스터를 통해서도 동일한 방식으로 구현 가능함은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 명백하다.In addition, although CMOS transistors are shown in FIGS. 10A to 10G , this is only an example for the purpose of explanation, and it is possible to implement the same method through other types of transistors such as bipolar junction transistors (BJTs). is obvious to the technician of
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 PA 드라이버를 통한 잡음 제거 전과 후의 신호의 파형을 도시한다.11 illustrates waveforms of signals before and after noise removal through a PA driver according to various embodiments of the present invention.
도 11의 (a)에서는 PA 드라이버를 통해 잡음이 제거되기 전의 신호의 파형을 도시한다. 도 11의 (a)에 도시된 신호의 파형과 같이, 무선 전력 송신기는 상대적으로 큰 전력을 송출하므로, 무선 전력 송신기 내에서는 상대적으로 큰 전압스윙 및 전류스윙이 발생할 수 있다. 특히 무선 전력 송신기가 스위칭으로 동작하는 클래스 D 또는 E 증폭기 등을 사용할 경우 전압신호가 구형파로 0V에서 VDD, 혹은 VDD에서 0V로 전이되므로, 상대적으로 큰 크기를 가지는 피크 전류가 도 11의 (a)에 도시된 신호의 파형과 같이 발생할 수 있다.11(a) shows a waveform of a signal before noise is removed through the PA driver. As shown in the waveform of the signal shown in (a) of FIG. 11, since the wireless power transmitter transmits relatively large power, relatively large voltage swings and current swings may occur in the wireless power transmitter. In particular, when the wireless power transmitter uses a class D or E amplifier that operates by switching, since the voltage signal transitions from 0V to VDD or from VDD to 0V in a square wave, a relatively large peak current is shown in FIG. 11 (a). It can occur like the waveform of the signal shown in.
도 11의 (b)에서는 PA 드라이버를 통해 잡음이 제거되기 전의 신호의 파형을 도시한다. 도 11의 (b)에 도시된 신호의 파형과 같이, 무선 전력 송신기에서 순간적인 피크 전류가 높은 고조파가 생성되는 경우에, 인덕터에서 감쇄하여 EMI방사가 감소하도록 할 수 있다. 또한, MOS또는 BJT의 회로가 무선 전력 송신기에 포함되는 경우, 전류원 회로의 gate-drain, 또는 base-collector간에 커패시터가 배치되어, 피드백(feedback)이 가능하여, 고조파의 피크 전류가 도 11의 (b)에 도시된 신호의 파형과 같이 완화될 수 있다.11(b) shows a waveform of a signal before noise is removed through the PA driver. As shown in the waveform of the signal shown in (b) of FIG. 11, when harmonics with a high instantaneous peak current are generated in the wireless power transmitter, EMI radiation can be reduced by attenuating the inductor. In addition, when a MOS or BJT circuit is included in the wireless power transmitter, a capacitor is disposed between the gate-drain or base-collector of the current source circuit to enable feedback, so that the peak current of harmonics is It can be relaxed like the waveform of the signal shown in b).
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기 상에서의 무선 전력 수신기의 위치 변화를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.12 is a diagram for explaining a method of detecting a positional change of a wireless power receiver in a wireless power transmitter according to various embodiments of the present disclosure.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 송신기(1200)는 무선 전력 수신기의 위치 변화를 감지할 수 있다. 무선 전력 송신기(1200)는 무선 전력 수신기와의 상대적인 위치 변경에 의한 공진 임피던스의 변화를 감지할 수 있다. 이와 같이, 무선 전력 송신기(1200)는 공진 임피던스의 변화를 감지하고, 감지된 공진 임피던스의 변화에 기초하여 상기 무선 전력 수신기의 위치 변화를 감지할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the
예를 들어, 무선 전력 수신기가 제1 위치(1210)에서 제2 위치(1211)로 이동되는 경우, 상기 무선 전력 송신기(1200)는 공진 임피던스의 변화를 감지하고, 상기 감지된 공진 임피던스 변화에 기초하여 무선 전력 송신기가 제1 위치(1210)에서 제2 위치(1211)로 이동되었음을 감지할 수 있다.For example, when the wireless power receiver is moved from the
도 13a 내지 도 13c는 비교 예에 의한 신호 파형을 도시한다.13A to 13C show signal waveforms according to comparative examples.
