KR102659090B1 - 적응형 임피던스 매칭을 수행하기 위한 방법, 전자 장치 및 저장 매체 - Google Patents

적응형 임피던스 매칭을 수행하기 위한 방법, 전자 장치 및 저장 매체 Download PDF

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Abstract

본 개시는 딥러닝 등의 기계 학습 알고리즘을 활용하여 인간 두뇌의 인지, 판단 등의 기능을 모사하는 인공지능(AI) 시스템 및 그 응용에 관련된 것이다. 다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치는, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 수신된 전력 신호에 대해 제1 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 매칭 회로, 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 제2 임피던스 매칭을 수행하는 제2 임피던스 매칭 회로, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하는 제어 회로 및 상기 변경된 임피던스 값에 따라 제2 임피던스 매칭된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하는 전력 변환 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시 예가 가능하다.

Description

적응형 임피던스 매칭을 수행하기 위한 방법, 전자 장치 및 저장 매체{METHOD FOR PERFORMING ADAPTIVE IMPEDANCE MATCHING, ELECTRONIC DEVICE AND STORAGE MEDIUM THEREFOR}
다양한 실시 예는 적응형 임피던스 매칭을 수행하기 위한 방법, 전자 장치 및 저장 매체에 관한 것이다.
인공지능(Artificial Intelligence, AI) 시스템은 인간 수준의 지능을 구현하는 컴퓨터 시스템이며, 기존 Rule 기반 스마트 시스템과 달리 기계가 스스로 학습하고 판단하며 똑똑해지는 시스템이다. 인공지능 시스템은 사용할수록 인식률이 향상되고 사용자 취향을 보다 정확하게 이해할 수 있게 되어, 기존 Rule 기반 스마트 시스템은 점차 딥러닝 기반 인공지능 시스템으로 대체되고 있다.
인공지능 기술은 기계학습(딥러닝) 및 기계학습을 활용한 요소 기술들로 구성된다.
기계학습은 입력 데이터들의 특징을 스스로 분류/학습하는 알고리즘 기술이며, 요소기술은 딥러닝 등의 기계학습 알고리즘을 활용하여 인간 두뇌의 인지, 판단 등의 기능을 모사하는 기술로서, 언어적 이해, 시각적 이해, 추론/예측, 지식 표현, 동작 제어 등의 기술 분야로 구성된다.
인공지능 기술이 응용되는 다양한 분야는 다음과 같다. 언어적 이해는 인간의 언어/문자를 인식하고 응용/처리하는 기술로서, 자연어 처리, 기계 번역, 대화시스템, 질의 응답, 음성 인식/합성 등을 포함한다. 시각적 이해는 사물을 인간의 시각처럼 인식하여 처리하는 기술로서, 객체 인식, 객체 추적, 영상 검색, 사람 인식, 장면 이해, 공간 이해, 영상 개선 등을 포함한다. 추론 예측은 정보를 판단하여 논리적으로 추론하고 예측하는 기술로서, 지식/확률 기반 추론, 최적화 예측, 선호 기반 계획, 추천 등을 포함한다. 지식 표현은 인간의 경험정보를 지식데이터로 자동화 처리하는 기술로서, 지식 구축(데이터 생성/분류), 지식 관리(데이터 활용) 등을 포함한다. 동작 제어는 차량의 자율 주행, 로봇의 움직임을 제어하는 기술로서, 움직임 제어(항법, 충돌, 주행), 조작 제어(행동 제어) 등을 포함한다.
한편, 지능화된 사물들이 인터넷에 연결되어 네트워크를 통해 사람과 사물, 사물과 사물간에 소통하여 사물이 인간에 의존하지 않고 통신을 주고받는 의미의 사물인터넷(IoT: internet of things)은 최근 수년간 급속도로 퍼지고 있다.
IoT 기술을 실현하기 위해, 사물에 쉽게 탑재가 가능한 저전력 통신소자의 개발과 다양한 사물에 탑재된 다수의 통신소자로의 원활한 전력 공급을 위한 기술이 요구되고 있다. 이러한 상황에 맞추어 IoT 기기에 효율적으로 전력을 공급하기 위한 방안으로 RF 무선 전력 전송과 RF 에너지 하베스팅 기술이 주목 받고 있다.
무선 전력 전송은 자기유도, 자기공진, 그리고 전자기파 방식이 있다. 자기유도 또는 자기공진 방식은, 무선 전력 송신 장치에 상대적으로 근거리에 위치한 전자 장치를 충전하는데 유리하다. 전자기파 방식은, 자기유도 또는 자기 공진 방식에 수 m에 이르는 원거리 전력 전송에 보다 유리하다. 전자기파 방식에 기반하여 전력을 무선으로 수신하는 전자 장치는, 무선 전력 송신 장치로부터 형성된 RF(radio frequency) 웨이브(wave)를 전기적인 에너지로 변환함으로써 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
RF 에너지 하베스팅 기술은 대기 중의 RF 에너지를 수신하여 전자 장치의 전력으로 사용하는 기술로 별도의 에너지 공급 없이 에너지 확보가 가능하다는 장점이 있다.
상기와 같은 무선 전력 전송 시스템에는 무선으로 전력을 전송하는 것이 목적이므로 수신 측과 전송 측의 변화나 전송 거리, 공간 손실 및 기타 환경 요인에 의한 전력 소모에 초점을 맞추어 설계해야 한다. 또한 에너지 하베스팅 시스템에서는 출력 부하단으로 고효율로 최대 전력을 공급할 필요가 있다.
하지만, 무선 전력 전송에서는 다양한 요인에 의해 임피던스가 변동되므로 다양한 주파수 대역의 RF 신호가 갖는 에너지 확보를 위해서는 임피던스 매칭이 중요할 수 있다.
게다가 전자 장치에서 수신되는 전력의 크기는 다양한 이유에 따라 상대적으로 큰 폭으로 변경될 수 있다. 이에 따라 전력을 높은 효율로 처리할 수 있는 방법이 필요하며, 이를 위해 개선된 처리 속도 및 정확도로 임피던스 매칭을 수행하기 위한 방법이 필요하다.
