KR102499554B1 - 무선 충전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 무선 충전 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치는, 적어도 하나 이상의 휴대용 기기에서 송신되어, 인쇄 회로 기판의 표면을 타고 흐르는 표면 신호를 수신하는 수신부와, 상기 표면 신호의 신호 레벨을 검출하는 검출부와, 상기 표면 신호의 신호 레벨을 기초로, 충전면에 놓여진 휴대용 기기가 전송하는 내부 통신 신호의 대역폭을 연산하고, 상기 연산된 내부 통신 신호의 대역폭에 따라, 상기 재방사 안테나 및 상기 외부 안테나의 주파수 대역을 설정하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 무선 충전 성능을 저하시키지 않으면서도, 충전면에 놓여진 휴대용 기기의 통신 대역을 정확하게 검출하고, 검출된 통신 대역에 대응하여, 재방사 안테나 및 외부 안테나의 주파수 대역을 간편하게 설정할 수 있다.

Description

무선 충전 장치{Wireless charging device}
본 발명은, 무선 충전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 충전 성능을 저하시키지 않으면서도, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 통신 대역을 정확하게 검출하고, 검출된 통신 대역에 대응하여, 재방사 안테나 및 외부 안테나의 주파수 대역을 간편하게 설정할 수 있는, 무선 충전 장치에 관한 것이다.
이동 단말기 무선 충전 장치가 시중에서 선보이고 있다. 나아가, 차량에 구비되는 이동 단말기용 무선 충전 장치에 대한 개발이 이루어지고 있다.
한편, 최근에는 고층 건물과 내부의 공간이 날로 복잡해짐에 따라 무선통신 시스템에서 전파환경이 열악한 음영지역이 건물 내부 곳곳에 발생하게 되었다. 또한, 차량안에 위치하는 경우 차체가 전체적으로 금속으로 이루어져 있어 전파의 송수신율이 저하된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 근래에는 차량에 구비되는 무선 충전 장치에 재방사 안테나를 배치시켜, 무선 통신 신호를 재전송하려는 시도가 있다.
그러나, 종래의 무선 충전 장치는, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 통신 대역을 검출하기 위해서, 커플링 안테나를 통해, 이동 단말기의 통신 신호를 추출한 후, 해당 통신 신호를 커플러 구조와, 필터, 스위칭 소자 등을 통해, 대역 분리여, 이동 단말기의 통신 대역을 검출하였다.
이러한 방법은, 이동 단말기와 기지국 간의 원활한 통신을 위하여, 이동 단말기의 통신 신호 중, 극히 일부분을 커플러 구조로 추출하나, 커플러 구조에 의해 신호 감쇄가 발생되어, 통신 대역의 오류가 발생하는 경우가 빈번하였다.
예를 들어, 커플러 구조에 의한 신호 감쇄가 심각하게 발생하여, 통신 대역을 검출할 수 없거나, 조수석에 놓여진 이동 단말기의 통신 신호가 인쇄 회로 기판(PCB)에 유기된 경우, 인쇄 회로 기판(PCB)에 유기된 유기 신호가, 커플러 구조에 의한 감쇄 신호 보다 커서, 조수석에 놓여진 이동 단말기의 통신 대역이 검출될 수 있었다.
본 명의 목적은, 충전 효율을 저감시키지 않으면서도, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 통신 대역을 보다 정확하게 연산할 수 있는 무선 충전 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제품 소형화 및 원가 절감을 위한 무선 충전 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이동 단말기의 통신 중에도, 통신 대역을 정확하게 연산할 수 있는 무선 충전 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치는, 적어도 하나 이상의 이동 단말기에서 송신되어, 인쇄 회로 기판의 표면을 타고 흐르는 표면 신호를 수신하는 수신부와, 상기 표면 신호의 신호 레벨을 검출하는 검출부와, 상기 표면 신호의 신호 레벨을 기초로, 충전면에 놓여진 이동 단말기가 전송하는 내부 통신 신호의 대역폭을 연산하고, 상기 연산된 내부 통신 신호의 대역폭에 따라, 상기 재방사 안테나 및 상기 외부 안테나의 주파수 대역을 설정하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치는, 인쇄 회로 기판(PCB)에 자연스럽게 유기되는 표면 신호를 통해, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 통신 대역을 판단하므로, 커플러에 인한 신호 감쇄가 발생하지 않아 정확한 통신 대역 판단이 가능하다.
또한, 종래 무선 충전 장치는, 재방사 안테나 외에, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 통신 대역을 판단하기 위한 커플러 안테나와, 커플러 안테나에서 수신된 신호를 분리하기 위한, 커플러, 필터, 스위칭 소자가 더 필요하나, 본 발명의 무선 충전 장치는, 공진기를 포함하는 수신부가 이를 대체하므로, 제품 소형화는 물론, 제조 비용이 저감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 무선 충전 장치는, 커플러 안테나, 커플러 등이 불필요하므로, 커플링 손실로 인한 신호 감소 발생 우려가 없으며, 필터, 스위칭 소자 등에서 발생되는 열손실에 의한 대역 선택 오류가 제거될 수 있다.