도 13a에서는 증폭기를 통하여 증폭된 차동 신호를 구성하는 제1 신호 및 제2 신호 각각에 대한 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1313)이 도시된다. 제1 신호의 제1 파형(1312)은 구형파의 형태를 가질 수 있으며, 제2 신호의 제2 파형(1313)은 구형파의 형태를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 신호 및 제2 신호는 180도의 위상 차이를 가질 수 있으며, 이에 따라 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1313)은 180도의 위상 차이를 가지는 것과 같이 도시됨을 확인할 수 있다.13A shows a
한편, 예를 들어 무선 전력 수신기의 위치 변경 등과 같은 공진기 주변의 환경 또는 안테나 주변의 환경에 의하여 무선 전력 송신기의 공진 임피던스가 변화하는 경우, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 위상 차이가 180도를 유지하지 못할 수 있다. 도 13b에서와 같이, 제2 신호에 대응하는 제2 파형(1314)이 도 13a와 비교하여 우측으로 이동한 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1314)은 180도의 위상 차이를 유지하지 못하는 것을 확인할 수 있다. 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1314)이 180도의 위상 차이를 유지하지 못함에 따라서, 제1 파형(1312)의 일부 및 제2 파형(1314)의 일부가 겹치는 부분(1321, 1322, 1323)이 발생할 수 있다. 제1 파형(1312)의 일부 및 제2 파형(1314)의 일부가 겹치는 부분(1321, 1322, 1323)이 발생함에 따라서, EMI가 증가할 수 있으며, 전체 무선 충전 효율이 감소할 수 있다.Meanwhile, for example, when the resonance impedance of the wireless power transmitter changes due to the environment around the resonator or the environment around the antenna, such as a change in the position of the wireless power receiver, the phase difference between the first signal and the second signal is 180 degrees. may not be able to maintain As shown in FIG. 13B, it can be confirmed that the
또한, 무선 전력 수신기의 위치 변경 등과 같은 공진기 주변의 환경 또는 안테나 주변의 환경에 의하여 무선 전력 송신기의 공진 임피던스가 변화하는 경우, 제1 신호 및 제2 신호의 진폭의 크기가 상이해질 수 있다. 도 13c에서와 같이, 제2 신호에 대응하는 제2 파형(1331)의 진폭이 도 13a와 비교하여 작아진 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1331)의 진폭이 상이해 진 것을 확인할 수 있다. 제1 신호 및 제2 신호의 진폭에 따라 무선 전력 송신기의 무선 충전 효율이 변화하며, 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1331)의 진폭이 상이해짐에 따라서, 전체 무선 충전 효율이 감소할 수 있다.In addition, when the resonant impedance of the wireless power transmitter changes due to the environment around the resonator or the environment around the antenna, such as a position change of the wireless power receiver, the amplitudes of the first signal and the second signal may be different. As shown in FIG. 13C, it can be confirmed that the amplitude of the
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기 상에서의 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치를 벗어난 상태임을 알리는 방법을 설명하기 위한 도면이다.14A and 14B are diagrams for explaining a method of notifying that a position of a wireless power receiver in a wireless power transmitter is out of a preset position according to various embodiments of the present disclosure.
도 12에서 설명한 바와 같이, 무선 전력 송신기(1400)는 무선 전력 수신기의 위치 변화를 감지할 수 있다. 이에 따라서, 무선 전력 송신기(1400)는 무선 전력 수신기의 위치가 무선 충전 효율에 최적화 되도록 기 설정된 위치(1411)를 벗어나는 경우, 사용자에게 알림을 제공할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 벗어나 제1 위치(1412)로 이동되는 경우, 무선 전력 송신기(1400)의 공진 임피던스가 변화하게 되고, 이에 따라 무선 전력 송신기(1400)의 무선 충전 효율이 감소될 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신기(1400)는 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 벗어나는 경우, 사용자에게 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 이탈하였음을 나타내는 알림을 제공하여 사용자가 무선 전력 수신기의 위치를 기 설정된 위치(141)로 이동시키도록 유도할 수 잇다.As described with reference to FIG. 12 , the
도 14a와 같이, 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 벗어나는 경우 무선 전력 송신기(1400)는 LED 램프 등과 같이 무선 전력 송신기(1400)에 포함된 표시부(1401)를 통하여 사용자에게 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 이탈하였음을 나타내는 알림을 제공할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(1400)는 LED 램프(1401)를 특정 색으로 점등하거나, LED 램프(1401)를 점멸시킴으로써, 사용자에게 알림을 제공할 수 있다.As shown in FIG. 14A, when the position of the wireless power receiver is out of the
또한, 도 14b와 같이, 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 벗어나는 경우 무선 전력 송신기(1400)는 무선 전력 수신기가 기 설정된 위치(1411)를 이탈하였음을 나타내는 신호를 상기 무선 전력 수신기로 송신할 수 있다. 무선 전력 수신기는 상기 신호를 수신하는 경우, 디스플레이와 같은 표시부를 통해 사용자에게 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 이탈하였음을 나타내는 알림을 제공할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 14B, when the position of the wireless power receiver is out of the
또한, 무선 전력 송신기(1400)는 상기 신호를 상기 무선 전력 수신기로 송신함과 동시에, 상기 무선 전력 송신기(1400)에 포함된 표시부(1401)를 통해서도 사용자에게 알림을 제공할 수 있다.In addition, the
도 15는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 차동 구조의 전류 감지 회로에 대한 구성도이다. 15 is a configuration diagram of a current sensing circuit of a differential structure according to various embodiments of the present disclosure.
