KR102524585B1 - Wireless charger and wireless power receiver - Google Patents

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KR102524585B1
KR102524585B1 KR1020150172657A KR20150172657A KR102524585B1 KR 102524585 B1 KR102524585 B1 KR 102524585B1 KR 1020150172657 A KR1020150172657 A KR 1020150172657A KR 20150172657 A KR20150172657 A KR 20150172657A KR 102524585 B1 KR102524585 B1 KR 102524585B1
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알렉산더 니콜라예비치 흐리프코프
콘스탄틴 알렉산드로비치 파블로프
미하일 니콜라예비치 마쿠린
니콜라이 니콜라예비치 올류닌
김도원
블라디미르 야코블레비치 아르히펜코프
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삼성전자주식회사
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    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Abstract

본 개시는 무선 충전 시스템에서 무선 전력 송신부 및 무선 전력 수신부에 흐르는 동위상(in-phase) 전류를 분로(shunt)시킴으로써 전자기 복사 방출을 줄이는 방법과 구조(structure)에 대해 개시하고 있다. 무선 충전기가 균일하게 다양한 위치와 부하에서 전력을 공급하기 위한 설계(design) 방법론이 개시된다.
본 개시의 일 실시예는 복수의 모바일 디바이스의 동시 충전을 위한 넓은 충전 면적, 모바일 디바이스의 다양한 위치와 방향에서 높은 효율 제공, 균일한 전력 제공, 송신 코일 및 수신 코일로부터 소량의 전자기 복사 방출을 특징으로 한다.
The present disclosure discloses a method and structure for reducing electromagnetic radiation emission by shunting an in-phase current flowing in a wireless power transmitter and a wireless power receiver in a wireless charging system. A design methodology for a wireless charger to uniformly supply power at various locations and loads is disclosed.
An embodiment of the present disclosure features a large charging area for simultaneous charging of a plurality of mobile devices, providing high efficiency in various positions and directions of mobile devices, providing uniform power, and emitting a small amount of electromagnetic radiation from a transmitting coil and a receiving coil. to be

Figure R1020150172657
Figure R1020150172657

Description

무선 충전기 및 무선 전력 수신기{Wireless charger and wireless power receiver}Wireless charger and wireless power receiver {Wireless charger and wireless power receiver}

본 개시는 무선 전력 송신(WPT: Wireless power transfer), 그리고 더 자세하게는 복수의 모바일 디바이스를 동시에 충전하는 것이 가능한 무선 충전 시스템을 위한 디바이스와 관련된다. 모바일 디바이스는 송신(transmitting) 및 수신(receiving) 공명기(resonator)의 마그네틱 필드 결합(magnetic field coupling)을 이용하여 충전된다.The present disclosure relates to a device for wireless power transfer (WPT), and more particularly a wireless charging system capable of simultaneously charging a plurality of mobile devices. Mobile devices are charged using magnetic field coupling of transmitting and receiving resonators.

복수의 개발 그룹은 에너지 송신기와 수신기의 공간적 자유를 위한 WPT 시스템에 대해 연구하고 있다. 다양한 기하학적 구조에서 결합된 코일에 대한 설계상(design), 이론상 분석, 기하학적 최적화 및 다 겹의 나선이나 다수의 턴(turn)을 지닌 나선 코일을 이용하는 공통 최적화 접근법 등은 선행 기술에서 다루어진 바 있다. 보호 소자(shielding elements)를 사용하지 않으며, 무선 충전 시스템을 적용하지 않은, 코일의 전력 유도에 대한 최적화도 선행 기술에서 분석된 바 있다. 수신 코일 크기보다 훨씬 큰 송신 코일의 크기를 기준으로, 송신 코일과 수신 코일의 균일한 마그네틱 결합을 제공하는 방법에 대해서도 선행 기술에서 설명하고 있다. 송신 코일과 수신 코일의 균일한 마그네틱 결합은 균일한 전력 송신 효율(PTE: power transmission efficiency)로 전력을 송신할 수 있게 해준다는 것이 이미 입증된 바 있다. Multiple development groups are working on WPT systems for spatial freedom of energy transmitters and receivers. The design, theoretical analysis, geometric optimization and common optimization approaches using multi-ply spirals or spiral coils with multiple turns have been addressed in the prior art for coils coupled in various geometries. . Optimization of power induction in a coil without using shielding elements and without applying a wireless charging system has also been analyzed in the prior art. A method of providing a uniform magnetic coupling between a transmitting coil and a receiving coil based on a size of a transmitting coil much larger than a size of a receiving coil has also been described in the prior art. It has already been demonstrated that the uniform magnetic coupling of the transmit and receive coils enables power transmission with uniform power transmission efficiency (PTE).

무선 전력 송신 기술은 모바일이나 웨어러블(wearable) 전자 디바이스의 내장형 배터리나 디바이스의 전력 공급원(supply power)의 편리한 충전을 실현시키기 위해 개발되었다. 무선 전력 송신 기술이 적용된 무선 충전기는 보통 100kHz에서 100MHz 범위에서 작동한다. Wireless power transmission technology has been developed to realize convenient charging of a built-in battery of a mobile or wearable electronic device or a power supply source of the device. Wireless chargers with wireless power transmission technology typically operate in the range of 100 kHz to 100 MHz.

편리하게 무선으로 충전할 수 있는 모바일 디바이스는 배터리팩을 가지며 안에 고정된 수신 코일을 가진다. 모바일 디바이스를 무선충전기의 송신 코일에 가까이 위치하면 충전된다. 송신 코일에서 형성되는 마그네틱 필드에 의해 수신 코일 안에서 유도기전력(induced electromotive force)이 형성되고, 그 기전력에 의해서 유발된 전력은 모바일 디바이스를 충전한다.A mobile device that can conveniently be charged wirelessly has a battery pack and a receiving coil fixed therein. When the mobile device is placed close to the transmitting coil of the wireless charger, it is charged. An induced electromotive force is formed in the receiving coil by a magnetic field formed in the transmitting coil, and the electric power generated by the electromotive force charges the mobile device.

가장 일반적인 무선 전력 충전 방식은 스타 토폴로지 네트워크이다. 무선 충전기는 하나 혹은 그 이상의 모바일 디바이스와 동시 충전을 위해 상호작용한다. 무선 결합(coupling)은 전력 송신 공명기와 전력 수신 공명기를 통해 이루어지며, 자기적으로(magnetically) 결합된 유도 코일이 전력 송신 공명기와 전력 수신 공명기를 연결한다. 전력원은 전력 송신 공명기에 연결되고, 전력 수신 공명기는 정류기에 연결돼서 수신 측 에너지를 AC에서 DC로 변환한다. The most common wireless power charging scheme is a star topology network. A wireless charger interacts with one or more mobile devices for simultaneous charging. Wireless coupling is achieved through a power transmission resonator and a power reception resonator, and a magnetically coupled induction coil connects the power transmission resonator and power reception resonator. The power source is connected to the power transmitting resonator, and the power receiving resonator is connected to the rectifier to convert the receiving side energy from AC to DC.

넓은 충전 범위를 가질 수 있고, 전력 수신 공명기의 위치나 방향에 상관없이 충전할 수 있는 무선 충전기의 단점이라면, 전도(conducted) 및 복사(radiated)된 다량의 전자기가 방출(EMI) 된다는 것이다. 넓은 충전 범위를 가지는 무선 충전기는, 높은 스위칭 전압과 높은 전류를 주된(primary) 코일에서 사용하고, 이로 인해 다량의 EMI가 있을 수 있으며, 다른 전자 제품에 EMI로 인한 안 좋은 영향을 미치게 할 수 있다. A disadvantage of a wireless charger that can have a wide charging range and can be charged regardless of the position or direction of the power receiving resonator is that a large amount of conducted and radiated electromagnetic radiation (EMI) is emitted. A wireless charger with a wide charging range uses a high switching voltage and high current in a primary coil, which may cause a large amount of EMI and adversely affect other electronic products due to EMI. .

본 출원은 무선 충전 시스템에서 무선 전력 송신부 및 무선 전력 수신부에 흐르는 동 위상의 전류를 보호 소자에 분로시킴으로써 전자기 복사 방출을 줄일 수 있는 무선 충전기 및 무선 전력 수신기에 대해 제공한다. The present application provides a wireless charger and a wireless power receiver capable of reducing electromagnetic radiation emission by shunting a current of the same phase flowing through a wireless power transmitter and a wireless power receiver in a wireless charging system to a protection element.

일부 실시예에 따른 무선 충전기는 송신 코일, 전도성 보호 소자 및 상기 송신 코일과 전력원을 연결하는 임피던스 매칭 회로를 포함할 수 있으며, 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 송신 코일과 병렬로 연결되어 상기 송신 코일을 상기 전력원의 그라운드 및 상기 보호 소자와 연결(connect)하는 적어도 두 개의 커패시터를 포함할 수 있다.A wireless charger according to some embodiments may include a transmission coil, a conductive protection element, and an impedance matching circuit connecting the transmission coil and a power source, and the impedance matching circuit is connected in parallel with the transmission coil to It may include at least two capacitors connected to the ground of the power source and the protection device.

일 실시예에서, 상기 송신 코일의 적어도 하나의 탭이 상기 보호 소자 및 상기 전력원의 그라운드에 연결될 수 있다. In one embodiment, at least one tap of the transmission coil may be connected to the ground of the protection element and the power source.

일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 탭은 상기 보호 소자 및 상기 전력원의 그라운드와 갈바닉 연결 또는 용량성 연결을 통해서 연결될 수 있다.In one embodiment, the at least one tap may be connected to the ground of the protection element and the power source through a galvanic connection or a capacitive connection.

일 실시예에서, 상기 용량성 연결은 집중 커패시터 소자(lumped capacitor elements)에 의해서 또는 상기 적어도 하나의 탭과 상기 보호 소자 간의 상호 커패시턴스에 의해서 형성될 수 있다.In one embodiment, the capacitive connection may be formed by lumped capacitor elements or by mutual capacitance between the at least one tap and the protection element.

일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 탭은 상기 송신 코일의 중간탭을 포함할 수 있다.In one embodiment, the at least one tap may include a middle tap of the transmitting coil.

일 실시예에서, 상기 송신 코일과 상기 보호 소자 사이에 위치하는 자기 공명 흡수 소자를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, a magnetic resonance absorption element positioned between the transmission coil and the protection element may be further included.

일 실시예에서, 상기 자기 공명 흡수 소자의 공명 주파수는 상기 송신 코일에 의한 전자기 복사 방출이 피크가 되는 주파수와 같을 수 있다.In an embodiment, a resonant frequency of the magnetic resonance absorption element may be equal to a frequency at which electromagnetic radiation emitted by the transmission coil peaks.

일 실시예에서, 상기 보호 소자는 구리 물질 및 페라이트 물질 중 적어도 하나를 이용하여 생성될 수 있다.In one embodiment, the protection element may be created using at least one of a copper material and a ferrite material.

일 실시예에서, 상기 송신 코일의 중앙 부분에서 외곽(outer edges)으로 멀어질수록 상기 송신 코일의 전도성 턴(turn) 간의 간격은 감소할 수 있다.In one embodiment, the distance between the conductive turns of the transmission coil may decrease as the distance from the central portion of the transmission coil to the outer edges increases.

일 실시예에서, 상기 송신 코일 턴의 곡률 반경은 외곽에서 최대이고, 상기 송신 코일의 중앙 부분으로 갈수록 감소할 수 있다.In one embodiment, the radius of curvature of the transmission coil turn is maximum at the outer periphery and may decrease towards the central portion of the transmission coil.

일부 실시예에 따른 무선 전력 수신기(wireless power receiver)는 수신 코일, 상기 수신 코일과 부하를 연결하는 임피던스 매칭회로를 포함할 수 있으며, 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 수신 코일과 병렬로 연결되어 상기 수신 코일을 상기 부하의 그라운드와 연결하는 적어도 두 개의 병렬 커패시터를 포함할 수 있다.A wireless power receiver according to some embodiments may include a receiving coil and an impedance matching circuit connecting the receiving coil and a load, and the impedance matching circuit is connected in parallel with the receiving coil to the receiving coil. It may include at least two parallel capacitors connecting to the ground of the load.

일 실시예에서, 전도성 물질로 구성된 보호 소자가 상기 수신 코일 및 상기 부하 사이에 위치할 수 있다.In one embodiment, a protection element made of a conductive material may be positioned between the receiving coil and the load.

일 실시예에서, 상기 보호 소자는 구리 물질 및 페라이트 물질 중 적어도 하나를 이용하여 생성될 수 있다.In one embodiment, the protection element may be created using at least one of a copper material and a ferrite material.

일 실시예에서, 상기 적어도 두 개의 직렬 커패시터와 상기 부하와의 적어도 두 개의 연결 중간에 적어도 두 개의 인덕터를 각각 직렬로 연결할 수 있고, 상기 적어도 두 개의 직렬 커패시터와 상기 적어도 두 개의 인덕터 사이 지점을 상기 부하의 그라운드와 연결하는 적어도 두 개의 커패시터를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, at least two inductors may be connected in series between the at least two connections between the at least two series capacitors and the load, respectively, and a point between the at least two series capacitors and the at least two inductors may be defined as the At least two capacitors connected to the ground of the load may be further included.

일 실시예에서, 상기 임피던스 매칭 회로에 정류기가 연결될 수 있다.In one embodiment, a rectifier may be connected to the impedance matching circuit.

일 실시예에서, 상기 수신 코일은 복수의 전도성 턴을 포함하며, 상기 수신 코일의 외부 차원(dimension)들은 상기 무선 전력 수신기의 유효 표면 내에서 최대화 될 수 있다.In one embodiment, the receiving coil includes a plurality of conductive turns, and outer dimensions of the receiving coil may be maximized within an effective surface of the wireless power receiver.

일부 실시예에 따른 무선 충전 시스템(wireless charging system)에서, 무선 전력 송신부는 송신 코일, 전력원, 보호 소자 및 상기 송신 코일과 상기 전력원을 연결하는 임피던스 매칭 회로를 포함할 수 있고, 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 송신 코일과 병렬로 연결되어 상기 송신 코일을 상기 전력원의 그라운드 및 상기 보호 소자와 연결하는 적어도 두 개의 커패시터를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신부는 수신 코일, 부하 및 상기 수신 코일과 상기 부하를 연결하는 임피던스 매칭 회로를 포함할 수 있으며, 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 수신 코일과 병렬로 연결되어 상기 수신 코일을 상기 부하의 그라운드와 연결하는 적어도 두 개의 커패시터를 포함할 수 있다. 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신부 및 무선 전력 수신부를 포함할 수 있다.In a wireless charging system according to some embodiments, the wireless power transmission unit may include a transmission coil, a power source, a protection element, and an impedance matching circuit connecting the transmission coil and the power source, and the impedance matching The circuit may include at least two capacitors connected in parallel with the transmitting coil to connect the transmitting coil to the ground of the power source and the protection element. The wireless power receiver may include a receiving coil, a load, and an impedance matching circuit connecting the receiving coil and the load, wherein the impedance matching circuit is connected in parallel with the receiving coil to connect the receiving coil to a ground of the load It may include at least two capacitors that A wireless charging system may include a wireless power transmitter and a wireless power receiver.