또한, 종래의 무선 충전 장치는, 각 통신 대역마다, 필터, 파워 디텍터(power detector), 스위칭 소자 등을 구비하였으나, 본 발명의 무선 충전 장치는, 공진점을 변화시켜, 표면 신호를 수신하되, 공진점은, 튜너블(tunable) 커패시터의 커패시턴스 값에 따라 조절 가능하므로, 필터, 파워 디텍터 등을 대역에 따라 복수개 배치할 필요가 없다.
또한, 커플러 패스가 많아질수록 신호가 간섭이 증가하여, 통신 대역 검출의 정확성이 감소되나, 본 발명의 무선 충전 장치는, 자연스럽게 인쇄 회로 기판(PCB)에 유기되는 표면 신호를 이용하여, 통신 대역을 검출하므로, 통신 대역 선택에 정확성을 부여한다.
또한, 본 발명의 무선 충전 장치는, 인쇄 회로 기판(PCB)에 유기되는 신호를 직접 이용하므로, 충전면에 놓여져 있지는 않지만, 무선 충전 장치에 근접하게 위치하여, 인쇄 회로 기판(PCB)에 유기되는 유기 신호로 인하여 발생될 수 있는 대역 선택 오류가 발생하지 않는다.
또한, 본 발명의 무선 충전 장치는, 통신 신호를 필터링하고, 이를 증폭하기 위한 신호 라인과, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 통신 대역을 판단하기 위한 신호 라인이 분리되어 있어, 이동 단말기와 기지국 간의 통신 중에도, 통신 대역 판단이 가능하다.
또한, 본 발명의 무선 충전 장치 내의 튜너블 캐패시터는, 인쇄 회로 기판(PCB)을 타고 흐르는 표면 신호를 수신하기 위해서만 사용되므로, 튜너블 캐패시터를 이용한 안테나와 다르게 피딩(feeding) 라인이 불필요하고, 신호 방사를 위한 클리어런스(clearance) 영역도 불필요하다.
도 1은, 본 발명의 재방사 안테나의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 무선 충전 장치가 차량에 거치된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 분해 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 내부 블록도의 일예이다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따른 통신 대역 선택 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은, 도 6의 설명에 참조되는 도면이다.
도 8은, 도 6의 설명에 참조되는 도면이다.
도 9는, 도 6의 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 본 발명의 재방사 안테나의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 차량(40)안에 위치하는 이동 단말기, 휴대용 기기(도 2의 600)는 기지국(10)에서 송신한 전파가 건물에 부딪히거나 차량(40)의 외관을 이루는 금속에 차폐되어 전파 송수신율이 현저히 저하될 수 있다.
이렇게 부분적으로 전파가 전달되지 않는 곳을 음영 지역이라고 하며, 음영 지역의 전파 송수신율을 높이기 위해, 차량(40) 내의 무선 충전 장치(100)는 재방사 안테나(200)를 구비할 수 있다.
구체적으로 차량(40)은, 외부에 외부 안테나(30)를 구비하고, 상기 외부 안테나(30)에서 수신한 외부 통신 신호를 증폭하여, 차량(40) 내부에 있는 재방사 안테나(200)를 통해 차량(40) 내부에 위치하는 단말기(600)에 전송할 수 있다.
또한, 차량(40)은, 재방사 안테나(200)를 통해 수신한 내부 통신 신호를 증폭하여, 외부 안테나(30)를 통해 기지국(10)에 전송할 수 있다. 이에 따라, 이동 단말기(600)의 전파 송수신율이 증가할 수 있다.
다만, 차량(40) 내의 이동 단말기(600)는 특정 통신 대역(band)에서 기지국(10)과의 통신이 가능하므로, 재방사 안테나(200) 및 외부 안테나(30)의 통신 대역 조절이 필수적으로 요구된다 할 것이다.
도 2는, 본 발명의 무선 충전 장치가 차량에 거치된 상태를 도시한 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 무선 충전 방식으로 이동 단말기(600)를 충전하는 무선 충전 장치(100)가 등장하고 있다. 무선 충전 방식은 무선 충전 장치(100)와 이동 단말기(600)를 케이블로 연결하지 않고 무선 충전 장치(100) 위에 단말기(600)를 거치하는 것만으로 충전이 되는 장점이 있다.
무선 충전 장치(100)는 차량 내부에 배치될 수 있다.
한편, 무선 충전 장치(100)를 구비한 차량(40) 내부에서 이동 단말기(600)는 대부분 무선 충전 장치(100) 위에 거치된 상태로 이용된다. 또한 통화 시에도 거치된 상태로 블루투스 기능을 이용해 핸즈프리로 통화를 할 가능성이 높다.
재방사 안테나(200)가 신호 손실을 최소화하면서, 이동 단말기(600)에 통신 신호를 전달하기 위해서는, 재방사 안테나(200)와 이동 단말기(600) 사이의 거리가 가까울수록 유리하다.