도 15를 참조하면, 전류 감지 회로는 크게 전력 증폭기(1500), 제1전류 검출용 저항(1530), 제2전류 검출용 저항(1535) 및 부하 검출을 위한 부하 저항(1505)을 포함할 수 있다. 도 15의 전류 감지 회로는 전력 증폭기(1500)로부터 출력되는 또는 공진기로 전달되는 AC/RF 전류를 측정하기 위한 신호 경로에 직렬로 전류 검출용 저항을 배치하고, 그 전류 검출용 저항 양단에 걸리는 전압의 차이를 측정하는 방식이다. 특히 차동 구조에서 포지티브(positive), 네거티브(negative)에 동일하게 2개의 전류 검출용 저항을 배치하여 그 전류 검출용 저항들의 양단 즉, 4 군데의 전압을 서로 크로스하여 샘플링하는 방식이다. 이때, 크로스 방식은 공통 모드(common mode)가 줄어들고 비대칭의 효과가 상쇄되도록 구성된 것이다. Referring to FIG. 15 , the current sensing circuit may largely include a
전력 증폭기(1500)는 제1출력 전압을 부하(1505)의 일단에 인가하며, 상기 제1출력 전압과는 상반된 제2출력 전압을 상기 부하(1505)의 다른 일단에 인가한다. 이때, 제2출력 전압은 상기 제1출력 전압의 극성과는 반대인 것을 나타낸다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전력 증폭기(1500)는 클래스 D 또는 E 증폭기일 수 있다. 여기서, 부하(1505)는 안테나 또는 공진기에 대응하는 부하일 수 있다. The
부하 저항(1505)은 'RL'로 표기될 수 있으며, 차동 회로 관점에서 비대칭을 표현하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 제1저항 및 제2저항으로 구현될 수 있다. 이때, 제1저항과 제2저항은 서로 ΔRL 만큼 차이가 있으며, 이러한 경우 제1저항은 '0.5RL +ΔRL'이며, 제2저항은 '0.5RL - ΔRL'로 표현될 수 있다. 이러한 제1저항과 제2저항의 중간이 접지가 된다. The
제1전류 검출용 저항(1530) 및 제2전류 검출용 저항(1535)은 각각 'RS'로 표기될 수 있다. 전류 감지 회로는 제1전류 검출용 저항(1530)의 양단에 걸리는 전압 'VRS'를 구하기 위한 것이다. 이러한 'VRS'를 구하게 되면 전류 감지 회로에 연결되는 회로에서 증폭되어 전류 크기를 감지하는 데 이용될 수 있다. 하지만, 하나의 전류 검출용 저항이 배치된 전류 감지 회로의 경우에는 그 저항의 양단에 걸리는 전압 간의 차이가 매우 커서 공통 모드의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 감지하고자 하는 신호의 전압 스윙이 매우 큰 경우, 내부 회로의 공통 모드, 비대칭에 의한 문제 등에 영향을 받지 않도록 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전류 감지 회로는 2개의 전류 검출용 저항이 배치된다. The first current detection resistor 1530 and the second
이러한 2개의 전류 검출용 저항(1530, 1535)은 전력 증폭기(1500)로부터 출력되는 전압, 전류 신호가 안테나 혹은 공진기와 같은 부하 예컨대, 부하(1505)에 인가될 때 부하 임피던스가 변함에 따라 변경되는 전류 신호(IRF)를 측정하여 연산 증폭기를 제어하는 데에 이용될 수 있다. These two
먼저, 제1전류 검출용 저항(1530)은 전력 증폭기(1500)의 제1출력과 상기 부하(1505) 사이에 배치되며, 제2전류 검출용 저항(1535)은 상기 전력 증폭기(1500)의 제2출력과 상기 부하(1505) 사이에 배치될 수 있다. First, the first current detection resistor 1530 is disposed between the first output of the
제1전압(V1)(1510)은 상기 제1전류 검출용 저항(1530)의 앞단에 인가되는 전압이며, 제2전압(V2)(1515)는 제1전류 검출용 저항(1530)의 뒷단에 인가되는 전압이다. 제3전압(V3)(1520)는 제2전류 검출용 저항(1535)의 앞단에 인가되는 전압이며, 제4전압(V4)(1525)는 제2전류 검출용 저항(1535)의 뒷단에 인가되는 전압이다. The first voltage (V 1 ) 1510 is the voltage applied to the front end of the first current detection resistor 1530, and the second voltage (V 2 ) 1515 is the voltage of the first current detection resistor 1530. This is the voltage applied to the back end. The third voltage (V 3 ) 1520 is the voltage applied to the front end of the second
전류 감지 회로는 하기 수학식 1 및 수학식 2를 기반으로 도 16의 연산 증폭기(1600)로 입력되는 전압들을 구할 수 있다. The current sensing circuit can obtain voltages input to the
상기 수학식 1, 2에서 VP 및 VN는 각각 부하(1505)의 양단에 걸리는 신호 전압의 포지티브와 네거티브의 전압이며, 본 발명의 다양한 실시 예에서는 VP 를 제1기준 전압이라고 칭하며, VN를 제2기준 전압이라고 칭할 수 있다. 또한, 상기 수학식 1, 2에서 상기 VRS는 제1전류 검출용 저항(1530) 및 제2전류 검출용 저항(1535) 각각에 걸리는 전압이다. 이러한 VRS는 감지하고자 하는 전류(IRF)와 저항(RS)값의 곱으로써, 매우 작은 전압이다. 즉, VRS는 하기 수학식 3에서와 같이 표현될 수 있다. In
한편, 상기 수학식 1에 따르면, 제1전압(V1)(1510)과 제4전압(V4)(1525)를 합하여 제5전압(V5)이 구해질 수 있다. 또한, 수학식 2에 따르면, 제2전압(V2)(1515)과 제3전압(V3)(1520)를 합하여 제6전압(V6)이 구해질 수 있다. Meanwhile, according to
이를 회로로 구현하면 도 16에 도시된 바와 같다. If this is implemented as a circuit, it is as shown in FIG. 16 .