도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 송신 코일 및 제 1 보호 소자의 매개변수모델과 차원(dimension)에 대한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따라 무선 전력 수신부 및 그 내부 구성 요소를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 옆에서 바라본 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따라 무선 전력 수신부가 무선 전력 송신부 위에 위치할 때, 수직 및 수평으로 무선 충전 시스템을 바라본 구조를 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 일 실시예에 따라 무선 전력 수신부가 도 6a에서는 송신 코일의 중앙에 있을 때, 도 6b에서는 송신 코일의 외곽에 있을 때의 전류 분포에 대해 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따라 무선 전력 송신부의 총 두께를 감소시키는 방법으로, 도 7a에서는 제 1 보호 소자가 구리 물질로 이루어진 경우, 도 7b에서는 제 1 보호 소자가 구리-페라이트 물질로 이루어진 경우를 나타내고 있는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따라 송신 코일이 전력원의 그라운드 및 제 1 보호 소자와 연결되는 위치를 알려주고, 연결되는 위치의 확대된 모습을 보여주기 위한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 일 실시예에 따라, 분로 커패시터가 전력원의 그라운드 및 제 1 보호 소자와 연결되는지 여부에 따라 송신 코일에서의 동 위상 전압의 측정값에 대한 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 9a는 연결되지 않은 경우, 도 9b는 연결되는 경우를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 일 실시예에 따라, 전력원 그라운드와 송신 코일의 중간탭(center tap)이 연결되는 것을 나타내는 등가회로를, 도 10a에서는 갈바닉 연결(galvanic connection)로, 도 10b에서는 용량성 연결(capacitive connection)로 나타낸 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 일 실시예에 따라 송신 코일 구조의 타입과 관련해서 도 11a에서는 비대칭, 도 11b에서는 대칭 구조를 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따라 송신 코일의 중간탭 연결을 이용하여 EMI 복사 레벨이 감소되는 것을 비교를 통해 보여주는 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따라 무선 전력 수신부에서 커패시터 2C2P를 부하의 그라운드에 연결하기 위한 회로이다.
도 14a 및 도 14b에 있어서 일 실시예에 따라, 도 14a에서 커패시터 2C2P가 부하의 그라운드에 연결되지 않은 경우와, 도 14b에서 커패시터 2C2P, C3P 및 페라이트 비드(BEAD) L2S가 부하의 그라운드에 연결되어 있는 경우에, 수신 코일에서의 전압 및 전류의 측정값에 대한 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 15a 내지 도 15c는 일 실시예에 따라 EMI 복사 레벨의 감소를 위해 송신 코일과 제 1 보호 소자 사이에 위치한 자기 공명 흡수 소자(self-resonant absorbing element)를 나타내는 도면이다. 도 15a는 위에서 비스듬히 내려다 본 모습, 도 15b는 수직 위에서 내려다 본 모습, 도 15c는 옆에서 바라본 모습을 나타낸다.
도 16은 일 실시예에 따라 전력 송신부에서 자기 공명 흡수 소자가 있을 때와 없을 때의 EMI 복사를 그래프로 비교하는 도면이다.
도 17a 및 도 17b는 하이브리드 임피던스 매칭 회로의 올바른 구현 및 잘못된 구현에 대한 무선 전력 송신부의 임피던스의 상관성을 나타내는 그래프이다.
도 18은 일 실시예에 따라 무선 전력 수신부의 위치에 따른 무선 전력 송신부 및 무선 전력 수신부의 프로토타입(prototype)에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 무선 전력 송신부의 설계 방법에 대한 플로우 차트이다.
1 is a diagram showing an equivalent circuit of a wireless charging system according to an embodiment.
2 is a diagram of parameter models and dimensions of a transmitting coil and a first protection element according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a wireless power receiver and internal components thereof according to an embodiment.
4 is a view showing a structure of a wireless charging system viewed from the side according to an embodiment.
5 is a view illustrating a structure of a wireless charging system viewed vertically and horizontally when a wireless power receiver is positioned above a wireless power transmitter according to an embodiment.
6A and 6B are diagrams illustrating current distribution when the wireless power receiver is located at the center of the transmission coil in FIG. 6A and at the periphery of the transmission coil in FIG. 6B according to an embodiment.
7A and 7B are methods for reducing the total thickness of a wireless power transmitter according to an embodiment. In FIG. 7A, the first protection element is made of a copper material, and in FIG. 7B, the first protection element is made of a copper-ferrite material. It is a drawing showing a case where it has been made.
FIG. 8 is a diagram for indicating a location where a transmission coil is connected to a ground of a power source and a first protection element, and showing an enlarged view of the location where the transmission coil is connected, according to an exemplary embodiment.
9A and 9B are diagrams showing spectra of measured values of in-phase voltages in a transmission coil according to whether a shunt capacitor is connected to a ground of a power source and a first protection device, according to an exemplary embodiment. 9A shows a case of not being connected, and FIG. 9B shows a case of being connected.
10A and 10B show an equivalent circuit showing that a power source ground and a center tap of a transmission coil are connected according to an embodiment, with a galvanic connection in FIG. 10A and a capacitive connection in FIG. 10B. It is a diagram represented by a capacitive connection.
11A and 11B are diagrams showing an asymmetric structure in FIG. 11A and a symmetric structure in FIG. 11B in relation to the type of transmission coil structure according to an embodiment.
12 is a graph showing, through comparison, that an EMI radiation level is reduced by using a center-tap connection of a transmitting coil according to an embodiment.
13 is a circuit for connecting a capacitor 2C 2P to the ground of a load in a wireless power receiver according to an embodiment.
14a and 14b, according to an embodiment, in FIG. 14a, the capacitor 2C 2P is not connected to the ground of the load, and in FIG. 14b, the capacitor 2C 2P , C 3P and the ferrite bead L 2S are the load When connected to the ground, it is a diagram showing the spectrum of the measured values of voltage and current in the receiving coil.
15A to 15C are diagrams illustrating a self-resonant absorbing element positioned between a transmitting coil and a first protection element for reducing EMI radiation levels according to an embodiment. Figure 15a shows a view looking down obliquely from above, Figure 15b shows a view looking down from a vertical top, and Figure 15c shows a view viewed from the side.
FIG. 16 is a graph comparing EMI radiation between the presence and absence of a magnetic resonance absorption element in a power transmission unit according to an exemplary embodiment.
17A and 17B are graphs showing correlations of impedances of wireless power transmitters for correct and incorrect implementations of hybrid impedance matching circuits.
18 is a diagram illustrating experimental results of prototypes of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to positions of a wireless power receiver according to an embodiment.
19 is a flowchart of a method of designing a wireless power transmitter according to an embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice them. However, the present disclosure may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly describe the present disclosure in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms used herein may be used to describe various elements, but elements should not be limited by the terms. Terms are only used to distinguish one component from another.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 함은 어떤 부분이 다른 부분과 신호 송수신을 통해 데이터 통신을 수행할 수 있는 상태가 되어 있는 경우를 포함한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a part is said to be “connected” to another part, it includes a case where a part is in a state capable of performing data communication through signal transmission and reception with another part.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

첨부된 도면은 실시예를 설명하기 위하여 개략적으로 도시될 수 있으며, 몇몇 치수는 보다 명확한 표현을 위해 과장될 수 있다. 이와 유사하게, 도면의 상당 부분은 임의로 표현될 수 있다.The accompanying drawings may be schematically drawn to explain the embodiments, and some dimensions may be exaggerated for clarity. Similarly, a significant portion of the drawings may be arbitrarily represented.

본 명세서에서 사용되는 “모듈”이라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계어, 펌웨어(firmware), 임베디드 코드(embedded code), 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 또 다른 예로, 하드웨어는 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어, 센서, 멤스(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System), 수동 디바이스, 또는 그 조합일 수 있다.The term “module” used in this specification should be interpreted as including software, hardware, or a combination thereof, depending on the context in which the term is used. For example, the software may be machine language, firmware, embedded code, and application software. As another example, the hardware may be a circuit, processor, computer, integrated circuit, integrated circuit core, sensor, micro-electro-mechanical system (MEMS), passive device, or combination thereof.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서 사용한 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 판례, 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present disclosure. The terms used in this application have been selected as currently widely used general terms as much as possible while considering the functions in the present disclosure, but they may vary depending on the intention of a person skilled in the art, case law, or the emergence of new technologies. In addition, in a specific case, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, terms used in the present disclosure should be defined based on the meaning of the term and the general content of the present disclosure, not simply the name of the term.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

본 명세서에 기재된 실시예 및 첨부된 도면은 본 개시의 다양한 실시예 중 일부를 통해 본 개시를 설명하기 위한 것이며, 본 명세서에 기재된 실시예 및 첨부된 도면만으로 본 개시가 한정되는 것은 아니다.The embodiments described in this specification and the accompanying drawings are intended to explain the present disclosure through some of various embodiments of the present disclosure, and the present disclosure is not limited only to the embodiments described in this specification and the accompanying drawings.

본 명세서에서 사용되는 무선 전력 송신부(wireless power transmission unit)는 무선 충전기 및 전력원을 포함할 수 있고, 무선 전력 수신부(wireless power receiving unit)는 수신 코일, 임피던스 매칭 회로 및 부하를 포함할 수 있다. 무선 충전기는 임피던스 매칭 회로, 송신 코일 및 보호 소자를 포함할 수 있다. 무선 충전기는 전력원에 연결 또는 분리 가능한 별개 장치일 수 있다. 예를 들어, 무선 충전을 위해 무선 충전기는 전력원과 연결될 수 있다.A wireless power transmission unit used in this specification may include a wireless charger and a power source, and a wireless power receiving unit may include a receiving coil, an impedance matching circuit, and a load. The wireless charger may include an impedance matching circuit, a transmission coil, and a protection device. A wireless charger can be a separate device that can be connected to or disconnected from a power source. For example, a wireless charger may be connected to a power source for wireless charging.

무선 전력 수신부는 전기, 전자, 배터리로 작동하는 모바일 또는 다른 디바이스들을 나타낼 수 있다. 부하는 모바일 디바이스 또는 다른 디바이스의 배터리 또는 배터리 팩이 될 수 있다. 무선 전력 수신부는 무선 전력 송신부 및 무선 전력 수신부의 마그네틱 필드 결합에 의해 형성된 전력을 수신하여 충전될 수 있다. 무선 전력 수신부는 “무선 전력 수신기”(wireless power receiver) 및 부하로 구성될 수 있다. 무선 전력 수신기는 수신 코일 및 임피던스 매칭 회로를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기는 부하와 연결 또는 분리 가능한 별개 장치일 수 있다. 예를 들어, 부하를 충전시키기 위해 무선 전력 수신기는 부하와 연결될 수 있다. The wireless power receiver may represent electrical, electronic, battery operated mobile or other devices. The load may be a battery or battery pack of a mobile device or other device. The wireless power receiver may be charged by receiving power formed by a magnetic field combination of the wireless power transmitter and the wireless power receiver. The wireless power receiver may be composed of a “wireless power receiver” and a load. The wireless power receiver may include a receiving coil and an impedance matching circuit. The wireless power receiver may be a separate device that can be connected to or separated from a load. For example, a wireless power receiver may be connected to a load to charge the load.

본 명세서에서는 무선 전력 송신부에서 전력원의 그라운드 및 송신 코일과 연결되는 보호 소자를 “제 1 보호 소자”라 하고, 무선 전력 수신부에서 내부 구성 요소를 보호하기 위한 보호 소자를 “제 2 보호 소자”라 지칭 한다.In this specification, the protection element connected to the ground and the transmission coil of the power source in the wireless power transmitter is referred to as a "first protection element", and the protection element for protecting internal components in the wireless power receiver is referred to as a "second protection element". refer to

본 명세서에서 말하는 “제 1 임피던스 매칭 회로”는 무선 전력 송신부에서 전력원과 송신 코일 사이에 연결된 임피던스 매칭 회로를 지칭하고, “제 2 임피던스 매칭 회로”는 무선 전력 수신부에서 부하와 수신 코일 사이에 연결된 임피던스 매칭 회로를 지칭한다.The “first impedance matching circuit” referred to in this specification refers to an impedance matching circuit connected between a power source and a transmitting coil in a wireless power transmitter, and a “second impedance matching circuit” connected between a load and a receiving coil in a wireless power receiver. Refers to the impedance matching circuit.

일 실시예에서, 모바일 디바이스의 배터리를 충전하기 위해 사용자는 배터리를 무선 충전기에 직접 올려놓거나 모바일 디바이스를 무선 충전기에 올려 놓을 수 있다. 그러므로 무선 충전기, 구체적으로 전력 송신 공명기의 규모는 매우 중요하다. 더 큰 전력 송신 공명기는 더 큰 송신 전력을 수용하고, 동시에 충전되는 모바일 디바이스의 수를 더 많게 할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 배터리 또는 모바일 디바이스를 무선 전력 수신기와 연결시킨 후, 배터리 또는 모바일 디바이스와 연결된 무선 전력 수신기를 무선 충전기 위에 올려 놓을 수 있다. In one embodiment, to charge the battery of the mobile device, the user may directly place the battery on the wireless charger or place the mobile device on the wireless charger. Therefore, the size of the wireless charger, specifically the power transmission resonator, is very important. A larger power transmit resonator can accommodate a larger transmit power and allow a greater number of mobile devices to be charged simultaneously. For example, a user may connect a battery or a mobile device to a wireless power receiver and then place the wireless power receiver connected to the battery or mobile device on a wireless charger.

무선 전력 수신부가 무선 충전기 위에 위치할 때, 수신 코일과 송신 코일은 그들을 통과하는 마그네틱 플럭스에 의해 결합될 수 있다. 그러므로, 송신 코일 구조에 의해 발생한 마그네틱 플럭스는 수신 코일에 전류를 야기하고, 에너지는 무선 전력 수신부로 송신될 수 있다. 무선 전력 수신부는 수신 코일의 출력 단자에 연결되는 정류기를 포함할 수 있고 배터리 충전 회로를 포함하는 전력 운영 회로를 포함할 수 있다. 구체적으로, 정류기가 설치되어 수신 코일에 유도된 전류가 부하에 도달하기 전에 AC-DC 변환을 수행할 수 있다.When the wireless power receiver is placed on the wireless charger, the receiving coil and the transmitting coil may be coupled by magnetic flux passing through them. Therefore, the magnetic flux generated by the transmitting coil structure causes a current in the receiving coil, and energy can be transmitted to the wireless power receiving unit. The wireless power receiving unit may include a rectifier connected to an output terminal of the receiving coil and may include a power management circuit including a battery charging circuit. Specifically, a rectifier may be installed to perform AC-DC conversion before the current induced in the receiving coil reaches the load.

일 실시예에서, 무선 충전 시스템(wireless charging system)은 무선 전력 송신부 및 무선 전력 수신부를 포함할 수 있다. In one embodiment, a wireless charging system may include a wireless power transmitter and a wireless power receiver.

일 실시예에서, 수신 코일의 임피던스 매칭 회로는 수신 코일에 병렬로 연결된 적어도 두 개의 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터는 수신 코일을 무선 전력 수신부의 그라운드에 연결할 수 있다.In one embodiment, the impedance matching circuit of the receiving coil includes at least two capacitors connected in parallel to the receiving coil, and the capacitors may connect the receiving coil to the ground of the wireless power receiver.

전력원은 송신 코일에 스위칭 전압과 높은 전류를 제공한다. 큰 규모의 송신 코일은 전도성 및 복사 전자기 방출을 유도하는데, 송신 코일 구조를 적어도 두 개의 커패시터를 통해 보호 소자에 연결하고, 송신 코일 구조에 흐르는 동 위상(in-phase) 전류를 분로시킴으로써 전자기 방출을 감소시킬 수 있다. A power source provides a switching voltage and high current to the transmit coil. A large-scale transmitting coil induces both conducted and radiated electromagnetic emissions by connecting the transmitting coil structure to a protection element through at least two capacitors and shunting the in-phase current flowing through the transmitting coil structure. can reduce

송신 코일의 임피던스 매칭 회로는 송신측에서 보는 임피던스의 변화를 무선 전력 수신부의 부하에 따라서 정의할 수 있다. The impedance matching circuit of the transmitting coil may define the change in impedance seen by the transmitting side according to the load of the wireless power receiving unit.