따라서, 재방사 안테나(200)는, 통신 효율을 위하여, 무선 충전 장치(100) 내부에 구비될 수 있다. 이때, 무선 충전 장치(100)는, 이동 단말기(600)를 무선 충전시킴과 동시에 통신 신호를 재방사할 수 있게 된다.
이러한 무선 충전 장치(100)는, 도 2에서와 같이, 센타 콘솔의 일 영역, 센타페시아의 일 영역, 글로브 박스의 일 영역 또는 대시 보드의 일 영역에 배치될 수 있다.
또는, 무선 충전 장치(100)는 리어 시트의 암레스트의 일 영역에 배치될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 사시도이고, 도 4는, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 분해 사시도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 무선 충전 장치(100)는, 내부에 전장부를 갖는 하우징(100a, 100b)과 하우징 내부에 실장되는 인쇄 회로 기판(170), 인쇄 회로 기판을 보호하는 쉴드캔(150), 이동 단말기(600)에 전력을 무선으로 전송하는 전력 전송 코일(130) 및 안테나 신호를 입력 받아 이를 다시 방사하는 재방사 안테나(200)를 포함할 수 있다.
또한, 무선 충전 장치(100)는, 인쇄 회로 기판(170), 전력 전송 코일(130), 재방사 안테나(200) 등에서 발생된 열을 발산시키는 방열판(191) 및 내부 공기를 순환시켜, 무선 충전 과정 또는 재방사 과정에서 발생되는 열을 저감하기 위한 팬 모듈(195)을 더 포함할 수 있다.
또한, 무선 충전 장치(100)는, 이동 단말기(600)가 거치되는 패드(110)를 더 포함할 수 있다.
하우징(100a, 100b)은 상부 하우징(100a)과 하부 하우징(100b)로 구성될 수 있다. 하우징(100a, 100b)은, 내부에 전력 전송 코일(130) 및 재방사 안테나(200)가 실장되고, 외부에 상기 전력 전송 코일(130)에 공급할 전원을 공급하는 단자와, 차량(40) 외부에 위치하는 외부 안테나(30)를 통해 수신한 안테나 신호를 재방사 안테나(200)에 공급하기 위한 단자가 노출될 수 있다.
한편, 후술하는 바와 같이, 인쇄 회로 기판(170)에는, 충전면에 놓여진 이동 단말기 뿐만 아니라, 무선 충전 장치(100) 근처에 위치한 이동 단말기에 의해 여기된 원치 않은 표면 신호가 흐를 수 있고, 이러한 원치 않은 표면 신호에 의해 대역 선택의 오류가 발생될 수 있다.
대역 선택 오류를 저감시키기 위해서는, 하우징(100a, 100b)을 금속 재질로 구성하는 것이 바람직해 보이나, 금속 재질로 하우징하는 경우, 충전 효율이 급격하게 감소되므로, 본래의 목적인 무선 충전 장치로써 효율적인 동작을 위해, 하우징(100a, 100b)은, 비금속 재질로 구성되는 것이 타당하다.
제어부(도 5의 570)는 인쇄 회로 기판(170)으로 외부 전원을 인가받아 전력 전송 코일(130)에 공급하고, 외부 안테나(30)로부터 전달받은 신호를 재방사 안테나(200)로 전송하는 역할을 한다.
인쇄 회로 기판(170)의 상면에는 열을 방사하고 그 위에 부품을 실장할 수 있는 공간을 제공하는 쉴드캔(150)을 더 구비할 수 있다.
인쇄 회로 기판(170) 위에 위치하는 전력 전송 코일(130)은 전류가 흐르면 전자기장이 형성되고 상기 전자기장에 의해 이동 단말기(600)의 전력 수신 코일에 전류가 흐르게 되어 이동 단말기(600)를 충전할 수 있다.
본 실시예에서는 쉴드캔(150) 위에 전력 전송 코일(130)이 위치한다.
무선 충전 방식은 자기 공명 방식과 전자기 유도방식이 있다. 전자기유도방식은 유도 전류 원리를 이용하여 충전이 필요한 전자 장치를 충전하는 방식으로, 휴대용 충전장치에 실장된 전력 전송 코일(140)에 흐르는 전류가 전자기장을 형성하고 상기 전자기장 내에 위치하는 전력 수신 코일은 전자기장에 의해 전류가 흐를 수 있다.
자기 공명 방식은 특정 주파수에서 큰 진폭으로 진동하는 현상인 공명 방식을 이용하여 충전하는 방식으로 동일한 공진파수를 갖는 전력 송신 코일(130)과 전력수신코일 사이에 형성되는 강한 자계 결합 현상을 이용한다.
전자기 유도 방식은 효율이 높으나 전력 전송 코일(130)과 전력 수신 코일이 인접하게 위치해야하며, 이격되거나 비스듬하게 배치되는 경우에는 효율이 크게 떨어진다. 따라서, 전자기유도방식의 충전에서는 전력 전송 코일(130)과 전력 수신 코일 사이의 배치가 매우 중요하다.