도 16은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 전류 감지 회로에 연결되는 증폭부 회로에 대한 구성도이다.16 is a configuration diagram of an amplifier circuit connected to the current sensing circuit according to various embodiments of the present disclosure.
도 16에 도시된 바와 같이, 도 15의 제1전류 검출용 저항(1530) 및 제2전류 검출용 저항(1535) 각각의 양단에 걸리는 전압들(V1, V2, V3, V4)들은 전압 분배기를 통해 서로 크로스 형태로 합산되어 제5전압(V5) 및 제6전압(V6) 형태로 출력될 수 있다. 여기서, 제1전압 분배기는 상기 제1전류 검출용 저항(1530)의 앞단에 걸리는 제1전압(V1)과 상기 제2전류 검출용 저항(1535)의 뒷단에 걸리는 제4전압(V4)을 합하는 역할을 할 수 있다. 또한, 제2전압 분배기는 상기 제1전류 검출용 저항(1530)의 뒷단에 걸리는 제2전압(V2)과 상기 제2전류 검출용 저항(1535)의 앞단에 걸리는 제3전압(V3)을 합하는 역할을 할 수 있다. 이러한 제1전압 분배기 및 제2전압 분배기는 연산 증폭기(1600)의 앞단에 연결될 수 있다. As shown in FIG. 16, the voltages (V 1 , V 2 , V 3 , V 4 ) across the first and second
이에 따라 제5전압(V5) 및 제6전압(V6)은 연산 증폭기(1600)로 입력되며, 이러한 연산 증폭기(1600)를 통해 제5전압(V5) 및 제6전압(V6) 간의 차이가 구해질 수 있다. 이러한 연산 증폭기(1600)를 이용한 뺄셈 회로를 통해 얻어지는 출력 전압(VO)은 하기 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. 이때, 연산 증폭기(1600)는 제5전압(V5) 및 제6전압(V6) 간의 차이에 이득 A만큼 증폭을 수행하는 역할을 한다. Accordingly, the fifth voltage (V 5 ) and the sixth voltage (V 6 ) are input to the
상기 수학식 4에서 A는 기 설정된 이득으로 연산 증폭기(1600)에서의 이득을 나타낸다. In
상기 수학식 4에 따르면, 연산 증폭기(1600)로부터 출력되는 출력 전압(VO)은 VP , VN에 영향을 받지 않으며 즉, 부하(1505)인 'RL'에 영향을 받지 않는 전압으로써 출력될 수 있다. According to
상기한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 부하(1505)인 'RL'의 변화에 영향을 받지 않는 출력 전압(VO)인 2A * VRS를 구할 수 있다. As described above, 2A * V RS , which is an output voltage ( VO ) that is not affected by a change in 'R L ', which is the
게다가 차동 구조의 비대칭에 비해 VP 와 VN의 크기가 서로 다른 경우에도 상기 수학식들을 적용할 수 있어, 비대칭에 의한 감지 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 공통 모드 문제도 연산 증폭기(1600)의 입력에서 볼 때 V5나 V6은 VP - VN으로 표현되는 것이므로, 비대칭이 심하지 않은 경우 즉, VP 와 VN의 크기 차이가 미리 정해진 범위 이내에 속할 경우 부하의 전압 스윙인 VP 와 VN의 절대 크기보다 상당히 줄어든 크기가 공통 모드로 인가되어 공통 모드 신호의 출력크기에 의해 원하는 신호가 보이지 않는 문제를 해결할 수 있다.In addition, since the above equations can be applied even when the magnitudes of V P and V N are different from each other compared to the asymmetry of the differential structure, sensing performance due to the asymmetry can be improved. In addition, since the common mode problem is also expressed as V P - V N when viewed from the input of the
한편, 연산 증폭기(1600)로부터 출력되는 출력 전압(VO)은 제어부 및 통신부(312, 313)로 입력되기 위해 교류 형태의 신호에서 다시 직류 형태의 일정한 전압으로의 변환이 필요하다. 이를 위해 도 17에 도시된 바와 같이 직류 레벨화하는 정류 회로부(1700)가 구현될 수 있다. On the other hand, the output voltage ( VO ) output from the
이에 따라 무선 전력 송신기의 제어부 및 통신부는 센싱 회로로부터 제공되는 출력 전압(VO)을 기반으로 제어 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 신호 생성부는 제어부로부터 제공된 제어 신호를 근거로 전원을 발생시킬 수 있다.Accordingly, the control unit and the communication unit of the wireless power transmitter may generate a control signal based on the output voltage (V O ) provided from the sensing circuit. Accordingly, the signal generating unit may generate power based on the control signal provided from the control unit.