다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치는, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 수신된 전력 신호에 대해 제1 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 매칭 회로, 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 제2 임피던스 매칭을 수행하는 제2 임피던스 매칭 회로, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하는 제어 회로 및 상기 변경된 임피던스 값에 따라 제2 임피던스 매칭된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하는 전력 변환 회로를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치는, 무선으로 전력 신호를 수신하는 안테나, 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 전력 신호에 대해 임피던스 매칭하도록 구성된 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 포함하며, 상기 메모리는, 실행 시에, 상기 적어도 하나의 프로세서가, 상기 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하도록 하는 인스트럭션들을 저장할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 전자 장치에서 적응형 임피던스 매칭을 수행하기 위한 방법은, 무선으로 수신된 전력 신호에 대해 제1 임피던스 매칭 회로를 통해 제1 임피던스 매칭을 수행하는 동작, 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 상기 제2 임피던스 매칭 회로를 통해 제2 임피던스 매칭을 수행하는 동작, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하는 동작 및 상기 변경된 임피던스 값에 따라 제2 임피던스 매칭된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체는, 상기 명령들은 적어도 하나의 회로에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 회로로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은, 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 상기 제2 임피던스 매칭 회로를 통해 제2 임피던스 매칭을 수행하는 동작, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하는 동작 및 상기 변경된 임피던스 값에 따라 제2 임피던스 매칭된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에서는, 다양한 입력에 대해 다중 안테나의 구현 없이도 효율이 증대된 에너지 하베스팅 시스템을 제공할 수 있다.
다양한 실시 예에서는, 수신 전력의 주파수 및 전력의 크기를 검출하여, 검출된 주파수 및 전력의 크기에 대응하여 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 매칭 값을 적용함으로써, 빠르고 정확도가 개선된 최대 효율의 임피던스 매칭이 가능한 효과가 있다.
다양한 실시 예에서는, 에너지 하베스팅 시스템 내의 RF-DC 컨버터 입력 단의 주파수 및 그 주파수에 대해 전력이 최대가 되는 지점을 추적함으로써 최대 효율을 가지는 임피던스 매칭 값을 저장할 수 있다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 3a는 다양한 실시 예에 따른 유도 방식 또는 공진 방식에 따른 전력 송신 회로 및 전력 수신 회로의 블록도를 도시한다.
도 3b는 다양한 실시 예에 따른 전자기파 방식에 따른 전력 송신 회로 및 전력 수신 회로의 블록도를 도시한다.
도 4는 다양한 실시 예에 따른 적응형 임피던스 매칭을 위한 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 5는 다양한 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 회로의 상세 구성도를 도시한다.
도 6은 다양한 실시 예에 따른 제어 회로의 상세 구성도를 도시한 도면이다.
도 7a는 다양한 실시 예에 따른 동작 모드에서 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 7b는 다양한 실시 예에 따른 학습 모드에서 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 8은 다양한 실시 예에 따른 전력 검출 회로 및 주파수 검출 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 다양한 실시 예에 따른 적응형 임피던스 매칭 회로의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다양한 실시 예에 따른 적응형 임피던스 매칭을 위한 스위칭 조합 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 상세 동작을 설명하기 위한 흐롬도를 도시한다.
도 12는 다양한 실시 예에 따른 적응형 임피던스 매칭을 통해 변화하는 매칭 포인트에 대한 이미지를 예시한 도면이다.
도 13은 다양한 실시 예에 따른 적응형 임피던스 매칭에 따른 주파수 특성을 도시한 도면이다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 전자 장치(150)에 무선으로 전력(161)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 다양한 충전 방식에 따라 전자 장치(150)로 전력(161)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 유도 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)가 유도 방식에 의한 경우에, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일, 통신 변복조 회로 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터는 적어도 하나의 코일과 함께 공진 회로를 구성할 수도 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, WPC(wireless power consortium) 표준 (또는, Qi 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다. 공진 방식에 의한 경우에는, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일, 아웃 밴드 통신 회로(예: BLE(bluetooth low energy) 통신 회로) 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 코일은 공진 회로를 구성할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는, A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준(또는, AFA(air fuel alliance) 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)는, 공진 방식 또는 유도 방식에 따라 전류가 흐르면 유도 자기장을 생성할 수 있는 코일을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 유도 자기장을 생성하는 과정을, 무선 전력 송신 장치(100)가 전력(161)을 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다. 아울러, 전자 장치(150)는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생되는 코일을 포함할 수 있다. 전자 장치(150)가, 코일을 통하여 유도 기전력을 발생시키는 과정을, 전자 장치(150)가 전력(161)을 무선으로 수신한다고 표현할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 전자기파 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 전자기파 방식에 의한 경우에, 무선 전력 송신 장치(100)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 분배 회로, 위상 쉬프터, 복수 개의 패치 안테나를 포함하는 전력 송신용 안테나 어레이, 아웃 밴드 방식의 통신 회로(예: BLE 통신 모듈)등을 포함할 수 있다. 복수 개의 패치 안테나 각각은 RF(radio frequency) 웨이브(예: 전자기파)를 형성할 수 있다. 전자 장치(150)는, 주변에 형성된 RF 웨이브를 이용하여 전류를 출력할 수 있는 패치 안테나를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100)가 RF 웨이브를 형성하는 과정을, 무선 전력 송신 장치(100)가 전력(161)을 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다. 전자 장치(150)가 RF 웨이브를 이용하여 패치 안테나로부터 전류를 출력하는 과정을, 전자 장치(150)가 전력(161)을 무선으로 수신한다고 표현할 수 있다.
다양한 실시 예에 의한 무선 전력 송신 장치(100)는, 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 인-밴드 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 송신하고자 하는 데이터를 예를 들어 온/오프 키잉(on/off keying) 변조 방식에 따라, 로드(또는, 임피던스)를 변경할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 코일의 전류, 전압 또는 전력의 크기 변경에 기초하여 로드 변경(또는, 임피던스 변경)을 측정함으로써, 상대 장치에서 송신하는 데이터를 판단할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(100)는, 아웃-밴드 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150)는, 코일 또는 패치 안테나와 별도로 구비된 통신 회로(예: BLE 통신 모듈)를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다.
본 문서에서, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치에 포함된 다양한 하드웨어, 예를 들어 프로세서와 같은 제어 회로, 코일 또는 패치 안테나 등이 특정 동작을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치가 특정 동작을 수행하는 것은, 프로세서가 다른 하드웨어로 하여금 특정 동작을 수행하도록 제어하는 것을 의미할 수도 있다. 또는, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치가 특정 동작을 수행하는 것은, 무선 전력 송신 장치(100) 또는 전자 장치(150), 또는 다른 전자 장치의 저장 회로(예: 메모리)에 저장되었던 특정 동작을 수행하기 위한 인스트럭션이 수행됨에 따라, 프로세서 또는 다른 하드웨어가 특정 동작을 수행하도록 야기하는 것을 의미할 수도 있다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 전자 장치의 블록도이다.