반면, 자기 공명 방식은 효율이 전자기 유도 방식에 비해 높지는 않으나, 이격된 거리에서도 충전 가능하기 때문에 사용에 제한을 받지 않는 장점이 있다. 또한 사용하지 않은 에너지 부분은 전자장으로 재흡수되는 장점이 있다.
무선 충전 장치(100)는, 전력 전송 코일(130)에 상면 또는 하면에 페라이트 시트를 더 포함할 수 있다. 페라이트 시트는 코일의 자속선의 회로 흐름을 향상시킬 수 있으며, 전력 전송 코일(130)에서 나오는 전자기 방사량을 줄일 수 있다.
방열판(191)은, 내부의 열을 방열시킬 수 있다. 방열판(191)은, 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 방열판(191)은, 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
팬 모듈(195)은, 방열판(191)과 결합되어, 내부의 열을 외부로 배출하거나, 외부의 열을 내부로 흡입할 수 있다. 이에 따라, 무선 충전 장치(100)의 발열이 저감될 수 있다.
팬 모듈(195)은, 적어도 하나의 팬을 포함하고, 예를 들어, 팬은, 회전팬(rotating fan), 솔리드 스테이트 팬(solid state fan), 압전팬(piezoelectric fan), 원심팬(blower fan), 축류팬, 사류팬 중 어느 하나일 수 있다.
한편, 팬의 작동에 의해 발생되는 진동 및 소음을 저감하기 위해, 팬 모듈(195)에 포함되는 팬과 타 부품 접촉부위에 방진 소재를 적용할 수 있다.
패드(110)는, 이동 단말기(600)가 무선 충전 장치(100)에서 이탈되지 않도록 마찰력이 큰 소재(예를 들어, 부직포, 실리콘, 고무 등)로 형성될 수 있다.
또한, 패드(110)는, 무선 전력 전송, 통신 신호 방사 등을 고려하여 비금속 재질로 형성될 수 있다.
한편, 도 4의 하우징(100a, 100b)이 비금속 재질로 구성한 상태에서, 종래의 커플러 안테나, 커플러, 필터, 스위칭 소자 등을 사용하여, 통신 대역을 선택하는 경우, 무선 충전 장치(100) 근처에 배치된 이동 단말기로 인하여 인쇄 회로 기판(170)에 여기된, 원치 않은 표면 신호에 의해, 대역 선택의 오류가 발생할 수 있다.
구체적으로, 종래의 통신 대역 선택 방법은, 이동 단말기의 원활한 통신을 위하여, 커플러 안테나를 통해 수신한 신호의 극히 일부를 추출하여, 추출된 신호를 기초로 통신 대역을 선택한다.
특히, 추출된 신호는 커플러 패스를 통과하면서, 더욱 감소되어, 인쇄 회로 기판(170)에 여기된, 원치 않은 표면 신호의 레벨 보다 작아질 수 있다. 이때, 원치 않은 표면 신호는, 추출된 신호에 대하여 노이즈 성분이나, 노이즈 성분의 크기가 더 크기 때문에, 원치 않은 신호의 통신 대역이 선택될 수 있는 것이다.
이에 반해, 본 발명은 커플러 안테나, 커플러, 필터, 스위칭 소자 등을 구비하지 않으면서, 인쇄 회로 기판(170)에 자연스럽게 여기된 표면 신호를 이용하여, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 통신 대역을 연산하는 방안을 제시한다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 장치의 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하여 설명하면, 수신부(510), 검출부(530), 아날로그-디지털 변환부(550) 및 제어부(570)는 인쇄 회로 기판(170)에 실장될 수 있다.
또한, 제1 필터부(591a), 제2 필터부(591b), 듀플렉서(593), 제1 증폭기(595a) 및 제2 증폭기(595b)도 인쇄 회로 기판(170)에 실장될 수 있다.
수신부(510), 검출부(530) 및 아날로그-디지털 변환부(550)는, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 통신 대역 검출을 위한 것이므로 대역 선택부라고 명명할 수 있다.
제1 필터부(591a), 제2 필터부(591b), 듀플렉서(593), 제1 증폭기(595a) 및 제2 증폭기(595b)는, 충전면에 놓여진 이동 단말기와, 기지국(10)간의 통신 신호를 증폭하기 위한 것이므로, 대역 선택부와 구분하여, 신호 증폭부라고 명명할 수 있다.
대역 선택부 내의 수신부(510)는, 제어부(570)에 전기적으로 연결될 수 있다. 수신부(510) 내의 튜너블(tunable) 소자는 제어부(570)에 의해 제어될 수 있다.
검출부(530)는, 수신부(510)에 전기적으로 연결되어, 표면 신호의 레벨을 검출할 수 있다. 아날로그-디지털 변환부(550)는, 검출부(530)와 제어부(570) 사이에 접속될 수 있다.