상기한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 센싱 회로는 상기 도 15 및 도 16을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제어부 및 통신부로 상기 출력 전압(VO)이 제공될 수 있도록 도 17의 정류 회로부(1700)를 더 포함하여 구성될 수 있다. As described above, the sensing circuit according to various embodiments of the present invention may be configured including the FIGS. 15 and 16, and the output voltage ( VO ) of FIG. 17 may be provided to the control unit and the communication unit. A
만일 상기 센싱 회로가 상기 도 15 및 도 16의 구성을 포함하도록 구현될 경우, 상기 센싱 회로는 제1출력 전압을 부하의 일단에 공급하며, 상기 제1출력 전압과는 상반된 제2출력 전압을 상기 부하의 다른 일단에 공급하는 제1증폭기와, 상기 제1증폭기의 제1출력과 상기 부하 사이에 배치되는 제1전류 검출용 저항과, 상기 제1증폭기의 제2출력과 상기 부하 사이에 배치되는 제2전류 검출 저항과, 상기 제1전류 검출 저항의 앞단에 걸리는 제1전압과 상기 제2전류 검출 저항의 뒷단에 걸리는 제4전압을 합한 제5전압과, 상기 제1전류 검출 저항의 뒷단에 걸리는 제2전압과 상기 제2전류 검출 저항의 앞단에 걸리는 제3전압을 합한 제6전압을 구한 후, 상기 제5전압과 상기 제6전압과의 차이에 비례하는 출력 전압을 출력하는 제2증폭기를 포함할 수 있다.If the sensing circuit is implemented to include the configuration of FIGS. 15 and 16, the sensing circuit supplies a first output voltage to one end of the load, and the second output voltage, which is opposite to the first output voltage, is A first amplifier supplied to the other end of the load, a first current detection resistor disposed between the first output of the first amplifier and the load, and disposed between the second output of the first amplifier and the load A fifth voltage obtained by summing a second current sensing resistor, a first voltage applied to a front end of the first current sensing resistor and a fourth voltage applied to a rear end of the second current sensing resistor, and a voltage applied to a rear end of the first current sensing resistor A second amplifier for outputting an output voltage proportional to a difference between the fifth voltage and the sixth voltage after obtaining a sixth voltage obtained by summing the second voltage applied and the third voltage applied to the front end of the second current detection resistor. can include
본 문서에서 기술된 구성요소들 각각은 하나 또는 그 이상의 부품(component)으로 구성될 수 있으며, 해당 구성요소의 명칭은 전자 장치의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 본 문서에서 기술된 구성요소 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있으며, 일부 구성요소가 생략되거나 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 구성요소들 중 일부가 결합되어 하나의 개체(entity)로 구성됨으로써, 결합되기 이전의 해당 구성요소들의 기능을 동일하게 수행할 수 있다.Each of the components described in this document may be composed of one or more components, and the name of the corresponding component may vary depending on the type of electronic device. In various embodiments, an electronic device may include at least one of the components described in this document, and some components may be omitted or additional components may be further included. In addition, some of the components of the electronic device according to various embodiments are combined to form a single entity, so that the functions of the corresponding components before being combined can be performed the same.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은, 예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 단위(unit)를 의미할 수 있다. "모듈"은, 예를 들면, 유닛(unit), 로직(logic), 논리 블록(logical block), 부품(component), 또는 회로(circuit) 등의 용어와 바꾸어 사용(interchangeably use)될 수 있다. "모듈"은, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "모듈"은 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. "모듈"은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다. 예를 들면,"모듈"은, 알려졌거나 앞으로 개발될, 어떤 동작들을 수행하는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays) 또는 프로그램 가능 논리 장치(programmable-logic device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The term "module" used in this document may refer to a unit including one or a combination of two or more of, for example, hardware, software, or firmware. “Module” may be used interchangeably with terms such as, for example, unit, logic, logical block, component, or circuit. A “module” may be a minimum unit or part of an integrally formed part. A “module” may be a minimal unit or part thereof that performs one or more functions. A “module” may be implemented mechanically or electronically. For example, a "module" is any known or future developed application-specific integrated circuit (ASIC) chip, field-programmable gate arrays (FPGAs), or programmable-logic device that performs certain operations. may contain at least one.
다양한 실시예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 메모리가 될 수 있다.At least some of the devices (eg, modules or functions thereof) or methods (eg, operations) according to various embodiments may be stored on computer-readable storage media in the form of, for example, program modules. It can be implemented as a command stored in . When the command is executed by a processor, the one or more processors may perform a function corresponding to the command. A computer-readable storage medium may be, for example, a memory.
컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체(optical media)(예: CD-ROM(compact disc read only memory), DVD(digital versatile disc), 자기-광 매체(magneto-optical media)(예: 플롭티컬 디스크(floptical disk)), 하드웨어 장치(예: ROM(read only memory), RAM(random access memory), 또는 플래시 메모리 등) 등을 포함할 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.Computer-readable recording media include hard disks, floppy disks, magnetic media (eg magnetic tape), optical media (eg CD-ROM (compact disc read only memory), DVD ( digital versatile disc), magneto-optical media (such as floptical disk), hardware devices (such as read only memory (ROM), random access memory (RAM), or flash memory, etc.) ), etc. In addition, the program command may include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The above-described hardware device may include various It may be configured to act as one or more software modules to perform the operations of an embodiment, and vice versa.