송신 코일 구조의 일 실시예에서, 상호 인덕턴스(mutual inductance)가 송신 코일의 위치에 무관하도록 공간적으로 설정될 수 있다. 송신 코일의 도선 간의 간격은 코일의 중앙 부분에서 외곽으로 갈수록 감소한다. 송신 코일 턴(turn)의 곡률 반경(curvature radius)은 외곽 가장 자리에서 최대일 수 있고, 중앙 부분으로 갈수록 작아질 수 있다.In one embodiment of the transmitting coil structure, mutual inductance may be spatially set to be independent of the position of the transmitting coil. The distance between the conductors of the transmitting coil decreases from the central part of the coil to the outer part. A curvature radius of a transmission coil turn may be maximum at an outer edge and may decrease toward a central portion.

일 실시예에서, 송신 코일의 중간탭(center tap)은 보호 소자에 연결될 수 있고, 전력원의 그라운드에도 연결될 수 있다.In one embodiment, a center tap of the transmitting coil may be connected to the protection element and may also be connected to the ground of the power source.

본 명세서에서는 편의상 “송신 코일(transmitting coil)”을 “TX 코일”이라 하고, “수신 코일(receiving coil)”을 “RX 코일”이라 지칭하며, “무선 전력 송신부”는 “TX부(TX unit)”, “무선 전력 수신부”는 “RX부(RX unit)”로 지칭한다.In this specification, for convenience, “transmitting coil” is referred to as “TX coil”, “receiving coil” is referred to as “RX coil”, and “wireless power transmitter” is referred to as “TX unit” ”, “wireless power receiver” is referred to as “RX unit”.

본 명세서에서 사용되는 “부하”라는 단어는 전자 디바이스의 배터리 또는 배터리 팩을 지칭할 수 있다. 전자 디바이스의 배터리를 충전하기 위해, 사용자는 무선 충전기 표면 위에 전자 디바이스를 올려 놓아야 한다. 그러므로 무선 충전기의 크기는 상당히 중요한 문제가 될 수 있다. 무선 충전기의 크기가 큰 경우 더 큰 전력을 공급할 수 있고, 동시에 다수의 전자 디바이스를 충전할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시예들은 도면과 함께 더 자세히 서술하도록 한다.The word “load” used herein may refer to a battery or battery pack of an electronic device. To charge the battery of an electronic device, a user must place the electronic device on a wireless charger surface. Therefore, the size of a wireless charger can be a significant issue. If the size of the wireless charger is large, more power can be supplied and a plurality of electronic devices can be charged at the same time. Various embodiments of the present disclosure will be described in more detail with drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 등가회로를 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing an equivalent circuit of a wireless charging system according to an embodiment.

일 실시예에서, 임피던스 매칭 회로(impedance matching circuit)는 TX부(110) 및 RX부(120)에 포함될 수 있다. 본 명세서에서는 추후 TX부(110)의 임피던스 매칭 회로를 제 1 임피던스 매칭 회로라 하고, RX부(120)의 임피던스 매칭 회로를 제 2 임피던스 매칭 회로라 지칭한다. In one embodiment, an impedance matching circuit may be included in the TX unit 110 and the RX unit 120. In this specification, the impedance matching circuit of the TX unit 110 will be referred to as a first impedance matching circuit, and the impedance matching circuit of the RX unit 120 will be referred to as a second impedance matching circuit.

일 실시예에서, TX부(110)는 무선 충전기(115) 및 전력원(111)으로 구성될 수 있다.In one embodiment, the TX unit 110 may include a wireless charger 115 and a power source 111 .

일 실시예에서, TX부(110)는 전력원(111), TX 코일(112) 및 제 1 임피던스 매칭 회로(113)로 구성될 수 있다. 전력원(111)은 제 1 임피던스 매칭 회로(113)를 통해 TX 코일(112)에 연결될 수 있다. 전력원(111)에서 발생한 전류 ITX는 제 1 임피던스 매칭 회로(113)에 의해 전류 ITX _ COIL로 전환될 수 있다. 제 1 임피던스 매칭 회로(113)는 적어도 두 개의 직렬 커패시터 2C1S 와 TX 코일(112)에 연결된 적어도 두 개의 커패시터 2C1P를 포함할 수 있다. 병렬 커패시터 2C1P는 TX 코일(112)을 전력원의 그라운드(114) 및 제 1 보호 소자(130) 에 연결할 수 있다. 커패시터 2C1P는 분로 커패시터(shunt capacitor)라고도 한다. 직렬 커패시터 2C1S는 TX 코일(112)과 전력원(111)의 출력 단자를 연결할 수 있다. 제 1 임피던스 매칭 회로(113)는 전력원(111)과 TX 코일(112)간에 최적의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 도 1에는 2C1S 커패시터 두 개와 2C1P 커패시터 두 개에 대하여만 나타나 있지만, 특정 상황에 따라 커패시터 개수가 달라질 수 있음은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 파악할 수 있다. 제 1 보호 소자(130)는 TX 코일(112)의 밑에 배치되어 있고, TX 코일(112)의 구조에 의해 형성된 활성 충전 지역을 제외한 곳에서는 TX 코일(112)에 의해 방출되는 전자기 복사를 감소시킬 수 있다.In one embodiment, the TX unit 110 may include a power source 111, a TX coil 112, and a first impedance matching circuit 113. The power source 111 may be connected to the TX coil 112 through a first impedance matching circuit 113 . The current I TX generated by the power source 111 may be converted into a current I TX _ COIL by the first impedance matching circuit 113 . The first impedance matching circuit 113 may include at least two series capacitors 2C 1S and at least two capacitors 2C 1P connected to the TX coil 112 . A parallel capacitor 2C 1P can connect the TX coil 112 to the ground 114 of the power source and to the first protection element 130 . Capacitor 2C 1P is also called shunt capacitor. A series capacitor 2C 1S may connect the TX coil 112 and the output terminal of the power source 111. The first impedance matching circuit 113 may provide optimum impedance matching between the power source 111 and the TX coil 112 . Although only two 2C 1S capacitors and two 2C 1P capacitors are shown in FIG. 1, it can be easily understood by those skilled in the art that the number of capacitors may vary depending on specific circumstances. The first protection element 130 is disposed under the TX coil 112 and will reduce electromagnetic radiation emitted by the TX coil 112 except for the active charging area formed by the structure of the TX coil 112. can

일 실시예에서, RX부(120)는 RX 코일(121), 제 2 임피던스 매칭 회로(122) 및 부하(123)로 구성될 수 있다. RX부(120)는 RX 코일(121) 및 제 2 임피던스 매칭 회로(122)를 포함하는 무선 전력 수신기, 그리고 부하(123)로 구성될 수 있다. RX 코일(121) 및 제 2 임피던스 매칭 회로(122)를 포함하는 무선 전력 수신기는 부하(123)와 연결 또는 분리 가능한 별개 장치일 수 있다. 예를 들어, 부하(123)를 충전시키기 위해 무선 전력 수신기는 부하와 연결될 수 있다In one embodiment, the RX unit 120 may include an RX coil 121, a second impedance matching circuit 122, and a load 123. The RX unit 120 may include a wireless power receiver including an RX coil 121 and a second impedance matching circuit 122 and a load 123 . The wireless power receiver including the RX coil 121 and the second impedance matching circuit 122 may be a separate device that can be connected to or separated from the load 123 . For example, in order to charge the load 123, the wireless power receiver may be connected to the load.

RX부(120)에서, RX 코일(121)은 TX 코일(112)과 유도 결합되어 있고, TX 코일(112)에서 방출되는 전자기 복사는 RX 코일(121)에 충전 전류(charging currents)를 유도할 수 있다. RX부(120)에서, RX 코일(121)은 제 2 임피던스 매칭 회로(122)를 통해 부하(123)에 연결될 수 있고, 제 2 임피던스 매칭 회로(122)는 직렬 커패시터 2C2S와 RX 코일(121)에 병렬로 연결된 적어도 두 개의 2C2P 커패시터를 포함할 수 있다. 부하(123)는 충전 전류를 이용하여 충전될 수 있다. 병렬 커패시터 2C2P는 RX 코일(121)을 부하의 그라운드(124)에 연결할 수 있다. 직렬 커패시터 2C2S는 RX 코일(121)과 부하(123)의 출력 단자를 연결할 수 있다. 제 2 임피던스 매칭 회로(122)는 RX 코일(121)과 부하(123)간에 최적의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 도 1에는 2C2S 커패시터 두 개와 2C2P 커패시터 두 개에 대하여만 나타나 있지만, 특정 상황에 따라 커패시터 개수가 달라질 수 있음은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 파악할 수 있다. In the RX unit 120, the RX coil 121 is inductively coupled to the TX coil 112, and electromagnetic radiation emitted from the TX coil 112 induces charging currents in the RX coil 121. can In the RX unit 120, the RX coil 121 may be connected to the load 123 through a second impedance matching circuit 122, and the second impedance matching circuit 122 includes a series capacitor 2C 2S and the RX coil 121 ) may include at least two 2C 2P capacitors connected in parallel. The load 123 may be charged using the charging current. A parallel capacitor 2C 2P can connect the RX coil 121 to the ground 124 of the load. The series capacitor 2C 2S may connect the output terminal of the RX coil 121 and the load 123. The second impedance matching circuit 122 may provide optimal impedance matching between the RX coil 121 and the load 123 . Although only two 2C 2S capacitors and two 2C 2P capacitors are shown in FIG. 1, it can be easily understood by those skilled in the art that the number of capacitors may vary depending on specific circumstances.

일 실시예에서, 제 1 임피던스 매칭 회로(113) 및 제 2 임피던스 매칭 회로(122)는 TX 코일(112)과 RX 코일(121)간에 공명(resonance)이 일어나도록 하여 전력 송신 효율을 최대로 할 수 있다. In one embodiment, the first impedance matching circuit 113 and the second impedance matching circuit 122 maximize power transmission efficiency by allowing resonance to occur between the TX coil 112 and the RX coil 121. can

일 실시예에서, 제 1 임피던스 매칭 회로(113)의 커패시터들은 TX 코일(112)의 임피던스를 부하(123)의 임피던스에 따라 변형시킬 수 있다.In one embodiment, the capacitors of the first impedance matching circuit 113 may change the impedance of the TX coil 112 according to the impedance of the load 123.

일 실시예에서, 제 2 임피던스 매칭 회로(122)의 커패시터들은 RX 코일(121)의 임피던스를 부하를 위한 최적의 임피던스로 변형시킬 수 있도록 선택될 수 있다.In one embodiment, the capacitors of the second impedance matching circuit 122 may be selected to transform the impedance of the RX coil 121 into an optimal impedance for the load.

일 실시예에서, RX부(120)가 TX부(110)의 위에 위치했을 때, TX 코일(112) 및 RX 코일(121)은 마그네틱 플럭스(magnetic flux)에 의해 상호 결합될 수 있다. TX 코일(112)에서 발생하는 마그네틱 플럭스는 도 1에 나타난 바와 같이 RX 코일(121)에 IRX _ COIL 전류를 유도하고, 에너지는 부하(123)에 전달될 수 있다.In one embodiment, when the RX unit 120 is positioned above the TX unit 110, the TX coil 112 and the RX coil 121 may be coupled to each other by magnetic flux. The magnetic flux generated in the TX coil 112 induces I RX_COIL current in the RX coil 121 as shown in FIG . 1 , and energy may be transferred to the load 123 .

일 실시예에서, TX부의 제 1 임피던스 매칭 회로는 TX 코일(112)과 병렬로 연결된 적어도 두 개의 분로 커패시터 (2C1P)를 포함할 수 있고, TX 코일(112)을 전력원(111)의 출력 단자와 연결하는 적어도 두 개의 직렬 커패시터(series capacitor)(2C1S)를 포함할 수 있다. 분로 커패시터는 TX 코일(112)을 제 1 보호 소자(130) 및 전력원(111)의 그라운드에 연결할 수 있고, 이를 통해 TX 코일(112)에 흐르는 동 위상 전류를 보호 소자(130)에 분로(shunt)하여 TX 코일(112)에 의한 전자기 복사 방출을 감소시킬 수 있다.In one embodiment, the first impedance matching circuit of the TX unit may include at least two shunt capacitors (2C 1P ) connected in parallel with the TX coil 112, and the TX coil 112 is connected to the output of the power source 111 It may include at least two series capacitors (2C 1S ) connected to the terminal. The shunt capacitor may connect the TX coil 112 to the ground of the first protection element 130 and the power source 111, and through this shunt the in-phase current flowing in the TX coil 112 to the protection element 130 ( shunt) to reduce electromagnetic radiation emitted by the TX coil 112.

일 실시예에서, 제 1 보호 소자(130)는 구리 물질 및/또는 페라이트(ferrite) 물질과 같은 전도성 물질로 구성될 수 있다. In one embodiment, the first protection element 130 may be made of a conductive material such as a copper material and/or a ferrite material.

일 실시예에서, TX 코일(112)의 제 1 임피던스 매칭 회로(113)에서 2C1P 커패시터는 TX 코일(112)과 병렬로 연결되어 TX 코일(112)과 제 1 보호 소자(130)를 연결하며, 이를 통해 동 위상 전류가 분로 되고, 기생 EMI 방출이 줄도록 할 수 있다. 제 1 보호 소자(130)의 존재로 인해, TX 코일(112)의 전류에 의해 유도된 전자기장은 RX부(120)가 위치한 곳을 제외한 모든 곳에서 억제될 수 있다. 그 결과 최종적인 전자기 필드는 RX부(120)의 주변에 집중되고, RX부(120)의 RX 코일(121)에 전류를 유도할 수 있다. RX부(120)는 TX 부(110)에 의한 활성 충전 지역(active charging area) 내라면 어떤 위치에나 어떤 방향으로든 위치할 수 있다. TX 코일(112)은 RX부(120)가 활성 충전 지역의 어느 곳에 있든 균일하게 전자기 복사를 방출할 수 있다. 활성 충전 지역은 TX 코일(112)의 구조에 의해서 정의되며, 부하(123)의 위치나 방향에 관계 없이 일정한 임피던스를 제공할 수 있다.In one embodiment, in the first impedance matching circuit 113 of the TX coil 112, a 2C 1P capacitor is connected in parallel with the TX coil 112 to connect the TX coil 112 and the first protection element 130, , which shunts the in-phase current and reduces parasitic EMI emissions. Due to the existence of the first protection element 130, the electromagnetic field induced by the current of the TX coil 112 can be suppressed everywhere except where the RX unit 120 is located. As a result, the final electromagnetic field is concentrated around the RX unit 120, and a current can be induced in the RX coil 121 of the RX unit 120. The RX unit 120 may be located at any location and in any direction as long as it is within an active charging area by the TX unit 110. The TX coil 112 can emit electromagnetic radiation uniformly wherever the RX section 120 is located in an active charging area. The active charging area is defined by the structure of the TX coil 112, and can provide a constant impedance regardless of the position or direction of the load 123.

일 실시예에서, TX 코일(112)의 전도성 도선은 도선간에 특정한 간격으로 떨어져서 감겨 있을 수 있다. TX 코일(112)의 전도성 도선 간의 간격은 TX 코일(112)의 중앙 부분에서 외곽으로 멀어지는 방향으로 갈수록 감소할 수 있다. In one embodiment, the conductive wires of the TX coil 112 may be wound at specific intervals between the wires. The distance between the conductive wires of the TX coil 112 may decrease in a direction away from the central portion of the TX coil 112 to the outside.

일 실시예에서, TX 코일(112)은 나선형(helical form)을 이룰 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 전도성 도선간의 간격은 TX 코일(112)의 중앙에서 방사상 방향(radial direction)으로 멀어질수록 감소할 수 있다. In one embodiment, the TX coil 112 can form a helical form, but is not limited thereto. The distance between the conductive wires may decrease as the distance from the center of the TX coil 112 in a radial direction increases.