한편, 신호 증폭부 내의 제1 필터부(591)는, 재방사 안테나(200)와 전기적으로 연결되고, 제2 필터부(591b)는 외부 안테나(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b) 사이에는, 듀플렉서(593)가 접속될 수 있다. 또한, 제1 증폭기(595a) 및 제2 증폭기(595b)도, 제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b) 사이에 접속될 수 있다.
제어부(570)는, 제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b)에 각각 전기적으로 연결되어, 필터 대역을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 대역 선택부의 선로와 신호 증폭부의 선로는, 제어부(570)를 중심으로 분리되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 무선 충전 장치(100)는, 이동 단말기와 기지국(10) 간의 통신 중에도, 통신 대역 판단이 가능하다.
수신부(510)는, 적어도 하나 이상의 이동 단말기에서 송신되어, 인쇄 회로 기판(170)의 표면을 타고 흐르는 표면 신호를 수신할 수 있다.
구체적으로, 이동 단말기에서 송신된 통신 신호가, 금속 재질에 충돌하는 경우, 통신 신호의 산란이 발생할 수 있다. 산란된 통신 신호는, 인쇄 회로 기판(170)을 타고 흐를 수 있으며, 이때, 수신부(510)에서 공진이 일어나면, 산란된 통신 신호가 부유하지 않고, 수신부(510) 쪽으로 몰리게 될 수 있다.
따라서, 수신부(510)는, 소정 주파수의 전자기파에 대해 공진하여 그 주파수의 전자기파를 수신하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 수신부(510)는, 인쇄 회로 기판(170)에 실장되는 튜너블(tunable) 커패시터(Ctune)를 구비할 수 있다.
수신부(510)가 공진을 일으키기 위해서는, 커패시턴스 성질을 가지는 캐패시터 뿐 아니라, 인덕터스 성질을 가지는 인덕터가 존재하여야 하는데, 이러한 공진 현상에 필요한 인덕턱스는 튜너블 커패시터(Ctune)에 접속되는 유동성 소자에 의해 제공될 수 있다.
또는, 수신부(510)는, 튜너블 커패시터(Ctune)의 양단을 그라운드에 직접 연결하여, 인덕턴스 성분을 그라운드로부터 제공받을 수 있다. 즉, 수신부(510)는, 인덕턴스 제공을 위한 별도의 구조체 없이 튜너블 커패시터(Ctune)와 그라운드 만으로 공진 기능을 수행할 수 있다.
튜너블 커패시터(Ctune)는 칩 캐패시터와 같은 집중회로 소자일 수 있다.
한편, 튜너블 커패시터(Ctune)는, 신호를 방사하지 않고, 인쇄 회로 기판(170)의 표면을 타고 흐르는 표면 신호를 수신하는 역할만 하므로, 급전부(feeding)가 필요 없으며, 안테나 역할을 하지 않으므로, 클리어런스(clearance) 영역도 불필요하다. 이에 따라, 본 발명의 무선 충전 장치(100)는 구현이 용이하고 제품 소형화가 가능하다.
또한, 본 발명의 무선 충전 장치는, 광대역에서도 하나의 튜너블(tunable) 소자로 표면 신호의 수신이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 제어부(570)는, 튜너블 커패시터(Ctune)의 커패시턴스 값을 조절하여, 수신부(510)의 공진점을 가변시킬 수 있다.
또한, 제어부(570)는, 튜너블 커패시터(Ctune)의 커패시턴스 값을 기 설정된 범위에서 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부(570)는, 튜너블 커패시터(Ctune)의 커패시턴스 값을 하한 값에서부터 상한 값까지 연속적으로 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
검출부(530)는, 인쇄 회로 기판(170)의 표면을 타고 흐르는 표면 신호의 신호 레벨을 검출할 수 있다.
한편, 제어부(570)는, 튜너블 커패시터(Ctune)의 커패시턴스 값을 기 설정된 범위에서 조절하고, 검출부(530)는, 조절된 커패시턴스 값에 대응하여, 실시간으로, 표면 신호의 신호 레벨을 검출할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 무선 충전 장치(100)는, 검출부(530)와 제어부(570) 사이에, 검출부(530)에서 검출된 신호 레벨의 아날로그 신호를, 디지털 신호로 변환하여, 제어부(570)에 출력하는 아날로그-디지털 변환부(550)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 아날로그-디지털 변환부(550)는, 검출부(530)에서 검출된 신호가, -20dbm인 경우, 0.5V를 제어부(570)에 출력하고, 검출부(530)에서 검출된 신호가, -30dbm인 경우, 0.2 V를 제어부(570)에 출력할 수 있다.
한편, 제어부(570)는, 표면 신호의 신호 레벨을 기초로, 충전면에 놓여진 이동 단말기가 전송하는 내부 통신 신호의 주파수 대역을 연산할 수 있다.
구체적으로, 제어부(570)는, 커패시턴스 값에 따라 수신부(510)에 수신된 표면 신호 들 중, 가장 큰 레벨을 갖는 표면 신호를 예비 통신 신호로 연산할 수 있다.