다양한 실시예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.A module or program module according to various embodiments may include at least one or more of the aforementioned components, some may be omitted, or additional other components may be included. Operations performed by modules, program modules, or other components according to various embodiments may be executed in a sequential, parallel, repetitive, or heuristic manner. Also, some actions may be performed in a different order, omitted, or other actions may be added.
다양한 실시예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 프로세서에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것일 수 있다.According to various embodiments, in a storage medium storing instructions, the instructions may be configured to cause the at least one processor to perform at least one operation when executed by at least one processor.
그리고 본 문서에 개시된 실시예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 문서에서 기재된 기술의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 문서의 범위는, 본 문서의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the embodiments disclosed in this document are presented for explanation and understanding of the disclosed technical content, and do not limit the scope of the technology described in this document. Therefore, the scope of this document should be construed as including all changes or various other embodiments based on the technical idea of this document.
Claims (20)
차동 신호를 생성하는 신호 생성부;
차동 신호의 위상 조정을 제어하기 위한 제어 신호에 기초하여 상기 생성된 차동 신호의 위상을 복수 개의 인버터들을 통하여 조정하는 변조부;
상기 조정된 차동 신호를 기 설정된 이득으로 증폭하는 증폭기;
상기 증폭된 차동 신호를 상기 무선 전력 수신기로 송신하는 공진부;
상기 증폭된 차동 신호의 전압 및 전류를 센싱하는 센싱부; 및
상기 센싱된 전압 및 전류에 기초하여, 상기 증폭된 차동 신호에 포함된 신호들 사이의 위상 차가 기 설정된 위상 차이가 되도록 제어하기 위한 상기 제어 신호를 생성하여 상기 변조부로 출력하는 제어부를 포함하고,
상기 변조부는, 상기 복수 개의 인버터들 중 적어도 하나의 제1 인버터가 직렬로 연결되어 구성되고, 상기 적어도 하나의 제1 인버터를 통해 상기 생성된 차동 신호에 포함된 제1 신호의 위상을 조정하는 제1 위상 제어부 및 상기 복수 개의 인버터들 중 적어도 하나의 제2 인버터가 직렬로 연결되어 구성되고, 상기 적어도 하나의 제2 인버터를 통해 상기 생성된 차동 신호에 포함된 제2 신호의 위상을 조정하는 제2 위상 제어부를 포함하는 무선 전력 송신기.
A wireless power transmitter for wirelessly charging a wireless power receiver,
a signal generating unit generating a differential signal;
a modulator configured to adjust a phase of the generated differential signal through a plurality of inverters based on a control signal for controlling phase adjustment of the differential signal;
an amplifier for amplifying the adjusted differential signal with a preset gain;
a resonance unit transmitting the amplified differential signal to the wireless power receiver;
a sensing unit sensing voltage and current of the amplified differential signal; and
A control unit generating the control signal for controlling the phase difference between the signals included in the amplified differential signal to be a preset phase difference based on the sensed voltage and current and outputting the generated control signal to the modulation unit;
The modulator is configured by connecting at least one first inverter of the plurality of inverters in series, and adjusts a phase of a first signal included in the generated differential signal through the at least one first inverter. A phase control unit and at least one second inverter among the plurality of inverters are connected in series, and the phase of the second signal included in the generated differential signal is adjusted through the at least one second inverter. A wireless power transmitter including a two-phase control unit.
상기 제1 위상 제어부는,
상기 적어도 하나의 제1 인버터 중 상기 제어 신호에 기초하여 결정된 제3 인버터의 출력을 출력하는 제1 멀티 플렉서
를 포함하고,
상기 제2 위상 제어부는,
상기 적어도 하나의 제2 인버터 중 상기 제어 신호에 기초하여 결정된 제4 인버터의 출력을 출력하는 제2 멀티 플렉서
를 포함하는 무선 전력 송신기.According to claim 1,
The first phase controller,
A first multiplexer outputting an output of a third inverter determined based on the control signal among the at least one first inverter.
including,
The second phase controller,
A second multiplexer outputting an output of a fourth inverter determined based on the control signal among the at least one second inverter.
A wireless power transmitter comprising a.
상기 제1 위상 제어부는,
적어도 하나의 제1 인버터 중 하나의 인버터의 출력 단과 그라운드 단자 사이에 배치되는 제1 커패시터를 더 포함하고,
상기 제2 위상 제어부는,
적어도 하나의 제2 인버터 중 하나의 인버터의 출력 단과 그라운드 단자 사이에 배치되는 제2 커패시터를 더 포함하는 무선 전력 송신기.According to claim 3,
The first phase controller,
Further comprising a first capacitor disposed between an output terminal of one of the at least one first inverter and a ground terminal;
The second phase controller,
The wireless power transmitter further comprising a second capacitor disposed between an output terminal of one of the at least one second inverter and a ground terminal.