일 실시예에서, TX 코일(112) 턴(turn)의 곡률 반경(curvature radius)은 외곽 가장 자리(outer edges)에서 최대일 수 있고, 중앙 부분으로 갈수록 작아질 수 있다. In one embodiment, the curvature radius of the turn of the TX coil 112 may be maximum at the outer edges and may decrease towards the center.

일 실시예에서, TX 코일(112)은 단일 혹은 여러 층의 PCB 위에서 제작되는 평면 코일(planar coil)일 수 있다. 평면 코일은 여러 층들의 세트로 구성될 수 있다. 하나의 세트에 있는 각각의 층들은 같은 패턴의 턴들을 포함할 수 있다. 하나의 세트에 포함된 모든 층들은 복수의 바이어(via)들에 의해 서로 연결되어 있을 수 있고, 상기 하나의 세트의 두께와 같은 두께의 고체 전도성 코일로서 구성될 수 있다.In one embodiment, the TX coil 112 may be a planar coil fabricated on a single or multi-layer PCB. A planar coil may consist of a set of several layers. Each layer in a set may contain the same pattern of turns. All layers included in one set may be connected to each other by a plurality of vias, and may be configured as a solid conductive coil having the same thickness as the thickness of the one set.

일 실시예에서, 제 1 임피던스 매칭 회로(113)는 전력원(111)의 출력 단자에 대해 대칭적인 구조이며, 제 1 임피던스 매칭 회로(113)의 중심점은 전력원(111)의 그라운드(114)와 연결될 수 있다.In one embodiment, the first impedance matching circuit 113 has a structure symmetrical with respect to the output terminal of the power source 111, and the center point of the first impedance matching circuit 113 is the ground 114 of the power source 111 can be connected with

일 실시예에서, TX 코일(112)에 의해 형성된, 무선 충전이 가능한 지역을 일컫는 활성 충전 지역은, 활성 충전 지역에 있는 부하(123)의 위치나 방향에 무관하게 일정한 임피던스를 유지할 수 있다.In one embodiment, the active charging area, which refers to an area where wireless charging is possible, formed by the TX coil 112 may maintain a constant impedance regardless of the location or direction of the load 123 in the active charging area.

일 실시예에서, TX 코일(112)에서 방출되는 전자기 복사는 활성 충전 지역 내에서 일정할 수 있다. 활성 충전 지역을 제외한 범위에서는 TX 코일(112)에 의한 전자기 복사 방출이 억제될 수 있다.In one embodiment, electromagnetic radiation emitted from TX coil 112 may be constant within an active charging region. Emission of electromagnetic radiation by the TX coil 112 may be suppressed in a range other than the active charging area.

RX부(120)는 RX 코일(121)의 출력 및 부하(123) 앞의 임피던스 매칭 회로(122)에 연결된 정류기를 더 포함할 수 있다. 정류기는 RX 코일(121)에 유도되는 전류에 대해 AC-DC 변환을 수행하도록 구성될 수 있다.The RX unit 120 may further include a rectifier connected to the output of the RX coil 121 and the impedance matching circuit 122 in front of the load 123 . The rectifier may be configured to perform AC-DC conversion on the current induced in the RX coil 121 .

일 실시예에서, RX 코일(121)은 복수의 전도성 턴(turn)들을 포함할 수 있다. RX 코일(121)의 외부 차원(dimension)들은 RX부(120)의 유효 표면(available surface) 내에서 최대화될 수 있다. 상기 턴들의 밀도 및 구조는 RX부(120)의 구조 및 전력 소비에 따라 달라질 수 있다. In one embodiment, RX coil 121 may include a plurality of conductive turns. The outer dimensions of the RX coil 121 may be maximized within the available surface of the RX section 120 . The density and structure of the turns may vary depending on the structure and power consumption of the RX unit 120 .

일 실시예에서, RX부(120)의 제 2 임피던스 매칭 회로(122)는 RX 코일(121)과 연결되는 적어도 두 개의 커패시터(2C2P)를 포함할 수 있고, RX 코일(121)을 부하(123)에 연결시켜 주는 적어도 두 개의 직렬 커패시터(2C2S) 를 포함할 수 있다. In one embodiment, the second impedance matching circuit 122 of the RX unit 120 may include at least two capacitors 2C 2P connected to the RX coil 121, and may include the RX coil 121 as a load ( 123) may include at least two series capacitors (2C 2S ) connected to each other.

일 실시예에서, TX부(110) 및 RX부(120)로 구성된 무선 충전 시스템은 주파수 범위 100kHz부터 100MHz 사이에서 작동할 수 있다.In one embodiment, the wireless charging system composed of the TX unit 110 and the RX unit 120 may operate in a frequency range of 100 kHz to 100 MHz.

도 2는 일 실시예에 따른 TX 코일(112) 및 제 1 보호 소자(130)의 매개변수모델과 차원에 대한 도면이다.Figure 2 is a diagram of the parameter model and dimensions of the TX coil 112 and the first protection element 130 according to an embodiment.

TX 코일(112) 및 RX 코일(121) 간의 결합 계수 k 및 Q-팩터들이 TX부(110) 상의 RX부(120)의 상대적 위치에 대해 변하지 않는다면, TX 코일 및 RX 코일의 다양한 결합 조건들에서 일정한 전력 효율 η 및 일정한 입력 임피던스

Figure 112015119121106-pat00001
를 획득할 수 있다. TX 코일(112)의 구조는 아래 더 자세히 묘사되어 있다.If the coupling coefficient k and Q-factors between the TX coil 112 and the RX coil 121 do not change with respect to the relative position of the RX section 120 on the TX section 110, at various coupling conditions of the TX coil and the RX coil Constant power efficiency η and constant input impedance
Figure 112015119121106-pat00001
can be obtained. The structure of TX coil 112 is described in more detail below.

일 실시예에서, TX 코일(112)의 전도성 전선의 중심은 다음 파라미터 모델로 설명될 수 있다.In one embodiment, the center of the conductive wire of TX coil 112 can be described by the following parametric model.

Figure 112015119121106-pat00002
Figure 112015119121106-pat00002

Figure 112015119121106-pat00003
Figure 112015119121106-pat00003

Figure 112015119121106-pat00004
Figure 112015119121106-pat00004

여기서 lxN, lyN은 TX 코일(112)의 최외곽 차원에 해당하고, lx1, ly1은 TX 코일(112)의 최내각 차원에 해당한다. N은 코일 턴의 개수,

Figure 112015119121106-pat00005
는 i번째 코일 전선의 곡률 반지름이고, α는 턴 비율을 나타내는 매개변수이다. shx와 shy는 각각 제 1 보호 소자(130)의 가로 및 세로 길이를 의미한다. TX 코일(112)의 N, lxi, lyi
Figure 112015119121106-pat00006
와 같은 차원들은 최대의 효율을 전달할 수 있는지, 그리고 RX부(120)가 있을 수 있는 위치마다 균일(uniformity)한 효율을 전달할 수 있는지 라는 기준에 의해 최적화 될 수 있다. RX부(120)에서 RX 코일(121)의 차원 및 위치는 RX부(120)의 구조적 한계에 의해서 정의될 수 있다. Here, lx N and ly N correspond to the outermost dimension of the TX coil 112, and lx 1 and ly 1 correspond to the innermost dimension of the TX coil 112. N is the number of coil turns,
Figure 112015119121106-pat00005
is the radius of curvature of the i-th coil wire, and α is a parameter representing the turn ratio. shx and shy mean the horizontal and vertical lengths of the first protection element 130, respectively. N of the TX coil 112, lx i , ly i and
Figure 112015119121106-pat00006
Dimensions such as can be optimized based on whether maximum efficiency can be delivered and whether uniform efficiency can be delivered at each location where the RX unit 120 can be located. The dimensions and position of the RX coil 121 in the RX unit 120 may be defined by the structural limitations of the RX unit 120.

제 1 보호 소자(130) 및 RX부(120)의 존재는 TX 코일(112)의 인덕턴스를 줄일 수 있다. 제 1 보호 소자(130)는 손실에 큰 영향을 미치지는 않으나, RX부(120)의 손실 물질(lossy material)에 유도된 와전류가 에너지를 소멸시킬 수 있다. 그러므로, TX부(110)의 실제 환경은 전력 전송 효율(PTE)에 큰 제한을 가할 수 있다.The existence of the first protection element 130 and the RX unit 120 can reduce the inductance of the TX coil 112 . Although the first protection element 130 does not have a large effect on loss, an eddy current induced in a lossy material of the RX unit 120 may dissipate energy. Therefore, the actual environment of the TX unit 110 may impose great limitations on power transfer efficiency (PTE).

도 2에서 TX 코일(112)의 전도성 턴(turn)은 5번 감겼지만, 이는 일 실시예에 불과하며, 그보다 적거나 많을 수 있다. Although the conductive turns of TX coil 112 in FIG. 2 are wound 5 times, this is just one example and may be fewer or more.

도 3은 일 실시예에 따라 RX부(120) 및 그 내부 구성 요소를 나타내는 도면이다. 3 is a diagram showing the RX unit 120 and its internal components according to an embodiment.

일 실시예에서, 제 2 보호 소자(301)는 RX부(120)가 결합된 전자 디바이스의 내부 구성 요소(302,303)를 TX 코일(112) 및 RX 코일(121)의 전자기 복사 방출로부터 분리(isolate)하기 위해 RX 코일(121)의 아래에 설치될 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스의 내부 구성 요소(302,303)는 하나 이상의 마이크로 회로(micro circuits)일 수 있다. In one embodiment, the second protection element 301 isolates the internal components 302 and 303 of the electronic device to which the RX unit 120 is coupled from the electromagnetic radiation emission of the TX coil 112 and the RX coil 121. ) may be installed under the RX coil 121. For example, the internal components 302 and 303 of the electronic device may be one or more micro circuits.

제 2 보호 소자(301)를 통해 내부 구성 요소(302,303)를 TX 코일(112) 및 RX 코일(121)의 전자기 복사 방출로부터 분리(isolate)할 수 있다. The internal components 302 and 303 may be isolated from electromagnetic radiation emitted from the TX coil 112 and the RX coil 121 through the second protection element 301 .

일 실시예에서, 제 2 보호 소자(301)는 구리 물질 및/또는 페라이트(ferrite) 물질과 같은 전도성 물질로 구성될 수 있다. In one embodiment, the second protection element 301 may be made of a conductive material such as a copper material and/or a ferrite material.

일 실시예에서, 내부 구성 요소(302, 303)는 배터리 또는 배터리 팩과 같은 전도성 구조물에 의해서 TX 코일(112) 및 RX 코일(121)의 전자기 복사 방출로부터 분리될 수 있다. In one embodiment, internal components 302 and 303 may be isolated from the electromagnetic radiation emissions of TX coil 112 and RX coil 121 by a conductive structure such as a battery or battery pack.

도 4는 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 옆에서 바라본 구조를 나타내는 도면이다. “a”는 TX 코일(112)로부터 제 1 보호 소자(130)까지의 거리를 의미하고, “h”는 RX부(120)로부터 TX 코일(112)까지의 거리를 의미한다. 제 1 보호 소자(130) 및 RX부(120)의 존재는 TX 코일(112)의 인덕턴스를 감소시킬 수 있다. 도 3에서 설명된 제 2 보호 소자(301)는 도 4에 나타난 바와 같이 RX 코일(121)과 인접하여 위치할 수 있다. 도면은 크게 세 부분으로 나누어질 수 있다. TX 코일(112)과 제 1 보호 소자(130)를 포함하는 무선 충전기(115), RX 코일(121)과 제 2 보호 소자(301)를 포함하는 무선 전력 수신기, 그 외에 내부 구성 요소(302, 303), 배터리를 포함하는 전자 디바이스, 총 세 부분이다. 무선 충전기, 무선 전력 수신기 및 전자 디바이스는 각각 별개의 장치일 수 있다. 전자 디바이스의 배터리를 충전하기 위해, 전자 디바이스는 무선 전력 수신기에 연결되어 무선 충전기(115) 위에 올려질 수 있다. 4 is a view showing a structure of a wireless charging system viewed from the side according to an embodiment. “a” means the distance from the TX coil 112 to the first protection element 130, and “h” means the distance from the RX unit 120 to the TX coil 112. The existence of the first protection element 130 and the RX unit 120 can reduce the inductance of the TX coil 112 . The second protection element 301 described in FIG. 3 may be positioned adjacent to the RX coil 121 as shown in FIG. 4 . The drawings can be largely divided into three parts. A wireless charger 115 including a TX coil 112 and a first protection element 130, a wireless power receiver including an RX coil 121 and a second protection element 301, and other internal components 302, 303), an electronic device including a battery, and a total of three parts. A wireless charger, a wireless power receiver, and an electronic device may be separate devices. To charge the battery of the electronic device, the electronic device may be connected to a wireless power receiver and placed on the wireless charger 115 .

도 5는 일 실시예에 따라 RX부(120)가 TX부(110) 위에 위치할 때, 수직 및 수평으로 무선 충전 시스템을 바라본 구조를 나타내는 도면이다. 무선 충전 시스템을 수직으로 내려 보았을 때와 수평 옆에서 보았을 때 무선 충전 시스템의 각 구성요소가 어떻게 나타나는지를 비교할 수 있게 동일한 구성요소를 대응시켜 보여주고 있다. 도 5에서 TX 코일(112)의 전도성 턴(turn)의 수는 5개이지만 이는 일 실시예에 불과하며, 그보다 적거나 많을 수 있다. 일 실시예에 따른 도 5에서 TX 코일(112) 및 RX부(120)가 포개진 그림에서, TX 코일(112)의 세로 방향 길이와 RX부(120)의 세로 방향 길이가 거의 비슷하게 나타나지만 TX 코일(112)의 길이 및 너비는 무선 전력 수신부(120)의 길이 및 너비에 비해 상대적으로 더 클 수 있다. 5 is a diagram illustrating a structure of a wireless charging system viewed vertically and horizontally when the RX unit 120 is positioned above the TX unit 110 according to an embodiment. The same components are shown in correspondence so that you can compare how each component of the wireless charging system appears when viewed vertically and horizontally when viewed from the side. Although the number of conductive turns of the TX coil 112 in FIG. 5 is 5, this is only an example and may be less or more than that. In the figure in which the TX coil 112 and the RX unit 120 are overlapped in FIG. 5 according to an embodiment, the vertical length of the TX coil 112 and the vertical length of the RX unit 120 appear almost similar, but the TX coil The length and width of 112 may be relatively greater than the length and width of the wireless power receiver 120 .