제어부(570)는, 예비 통신 신호의 레벨이 기설정된 기준 레벨 이상인 경우, 예비 통신 신호를 충전면에 놓여진 이동 단말기의 내부 통신 신호로 연산할 수 있다.
제어부(570)는, 내부 통신 신호의 공진 주파수 및 대역폭을 기초로, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 주파수 대역을 연산할 수 있다.
제1 필터부(591a)는, 재방사 안테나(200)와 연결될 수 있다. 제1 필터부(591a)는, 충전면에 놓여진 이동 단말기에서 송신되는 내부 통신 신호를 필터링할 수 있다.
이를 위해, 제1 필터부(591a)는, 대역 통과 필터(Band Pass Filter)를 구비할 수 있다. 제1 필터부(591a)는, 제어부(570)의 제어에 의해 중간 주파수 및 대역폭이 가변될 수 있다.
제2 필터부(591b)는, 외부 안테나(30)와 연결될 수 있다. 제2 필터부(591b)는, 외부 안테나(30)가 수신한 외부 통신 신호를 필터링할 수 있다.
이를 위해, 제2 필터부(591b)는, 대역 통과 필터(Band Pass Filter)를 구비할 수 있다. 제2 필터부(591b)는, 제어부(570)의 제어에 의해 중간 주파수 및 대역폭이 가변될 수 있다.
제어부(570)는, 내부 통신 신호의 주파수 대역에 따라, 제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b)가 필터링할 대역을 설정할 수 있다.
즉, 제어부(570)는, 내부 통신 신호의 주파수 대역에 대응하여, 제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b)의 중심 주파수 및 대역폭을 설정할 수 있다. 이때, 중심 주파수는, 내부 통신 신호의 공진 주파수와 동일할 수 있다.
듀플렉서(593)는, 제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b) 사이에 접속되어, 제1 필터부(591a)에 의해 필터링된 내부 통신 신호와, 제2 필터부(591b)에 의해 필터링된 외부 통신 신호를 분리할 수 있다.
도 5에서, Tx는, 내부 통신 신호일 수 있고, Rx는, 외부 통신 신호 일 수 있다.
제1 증폭기(595a)는, 분리된 내부 통신 신호를 증폭할 수 있다. 증폭된 내부 통신 신호는, 외부 안테나(30)를 통해, 방사될 수 있다.
제2 증폭기(595b)는, 분리된 외부 통신 신호를 증폭할 수 있다. 증폭된 외부 통신 신호는, 재방사 안테나(200)를 통해 재방사 될 수 있다.
이에 따라, 전파가 전달되지 않는 음영 지역에서도, 이동 단말기와 기지국(10) 간의 원활한 통신이 가능하다.
한편, 도 5에서는, 제1 증폭기(595a) 및 제2 증폭기(595b)가 듀플렉서(593)에 포함되는 구성으로 도시되나, 실시예에 따라, 1 증폭기(595a) 및 제2 증폭기(595b)는 듀플렉서(593)와 별도로 구비될 수도 있다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따른 통신 대역 선택 방법을 도시한 순서도이고, 도 7 내지 도 9는, 도 6의 설명에 참조되는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저, 수신부(510)는 적어도 하나 이상의 이동 단말기에서 송신되어, 인쇄 회로 기판(170)의 표면을 타고 흐르는 표면 신호를 수신할 수 있다(S610).
구체적으로, 도 7 및 도 8에서와 같이, 충전면에 제1 이동 단말기(710)가 놓여지는 경우, 제1 이동 단말기(710)에서 송신된 제1 내부 통신 신호(S1)의 일부가 인쇄 회로 기판(170)의 표면을 타고 흐를 수 있다.
한편, 무선 충전 장치(100) 근처에 제2 이동 단말기(730)가 위치하는 경우, 제2 이동 단말기(730)에서 송신된 제2 내부 통신 신호(S2)의 일부가 인쇄 회로 기판(170)의 표면을 타고 흐를 수 있다.
한편, 무선 충전 장치(100) 측면에서는 제2 내부 통신 신호(S2)는 노이즈에 불과하므로, 이하에서, 제1 내부 통신 신호(S1)를 내부 통신 신호라 명명하고, 제2 내부 통신 신호(S2)를 노이즈 신호(S2)라고 명명할 수 있다.
도 8에서 S1serface 와 S2serface 는, 인쇄 회로 기판(170)을 타고 흐르는 표면 신호를 예시한다. 즉, 도 8에서, S1surface는, 내부 통신 신호(S1)의 일부가 인쇄 회로 기판(170)을 타고 흐르는 표면 신호를 예시하고, S1surface- 는, 노이즈 신호(S2)의 일부가 인쇄 회로 기판(170)을 타고 흐르는 표면 신호를 예시한다.
수신부(510)는, 인쇄 회로 기판(170)에 실장되는 튜너블(tunable) 커패시터(Ctune)를 구비하고, 제어부(570)는, 튜너블 커패시터(Ctune)의 커패시턴스 값을 조절하여, 수신부(510)의 공진점을 가변시킬 수 있다.