상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터는 가변 커패시터이고,
상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 커패시턴스는 상기 제어 신호에 기초하여 조정되는, 무선 전력 송신기.According to claim 4,
The first capacitor and the second capacitor are variable capacitors,
The capacitance of the first capacitor and the second capacitor is adjusted based on the control signal, wireless power transmitter.
상기 제어부는,
상기 증폭된 차동 신호에 포함된 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 각각의 진폭이 기 설정된 진폭이 되도록 제어하기 위한 상기 제어 신호를 생성하는, 무선 전력 송신기.According to claim 1,
The control unit,
The wireless power transmitter for generating the control signal for controlling the amplitude of each of the first signal and the second signal included in the amplified differential signal to be a preset amplitude.
상기 변조부는,
상기 제어 신호에 기초하여 조정된 구동 전압을 이용하여 상기 차동 신호에 포함된 제1 신호 및 제2 신호의 진폭을 각각 조정하는 진폭 제어부; 및
상기 제어 신호에 기초하여 상기 진폭 제어부로 공급되는 구동 전압을 조정하는 전압 조정부
를 더 포함하는 무선 전력 송신기.According to claim 6,
The modulator,
an amplitude controller configured to adjust amplitudes of the first signal and the second signal included in the differential signal using the driving voltage adjusted based on the control signal; and
A voltage regulator adjusting the driving voltage supplied to the amplitude controller based on the control signal.
A wireless power transmitter further comprising a.
상기 진폭 제어부는,
상기 조정된 구동 전압을 이용하여 상기 제1 위상 제어부에서 출력되는 상기 위상이 조정된 제1 신호의 진폭을 조정하고, 상기 위상 및 진폭이 조정된 제1 신호를 상기 증폭기의 제1 입력 단으로 출력하고,
상기 제어 신호에 기초하여 상기 제2 위상 제어부에서 출력되는 상기 위상이 조정된 제2 신호의 진폭을 조정하고, 상기 위상 및 진폭이 조정된 제2 신호를 상기 증폭기의 제2 입력 단으로 출력하는, 무선 전력 송신기.According to claim 7,
The amplitude control unit,
Adjust the amplitude of the phase-adjusted first signal output from the first phase control unit using the adjusted driving voltage, and output the phase-adjusted first signal to the first input terminal of the amplifier. do,
Adjusting the amplitude of the phase-adjusted second signal output from the second phase control unit based on the control signal, and outputting the phase and amplitude-adjusted second signal to a second input terminal of the amplifier, wireless power transmitter.
상기 진폭 제어부는,
상기 제어 신호에 기초하여 상기 제1 신호의 진폭을 조정하고, 상기 진폭이 조정된 제1 신호를 상기 제1 위상 제어부로 출력하고,
상기 제어 신호에 기초하여 상기 제2 신호의 진폭을 조정하고, 상기 진폭이 조정된 제2 신호를 상기 제2 위상 제어부로 출력하는, 무선 전력 송신기.According to claim 7,
The amplitude control unit,
Adjusting the amplitude of the first signal based on the control signal, and outputting the first signal with the adjusted amplitude to the first phase control unit;
A wireless power transmitter for adjusting an amplitude of the second signal based on the control signal and outputting the second signal having the adjusted amplitude to the second phase control unit.
싱글 엔디드 신호를 생성하는 신호 생성부;무선 전력 수신기를 무선으로 충전하는 무선 전력 송신기에 있어서,
싱글 엔디드 신호를 생성하는 신호 생성부;
싱글 엔디드 신호의 위상 조정을 제어하기 위한 제어 신호에 기초하여 상기 생성된 싱글 엔디드 신호의 위상을 적어도 하나의 인버터를 통하여 조정하는 변조부;
상기 조정된 싱글 엔디드 신호를 기 설정된 이득으로 증폭하는 증폭기;
상기 증폭된 싱글 엔디드 신호를 상기 무선 전력 수신기로 송신하는 공진부;
상기 증폭된 싱글 엔디드 신호의 전압 및 전류를 센싱하는 센싱부; 및
상기 센싱된 전압 및 전류에 기초하여, 상기 증폭된 싱글 엔디드 신호의 위상이 기 설정된 위상이 되도록 제어하기 위한 상기 제어 신호를 생성하여 상기 변조부로 출력하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 증폭된 싱글 엔디드 신호의 진폭이 기 설정된 진폭이 되도록 제어하기 위한 상기 제어 신호를 생성하는 무선 전력 송신기.A wireless power transmitter for wirelessly charging a wireless power receiver,
A signal generator for generating a single-ended signal; In a wireless power transmitter for wirelessly charging a wireless power receiver,
a signal generating unit generating a single-ended signal;
a modulator configured to adjust a phase of the generated single-ended signal through at least one inverter based on a control signal for controlling phase adjustment of the single-ended signal;
an amplifier for amplifying the adjusted single-ended signal with a preset gain;
a resonance unit transmitting the amplified single-ended signal to the wireless power receiver;
a sensing unit sensing voltage and current of the amplified single-ended signal; and
a control unit generating the control signal for controlling a phase of the amplified single-ended signal to be a predetermined phase based on the sensed voltage and current, and outputting the generated control signal to the modulation unit;
Wherein the control unit generates the control signal for controlling the amplitude of the amplified single-ended signal to be a preset amplitude.