다양한 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는, 전력 송신 회로(109), 제어 회로(102), 통신 회로(103), 메모리(105) 및 전력 소스(106)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 전자 장치(150)는, 전력 수신 회로(159), 제어 회로(152), 통신 회로(153), 메모리(156), 차저(154), 배터리(155), PMIC(power management integrated circuit)(158) 및 로드(157)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따른 전력 송신 회로(109)는 전력 수신 회로(159)로, 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력을 송신할 수 있다. 전력 송신 회로(109) 및 전력 수신 회로(159)의 상세 구성에 대하여서는 도 3a 및 3b를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 제어 회로(102)는, 전력 송신 회로(109)가 송신하는 전력의 크기를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어 회로(102)는 전력 소스(106)에서 출력되는 전력의 크기를 제어하거나, 또는 전력 송신 회로(109)에 포함된 전력 증폭기(power amplifier)의 증폭 이득을 제어함에 따라, 전력 송신 회로(109)가 송신하는 전력의 크기를 제어할 수 있다. 제어 회로(102)는, 전력 소스(106)에서 출력되는 전력의 듀티 사이클 또는 주파수를 제어함으로써, 전력 소스(106)에서 출력되는 전력의 크기를 조정할 수 있다. 전력 소스(106)는, 예를 들어 벽 전원과 연결 가능한 전력 인터페이스를 포함할 수 있으며, 벽 전원으로부터 국가별로 설정된 전압을 가지는 교류 전력을 수신하여 전력 송신 회로(109)로 송신할 수 있다.
제어 회로(102)는, 전력 증폭기(power amplifier)의 바이어스 전압의 크기를 제어함으로써, 전력 송신 회로(109)로 인가되는 전력의 크기를 제어할 수 있다.
제어 회로(102) 또는 제어 회로(152)는, CPU와 같은 범용 프로세서, 미니 컴퓨터, 마이크로 프로세서, MCU(micro controlling unit), FPGA(field programmable gate array) 등의 연산을 수행할 수 있는 다양한 회로로 구현될 수 있으며, 그 종류에는 제한이 없다.
다양한 실시 예에 따른 전력 수신 회로(159)는 전력 송신 회로(109)로부터 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 전력 수신 회로(159)는 무선으로 전력 신호를 수신하는 전력 수신용 안테나를 포함할 수 있다.
전력 수신 회로(159)는, 수신된 교류 파형의 전력을 직류 파형으로 정류하거나, 전압을 컨버팅(converting)하거나, 전력을 레귤레이팅(regulating)하는 전력 처리를 수행할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 전력 수신 회로(159)는 적어도 하나의 임피던스 매칭 회로를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전력 수신 회로(159)는 전력 수신용 안테나의 임피던스를 매칭하도록 구성된 고정 임피던스 매칭 회로를 포함할 수 있다. 또한 전력 수신 회로(159)는 고정 임피던스 매칭 회로의 출력단에 연결되는 가변 가능한 적응형 임피던스 매칭 회로를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 적응형 임피던스 매칭 회로는 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 전력 신호에 대해 임피던스 매칭하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 고정 임피던스 매칭 회로가 적응형 임피던스 매칭 회로와 안테나 사이에 구현될 수 있으나, 필요에 따라 고정 임피던스 매칭 회로는 생략될 수도 있다. 고정 임피던스 매칭 회로 및 적응형 임피던스 매칭 회로의 상세 구성에 대해서는 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
차저(154)는, 전자 장치(150)의 배터리(155)를 충전할 수 있다. 차저(154)는, 배터리(155)를 CV(constant voltage) 모드 또는 CC(constant current) 모드 등으로 충전할 수 있으나, 충전 모드에는 제한이 없다. PMIC(158)는, 연결되는 로드(157)에 적합한 전압 또는 전류로 조정하여, 로드(157)에 제공할 수 있다. 제어 회로(152)는, 전자 장치(150)의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며, 적어도 하나의 프로세서가 제어 회로(152)를 대신할 수 있다. 메모리(156)는, 전자 장치(150)의 전반적인 동작의 수행을 위한 인스트럭션이 저장될 수 있다. 메모리(105)는, 무선 전력 송신 장치(100)의 동작을 수행하기 위한 인스트럭션을 저장할 수 있다. 메모리(105) 또는 메모리(156)는, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 또는 플래시 메모리 등의 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 구현 형태에는 제한이 없다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 메모리(105)는 실행 시에 상기 적어도 하나의 프로세서가, 상기 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하도록 하는 인스트럭션들을 저장할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델은, 상기 복수의 임피던스 값들을 이용하여 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들을 순차적으로 획득하고, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들의 전력들의 비교에 근거하여, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들 중 최대 전력 신호를 식별하고, 상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 최대 전력 신호에 대응하는 임피던스 값인 상기 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값은, 상기 임피던스 매칭 회로로부터 출력되는 다른 전력 신호의 전력 및 주파수 검출에 기반하여, 상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 검출된 주파수 및 전력에 대한 상기 다른 전력 신호의 최대 전력을 야기하는 임피던스 값을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 복수의 임피던스 값 각각에 대응되는 복수의 회로들을 포함하며, 상기 복수의 회로들은 적어도 하나의 캐패시터 및 상기 적어도 하나의 캐패시터의 단락을 스위칭하는 상기 적어도 하나의 스위치를 포함하도록 구성할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 전자 장치(150)는 상기 변경된 임피던스 값에 따라 임피던스 매칭된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하는 전력 변환 회로를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전력 변환 회로는 전력 수신 회로(159)에 포함될 수도 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 인스트럭션들은, 상기 적어도 하나의 프로세서가, 상기 임피던스 매칭 회로의 출력단과 상기 전력 변환 회로의 입력단 사이에서의 입력 전력 및 상기 전력 변환 회로의 출력단에서의 출력 전력을 검출하며, 상기 임피던스 매칭 회로의 출력단과 상기 전력 변환 회로의 입력단 사이에서의 주파수를 검출하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 인스트럭션들은, 상기 적어도 하나의 프로세서가, 상기 입력 전력과 상기 출력 전력을 비교하여, 비교 결과에 기반하여 상기 검출된 주파수에 대해 상기 임피던스 매칭 회로로부터 출력되는 전력 신호의 최대 전력을 야기하는 임피던스 값이 매칭되도록 하는 학습 결과를 저장하도록 설정될 수 있다.
도 3a는 다양한 실시 예에 따른 유도 방식 또는 공진 방식에 따른 전력 송신 회로 및 전력 수신 회로의 블록도를 도시한다.