도 6a 및 도 6b는 일 실시예에 따라 RX부(120)가 도 6a에서는 TX 코일(112)의 중앙에 있을 때, 도 6b에서는 TX 코일(112)의 외곽에 있을 때의 전류 분포에 대해 나타내는 도면이다.6A and 6B show current distribution when the RX unit 120 is in the center of the TX coil 112 in FIG. 6A and on the outside of the TX coil 112 in FIG. 6B according to an embodiment. it is a drawing

RX부(120)의 TX 코일(112)과의 상대적 위치 변화에 따라, TX부(110)의 TX 코일(112)에서 매개변수의 변화가 있을 수 있다. RX부(120)의 위치에 대한 결합 계수 k의 의존성은 TX 코일(112) 디자인 파라미터 lxi, lyi,

Figure 112015119121106-pat00007
에 의해 정의될 수 있다. 일반적으로 TX 코일(112)의 인덕턴스 및 Q-팩터는 RX부(120)가 TX 코일(112)의 가운데에서 모서리 쪽으로 이동함에 따라 증가한다. 이는 렌츠의 법칙에 따라 설명될 수 있다. RX부(120) 표면의 와전류(eddy currents)는 TX 코일에 의해 유도된 마그네틱 플럭스를 보상할 수 있다. 와전류는 RX부(120)의 배터리, 메인 보드, 프레임 등의 전도성 표면 위를 흐를 수 있다. 대표적인 위치에 RX부(120)가 각각 위치할 때 RX부(120) 위에서의 표면 전류 분포가 도 6a 및 도 6b에 나타난다. 도 6a에서 RX부(120)(전자 디바이스와 결합되어 있다)는 TX 코일(112)의 중간 부분에 위치하고, 도 6b에서는 RX부(120)가 TX 코일(112)의 외곽 부분으로 이동해 있다. 도 6a 및 도 6b에서 RX부(120) 표면에서 어둡게 칠해진 부분은 RX부(120) 몸체 표면의 전류 밀도가 높음을 의미하고, 밝은 부분은 RX부(120)의 몸체 표면의 전류 밀도가 낮음을 의미한다. RX부(120)가 서로 다른 여러 위치에 있을 때 유도된 전류의 분포가 서로 다른 것은, RX부(120)가 TX 코일(112)의 어느 위치에 있느냐에 따라 TX 코일(112)의 인덕턴스가 달라진다는 점을 설명해 준다. RX부(120)가 TX 코일(112)의 중간 부분에 위치할 때, TX 코일(112) 중간 부분에서의 마그네틱 필드는 대부분 RX부(120)의 표면에 수직이다. 이 경우 전류 분포는 RX부(120)의 모서리를 기준으로 대칭일 수 있다.Parameters may be changed in the TX coil 112 of the TX unit 110 according to a change in the relative position of the RX unit 120 with the TX coil 112. The dependence of the coupling coefficient k on the position of the RX unit 120 is the TX coil 112 design parameters lx i , ly i ,
Figure 112015119121106-pat00007
can be defined by In general, the inductance and Q-factor of the TX coil 112 increase as the RX section 120 moves from the center to the corner of the TX coil 112. This can be explained according to Lenz's law. Eddy currents on the surface of the RX unit 120 may compensate for magnetic flux induced by the TX coil. Eddy currents may flow on conductive surfaces such as a battery, a main board, and a frame of the RX unit 120 . The surface current distribution on the RX unit 120 when the RX unit 120 is located at a representative position, respectively, is shown in FIGS. 6A and 6B. In FIG. 6A, the RX unit 120 (coupled with the electronic device) is located in the middle of the TX coil 112, and in FIG. 6B, the RX unit 120 is moved to the outer portion of the TX coil 112. In FIGS. 6A and 6B , the darkly painted part of the surface of the RX unit 120 means that the current density of the body surface of the RX unit 120 is high, and the bright part means that the current density of the body surface of the RX unit 120 is low. it means. The reason why the distribution of the induced current is different when the RX unit 120 is located in different positions is that the inductance of the TX coil 112 varies depending on where the RX unit 120 is located on the TX coil 112. explains that When the RX unit 120 is located in the middle of the TX coil 112, the magnetic field at the middle of the TX coil 112 is mostly perpendicular to the surface of the RX unit 120. In this case, the current distribution may be symmetrical with respect to the corners of the RX unit 120.

TX 코일(112)의 외곽 부분에서, 마그네틱 필드는 접선 성분(tangent component) 및 불균일한 법선(normal) 성분이 주를 이룬다. RX부(120)가 TX 코일(112)의 모서리 부근에 위치할 때, 마그네틱 플럭스의 주요 부분은 TX 코일(112)의 중간 부분에 집중되고, 와전류 밀도는 더 낮아지며 비대칭이 될 수 있다. RX부(120) 평면과 수직한 필드 성분이 앞서 살펴본 RX부(120)가 TX 코일(112)의 중간 부분에 위치하는 경우에 비해 더 작은 지역에 밀집함으로써 나타나는 이러한 전류 분포는 더 적은 마그네틱 플럭스를 생산하게 되고, TX 코일(112)의 인덕턴스는 증가할 수 있다.In the outer portion of the TX coil 112, the magnetic field mainly consists of a tangent component and a non-uniform normal component. When the RX unit 120 is located near the corner of the TX coil 112, the main part of the magnetic flux is concentrated in the middle of the TX coil 112, and the eddy current density becomes lower and can be asymmetrical. Compared to the case where the RX unit 120 is located in the middle of the TX coil 112, the field component perpendicular to the plane of the RX unit 120 is concentrated in a smaller area, resulting in less magnetic flux. and the inductance of the TX coil 112 may increase.

도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따라 TX부(110)의 총 두께를 감소시키는 방법으로, 도 7a에서는 제 1 보호 소자(130)가 구리 물질로 이루어진 경우, 도 7b에서는 제 1 보호 소자(130)가 구리-페라이트 물질(701,702)로 이루어진 경우를 나타내고 있는 도면이다.7A and 7B are methods for reducing the total thickness of the TX unit 110 according to an embodiment. In FIG. 7A, when the first protection element 130 is made of a copper material, in FIG. 7B, the first protection element ( 130) is a diagram showing a case in which copper-ferrite materials 701 and 702 are formed.

일 실시예에서, 구리-페라이트 물질은 TX부(110)의 총 두께를 더 감소시킬 수 있다(도 7b에서 구리-페라이트 물질을 사용함으로써 거리 A가 감소함을 확인할 수 있다).In one embodiment, the copper-ferrite material can further reduce the total thickness of the TX section 110 (it can be seen in FIG. 7B that the distance A is reduced by using the copper-ferrite material).

주변 물질들로부터 TX부(110)를 분리(isolation)하는 것은, 도 7a 및 도 7b에서 볼 수 있는 것처럼 제 1 보호 소자(130)를 구성할 때 다양한 물질을 이용함으로써 가능하다. 특히, TX부(110)의 총 두께를 줄이기 위해 다른 전도성 물질 대신 얇은 페라이트 필름 물질을 이용할 수 있다. 페라이트 0.5mm 두께면 충분히 20dB의 보호 효율(shielding efficiency)을 만들어 낼 수 있다.Isolation of the TX unit 110 from surrounding materials is possible by using various materials when configuring the first protection element 130, as shown in FIGS. 7A and 7B. In particular, in order to reduce the total thickness of the TX unit 110, a thin ferrite film material may be used instead of other conductive materials. A ferrite thickness of 0.5mm is enough to produce a shielding efficiency of 20dB.

제 1 보호 소자(130)의 변화에 따른 TX부(110) 및 RX부(120)의 파라미터 변화가 표 1에 제시되어 있다. 표 1의 결과에 따르면, 페라이트 및 구리 물질을 이용하고 얇은 TX 코일(112)(d=0.1mm)을 이용하는 것은 TX부(110)의 총 두께를 5.7mm로 감소시킬 수 있다. TX 코일(112)에서 a = 5mm만큼 떨어진 거리에 제 1 보호 소자(130)를 설치하며 구리 물질만을 이용하는 것은 보호 소자가 없는 경우와 비교해서 자기 인덕턴스 L1을 57% 줄게 하고 결합 팩터 k를 40% 줄게 할 수 있다. TX 코일(112)에서 a = 5mm만큼 떨어진 거리에 제 1 보호 소자(130)를 설치하며 페라이트 물질만을 이용하는 것은 제 1 보호 소자(130)가 없는 경우와 비교해서 Q-팩터를 24% 줄게 할 수 있다. TX 코일(112)의 두께 d를 2mm에서 0.1mm 줄게 하는 것은 파라미터에 영향을 미치지 않는다. 페라이트 물질만을 이용한 제 1 보호 소자(130)를 사용하는 것은 무선 충전 시스템을 효율적으로 만들지만, TX 코일(112)의 자기 인덕턴스가 외부 메탈 물질(예를 들어 메탈 테이블)에 영향을 주는 점은 고려해야 할 사항이다. 상술된 바와 같이 파라미터가 받는 영향, TX부(110)의 총 두께 등을 고려하여 적합한 보호 소자를 구상하는 것이 바람직하다.Parameter changes of the TX unit 110 and the RX unit 120 according to the change of the first protection element 130 are shown in Table 1. According to the results of Table 1, using ferrite and copper materials and using a thin TX coil 112 (d = 0.1 mm) can reduce the total thickness of the TX section 110 to 5.7 mm. Installing the first protection element 130 at a distance of a = 5 mm from the TX coil 112 and using only copper material reduces the magnetic inductance L1 by 57% and the coupling factor k by 40% compared to the case without the protection element can give you Installing the first protection element 130 at a distance from the TX coil 112 by a = 5 mm and using only ferrite material can reduce the Q-factor by 24% compared to the case without the first protection element 130 there is. Reducing the thickness d of the TX coil 112 from 2 mm to 0.1 mm does not affect the parameter. Using the first protection element 130 using only a ferrite material makes the wireless charging system efficient, but the fact that the magnetic inductance of the TX coil 112 affects an external metal material (eg a metal table) should be considered. It's something to do. As described above, it is desirable to devise a suitable protection device in consideration of the influence of parameters, the total thickness of the TX unit 110, and the like.

제 1 보호 소자의 변화에 따른 TX 및 RX부 파라미터의 변화Changes in TX and RX parameters according to changes in the first protection element 파라미터
이름
parameter
name
TX코일을 위한 보호 소자 없음No protection element for TX coil 0.1mm
구리 보호 소자
a=10mm
d=2mm
0.1mm
copper protection element
a=10mm
d=2mm
1mm
구리 보호 소자
a=5mm
d=2mm
1mm
copper protection element
a=5mm
d=2mm
1mm
페라이트 보호 소자
a=5mm
d=2mm
1mm
ferrite protection element
a=5mm
d=2mm
0.5mm
페라이트 보호 소자
a=5mm
d=2mm
0.5mm
ferrite protection element
a=5mm
d=2mm
0.5mm
페라이트 보호 소자
a=5mm
d=0.1mm
0.5mm
ferrite protection element
a=5mm
d=0.1mm
0.1mm 구리 및 0.5mm 페라이트 보호 소자
a=5mm
d=0.1mm
0.1mm copper and 0.5mm ferrite protection element
a=5mm
d=0.1mm
L1, uHL 1 , uH 2.032.03 1.261.26 0.870.87 2.72.7 2.62.6 2.62.6 2.42.4 Q1 Q 1 144144 164164 138138 110110 109109 108108 103103 kk 0.250.25 0.180.18 0.150.15 0.270.27 0.260.26 0.260.26 0.260.26 UU 32.732.7 25.525.5 17.917.9 29.729.7 28.828.8 28.728.7 27.227.2

도 8은 일 실시예에 따라 TX 코일(112)이 전력원(111)의 그라운드(114) 및 제 1 보호 소자(130)와 연결되는 위치를 알려주고, 연결되는 위치의 확대된 모습을 보여주기 위한 도면이다. 일 실시예에 따라 TX 코일(112)을 전력원의 그라운드(114) 및 제 1 보호 소자(130)에 연결하는 것은 도 1에 나타나 있듯이 제 1 임피던스 매칭 회로(113)를 이용함으로써 수행된다. 제 1 임피던스 매칭 회로(113)의 커패시터 2C1S, 2C1P는 도 8의 영역 801에 위치할 수 있다. 8 is to show a location where the TX coil 112 is connected to the ground 114 of the power source 111 and the first protection element 130 according to an embodiment, and to show an enlarged view of the connected location. it is a drawing According to one embodiment, connecting the TX coil 112 to the ground 114 of the power source and the first protection element 130 is performed by using the first impedance matching circuit 113 as shown in FIG. 1 . Capacitors 2C 1S and 2C 1P of the first impedance matching circuit 113 may be located in the region 801 of FIG. 8 .

일 실시예에서, TX 코일(112)이 전력원의 그라운드(114) 및 제 1 보호 소자(130)와 연결되는 위치의 확대된 모습을 나타낸 우측 그림을 보면 커패시터 2C1P가 TX 코일(112)과 전력원의 그라운드(114)를 병렬로 연결하는 모습 및 커패시터 2C1S가 TX 코일(112)과 전력원(111)을 직렬로 연결하는 모습을 확인할 수 있다. In one embodiment, looking at the right figure showing an enlarged view of the position where the TX coil 112 is connected to the ground 114 of the power source and the first protection element 130, the capacitor 2C 1P is connected to the TX coil 112 It can be seen that the ground 114 of the power source is connected in parallel and the capacitor 2C 1S connects the TX coil 112 and the power source 111 in series.

도 9a 및 도 9b는 일 실시예에 따라, 분로 커패시터가 전력원의 그라운드(114) 및 제 1 보호 소자(130)와 연결되는지 여부에 따른 TX 코일(112)에서의 동 위상 전압의 측정값에 대한 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 9a는 연결되지 않는 경우, 도 9b는 연결되는 경우를 나타낸다. 도 9a와 도 9b의 비교를 통해 분로 커패시터의 연결 여부가 동 위상 노이즈 감소에 미치는 영향을 확인할 수 있다. 도 1에 나타나 있듯이 TX 코일(112)은 커패시터 2C1P를 이용하여 전력원(111)의 그라운드(114) 및 제 1 보호 소자(130)에 연결될 수 있다. 도 9a 및 도 9b에 나타난 결과에 따를 때, 분로 커패시터가 연결되는 도 9a의 경우에 EMI 노이즈 스펙트럼이 90MHz 주파수 범위 이상에서 적어도 10dB 감소함을 확인할 수 있다. 9A and 9B show the measured value of the in-phase voltage at the TX coil 112 depending on whether the shunt capacitor is connected to the ground 114 of the power source and the first protection element 130, according to an embodiment. It is a diagram showing the spectrum for 9A shows a case of not being connected, and FIG. 9B shows a case of being connected. A comparison of FIGS. 9A and 9B confirms the effect of whether or not the shunt capacitor is connected on the reduction of in-phase noise. As shown in FIG. 1 , the TX coil 112 may be connected to the ground 114 of the power source 111 and the first protection element 130 using a capacitor 2C 1P . According to the results shown in FIGS. 9A and 9B , in the case of FIG. 9A in which the shunt capacitor is connected, it can be confirmed that the EMI noise spectrum is reduced by at least 10 dB in the 90 MHz frequency range or higher.

도 10a 및 도 10b는 일 실시예에 따라, 전력원 그라운드(114)와 TX 코일(112)의 중간탭 (1001)이 연결되는 것을 나타내는 등가회로를, 도 10a에서는 갈바닉 연결로, 도 10b에서는 용량성 연결로 나타낸 도면이다. TX 코일(112)의 중간탭(1001)은 제 1 보호 소자(130)에 연결될 수 있고, 제 1 보호 소자(130)는 전력원의 그라운드(114)에 연결될 수 있으며, 이를 통해 EMI 복사를 감소시킬 수 있다. 연결 방법으로는 도 10a의 갈바닉 또는 도 10b의 용량성 연결을 포함한 다양한 연결 방법을 이용할 수 있다. 다양한 연결 방법을 통해서, 동 위상 전류는 TX 코일(112)을 통과하기 전에 분로 될 수 있고, TX 코일(112)에서의 기생 복사 방출이 약화될 수 있다. 차동 출력 전력(differential output power)을 전력원(111)으로부터 TX 코일(112)로 전달하는 것은 상기 다양한 연결 방법에 의해서 영향 받지 않는다. 그러므로 PTE는 감소하지 않는다.10A and 10B are equivalent circuits showing that the power source ground 114 and the center tap 1001 of the TX coil 112 are connected according to an embodiment, galvanic connection in FIG. 10A and capacitance in FIG. 10B. It is a diagram showing sex connection. The center tap 1001 of the TX coil 112 may be connected to the first protection element 130, and the first protection element 130 may be connected to the ground 114 of the power source, thereby reducing EMI radiation. can make it As a connection method, various connection methods including the galvanic connection of FIG. 10A or the capacitive connection of FIG. 10B may be used. Through various connection methods, the in-phase current can be shunted before passing through the TX coil 112, and parasitic radiation emission from the TX coil 112 can be attenuated. The transfer of differential output power from the power source 111 to the TX coil 112 is not affected by the various connection methods. Therefore, PTE does not decrease.