상기 변조부는,
상기 적어도 하나의 인버터가 직렬로 연결되어 구성되고, 상기 적어도 하나의 인버터를 통해 상기 생성된 싱글 엔디드 신호의 위상을 조정하는 위상 제어부
를 포함하는 무선 전력 송신기.According to claim 10,
The modulator,
The at least one inverter is connected in series, and the phase controller adjusts the phase of the generated single-ended signal through the at least one inverter.
A wireless power transmitter comprising a.
상기 위상 제어부는,
상기 적어도 하나의 인버터 중 상기 제어 신호에 기초하여 결정된 제1 인버터의 출력을 출력하는 멀티 플렉서
를 포함하는 무선 전력 송신기.According to claim 11,
The phase control unit,
A multiplexer for outputting an output of a first inverter determined based on the control signal among the at least one inverter
A wireless power transmitter comprising a.
상기 위상 제어부는,
상기 적어도 하나의 인버터 중 하나의 인버터의 출력 단과 그라운드 단자 사이에 배치되는 커패시터를 더 포함하는 무선 전력 송신기.According to claim 12,
The phase control unit,
The wireless power transmitter further comprising a capacitor disposed between an output terminal of one of the at least one inverter and a ground terminal.
상기 커패시터는 가변 커패시터이고,
상기 커패시터의 커패시턴스는 상기 제어 신호에 기초하여 조정되는, 무선 전력 송신기.According to claim 13,
The capacitor is a variable capacitor,
The capacitance of the capacitor is adjusted based on the control signal, wireless power transmitter.
상기 변조부는,
상기 제어 신호에 기초하여 조정된 구동 전압을 이용하여 상기 싱글 엔디드 신호호의 진폭을 조정하는 진폭 제어부; 및
상기 제어 신호에 기초하여 상기 진폭 제어부로 공급되는 구동 전압을 조정하는 전압 조정부
를 더 포함하는 무선 전력 송신기.According to claim 10,
The modulator,
an amplitude control unit adjusting an amplitude of the single-ended signal call using a driving voltage adjusted based on the control signal; and
A voltage regulator adjusting the driving voltage supplied to the amplitude controller based on the control signal.
A wireless power transmitter further comprising a.
상기 진폭 제어부는,
상기 조정된 구동 전압을 이용하여 상기 위상 제어부에서 출력되는 상기 위상이 조정된 싱글 엔디드 신호의 진폭을 조정하고, 상기 위상 및 진폭이 조정된 싱글 엔디드 신호를 상기 증폭기의 제1 입력 단으로 출력하는 무선 전력 송신기.According to claim 16,
The amplitude control unit,
Adjusting the amplitude of the phase-adjusted single-ended signal output from the phase controller using the adjusted driving voltage, and outputting the phase- and amplitude-adjusted single-ended signal to a first input terminal of the amplifier. power transmitter.
상기 진폭 제어부는,
상기 제어 신호에 기초하여 상기 싱글 엔디드 신호의 진폭을 조정하고, 상기 진폭이 조정된 싱글 엔디드 신호를 상기 위상 제어부로 출력하는, 무선 전력 송신기.According to claim 17,
The amplitude control unit,
A wireless power transmitter configured to adjust an amplitude of the single-ended signal based on the control signal and output the single-ended signal having the adjusted amplitude to the phase control unit.
적어도 하나의 제1 인버터가 직렬로 연결되어 구성되고, 차동 신호의 위상 조정을 제어하기 위한 제어 신호에 기초하여 상기 적어도 하나의 제1 인버터를 통해 상기 IC에 공급되는 차동 신호에 포함된 제1 신호의 위상을 조정하는 제1 위상 제어부; 및
적어도 하나의 제2 인버터가 직렬로 연결되어 구성되고, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 적어도 하나의 제2 인버터를 통해 상기 차동 신호에 포함된 제2 신호의 위상을 조정하는 제2 위상 제어부
를 포함하는 IC.In an integrated circuit (IC) for controlling a phase of a differential signal transmitted to a wireless power receiver for wireless charging,
At least one first inverter is configured by being connected in series, and a first signal included in a differential signal supplied to the IC through the at least one first inverter based on a control signal for controlling phase adjustment of the differential signal A first phase controller for adjusting the phase of; and
A second phase controller configured by connecting at least one second inverter in series and adjusting a phase of a second signal included in the differential signal through the at least one second inverter based on the control signal
IC containing.
상기 제어 신호에 기초하여 조정된 구동 전압을 이용하여 상기 차동 신호에 포함된 제1 신호 및 제2 신호의 진폭을 각각 조정하는 진폭 제어부; 및
상기 제어 신호에 기초하여 상기 진폭 제어부로 공급되는 구동 전압을 조정하는 전압 조정부
를 더 포함하는 IC.According to claim 19,
an amplitude controller configured to adjust amplitudes of the first signal and the second signal included in the differential signal using the driving voltage adjusted based on the control signal; and
A voltage regulator adjusting the driving voltage supplied to the amplitude controller based on the control signal.
IC further comprising.
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