다양한 실시예에 따르면, 전력 송신 회로(109)는, 전력 생성 회로(312) 및 코일(313)을 포함할 수 있다. 전력 생성 회로(312)는, 외부로부터 수신된 교류 전력을 우선 정류하고, 정류된 전력을 다시 인버팅하여 코일에 제공할 수 있다. 인버팅 동작에 의하여 코일(313)에는 기설정된 주기로 최대 전압 또는 0의 전압이 번갈아가면서 인가될 수 있으며, 이에 따라 코일(313)로부터 자기장이 발생할 수 있다. 인버팅 주파수, 즉 코일(313)에 인가되는 교류 파형의 주파수는, 표준에 따라 100 내지 205kHz 또는 6.78MHz 등으로 설정될 수 있으나, 제한은 없다. 코일(313)에 전력이 인가되면, 코일(313)로부터 시간에 따라 크기가 변경되는 유도 자기장이 형성될 수 있으며, 이에 따라 무선으로 전력이 송신될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 코일(313)과 함께 공진 회로를 구성하는 커패시터들이 전력 송신 회로(109)에 더 포함될 수도 있다. 전력 수신 회로(159)의 코일(321)에는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생할 수 있으며, 이에 따라 전력 수신 회로(159)는 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 정류 회로(322)는, 수신된 교류 파형의 전력을 정류할 수 있다. 컨버팅 회로(323)는 정류된 전력의 전압을 조정하여 하드웨어로 전달할 수 있다. 전력 수신 회로(159)는 레귤레이터를 더 포함할 수도 있으며, 또는 컨버팅 회로(323)가 레귤레이터로 치환될 수도 있다.
도 3b는 다양한 실시 예에 따른 전자기파 방식에 따른 전력 송신 회로 및 전력 수신 회로의 블록도이다. 다양한 실시예 에 따르면 전력 송신 회로(109)는, 증폭 회로(331), 분배 회로(332), 위상 쉬프터(phase shifter)(333) 및 전력 송신용 안테나 어레이(334)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 전력 수신 회로(159)는, 전력 수신용 안테나(341), 정류 회로(342) 및 컨버팅 회로(343)를 포함할 수 있다.
증폭 회로(331)는, 전력 소스(106)로부터 제공받은 전력을 증폭하여 분배 회로(332)로 제공할 수 있다. 증폭 회로(331)는, DA(drive amplifier), HPA(high power amplifier), GBA(Gain Block Amplifier) 등의 다양한 증폭기 또는 그 조합으로 구현될 수 있으며, 구현 예에는 제한이 없다. 분배 회로(332)는, 증폭 회로(331)로부터 출력되는 전력을 복수 개의 경로로 분배할 수 있다. 입력되는 전력 또는 신호를 복수 개의 경로로 분배할 수 있는 회로라면 분배 회로(332)로서 제한이 없다. 예를 들어, 분배 회로(332)는 전력 송신용 안테나 어레이(334)에 포함된 패치 안테나의 개수만큼의 경로로 전력을 분배할 수 있다. 위상 쉬프터(333)는 분배 회로(332)로부터 제공되는 복수 개의 교류 전력 각각의 위상(또는, 딜레이)을 쉬프팅시킬 수 있다. 위상 쉬프터(333)는 복수 개일 수 있으며, 예를 들어 전력 송신용 안테나 어레이(334)에 포함된 패치 안테나의 개수만큼 구비될 수 있다. 위상 쉬프터(333)로는 예를 들어 HMC642 또는 HMC1113 등과 같은 하드웨어 소자가 이용될 수 있다. 위상 쉬프터(333)에 의한 각각의 쉬프트 정도는 제어 회로(102)에 의하여 제어될 수 있다.
제어 회로(102)는, 전자 장치(150)의 위치를 판단할 수 있으며, 전자 장치(150)의 위치(또는, 전자 장치(150)의 전력 수신용 안테나(341)의 위치)에서 RF 웨이브가 보강 간섭되도록, 즉 빔-포밍되도록 복수 개의 교류 전력들 각각의 위상을 쉬프팅시킬 수 있다. 전력 송신용 안테나 어레이(334)에 포함된 복수 개의 패치 안테나들 각각은 수신된 전력에 기초하여 서브 RF 웨이브들을 생성할 수 있다. 서브 RF 웨이브가 간섭된 RF 웨이브는 전력 수신용 안테나(341)에서 전류, 전압 또는 전력으로 변환되어 출력될 수 있다. 전력 수신용 안테나(341)는 복수 개의 패치 안테나를 포함할 수 있으며, 주변에 형성된 RF 웨이브, 즉 전자기파를 이용하여 교류 파형의 전류, 전압 또는 전력을 발생시킬 수 있으며, 이를 수신된 전력으로 명명할 수 있다. 정류 회로(342)는, 수신된 전력을 직류 파형으로 정류할 수 있다. 컨버팅 회로(343)는, 직류 파형의 전력의 전압을 기설정된 값으로 증가 또는 감소시켜 PMIC(156)로 출력할 수 있다.
다양한 실시 예에 의한 전력 송신 회로(109) 또는 전력 수신 회로(159) 중 적어도 하나는, 도 3a에 의한 유도 방식 또는 공진 방식에 의한 하드웨어 및 도 3b에 의한 전자기파 방식에 의한 하드웨어를 모두 포함할 수도 있다. 이 경우, 제어 회로(102) 또는 제어 회로(152)는, 다양한 조건에 따라 충전 방식을 선택하여, 선택된 충전 방식에 대응하는 하드웨어가 구동되도록 제어할 수 있다. 또는, 제어 회로(102) 또는 제어 회로(152)는, 유도 방식 또는 공진 방식과, 전자기파 방식을 모두 이용할 수도 있으며, 포함된 하드웨어를 모두 구동하여 전력을 송수신할 수도 있다. 주변의 자기장을 이용하여 교류 전력을 출력하는 코일(321) 또는 주변의 RF 웨이브를 이용하여 교류 전력을 출력하는 전력 수신용 안테나(341)를 수신 회로라고 명명할 수도 있다.