일 실시예에서, 용량성 연결은 집중 커패시터 소자(lumped capacitor elements)를 통하거나 중간탭(1001)과 제 1 보호 소자(130)간의 상호 커패시턴스에 의해 형성될 수 있다. 이는 회로에서 C1C(1002)로 표현되어 있다.In one embodiment, the capacitive connection may be formed through lumped capacitor elements or by mutual capacitance between the center tap 1001 and the first protection element 130 . This is represented in the circuit as C 1C (1002).

일 실시예에서, TX 코일(112) 과 제 1 보호 소자(130) 사이의 다수 연결 탭(multiple connection taps)”은 용량성 연결을 통해 형성된다. 다수 연결 탭은 탭을 여러 개 이용하는 경우 이를 지칭하기 위한 용어이다. TX 코일(112)에 있는 탭은 하나 이상일 수 있으며, TX 코일(112)의 중간탭을 포함할 수 있다.In one embodiment, multiple connection taps” between the TX coil 112 and the first protection element 130 are formed through capacitive connections. A multiple connection tap is a term used to refer to a case where multiple taps are used. There may be more than one tap on the TX coil 112 and may include the center tap of the TX coil 112 .

도 11a 및 도 11b는 일 실시예에 따라 TX 코일(112) 구조의 타입과 관련해서 도 11a에서는 비대칭, 도 11b에서는 대칭 구조를 나타내는 도면이다. TX 코일(112)의 구조는 비대칭 나선형 코일(1101), 대칭 나선형 코일(1102)을 포함하여 다양한 유형에 기초할 수 있다. 각각의 경우에, 단일의 혹은 다수의 중간탭(1001)은 TX 코일(112) 핀(pin)에서의 전압의 진폭 및 위상 균형(blance)에 최적화 되게 위치할 수 있다.11A and 11B are views illustrating an asymmetric structure in FIG. 11A and a symmetric structure in FIG. 11B in relation to the type of structure of the TX coil 112 according to an embodiment. The structure of TX coil 112 can be based on various types, including asymmetric helical coil 1101, symmetric helical coil 1102. In each case, single or multiple center taps 1001 may be positioned to optimize the amplitude and phase balance of the voltages at the TX coil 112 pins.

일 실시예에서, TX 코일(112)의 중간탭(701)이 전력원(111)의 그라운드에 연결됨으로써 EMI 복사를 줄일 수 있도록 해 준다.In one embodiment, the center tap 701 of the TX coil 112 is connected to the ground of the power source 111 to reduce EMI radiation.

도 12는 일 실시예에 따라 TX 코일(112)의 중간탭 연결을 이용하여 EMI 복사 레벨이 감소되는 것을 비교를 통해 보여주는 그래프이다. 그래프 1201은 TX 코일(112)에 중간탭(1001)이 없는 경우, 그래프 1202는 TX 코일(112)에 중간탭(1001)이 있는 경우를 나타낸다. 중간탭(1001)이 없는 경우인 그래프 1201에서는 피크가 100 내지 120MHz에서 1개, 180 내지 200MHz에서 1개가 발생하여 총 2개의 피크가 있다. 중간탭(1001)이 있는 경우인 그래프 1202에서는 피크가 180 내지 200MHz에서 1개 있다. 이를 통해 TX 코일(112)의 중간탭(1001)은 100 내지 120MHz의 주파수 범위에서 EMI 복사 레벨을 적어도 40dB 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 12 is a graph showing through comparison that the EMI radiation level is reduced by using the center-tap connection of the TX coil 112 according to an embodiment. Graph 1201 shows a case where the TX coil 112 does not have a center tap 1001, and graph 1202 shows a case where the TX coil 112 has a center tap 1001. In graph 1201, which is a case without the center tap 1001, there are two peaks in total, one peak occurring at 100 to 120 MHz and one peak occurring at 180 to 200 MHz. In graph 1202, which is a case where there is a center tap 1001, there is one peak at 180 to 200 MHz. Through this, it can be confirmed that the center tap 1001 of the TX coil 112 can reduce the EMI radiation level by at least 40 dB in the frequency range of 100 to 120 MHz.

도 13은 일 실시예에 따라 RX부(120)에서 커패시터 2C2P를 RX부(120)의 그라운드(124)에 연결하기 위한 회로이다. EMI를 더 감소시키기 위한 일 실시예는, ‘커패시터 2C2P’를 ‘RX부(120)의 그라운드(124)’로 연결하고, 분로 커패시터(shunt capacitor) C3P와 페라이트 비드 L2S를 도 13에 나와있듯이 연결하는 등가회로를 통해 실현될 수 있다.13 is a circuit for connecting the capacitor 2C 2P to the ground 124 of the RX unit 120 in the RX unit 120 according to an embodiment. In an embodiment for further reducing EMI, 'capacitor 2C 2P ' is connected to 'ground 124 of RX unit 120', and shunt capacitor C 3P and ferrite bead L 2S are connected in FIG. 13 As shown, it can be realized through an equivalent circuit that connects.

도 14a 및 도 14b에 있어서 일 실시예에 따라, 도 14a에서 커패시터 2C2P가 부하의 그라운드에 연결되지 않은 경우와, 도 14b에서 커패시터 2C2P, C3P 및 페라이트 비드(BEAD) L2S가 부하의 그라운드(114)에 연결되어 있는 경우에, RX 코일(121)에서의 전압 및 전류의 측정값에 대한 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 이를 통해 단락 커패시터 C3P와 페라이트 비드 L2S의 연결이 공통 모드 노이즈 감소에 미치는 효과를 알 수 있다. 도 14a 및 도 14b에 나타난 결과에 의하면, EMI 노이즈 스펙트럼은 150MHz에서 적어도 20dB, 350 내지 500MHz에서 적어도 30dB 감소할 수 있다.14a and 14b, according to an embodiment, in FIG. 14a, the capacitor 2C 2P is not connected to the ground of the load, and in FIG. 14b, the capacitor 2C 2P , C 3P and the ferrite bead L 2S are the load When connected to the ground 114, it is a diagram showing the spectrum of measured values of voltage and current in the RX coil 121. This shows the effect of connecting the shorting capacitor C 3P and the ferrite bead L 2S on common mode noise reduction. According to the results shown in FIGS. 14A and 14B , the EMI noise spectrum can be reduced by at least 20 dB at 150 MHz and by at least 30 dB at 350 to 500 MHz.

도 15a 내지 도 15c는 일 실시예에 따라 EMI 복사 레벨의 감소를 위해 TX 코일(112)과 제 1 보호 소자(130) 사이에 위치한 자기 공명 흡수 소자(1501)를 나타내는 도면이다. 도 15a는 위에서 비스듬히 내려다 본 모습, 도 15b는 수직 위에서 내려다 본 모습, 도 15c는 횡단면(cross-section view)을 바라본 모습을 나타낸다. 도 15c는 단면 A-A의 횡단면이다. 자기 공명 흡수 소자(1501)는 EMI 복사의 모든 또는 몇몇 피크를 흡수함으로써 TX 코일(112)의 기생 공명을 억제할 수 있다. 15A to 15C are diagrams illustrating a magnetic resonance absorption element 1501 positioned between the TX coil 112 and the first protection element 130 to reduce the EMI radiation level according to one embodiment. FIG. 15A shows a view looking down obliquely from above, FIG. 15B shows a view looking down from a vertical top, and FIG. 15C shows a view looking down from a cross-section view. 15C is a cross-section of section A-A. The magnetic resonance absorption element 1501 can suppress the parasitic resonance of the TX coil 112 by absorbing all or some peaks of the EMI radiation.

도 16은 일 실시예에 따라 TX부(110)에서 자기 공명 흡수 소자(1501)가 있을 때와 없을 때의 전자기(EMI) 복사를 그래프로 비교하는 도면이다. 자기 공명 흡수 소자(1501)가 EMI 복사에 미치는 효과를 확인할 수 있다. 자기 공명 흡수 소자(1501)의 Q-팩터는 EMI 복사 감소 효율에 영향을 미칠 수 있으며 그래프에서 곡선 1602는 과 제동(over-damping) 공명 구조를, 곡선 1603은 부족 제동(under-damping) 공명 구조를, 곡선 1604는 임계 제동(optimally damping) 공명 구조를 나타낸다. 도 16에서 확인할 수 있듯이, 곡선 1601의 412MHz의 자기 공명 흡수 소자는 기생 공명을 20dB 정도 억제할 수 있다. 그 차이는 1605에 표시되어 있다.FIG. 16 is a graph comparing electromagnetic (EMI) radiation between the presence and absence of the magnetic resonance absorption element 1501 in the TX unit 110 according to an exemplary embodiment. The effect of the magnetic resonance absorption element 1501 on EMI radiation can be confirmed. The Q-factor of the magnetic resonance absorption element 1501 can affect the EMI radiation reduction efficiency. In the graph, curve 1602 represents an over-damping resonance structure and curve 1603 represents an under-damping resonance structure. , curve 1604 represents an optimally damping resonance structure. As can be seen in FIG. 16, the 412 MHz magnetic resonance absorption element of the curve 1601 can suppress parasitic resonance by about 20 dB. The difference is indicated at 1605.

TX부(110)는 TX 코일(112) 아래 배치된 자기 공명 흡수 소자(1501)를 더 포함할 수 있고, TX 코일(112)로부터 방출되는 전자기 복사를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. The TX unit 110 may further include a magnetic resonance absorption element 1501 disposed under the TX coil 112 and may be used to reduce electromagnetic radiation emitted from the TX coil 112 .

자기 공명 흡수 소자(1501)의 공명 주파수들은 TX 코일(112)에 의해 방출되는 전자기 복사의 피크들의 주파수들과 같도록 조정되어서, 자기 공명 흡수 소자(1501)는 공명 주파수들에서 전자기 복사의 피크들을 흡수할 수 있다. 전자기 복사의 피크들은 충전되는 전자 디바이스의 내부 구성요소에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 줄이거나 없애는 것이 바람직하다. 자기 공명 흡수 소자(1501)는 스플릿링(split-ring) 공명기, 콤플리멘터리(complimentary) 공명 나선, 공명 나선, 콤플리멘터리 스플릿링 공명기 또는 다른 메타물질(metamaterial) 구조의 형태로 형성될 수 있다.The resonance frequencies of the magnetic resonance absorption element 1501 are tuned to be equal to the frequencies of the peaks of the electromagnetic radiation emitted by the TX coil 112, so that the magnetic resonance absorption element 1501 absorbs the peaks of the electromagnetic radiation at the resonance frequencies. can absorb Peaks of electromagnetic radiation may negatively affect internal components of the electronic device being charged and are therefore desirable to be reduced or eliminated. The magnetic resonance absorption element 1501 may be formed in the form of a split-ring resonator, a complementary resonance spiral, a resonance spiral, a complementary split-ring resonator, or other metamaterial structure. can

도 17a 및 도 17b는 하이브리드 임피던스 매칭 회로의 올바른 구현 및 잘못된 구현에 대한 무선 전력 송신부의 임피던스의 상관성을 나타내는 그래프이다. 유도 결합된 TX 코일(112) 및 RX 코일(121)의 최대 PTE는 최적의 부하 임피던스에서 가능하다. 이러한 파라미터를 분석하기 위해, 인덕턴스가 L1, L2이고 고유 손실(intrinsic loss)이 R1, R2이며 상호 인덕턴스가 M인 두 개의 상호 결합된 유도 코일을 생각해 본다. 도 1에서 볼 수 있듯이, RX 코일(121)은 복소 임피던스가 Z2인 부하에 연결되어 있다고 가정할 수 있다. 즉, RX 코일(121)에서 제 2 임피던스 매칭 회로(122) 및 부하(123)를 바라본 복소 임피던스를 Z2라고 하자. 최적의 임피던스 매칭 Z2는 RX 코일(121)에서 공명 조건을 만족하며, 최대 전력 송신 효율은 다음과 같은 Z2 opt에서 만족된다:17A and 17B are graphs showing correlations of impedances of wireless power transmitters for correct and incorrect implementations of hybrid impedance matching circuits. The maximum PTE of the inductively coupled TX coil 112 and RX coil 121 is possible at the optimal load impedance. To analyze these parameters, consider two mutually coupled induction coils with inductances L 1 and L 2 , intrinsic losses R 1 and R 2 , and mutual inductance M. As can be seen in FIG. 1 , it can be assumed that the RX coil 121 is connected to a load having a complex impedance Z 2 . That is, let the complex impedance viewed from the RX coil 121 to the second impedance matching circuit 122 and the load 123 be Z 2 . Optimal impedance matching Z 2 satisfies the resonance condition in the RX coil 121, and the maximum power transmission efficiency is Z 2 as follows Satisfied in opt :

Figure 112015119121106-pat00008
Figure 112015119121106-pat00008

한편 성능 지수(figure of merit) U는 편리성을 위해 아래 식에서 사용 된다.Meanwhile, the figure of merit U is used in the equation below for convenience.

Figure 112015119121106-pat00009
Figure 112015119121106-pat00009

이고, 여기서 코일의 유도 결합 계수 k=

Figure 112015119121106-pat00010
이다. 한편 ω 는 TX부(110) 및 RX부(120)가 동작하는 주파수이다. 수학식 4로 표현되는 최적의 Z2 opt에서 전력 송신의 최대 효율은where k = the inductive coupling coefficient of the coil
Figure 112015119121106-pat00010
am. Meanwhile, ω is the frequency at which the TX unit 110 and the RX unit 120 operate. Optimal Z 2 expressed by Equation 4 The maximum efficiency of power transmission at opt is

Figure 112015119121106-pat00011
Figure 112015119121106-pat00011

이다. 최적의 부하에서 TX 코일(112)의 입력 임피던스는 am. The input impedance of the TX coil 112 at optimal load is

Figure 112015119121106-pat00012
Figure 112015119121106-pat00012

이다. 입력 임피던스 ZTX _ IN _ COIL 및 최적의 임피던스 Z2가 수학식 4 및 수학식 7에서 정의됨에 따라, 제 1 및 제 2 임피던스 매칭 회로(113, 122)는 도 1에서 볼 수 있듯이, 요구되는 전력원(111) 및 부하(123)를 위해 임피던스를 매치할 필요가 있다. RX부(120)를 위한 임피던스 매칭 회로의 소자들은 정류기 입력 임피던스 ZRECT를 이용하여 다음과 같이 계산될 수 있다.am. As the input impedance Z TX _ IN _ COIL and the optimal impedance Z 2 are defined in Equations 4 and 7, the first and second impedance matching circuits 113 and 122, as shown in FIG. It is necessary to match the impedances for the power source 111 and the load 123. Elements of the impedance matching circuit for the RX unit 120 can be calculated as follows using the rectifier input impedance Z RECT .