제어부(570)는, 튜너블 커패시터(Ctune)의 커패시턴스 값을 기 설정된 범위에서 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부(570)는, 튜너블 커패시터(Ctune)의 커패시턴스 값을 하한 값에서부터 상한 값까지 연속적으로 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
수신부(510)의 공진점이 가변됨에 따라, 수신되는 표면 신호가 달라질 수 있다.
예를 들어, 제1 이동 단말기(710)가 LTE high 대역을 통해 통신하고, 제2 이동 단말기(730)가 GSM low 대역을 통해 통신하는 경우, 수신부(510)는, LTE high 대역의 중간 주파수로 공진하여, S1surface 를 수신하고, GSM low 대역의 중간 주파수로 공진하여, S2surface 를 수신할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은, 커플링 안테나 없이도, 튜너블 커패시터를 통해, 인쇄 회로 기판(170)에 유기되는, 표면 신호를 수신할 수 있다.
또한, 종래의 커플러 안테나, 커플러, 스위칭 소자, 필터, 파워 디텍터를 거쳐 통신 대역을 확인하는 방법은, 커플링 패스로 인하여, 신호 손실이 많으나, 본 발명은, 자연스럽게 인쇄 회로 기판(170)으로 유기되는 신호를 수신하므로, 신호 손실이 적다.
또한, 본 발명은, 자연스럽게 인쇄 회로 기판(170)으로 유기되는 신호를 이용하므로, 유기되는 신호 방지를 위해 무선 충전 장치(100)를 금속 재질로 하우징할 필요가 없으며, 따라서, 무선 충전 장치(100)의 충전 효율을 저감하지 않으면서도, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 통신 대역을 정확하게 연산할 수 있게 된다.
다음, 검출부(530)는, 표면 신호의 레벨을 검출할 수 있다(S620).
구제적으로, 제어부(570)는, 튜너블 커패시터(Ctune)의 커패시턴스 값을 기 설정된 범위에서 조절하고, 검출부(530)는, 조절된 커패시턴스 값에 대응하여, 실시간으로, 표면 신호의 신호 레벨을 검출할 수 있다.
검출부(530)는, 검출된 신호 레벨의 아날로그 신호를 아날로그-디지털 변환부(550)로 전송할 수 있다. 아날로그-디지털 변환부(550)는, 신호 레벨의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어부(570)에 전송할 수 있다.
예를 들어, 아날로그-디지털 변환부(550)는, 검출부(530)에서 검출된 신호가, -20dbm인 경우, 0.5V를 제어부(570)에 출력하고, 검출부(530)에서 검출된 신호가, -30dbm인 경우, 0.2 V를 제어부(570)에 출력할 수 있다.
도 9는, 인쇄 회로 기판(170)을 흐르는 표면 신호의 레벨을 예시하는 도면이다. 도 9에서 910은 S1surface의 레벨 값일 수 있고, 930은 S2surface의 레벨 값일 수 있다.
제1 이동 단말기(710)가 제2 이동 단말기(730) 보다 수신부(510)에 가깝게 위치하므로, S1surface의 레벨 값이, S2surface의 레벨 값 보다 클 수 있다.
다음, 제어부(570)는, 수신부(510)에서 수신된 표면 신호들 중, 가장 큰 레벨을 갖는 표면 신호를 예비 통신 신호로 연산할 수 있다(S630).
구체적으로, 제어부(570)는, 튜너블 커패시터(Ctune)의 커패시턴스 값을 하한 값에서부터 상한 값까지 연속적으로 증가시키면서, 커패시턴스 변화에 대응하는 표면 신호들의 레벨 값들을 수신할 수 있다.
커패시턴스 변화에 대응한 표면 신호들의 레벨 값들을, 시간 측면에서 살펴보면 도 9와 같을 수 있다.
표면 신호들 중, 910이 가장 큰 레벨을 가지므로, 제어부(570)는, 910을 예비 통신 신호로 연산할 수 있다.
다음, 제어부(570)는, 예비 통신 신호의 레벨과 기준 레벨(Vref)을 비교할 수 있다(S640).
이때, 기준 레벨(Vref)은, 내부 통신 신호를 위한 문턱(throshold) 값으로써, 통신 대역, 제1 이동 단말기(710)와 수신부(510) 사이의 거리 등을 기초로 설정될 수 있다.
제어부(570)는, 예비 통신 신호의 레벨이 기설정된 기준 레벨(Vref) 미만인 경우, 검출부(530)가 표면 신호의 레벨을 계속하여 검출하도록 제어할 수 있다(S620).
또는, 제어부(570)는, 예비 통신 신호의 레벨이 기설정된 기준 레벨(Vref) 이상인 경우, 예비 통신 신호를 충전면에 놓여진 이동 단말기의 내부 통신 신호로 연산할 수 있다(S650).
다음, 제어부(570)는, 내부 통신 신호의 주파수 대역을 연산할 수 있다. 예를 들어, 제어부(570)는, 충전면에 놓여진 이동 단말기의 주파수 대역이 LTE high 통신 대역이라고 연산할 수 있다.