다양한 실시 예에 따라 도 2의 전력 수신 회로(159)는 도 3a에서와 같이 유도 방식 또는 공진 방식에 따른 전력 수신 회로로 구현되거나 도 3b에서와 같이 전자기파 방식에 따른 전력 수신 회로로 구현될 수 있는데, 이러한 전력 수신 회로(159)를 에너지 하베스팅 회로(energy harvesting circuitry)(또는 에너지 하베스팅 모듈)라고도 칭할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 회로는 주변의 에너지를 전기적인 에너지로 변환할 수 있는 적어도 하나의 에너지 변환 모듈을 포함할 수 있으며, 유도 방식, 공진 방식 또는 전자기파 방식과 같은 다양한 에너지 변환을 위한 모듈을 포함할 수 있으며, 에너지 변환 모듈의 종류에는 제한이 없음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
에너지 하베스팅 회로는 전력을 필요로 하는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있으며, 다양한 에너지 소스로부터 에너지 하베스팅을 최대 효율로 하기 위해서는 임피던스 매칭이 중요할 수 있다. 일반적으로 임피던스 매칭 회로는 단일 입력에 대해 최적화된 하나의 매칭 단으로 구현되는데, 이러한 임피던스 매칭은 최대 전력이 인가될 수 있도록 하기 위함이다. 이러한 에너지 하베스팅 기술은 대기 중의 RF 웨이브와 같은 에너지를 수신하여 전자 장치의 전력으로 사용하는 것이므로 별도의 에너지 공급 없이 에너지 확보가 가능하지만, 다양한 주파수 대역의 RF 신호가 갖는 에너지 확보를 위해서는 각각의 임피던스 매칭단과 개별 어레이 안테나가 요구될 뿐만 아니라 수동으로 일일이 임피던스 매칭을 위한 조작이 이루어져야 하는 번거로움이 있을 수 있다.
이하, 다양한 에너지 소스에 대해 예를 들어, 다양한 주파수 대역의 입력 전력에 대해 최적화된 임피던스 매칭 값을 추적하여 자동으로 저장된 임피던스 매칭 값을 이용하여 변경하는 실시 예를 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 다양한 실시 예에 따른 적응형 임피던스 매칭을 위한 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 4를 참조하면, 전자 장치(400)(예: 도 1의 전자 장치(150))는, 안테나(401), 제1 임피던스 매칭 회로(impedance matching circuitry)(402), 제2 임피던스 매칭 회로(403), 제어 회로(404), 전력 변환 회로(405) 및 배터리(408)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제2 임피던스 매칭 회로(403), 제어 회로(404) 및 전력 변환 회로(405)를 포함하는 구성을 에너지 하베스팅 회로(410)라고 칭할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 에너지 하베스팅 회로(410)는 주변의 에너지를 전기적인 에너지로 변환할 수 있는 적어도 하나의 에너지 변환 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 임피던스 매칭 회로(403), 제어 회로(404) 및 전력 변환 회로(405)는 독립적으로 전자 장치(400)에 포함되거나 IC(integrated chip) 형태로 전자 장치(400)에 포함될 수 있다.
안테나(401)는 전력 수신용 안테나 회로(wireless power antenna circuitry)로, 주변에 형성된 RF 웨이브를 이용하여 교류 전력을 출력할 수 있다. 안테나(401)는 제1 임피던스 매칭 회로(402)에 동작 가능하게 접속될 수 있다. 안테나(401)는 무선으로 수신한 교류 형태의 전력을 제1 임피던스 매칭 회로(402)의 입력단으로 출력할 수 있다.
제1 임피던스 매칭 회로(402)는 적어도 하나의 캐패시터 또는 적어도 하나의 코일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 임피던스 매칭 회로(402)는 전자 장치(400)와 무선 전력 송신 장치(100) 사이의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 제1 임피던스 매칭 회로(402)는 안테나(401)에 연결되는 임피던스(또는 로드)를 매칭하도록 구성될 수 있다. 제1 임피던스 매칭 회로(402)는 안테나(401)에 동작 가능하게 접속된 고정 임피던스 매칭 회로일 수 있다. 예를 들어, 제1 임피던스 매칭 회로(402)는 무선 전력 송신 장치(100)의 임피던스(예: 50 Ω)를 안테나(401)에 매칭하도록 구성될 수도 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 임피던스 매칭 회로(402)는 고정 임피던스 매칭 회로라고 칭할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 임피던스 매칭 회로(403)에서도 임피던스 매칭이 수행되므로 제1 임피던스 매칭 회로(402)는 생략 가능할 수 있다. 다만, 환경이 시간 경과에 따라 변화하는 경우 고정 임피던스 매칭을 통한 임피던스 매칭 효율이 감소될 수 있다. 이러한 변동을 보상하기 위해 조정 가능한 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 이용할 수 있다.
제2 임피던스 매칭 회로(403)에서는 입력 주파수에 대해 보다 정교하게 조정된 즉, 추가로 임피던스 매칭된 신호를 출력함으로써 입력 전력에 최대한 가까운 즉, 손실 없는 최대 전력 신호를 출력할 수 있다. 다양한 실시 예에 따라 제어 회로(404)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 언제 그리고 어떻게 임피던스 매칭을 조정할 것인지를 결정할 수 있다. 이를 위해 제어 회로(404)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 통해 전달되는 신호의 주파수와 전력의 크기를 기반으로 대응되는 임피던스를 위해 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 제어할 수 있다. 또는 제어 회로(404)는 안테나(401) 또는 제1 임피던스 매칭 회로(402)를 통해 전달되는 신호의 주파수와, 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 통해 전달되는 신호의 전력 크기를 기반으로 선택되는 특정 임피던스 매칭을 수행하도록 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 제어할 수 있다. 또한 제어 회로(404)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 통해 전달되는 신호의 주파수와 전력의 크기뿐만 아니라 전력 변환 회로(405) 또는 전력 변환 회로(405)의 RF-DC 컨버터(406)로부터 출력되는 신호의 전력 크기도 참조하여, 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 제어 회로(404)는 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 언제 그리고 얼마만큼 조정할지를 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 결정할 수 있다. 여기서, 제2 임피던스 매칭 회로(403)로 어떠한 임피던스 매칭을 수행하도록 할지를 나타내는 제어 신호(또는 명령)는 인공 지능 알고리즘을 이용하여 학습된 학습 모델을 이용하여 결정될 수 있다. 이러한 인공 지능 알고리즘을 임피던스 매칭 네트워크 모델이라고 칭할 수 있으며, 임피던스 매칭 네트워크 모델은 기계학습과 같이 검출되는 전력 신호들에 대한 특징을 스스로 분류/학습하는 알고리즘 기술을 이용하여 학습된 모델일 수 있다.
이하의 설명에서는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 입력단에 제1 임피던스 매칭 회로(402)의 출력단이 연결되는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
다양한 실시 예에 따라 에너지 하베스팅 회로(410)는 제1 임피던스 매칭 회로(402)를 통해 수신되는 전력에 대해 최대 효율을 제공할 수 있도록 추가적인 임피던스 매칭을 수행하도록 구성될 수 있다.