Figure 112015119121106-pat00013
Figure 112015119121106-pat00013

Figure 112015119121106-pat00014
Figure 112015119121106-pat00014

여기서 X=-

Figure 112015119121106-pat00015
은 RX 코일(121)에 병렬로 연결된 커패시터 C2P의 임피던스이고, Y=-1/ωC2S는 부하(123)에 직렬로 연결된 커패시터 C2S의 임피던스이다. 수학식 9의 값을 가지는 직렬 소자는 커패시터 또는 인덕터일 수 있다. 수학식 8에서 마이너스 근을 가지는 것은 커패시터를 임피던스 매칭 회로의 분로 소자
Figure 112015119121106-pat00016
로 이용할 가능성을 의미할 수 있고, 여기서 XNEG는 수학식 8에서의 마이너스 근을 의미한다. 유도된 Y값이 마이너스인 경우, 직렬 커패시터 값은 이다. where X=-
Figure 112015119121106-pat00015
is the impedance of the capacitor C2P connected in parallel to the RX coil 121, and Y=-1/ωC 2S is the impedance of the capacitor C 2S connected in series to the load 123. A series element having the value of Equation 9 may be a capacitor or an inductor. Having a negative root in Equation 8 makes the capacitor a shunt element of the impedance matching circuit.
Figure 112015119121106-pat00016
, where X NEG means a negative root in Equation 8. If the derived value of Y is negative, the series capacitor value is

RX부(120)에 있는 제 2 임피던스 매칭 회로(122)의 직병렬 혼합 소자에 대해 적용 가능한 기준은 다음과 같다.Standards applicable to the serial/parallel mixed element of the second impedance matching circuit 122 in the RX unit 120 are as follows.

Figure 112015119121106-pat00017
Figure 112015119121106-pat00017

조건

Figure 112015119121106-pat00018
은 직렬 임피던스 매칭, 즉 C2P=0과 대응할 수 있다. 조건
Figure 112015119121106-pat00019
가 아닌 경우에는 제 2 임피던스 매칭 회로(122)의 직병렬 혼합 소자가 이용될 수 있다. condition
Figure 112015119121106-pat00018
may correspond to series impedance matching, that is, C 2P =0. condition
Figure 112015119121106-pat00019
If not, the serial/parallel mixing element of the second impedance matching circuit 122 may be used.

전력원(111)의 동작(operation)은 TX부의 입력 임피던스 ZTX _ IN에 의해 정의된다. TX 코일(112)의 제 1 임피던스 매칭 회로(113)는 다음 식으로부터 설계될 수 있다.The operation of the power source 111 is defined by the input impedance Z TX _ IN of the TX unit. The first impedance matching circuit 113 of the TX coil 112 can be designed from the following equation.

Figure 112015119121106-pat00020
Figure 112015119121106-pat00020

Figure 112015119121106-pat00021
Figure 112015119121106-pat00021

Figure 112015119121106-pat00022
Figure 112015119121106-pat00022

여기서 X는 TX 코일(112)에 병렬로 연결된 소자의 무효성분(reactive component)일 수 있고, Y는 전력원(111)에 직렬로 연결된 소자의 무효성분일 수 있다. 수학식 11에서 X의 근의 부호는 병렬로 연결된 소자의 종류가 커패시터가 될 지, 인덕터가 될 지 결정할 수 있다. 수학식 12에서 직렬 소자의 값을 얻을 수 있는데, 이 직렬 소자는 커패시터 또는 인덕터일 수 있다. 음의 근의 존재는 커패시터를 제 1 임피던스 매칭 회로(113)의 병렬 소자로 사용할 가능성에 대해

Figure 112015119121106-pat00023
로 정의할 수 있다.Here, X may be a reactive component of a device connected in parallel to the TX coil 112, and Y may be a reactive component of a device connected in series to the power source 111. In Equation 11, the sign of the root of X can determine whether the type of device connected in parallel will be a capacitor or an inductor. A value of a series element can be obtained from Equation 12, and this series element can be a capacitor or an inductor. The presence of a negative root is related to the possibility of using the capacitor as a parallel element of the first impedance matching circuit 113.
Figure 112015119121106-pat00023
can be defined as

여기서 XNEG는 수학식 11의 음의 근이다. 산출된 Y값이 음수일 때, 직렬 커패시터 값은

Figure 112015119121106-pat00024
식으로부터 산출될 수 있다.where X NEG is the negative root of equation (11). When the calculated value of Y is negative, the value of the series capacitor is
Figure 112015119121106-pat00024
can be calculated from Eq.

수학식 13은 특정 TX 코일(112)과 매칭될 수 있는 최대의

Figure 112015119121106-pat00025
를 제공한다.Equation 13 is the maximum that can be matched with a specific TX coil 112
Figure 112015119121106-pat00025
provides

일 실시예에서, 도 1을 참고하면 ZTX _ IN의 실수부는 부하(123)의 임피던스 ZRECT와 반비례함을 확인할 수 있다. ZRECT의 증가는 ZTX _ IN을 감소시킬 수 있다. ZRECT의 감소는 ZTX _ IN을 증가시킬 수 있다. 요구되는 Z-변화(Z-change)는 TX 임피던스 매칭 회로(113)가 직렬 공진

Figure 112015119121106-pat00026
,
Figure 112015119121106-pat00027
에 근접하여 작동할 때 만족된다. 여기서 ZTX _ IN의 실수부는
Figure 112015119121106-pat00028
가 증가함에 따라 감소하며,In one embodiment, referring to FIG . 1 , it can be seen that the real part of Z TX_IN is inversely proportional to the impedance Z RECT of the load 123 . An increase in Z RECT can decrease Z TX_IN . A decrease in Z RECT can increase Z TX_IN . The required Z-change is the series resonance of the TX impedance matching circuit 113.
Figure 112015119121106-pat00026
,
Figure 112015119121106-pat00027
is satisfied when operating close to Here, the real part of Z TX _ IN is
Figure 112015119121106-pat00028
decreases as increases,

Figure 112015119121106-pat00029
Figure 112015119121106-pat00029

과 같이 나타낼 수 있다.can be expressed as

TX부(110)의 입력 임피던스 ZTX _ IN의 ZRECT에 대한 의존성은 도 17a에서 하이브리드 임피던스 매칭 회로가 올바르게 작동할 때, 그리고 도 17b에서 하이브리드 임피던스 매칭 회로가 올바르게 작동하지 않을 때의 두 가지 예에서 확인할 수 있다. 도 17a를 보면, 제 1 임피던스 매칭 회로(113)가 올바르게 작동하는 경우, 일 실시예에 따른 스미스 도표(smith chart)에서 ZTX _ IN 의 변화가 수평에 가까움(1701)을 확인할 수 있다. 도 17a에서

Figure 112015119121106-pat00030
가 증가함에 따라 ZTX _ IN이 감소하는 결과가 그래프 1702에서 나타나므로, 상기 검토한 대로 부등식
Figure 112015119121106-pat00031
을 만족함을 확인할 수 있다. 도 17b를 보면, 제 1 임피던스 매칭 회로(113)가 올바르게 작동하지 않는 경우, 일 실시예에 따른 스미스 도표에서 ZTX _ IN의 변화가 수직에 가까움(1702)을 확인할 수 있다. 도 17b에서
Figure 112015119121106-pat00032
가 증가함에 따라 ZTX _ IN은 증가하다가 감소하는 결과가 그래프 1704에서 보이는바
Figure 112015119121106-pat00033
을 만족하지 않음을 확인할 수 있다. 즉 ZTX _ IN 임피던스의 실수부는 증가하는
Figure 112015119121106-pat00034
에 대하여 일정하지 않은(non-uniform) 의존성을 나타냄을 알 수 있다.The dependence of the input impedance Z TX_IN of the TX unit 110 on Z RECT is two examples when the hybrid impedance matching circuit works correctly in FIG. 17a and when the hybrid impedance matching circuit does not work correctly in FIG. 17b. can be found in Referring to FIG . 17A , when the first impedance matching circuit 113 operates correctly, it can be confirmed that the change of Z TX_IN is close to horizontal (1701) on a Smith chart according to an embodiment. In Figure 17a
Figure 112015119121106-pat00030
As Z TX_IN increases, the result of decreasing Z TX _ IN is shown in graph 1702, so as reviewed above, the inequality
Figure 112015119121106-pat00031
can be confirmed to be satisfied. Referring to FIG . 17B , when the first impedance matching circuit 113 does not operate correctly, it can be seen that the change of Z TX_IN is close to vertical (1702) in the Smith diagram according to an embodiment. in Figure 17b
Figure 112015119121106-pat00032
The graph 1704 shows that as Z TX _ IN increases and then decreases as
Figure 112015119121106-pat00033
is not satisfied. That is, the real part of Z TX _ IN impedance increases
Figure 112015119121106-pat00034
It can be seen that it represents a non-uniform dependence on .

도 18은 일 실시예에 따라 RX부(120)의 위치에 따른 TX부(110) 및 RX부(120)의 프로토타입(prototype)에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다. 실험 결과에 의하면, RX부(120)가 활성 충전 지역 내에 어떠한 위치 및 방향에 있든지 TX 코일(112)의 최대 PTE=90%, PTE > 84% 이다. 모바일 디바이스의 가능한 위치를 보면, 모바일 디바이스가 수직인 경우 위치 1801, 1802, 1803에서 dX 위치는 -37mm부터 +37mm이고, 모바일 디바이스가 수평인 경우 위치 1804, 1805, 1806에서 dY 위치는 -30mm부터 +30mm이다.

Figure 112015119121106-pat00035
은 전압 정재파 비(voltage standing wave ratio)이고, 반사계수
Figure 112015119121106-pat00036
는 뒤의 수학식 15에 ZTX _ IN에 관한 식으로 정의되어 있다.18 is a diagram showing experimental results of prototypes of the TX unit 110 and the RX unit 120 according to positions of the RX unit 120 according to an embodiment. According to the experimental results, the maximum PTE of the TX coil 112 is 90% and PTE > 84% regardless of the position and orientation of the RX unit 120 within the active charging area. Looking at the possible positions of the mobile device, the dX position is from -37 mm to +37 mm at positions 1801, 1802, and 1803 when the mobile device is vertical, and the dY position at positions 1804, 1805, and 1806 is from -30 mm when the mobile device is horizontal. +30mm.
Figure 112015119121106-pat00035
is the voltage standing wave ratio, and the reflection coefficient
Figure 112015119121106-pat00036
Is defined as an expression for Z TX_IN in Equation 15 below.

한편 수학식 8,9,10,11에서의 최적의 임피던스 매칭 회로에 대한 분석적인(analytical) 해는 이상적인 매칭 및 최대 전력 송신 효율을 제공할 수 있다. 하지만 모바일 디바이스의 다양한 위치에서 코일 파라미터의 변화는 임피던스 매칭 및 효율을 변화시킬 수 있다. Meanwhile, an analytical solution to the optimal impedance matching circuit in Equations 8, 9, 10, and 11 can provide ideal matching and maximum power transmission efficiency. However, changes in coil parameters at various locations of the mobile device may change impedance matching and efficiency.

RX부(120)의 모든 가능한 위치에서 매칭 및 효율 레벨은 반사 계수 Γ를 이용하여, ZTX _ IN과 최적의 ZTX_IN과의 차이에 의해서, 예측될 수 있다. Γ는 다음의 식으로부터 산출될 수 있다.Matching and efficiency levels at all possible locations of the RX unit 120 can be predicted by the difference between Z TX_IN and optimal Z TX_IN using the reflection coefficient Γ. Γ can be calculated from the following equation.

Figure 112015119121106-pat00037
Figure 112015119121106-pat00037

TX 코일(112) 파라미터 변화의 허용 가능한 레벨의 양적인 평가는 코일 파라미터 변화에 대한 회로 입력 임피던스의 정밀 분석을 이용하여 이뤄질 수 있다. 반사 계수 미소 변화(reflection coefficient variation)는 다음과 같이 정의된다.A quantitative assessment of the acceptable level of TX coil 112 parameter variation can be made using a precise analysis of circuit input impedance versus coil parameter variation. The reflection coefficient variation is defined as:

Figure 112015119121106-pat00038
Figure 112015119121106-pat00038

여기서 ZIND는 RX 코일(121)에 의해 유도된 임피던스이고, 다음과 같이 표현될 수 있다.Here, Z IND is the impedance induced by the RX coil 121 and can be expressed as follows.

Figure 112015119121106-pat00039
Figure 112015119121106-pat00039

최적의 매칭 및 최대 PTE 지점 부근에서 미소 변화를 고려해 본다.Consider the microscopic changes around the optimal matching and maximum PTE points.

Figure 112015119121106-pat00040
Figure 112015119121106-pat00040

TX 코일(112) 임피던스의 실수부 R1+ReZIND의 변화는 수학식 18에서 직접적으로 포함되지만, TX 코일(112) 임피던스의 허수부 wL1+ImZIND의 변화는 계수 Q1/k2Q2와 함께 포함되어 TX 코일(112) 및 RX 코일(121)의 파라미터에 영향을 받는다.The change in the real part R1+ReZ IND of the TX coil 112 impedance is directly included in Equation 18, but the change in the imaginary part wL 1 +ImZ IND of the TX coil 112 impedance is the coefficient Q 1 /k 2 Q 2 It is included with and is affected by the parameters of the TX coil 112 and the RX coil 121.

RX 코일(121)이 수학식 8, 수학식 9에 정의된 바와 같이 매치되고, 부하(ZRECT)가 상수일 때, RX 코일(121) 파라미터는 매우 작게 변화하며 TX 코일(112)의 저항 변화는 무시 될 만 하다.When the RX coil 121 is matched as defined in Equations 8 and 9, and the load (Z RECT ) is constant, the RX coil 121 parameter changes very little and the resistance change of the TX coil 112 is worth ignoring.

Figure 112015119121106-pat00041
Figure 112015119121106-pat00041

모든 위치에서

Figure 112015119121106-pat00042
in any position
Figure 112015119121106-pat00042

이 경우, 수학식 18의 반사 계수 변화는 다음과 같이 단순하게 될 수 있다.In this case, the reflection coefficient change in Equation 18 can be simplified as follows.

Figure 112015119121106-pat00043
Figure 112015119121106-pat00043

결과적으로, 작은 결합 팩터(k<0.1)는 TX 코일(112)의 인덕턴스 변화에 대해 매우 예민하게 반응하도록 할 수 있다.As a result, a small coupling factor (k<0.1) can make the TX coil 112 react very sensitively to changes in inductance.

도 19는 일 실시예에 따른 TX부(110)의 설계 방법에 대한 플로우 차트이다. 증가하는 유도 결합 및 Q-팩터에 기초한 방법은 전력 송신 효율의 향상에 적용될 수 있다. 그 과정에서, TX 코일(112)의 설계는 ‘유도 결합의 균일성’과 ‘TX 코일(112)에 대하여 RX부(120)의 위치가 상대적으로 변화하는 동안의 인덕턴스 변화’간의 트레이드오프(trade off)가 있다. 그러므로, TX 코일(112) 설계 평가 기준은 RX부(120)의 위치, 부하 임피던스 에 따른 TX 코일(112)의 입력 임피던스 변화 및 PTE에 기초할 수 있다.19 is a flowchart of a method of designing the TX unit 110 according to an embodiment. Methods based on increasing inductive coupling and Q-factor can be applied to improve power transmission efficiency. In the process, the design of the TX coil 112 is a trade-off between 'uniformity of inductive coupling' and 'change in inductance while the position of the RX unit 120 is relatively changed with respect to the TX coil 112' off) is there. Therefore, the evaluation criterion for the design of the TX coil 112 may be based on the position of the RX unit 120, the change in the input impedance of the TX coil 112 according to the load impedance, and the PTE.

도 19의 단계 S110은 평균 유도 결합 계수를 결정하기 위한 단계이다. 평균 유도 결합 계수는 RX 코일(121)의 표면 면적 SRX에 대한 TX 코일(112)의 표면 면적 STX의 비율인

Figure 112015119121106-pat00044
로 나타낼 수 있고, 여기서
Figure 112015119121106-pat00045
는 0.8 내지 0.9의 값을 가질 수 있는 파라미터로서 제 1 보호 소자(130) 및 RX부(120)의 존재로 인한 TX 코일(112) 및 RX 코일(121) 간의 상호 인덕턴스의 감소에 대해 정의한다. Step S110 of FIG. 19 is a step for determining an average inductive coupling coefficient. The average inductive coupling coefficient is the ratio of the surface area S TX of the TX coil 112 to the surface area S RX of the RX coil 121
Figure 112015119121106-pat00044
can be expressed as, where
Figure 112015119121106-pat00045
Is a parameter that may have a value of 0.8 to 0.9 and defines a reduction in mutual inductance between the TX coil 112 and the RX coil 121 due to the existence of the first protection element 130 and the RX unit 120.