다음, 제어부(570)는, 연산된 내부 통신 신호의 주파수 대역에 따라, 제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b)의 대역을 설정할 수 있다(S660).
예를 들어, 제어부(570)는, 제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b)의 중간 주파수를 LTE high 통신 대역의 공진 주파수와 동일하게 설정하고, 대역폭을 LTE high 통신 대역과 동일하게 설정할 수 있다.
이에 따라, 무선 충전 장치(100)는, 음영 지역에서도, 충전면에 놓여진 이동 단말기와 기지국(10) 사이의 원활한 통신을 보장할 수 있다.
한편, 충전면에 놓여진 이동 단말기는 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 7에서, 710 대신 730이 충전면에 놓여질 수 있다. 이 경우에는, 710에서 유기된 통신 신호가 노이즈 신호가 될 수 있다.
따라서, 제어부(570)는, 제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b)의 대역을 설정한 후에도, 상기 S610 내지 S660 단계를 반복하여 수행할 수 있다.
즉, 제어부(570)는, 제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b)의 대역을 설정한 후, 수신부(510)가 표면 신호를 계속하여 수신하도록 제어하고, 표면 신호의 신호 레벨을 기초로, 내부 통신 신호의 주파수 대역을 재연산할 수 있다.
예를 들어, 충전면에 710 대신 730이 놓여진 경우, 제어부(570)는, 내부 통신 신호가, GSM low 통신 대역이라고 연산할 수 있고, GSM low 통신 대역에 대응하여, 제1 필터부(591a) 및 제2 필터부(591b)의 대역을 설정할 수 있다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나, 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
30: 외부 안테나
40: 차량
100: 무선 충전 장치
200: 재방사 안테나
510: 수신부
530: 검출부
570: 제어부
591a: 제1 필터부
591b: 제2 필터부
595a: 제1 증폭기
595b: 제2 증폭기
593: 듀플렉서

Claims (9)

  1. 휴대용 기기에 전력을 무선으로 전송하는 전력 전송 코일 및 외부 안테나가 수신한 외부 통신 신호를 다시 방사하는 재방사 안테나를 포함하는 무선 충전 장치에 있어서,
    적어도 하나 이상의 휴대용 기기에서 송신되어, 인쇄 회로 기판의 표면을 타고 흐르는 표면 신호를 수신하는 수신부;
    상기 표면 신호의 신호 레벨을 검출하는 검출부; 및
    상기 표면 신호의 신호 레벨을 기초로, 충전면에 놓여진 휴대용 기기가 전송하는 내부 통신 신호의 주파수 대역을 연산하고, 상기 연산된 내부 통신 신호의 주파수 대역에 따라, 상기 재방사 안테나 및 상기 외부 안테나의 주파수 대역을 설정하는 제어부;를 포함하며,
    상기 수신부는, 상기 인쇄 회로 기판에 실장되는 튜너블(tunable) 커패시터를 포함하고, 상기 제어부는 상기 튜너블 커패시터의 커패시턴스 값을 기 설정된 범위에서 조절하고, 상기 커패시턴스 값에 따라 상기 수신부에 수신된 표면 신호들 중 가장 큰 레벨을 갖는 표면 신호를 예비 통신 신호로 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판은,
    상기 재방사 안테나 및 상기 전력 전송 코일 보다 하층에 배치되고,
    상기 수신부, 검출부 및 제어부는,
    상기 인쇄 회로 기판에 실장되는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 예비 통신 신호의 레벨이 기설정된 기준 레벨 미만인 경우, 상기 검출부가, 상기 표면 신호의 레벨을 계속해서 검출하도록 제어하고,
    상기 예비 통신 신호의 레벨이 기설정된 기준 레벨 이상인 경우, 상기 예비 통신 신호를 상기 충전면에 놓여진 상기 휴대용 기기의 내부 통신 신호로 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 재방사 안테나에 연결되는 제1 필터부; 및
    상기 외부 안테나에 연결되는 제2 필터부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 내부 통신 신호의 주파수 대역에 대응하여, 상기 제1 필터부 및 제2 필터부의 대역을 설정하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 필터부 및 제2 필터부의 대역을 설정한 후, 상기 수신부가 상기 표면 신호를 계속하여 수신하도록 제어하고, 상기 표면 신호의 신호 레벨을 기초로, 상기 내부 통신 신호의 주파수 대역을 재연산하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제6항에 있어서,
    상기 제1 필터부 및 제2 필터부 사이에 접속되어, 상기 제1 필터부에 의해 필터링된 내부 통신 신호와, 상기 제2 필터부에 의해 필터링된 외부 통신 신호를 분리하는 듀플렉서; 및
    분리된 내부 통신 신호를 증폭하는 제1 증폭기와, 분리된 외부 통신 신호를 증폭하는 제2 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 검출부에 연결되어, 상기 검출부에서 검출된 신호 레벨의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부에 출력하는 아날로그-디지털 변환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
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