이를 위해 에너지 하베스팅 회로(410)는 제2 임피던스 매칭 회로(403), 제어 회로(404) 및 전력 변환 회로(405)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 제1 임피던스 매칭 회로(402)의 출력단으로부터의 전력 신호에 대해 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 전력 변환 모듈(405)의 출력단 또는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서 측정된 전력이 최대가 되도록 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 이를 위해 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 제어 회로(404)의 제어 하에 제1 임피던스 매칭 회로(402)로부터 수신된 전력 신호에 대해 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 복수의 임피던스 값 각각에 대응되는 복수의 회로들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 복수의 회로들은 적어도 하나의 캐패시터 및 상기 적어도 하나의 스위치를 포함하고, 상기 스위치는 상기 적어도 하나의 캐패시터의 단락을 스위칭할 수 있다. 제어 회로(404)에서 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 스위칭 소자를 제어함으로써 제1 임피던스 매칭 회로(402)의 출력단과 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 어느 하나의 캐패시터가 연결되며, 연결된 캐패시터를 통해 임피던스 매칭된 전력 신호가 전력 변환 모듈(405)의 입력단으로 입력될 수 있다.
이와 같이 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 제어 회로(404)의 제어 신호에 따라 임피던스 값이 변경 가능한 적응형 임피던스 매칭 소자들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 적응형 임피던스 매칭 회로라고 칭할 수 있다. 다양한 실시 예에 따라 제1 임피던스 매칭 회로(402)를 통해 1차로 임피던스 매칭이 이루어지면, 1차로 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 최대 효율을 출력할 수 있도록 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 통해 2차로 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다. 이때, 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 제어는 제어 회로(404)에 의해 수행되며, 제어 회로(404)는 입력 주파수(또는 수신 주파수) 및 입력 전력(또는 수신 전력)에 의해 식별되는 임피던스 매칭 설정으로 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 제어하므로 최대 효율을 갖는 임피던스 매칭이 가능할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면 에너지 하버스팅 회로(410)에서는 소스의 전기적 특성값 예컨대, 주파수, 전력 크기를 이용하여 최대의 전력을 얻을 수 있도록 임피던스 매칭값을 조정할 수 있다. 이에 따라 다양한 실시 예에 따르면, 소스가 여러 개이고 이들이 결합되어 있는 다중 연결 구조를 가지더라도 최대의 전력을 얻을 수 있는 임피던스 매칭이 가능할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 제어 회로(404)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)로부터 출력되는 전력 신호의 전력의 크기 및 주파수를 순차적으로 획득하고, 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들의 전력들을 비교하고, 비교 결과에 기반하여 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들 중 최대 전력 신호를 식별할 수 있으며, 최대 전력 신호에 대응하는 임피던스 값을 검출된 주파수에 대해 학습된 임피던스 값으로 업데이트시킬 수 있다. 이렇게 함으로써 제어 회로(404)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 조합 가능한 복수의 임피던스 값들 중 최대 전력 신호에 대응하는 임피던스 값인 학습된 임피던스 값이 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 값이 되도록 하는 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한 임피던스 매칭 네트워크 모델을 학습시키는 경우 제어 회로(404)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)로부터 출력되는 전력 신호들뿐만 아니라 전력 변환 모듈(405)을 통해 출력되는 전력 신호들을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 제2 임피던스 매칭 회로(403)로부터 출력되는 전력 신호들과 함께 전력 변환 모듈(405)를 통해 출력되는 전력 신호의 전력의 크기 및 주파수를 비교하고, 비교 결과에 기반하여 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 제어하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제어 회로(404)는 제어 신호에 의해 제2 임피던스 매칭 회로(403) 내의 적어도 하나의 스위치의 온/오프를 제어할 수 있으며, 제어 신호에 의해 변경된 임피던스 매칭을 통해 최대 전력을 출력할 수 있으며, 최대 전력으로 배터리(408)의 충전이 가능할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제어 회로(404)는 전자 장치(400)의 전반의 동작을 제어하는 도 2의 제어 회로(152)에 해당할 수도 있다. 다르게는 제어 회로(404)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)만을 제어하는 용도로 구현된 제어 회로일 수 있다. 즉, 제어 회로(404)는 제2 임피던스 매칭 회로(403) 내의 적어도 하나의 스위칭 소자 각각 또는 조합에 대한 온/오프 상태를 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 수신 전력의 주파수 및 검출되는 전력에 대응하여 임피던스 매칭 값의 변경은 조정 가능한 임피던스 매칭 네트워크 모델을 기반으로 실시간으로 제어 회로에 의해 이루어질 수 있다. 제어 회로(404)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 통해 어떻게 임피던스 매칭이 되고 있는지에 기초하여 실시간으로 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 조정을 수행할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어 회로(404)는 수신 전력의 주파수 및 검출되는 전력에 대응하여 학습된 임피던스 매칭 값으로 실시간으로 변경하도록 제어할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 수신 전력의 주파수 및 전력의 크기 중 적어도 하나의 변동(variation)이 검출되는 경우에 검출되는 전력 및 주파수에 대응하여 학습된 임피던스 매칭 값으로 변경하도록 제어할 수 있다. 제어 회로(404)는 수신 전력의 주파수 및 전력에 대한 검출을 수행할 때마다 임피던스 매칭 값을 변경하는 것이 아니라 수신 전력의 주파수 및 전력의 크기 중 적어도 하나의 변동(variation)이 없는 경우에는 지속적으로 수신 전력의 주파수 및 전력에 대한 모니터링을 수행하며, 지속적인 모니터링 도중에는 제2 임피던스 매칭 회로(403)로 임피던스 값 변경을 위한 제어 신호를 출력하지는 않을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 주파수 변동이 주파수 임계치 이상으로 검출되거나 전력 변동이 전력 임계치 이상으로 검출되는 경우에 제2 임피던스 매칭 회로(403)로 임피던스 값 변경을 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 주파수가 변경되거나 출력 전력 즉, 검출되는 전력이 임계치 이상으로 줄어들게 되면, 제어 회로(404)는 임피던스 값을 디폴트 값으로 변경한 후 다시 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력 주파수 및 전력을 검출하는 동작을 수행할 수 있다. 이어, 제어 회로(404)는 디폴트 값으로 변경한 이후 검출되는 출력 주파수 및 전력에 대응하여 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 값을 로드하여 로드된 임피던스 값으로 제2 임피던스 매칭 회로(403)에서 임피던스 매칭을 수행하도록 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제어 회로(404)는 조정 가능한 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 제어함으로써 임피던스 매칭 값을 찾는데 소요되는 시간을 줄일 수 있어, 빠르면서도 최대 효율을 가지는 에너지 하베스팅 시스템의 구현이 가능할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 전력 변환 회로(405)는 수신된 전력 신호를 배터리(또는 부하)(408)로의 충전 전력으로 변환할 수 있다. 전력 변환 회로(405)는 RF-DC 컨버터(406) 및 레귤레이터(407) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 제2 임피던스 매칭 회로(403)에 의해 임피던스 매칭을 통해 출력되는 전력 신호는 교류(또는 AC) 형태의 신호이므로, 전력 변환 회로(405)는 출력 전압에 의해 직류(또는 DC) 전력으로 정류하도록 구성된 RF-DC 컨버터(406)를 포함할 수 있다. 이와 같이 RF-DC 컨버터(406)는 교류 전력을 직류 형태로 변환하며, 1차로 교류 전력을 정류하는 레귤레이터로 치환될 수도 있다. 또는 RF-DC 컨버터(406)는 부분 또는 완전 레귤레이터, 브리지, 스위칭 컨버터와 같은 구성 요소를 포함할 수도 있다. 또한 전력 변환 회로(405)는 정류된 전력 신호를 배터리(408)와 호환 가능한 에너지 포텐셜(예를 들어, 전압)로 변환하도록 구성된 레귤레이터(407)를 포함할 수 있으며, 레귤레이터(407)는 DC-DC 컨버터로 대체될 수도 있다. 이러한 레귤레이터(407)는 RF-DC 컨버터(406)에 의해 1차로 정류된 직류 전력에 대해 2차로 정류하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 레귤레이터(407)는 정류된 직류 전력의 전압을 원하는 레벨로 변환하여 출력할 수 있는데, 정류된 직류 전원의 전압값이 배터리(408)의 충전이나 전자 장치(400)의 구동에 요구되는 전압값에 비하여 크거나 작은 경우 정류된 직류 전원의 전압을 원하는 전압으로 변경할 수 있다.