도 19의 단계 S120은 내부 턴(inner turns)을 설계하기 위한 단계이다. TX 코일(112)의 내부 턴은 RX부(120)가 활성 충전 지역의 중간 부분에 위치하고, 그 중간 부분에서 회전할 때 TX 코일(112)의 인덕턴스 L1의 변화가 최소가 되도록 설계(design)될 수 있다. 활성 충전 지역이 길이 및 너비가 일정하지 않은 점 및 RX 코일(121)의 비대칭성은 결합 팩터의 불가피한 변화를 야기시킨다. 이러한 불가피한 변화는 내부 턴(internal turns)의 차원 및 을 조정함으로써 최소화 될 수도 있다. Step S120 of FIG. 19 is a step for designing inner turns. The inner turn of the TX coil 112 is designed so that the change in inductance L 1 of the TX coil 112 is minimized when the RX unit 120 is located in the middle of the active charging region and rotates in the middle. It can be. The length and width of the active charging area and the asymmetry of the RX coil 121 cause an unavoidable change in the coupling factor. These unavoidable changes may be minimized by adjusting the dimensions of the internal turns and .

도 19의 단계 S130은 턴(turn) 비율을 설정하기 위한 단계이다. RX부(120)가 활성 충전 지역의 중심에서 일정 간격 안에 위치하고 있다면 균일한 결합 및 TX 코일(112) 입력 임피던스의 균일성이 유지되어야 할 필요가 있다. TX 코일(112)의 외부 턴(outer turns)들은 RX부(120)의 가능한 위치들 중 가장 바깥에서 최소의 인덕턴스 변화를 제공하기 위해 턴 간에 최대한 가까이 위치할 필요가 있다. 앞에서 언급된 TX 코일(112)의 파라메트릭(parametric) 모델에서, 균일성은 턴 비율

Figure 112015119121106-pat00046
에 의해서 정의될 수 있다. 최적의 턴 비율
Figure 112015119121106-pat00047
는 0.55일 수 있다.Step S130 of FIG. 19 is a step for setting a turn ratio. If the RX unit 120 is located within a certain distance from the center of the active charging area, uniform coupling and uniformity of the input impedance of the TX coil 112 need to be maintained. The outer turns of the TX coil 112 need to be placed as close together as possible between turns to provide the least inductance change at the outermost possible locations of the RX section 120. In the previously mentioned parametric model of the TX coil 112, the uniformity is the turns ratio
Figure 112015119121106-pat00046
can be defined by Optimal turn ratio
Figure 112015119121106-pat00047
may be 0.55.

도 19의 단계 S140은 선 너비 및 전도성 턴 수(turn)를 결정하기 위한 단계이다. TX 코일(112)의 선 너비 및 전도성 턴 수 N은 다음 사항들을 기초로 최적화 될 수 있다. N이 증가하면 RX부(120)가 다양한 위치에 있을 때 높은 결합 균일성을 유지할 수 있도록 해주는 반면에, N은 최소의 코일 선 너비에 한계가 있기 때문에 제한된다. 한편 코일 선 너비의 감소는 평균 결합 팩터 및 Q1을 감소시키며, 따라서 최대 효율을 감소시킨다. 코일 선 너비의 증가는 Q1을 향상시키나, RX부(120)가 활성 충전 지역 가장자리에 가까이 위치했을 때 TX 코일(112) 인덕턴스의 변화를 증가시킨다. TX 코일(112)의 선 너비 및 전도성 턴 수 N은 이러한 요소들을 고려하여 최적화 될 수 있다. 선 너비 증가로 인한 TX 코일(112)의 저항 손실 감소는 상대적으로 적으므로, Q-팩터는 선 너비에 의존하지 않는다. 이 현상은 도선 표면에서 전류의 흐름은 균일하지 않고 도선의 가장자리에서 가장 많은 것과 관련된다. TX 코일(112)과 RX 코일(121)간의 상호 인덕턴스는 선의 너비와 무관하다. 결과적으로, TX 코일(112) 저항이 감소함에 따라, 효율은 수학식 5에 따라 증가한다.Step S140 of FIG. 19 is a step for determining the line width and the number of conductive turns. The line width and the number of conductive turns N of the TX coil 112 can be optimized based on the following considerations. While increasing N allows maintaining high coupling uniformity when the RX section 120 is in various positions, N is limited because it is limited to the minimum coil line width. On the other hand, reducing the coil line width reduces the average coupling factor and Q 1 , and thus reduces the maximum efficiency. Increasing coil line width improves Q 1 , but increases the change in TX coil 112 inductance when RX section 120 is located close to the edge of an active charging area. The line width and the number of conductive turns N of the TX coil 112 can be optimized considering these factors. Since the reduction in resistance loss of the TX coil 112 due to the increase in line width is relatively small, the Q-factor does not depend on the line width. This phenomenon is related to the fact that the flow of current on the surface of the conductor is not uniform and is greatest at the edge of the conductor. Mutual inductance between the TX coil 112 and the RX coil 121 is independent of the line width. Consequently, as the TX coil 112 resistance decreases, the efficiency increases according to equation (5).

도 19의 단계 S150은 외부 턴을 설계하기 위한 단계이다. TX 코일(112)의 외부 턴은 평균 결합 계수를 증가시키기 위해 가능한 최대의 곡률 반경으로 둥글게 형성되어야 한다. 예를 들어 도 2를 보면, 최대한 둥글게 형성되면 k=0.157이고, 모퉁이만 둥글고

Figure 112015119121106-pat00048
15 mm인 경우는 k=0.129로 감소한다.Step S150 of FIG. 19 is a step for designing an external turn. The outer turns of the TX coil 112 should be rounded with the largest possible radius of curvature to increase the average coupling coefficient. For example, looking at FIG. 2, when it is formed as round as possible, k = 0.157, and only the corners are rounded.
Figure 112015119121106-pat00048
In the case of 15 mm, it decreases to k=0.129.

도 19의 단계 S160은 임피던스 매칭 회로를 설계하기 위한 단계이다. 최적의 임피던스 매칭 회로는 수학식 8,9,10,11을 이용하여 산출될 수 있다. 산출된 제 1 및 제 2 임피던스 매칭 회로(113, 122)는 최적의 매칭과 최대 PTE를 제공할 수 있다. RX부(120)의 위치 변화로 인한 임피던스 매칭 및 PTE 변화의 효과는 수학식 18로부터 알 수 있다.Step S160 of FIG. 19 is a step for designing an impedance matching circuit. An optimal impedance matching circuit can be calculated using Equations 8, 9, 10, and 11. The calculated first and second impedance matching circuits 113 and 122 may provide optimal matching and maximum PTE. Effects of impedance matching and PTE change due to the position change of the RX unit 120 can be seen from Equation 18.

본 개시로 인해 무선 충전기의 활성 충전 지역을 제외한 곳에서 전자기 복사 방출을 감소시킬 수 있고, 송신 코일에 의한 기생 복사 방출도 감소시킬 수 있으며, 전자 디바이스들이 전자기 복사 방출로 인해 간섭 받는 일도 예방할 수 있다. 여러 개의 모바일 디바이스들이 어떠한 위치에 있거나 어떠한 방향으로 있어도 최대 전력 송신 효율을 제공할 수 있다.Due to the present disclosure, it is possible to reduce electromagnetic radiation emission outside the active charging area of a wireless charger, reduce parasitic radiation emission by a transmission coil, and prevent electronic devices from being interfered with by electromagnetic radiation emission. . Multiple mobile devices can provide maximum power transmission efficiency no matter where they are or in what direction.

본 개시는 공간 및 위치의 자유, 다양한 충전 환경 등 무선 충전 시스템의 궁극적인 목적을 가능하게 한다. 개시된 공명기 디자인은 집이나 사무소의 모든 웨어러블 디바이스, 레스토랑, 커피숍, 도서관 등의 공공 장소에서의 무선 전력 스테이션에 대한 인간 공학적 해결책을 제공한다. The present disclosure enables the ultimate goal of a wireless charging system, such as freedom of space and location, and various charging environments. The disclosed resonator design provides an ergonomic solution for all wearable devices in the home or office, wireless power stations in public places such as restaurants, coffee shops, and libraries.

일 실시예는 스마트 폰(smartphones), 스마트 시계(smart watch), 스마트 안경(smart glasses), 태블릿 컴퓨터(tablet computers)와 노트북 등을 포함하는 복수의 모바일 및 웨어러블 디바이스를 위한 높은 효율의 무선 충전을 제공한다.One embodiment provides high-efficiency wireless charging for multiple mobile and wearable devices including smartphones, smart watches, smart glasses, tablet computers and notebooks, etc. to provide.

전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present disclosure described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present disclosure. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 개시의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어질 수 있으며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함될 수 있는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present disclosure may be indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof may be included in the scope of the present disclosure. should be interpreted as

Claims (16)

송신 코일;
전도성 물질로 구성된 보호 소자; 및
상기 송신 코일과 전력원을 연결하는 임피던스 매칭 회로를 포함하고,
상기 임피던스 매칭 회로는 적어도 두 개의 커패시터 및 세번째 커패시터를 포함하며,
상기 적어도 두 개의 커패시터 각각의 첫번째 끝은 상기 송신 코일과 병렬로 연결되고, 각각의 두번째 끝은 서로 연결되고, 상기 적어도 두 개의 커패시터 각각은 상기 송신 코일의 서로 다른 탭을 상기 전력원의 그라운드 및 상기 보호 소자와 연결(connect)하며,
상기 세번째 커패시터의 첫번째 끝은 상기 송신 코일의 중간 탭과 연결되고, 두번째 끝은 상기 전력원의 그라운드 및 상기 적어도 두 개의 커패시터 각각의 두번째 끝과 연결되며,
상기 적어도 두 개의 커패시터 및 세번째 커패시터는 상기 송신 코일에 흐르는 동 위상의 전류를 상기 보호 소자에 분로시킴으로써 전자기 복사 방출을 감소시키는, 무선 충전기.
transmission coil;
A protective element made of a conductive material; and
An impedance matching circuit connecting the transmission coil and a power source,
The impedance matching circuit includes at least two capacitors and a third capacitor,
A first end of each of the at least two capacitors is connected in parallel with the transmission coil, and a second end of each is connected to each other, and each of the at least two capacitors connects a different tab of the transmission coil to the ground of the power source and the ground of the power source. Connect to the protection element,
A first end of the third capacitor is connected to a center tap of the transmitting coil, and a second end is connected to the ground of the power source and second ends of each of the at least two capacitors,
The wireless charger, wherein the at least two capacitors and the third capacitor reduce electromagnetic radiation emission by shunting an in-phase current flowing in the transmission coil to the protection element.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 송신 코일의 적어도 하나의 탭은 상기 보호 소자 및 상기 전력원의 그라운드와 용량성 연결을 통해서 연결되는, 무선 충전기.
According to claim 1,
At least one tap of the transmitting coil is connected to the ground of the protection element and the power source through a capacitive connection, wireless charger.
제 3 항에 있어서,
상기 용량성 연결은 집중 커패시터 소자(lumped capacitor elements)에 의해서 또는 상기 적어도 하나의 탭과 상기 보호 소자 간의 상호 커패시턴스에 의해서 형성되는, 무선 충전기.
According to claim 3,
Wherein the capacitive connection is formed by lumped capacitor elements or by mutual capacitance between the at least one tap and the protection element.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 송신 코일과 상기 보호 소자 사이에 위치하는 자기 공명 흡수 소자(self-resonant absorbing element)를 더 포함하는, 무선 충전기.
According to claim 1,
Further comprising a self-resonant absorbing element positioned between the transmission coil and the protection element, the wireless charger.
제 6 항에 있어서,
상기 자기 공명 흡수 소자의 공명 주파수는 상기 송신 코일에 의한 전자기 복사 방출이 피크가 되는 주파수와 같은, 무선 충전기.
According to claim 6,
The resonant frequency of the magnetic resonance absorption element is the same as the frequency at which electromagnetic radiation emission by the transmission coil peaks.
제 1 항에 있어서,
상기 보호 소자는 구리 물질 및 페라이트 물질 중 적어도 하나를 이용하여 생성되는, 무선 충전기.
According to claim 1,
The protection element is produced using at least one of a copper material and a ferrite material, wireless charger.
제 1 항에 있어서,
상기 송신 코일의 중앙 부분에서 외곽(outer edges)으로 멀어질수록 상기 송신 코일의 전도성 턴(turn) 간의 간격은 감소하는 것을 특징으로 하는, 무선 충전기.
According to claim 1,
Characterized in that, the distance between the conductive turns of the transmitting coil decreases as the distance from the central portion of the transmitting coil to the outer edges increases.
제 1 항에 있어서,
상기 송신 코일 턴의 곡률 반경은 외곽에서 최대이고, 상기 송신 코일의 중앙 부분으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는, 무선 충전기.
According to claim 1,
Characterized in that the radius of curvature of the transmitting coil turn is maximum at the outer edge and decreases towards the central portion of the transmitting coil, the wireless charger.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 송신 코일, 전력원, 보호 소자 및 상기 송신 코일과 상기 전력원을 연결하는 임피던스 매칭 회로를 포함하며,
상기 임피던스 매칭 회로는 적어도 두 개의 커패시터 및 세번째 커패시터를 포함하며,
상기 적어도 두 개의 커패시터 각각의 첫번째 끝은 상기 송신 코일과 병렬로 연결되고, 각각의 두번째 끝은 서로 연결되고, 상기 적어도 두 개의 커패시터 각각은 상기 송신 코일의 서로 다른 탭을 상기 전력원의 그라운드 및 상기 보호 소자와 연결하며,
상기 세번째 커패시터의 첫번째 끝은 상기 송신 코일의 중간 탭과 연결되고, 두번째 끝은 상기 전력원의 그라운드 및 상기 적어도 두 개의 커패시터 각각의 두번째 끝과 연결되며,
상기 적어도 두 개의 커패시터 및 세번째 커패시터는 상기 송신 코일에 흐르는 동 위상의 전류를 상기 보호 소자에 분로시킴으로써 전자기 복사 방출을 감소시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송신부; 및
수신 코일, 부하 및 상기 수신 코일과 상기 부하를 연결하는 임피던스 매칭 회로를 포함하며,
상기 임피던스 매칭 회로는 상기 수신 코일과 병렬로 연결되어 상기 수신 코일을 상기 부하의 그라운드와 연결하는 적어도 두 개의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신부를 포함하는 무선 충전 시스템(wireless charging system).
A transmission coil, a power source, a protection element, and an impedance matching circuit connecting the transmission coil and the power source,
The impedance matching circuit includes at least two capacitors and a third capacitor,
A first end of each of the at least two capacitors is connected in parallel with the transmission coil, and a second end of each is connected to each other, and each of the at least two capacitors connects a different tab of the transmission coil to the ground of the power source and the ground of the power source. connected to the protection element;
A first end of the third capacitor is connected to a center tap of the transmitting coil, and a second end is connected to the ground of the power source and second ends of each of the at least two capacitors,
a wireless power transmission unit, characterized in that the at least two capacitors and the third capacitor reduce electromagnetic radiation emission by shunting the same-phase current flowing through the transmission coil to the protection element; and
A receiving coil, a load, and an impedance matching circuit connecting the receiving coil and the load,
The impedance matching circuit is a wireless charging system including a wireless power receiver, characterized in that it comprises at least two capacitors connected in parallel with the receiving coil and connecting the receiving coil to the ground of the load.
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