배터리(408)는 에너지 하베스팅 회로(410)에 동작 가능하게 접속될 수 있다. 배터리(408)는 레귤레이터(407)로부터 출력되는 전력을 이용하여 에너지를 저장할 수 있다. 도 4에서는 배터리(408)를 예시하고 있으나, 부하 또는 전자 장치(400)의 다양한 동작을 구동하는 구동 수단이 배터리(408) 대신 포함될 수도 있다.
다양한 실시 예에 따라, 전자 장치(400)는 무선 전력 송신 장치(100)로부터 무선으로 수신된 전력 신호에 대해 제1 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 매칭 회로(402), 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 제2 임피던스 매칭을 수행하는 제2 임피던스 매칭 회로(403), 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하는 제어 회로(404) 및 상기 변경된 임피던스 값에 따라 제2 임피던스 매칭된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하는 전력 변환 회로(405)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델은, 상기 복수의 임피던스 값들을 이용하여 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들을 순차적으로 획득하고, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들의 전력들의 비교에 근거하여, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들 중 최대 전력 신호를 식별하고, 상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 최대 전력 신호에 대응하는 임피던스 값인 상기 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)는, 상기 복수의 임피던스 값 각각에 대응되는 복수의 회로들을 포함하며, 상기 복수의 회로들은 적어도 하나의 캐패시터 및 상기 적어도 하나의 캐패시터의 단락을 스위칭하는 상기 적어도 하나의 스위치를 포함하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용한 임피던스 값은, 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)로부터 출력되는 다른 전력 신호의 전력 및 주파수 검출에 기반하여, 상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 검출된 주파수에 대한 상기 다른 전력 신호의 최대 전력을 야기하는 임피던스 값을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 제어 회로(404)는, 상기 전력 변환 회로(405)의 입력단에서 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수를 검출하고, 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 상기 검출된 전력 및 주파수에 대응하는 임피던스 값을 식별하고, 상기 식별된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 값을 변경하도록 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 제어 회로(404)는, 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단과 상기 전력 변환 회로(405)의 입력단 사이에서의 입력 전력 및 상기 전력 변환 회로(405)의 출력단에서의 출력 전력을 검출하는 전력 검출 회로 및 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단과 상기 전력 변환 회로의 입력단 사이에서의 주파수를 검출하는 주파수 검출 회로를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 제어 회로(404)는, 상기 입력 전력과 상기 출력 전력을 비교하여, 비교 결과에 기반하여 상기 검출된 주파수에 대해 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)로부터 출력되는 전력 신호의 최대 전력을 야기하는 임피던스 값이 매칭되도록 학습시킨 학습 결과를 업데이트하도록 할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 전력 변환 회로(405)는, 상기 변경된 임피던스 값에 따라 제2 임피던스 매칭된 교류 형태의 전력 신호를 직류 형태로 변환하는 RF-DC 컨버터(406)를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 상기 전력 변환 회로(405)는, 상기 RF-DC 컨버터(406)로부터 출력되는 직류 형태의 전력 신호를 상기 배터리를 위한 전압으로 정류하는 레귤레이터(407)를 더 포함할 수 있다.
도 5는 다양한 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 회로의 상세 구성도를 도시한다.
도 5를 참조하면, 에너지 하베스팅 회로(410)는 제2 임피던스 매칭 회로(403), 제어 회로(404) 및 RF-DC 컨버터(406)를 포함할 수 있다. 또한 에너지 하베스팅 회로(410)는 전력 검출 회로(510) 및 주파수 검출 회로(520)를 포함할 수 있으며, 배터리(408) 충전에 요구되는 전압을 변환하는 레귤레이터(407)를 더 포함할 수 있다. 여기서 전력 검출 회로(510), 주파수 검출 회로(520)는 하나의 검출기(또는 검출 모듈)로 구현될 수도 있다.
다양한 실시 예에 따라, 제2 임피던스 매칭 회로(403)에는 RF 입력이 전달될 수 있다. 예를 들어, RF 입력은 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 수신된 전력 신호에 대해 고정된 임피던스 값으로 임피던스 매칭된 전력 신호일 수 있다. 이에 따라 제2 임피던스 매칭 회로(403)에는 1차로 임피던스 매칭된 전력 신호가 입력될 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 통해 임피던스 매칭된 전력 신호는 교류 형태의 전력 신호(예: RF-DCIN)이며, RF-DC 컨버터(406)의 입력단으로 입력될 수 있다. 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에 RF-DC 컨버터(406)의 입력단이 연결될 수 있으며, RF-DC 컨버터(406)의 출력단에는 레귤레이터(407)의 입력단이 연결될 수 있다. 이에 따라 RF-DC 컨버터(406)의 출력단으로부터는 임피던스 매칭된 교류 형태의 전력 신호가 직류 형태의 전력 신호로 변환되어 레귤레이터(407)의 입력단으로 입력되며, 레귤레이터(407)에서는 직류 형태의 전력 신호를 배터리(408)를 위한 충전 전력(예: 전압)으로 정류되어 출력될 수 있다. 예를 들어, 에너지 하베스팅 회로(410) 중 직류형 전기적인 에너지로 변환하는 RF-DC 컨버터(406)에 레귤레이터(407)가 직접 연결될 수 있다. 또는 RF-DC 컨버터(406)에 레귤레이터(407)를 대신하여 DC-DC 컨버터가 직접 연결될 수도 있다. 레귤레이터(407) 또는 DC-DC 컨버터는 RF-DC 컨버터(406)로부터 제공받은 전기적인 에너지 예를 들어, 직류 형태의 전력의 전압을 배터리(408) 충전에 요구되는 전압으로 변환할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 적어도 하나의 캐패시터와 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위칭 소자가 온 상태일 경우 제1 스위칭 소자에 연결된 제1 캐패시터를 이용하여 임피던스 매칭이 수행될 수 있으며, 제2 스위칭 소자가 온 상태일 경우 제2 스위칭 소자에 연결된 제2 캐패시터를 이용하여 임피던스 매칭이 수행될 수 있으며, 제2 스위칭 소자가 온 상태일 경우 제3 스위칭 소자에 연결된 제3 캐패시터를 이용하여 임피던스 매칭이 수행될 수 있다. 이와 같이 각각의 스위칭 소자를 온/오프하여 임피던스 값을 변경할 수 있으나, 복수의 스위칭 소자의 조합에 대해 온/오프를 제어하여 임피던스 값을 변경할 수도 있다. 복수의 스위칭 소자의 연결 가능한 조합에 대해서는 도 6에서 후술하기로 한다.
이와 같이 전력 수신용 안테나와 전력 변환 회로 사이에 복수의 캐패시터와 스위칭 소자들을 적응형 임피던스 매칭 회로로 이용하여, 입력 주파수 및 입력 전력에 따른 임피던스 매칭을 통해 더 높은 효율의 전력을 획득하여 사용할 수 있다.
이 경우 제1 스위칭 소자의 연결에 의해 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 임피던스 매칭을 통해 A 크기의 전력을 출력할 수 있으며, 이러한 A 크기의 전력을 RF-DC 컨버터(406)의 출력단의 전력과 비교했을 때 효율은 a일 수 있다. a 효율은 출력되는 전력의 크기(예: PAI _OUT)에 대한 입력되는 전력의 크기(예: PAI _IN)의 비율일 수 있다. 또한 제2 스위칭 소자의 연결에 의해 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 임피던스 매칭을 통해 B 크기의 전력을 출력할 수 있으며, 이러한 B 크기의 전력을 RF-DC 컨버터(406)의 출력단의 전력과 비교했을 때 효율은 b일 수 있으며, C 크기의 전력을 출력하는 경우 효율은 c일 수 있다.
만일 비교적 안정적인 크기의 전력이 제공되는 경우에는 제2 임피던스 매칭 회로(403)에서는 상대적으로 높은 효율로 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 하지만 입력 전력의 크기 또는 주파수가 변경되는 환경에서는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 매칭에 의한 효율 또한 변경됨에 따라 상대적으로 낮은 효율로 임피던스 매칭이 수행될 수 있으나, 다양한 실시 예에 따르면, 입력 전력의 크기 또는 주파수가 변경되더라도 최대 효율의 임피던스 매칭이 수행되도록 할 수 있다. 이를 위해 각 주파수에 대응하여 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 값이 연관되도록 학습된 매칭 정보를 기반으로, 실시간으로 제어 회로(404)에서 변경된 주파수에 대응하는 임피던스 값으로 변경하도록 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 제어할 수 있다. 이와 같이 제어 회로(404)에서는 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 매칭 정보를 이용하여 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 제어하기 위한 제어 신호를 제2 임피던스 매칭 회로(403)로 전달할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 에너지 하베스팅 회로(410)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단의 전력을 검출하기 위한 전력 검출 회로(510) 및 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단의 주파수를 검출하기 위한 주파수 검출 회로(520)를 포함할 수 있다. 도 4에서는 제어 회로(404)가 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 전력 및 주파수를 검출하는 것으로 설명하였으나, 제어 회로(404)와는 독립적으로 제2 임피던스 매칭 회로(403)와 제어 회로(404) 사이에 전력 검출 회로(510)와 주파수 검출 회로(520)가 별도로 구성될 수도 있다.
다양한 실시 예에 따라 전력 검출 회로(510)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단과 RF-DC 컨버터(406)의 입력단 사이에서의 전력의 크기를 검출할 수 있다. 또한 전력 검출 회로(510)는 RF-DC 컨버터(406)의 출력단에서의 전력의 크기(예: PAI_OUT)를 검출할 수 있다.
예를 들어, 전력 검출 회로(510)는 RF-DC 컨버터(406)의 입력단에 인가되는 전압의 크기(예: PAI _IN) 및 RF-DC 컨버터(406)의 출력단에서의 전압의 크기(예: PAI_OUT)를 검출할 수 있는 전압계를 포함할 수 있으며, 전력 검출 회로(510)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이에 따라 전력 검출 회로(510)에 의해 검출된 전력의 크기 예컨대, 전압에 대한 정보는 제어 회로(404)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 전력 검출 회로(510)는 피크 검출 회로와 같은 피크를 검출하는 회로를 사용하여 검출된 주파수(또는 입력 주파수)에 대해 최대의 전력을 야기할 수 있는 값을 찾는 역할을 할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 주파수 검출 회로(520)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단과 RF-DC 컨버터(406)의 입력단 사이에서의 주파수(예: FAI)를 검출할 수 있다. 예를 들어, 주파수 검출 회로(520)는 RF 입력의 경우 주파수 특성 상 주파수가 빠르기 때문에 N 분주기(1/N divider)를 이용하여 주파수를 분주하여 주파수 값을 검출할 수 있다. 예를 들어, 입력 주파수가 몇 ㎓의 주파수인지를 검출할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 제어 회로(404)는 SRAM(static random-access memory) 어레이를 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(404)는 6T SRAM Cell을 사용하여 구현될 수 있다. 제어 회로(404)는 전력 검출 회로(510)에서 검출된 RF-DC 컨버터(406)의 입력단에 인가되는 전압의 크기(예: PAI _IN)와 RF-DC 컨버터(406)의 출력단에서의 전압의 크기(예: PAI _OUT)를 디코딩하는 전력 디코더(531)와, 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단과 RF-DC 컨버터(406)의 입력단 사이에서의 주파수(예: FAI)를 디코딩하는 주파수 디코더(532)를 포함할 수 있다. 전력 디코더(531)는 RF-DC 컨버터(406)의 입력단에서의 전력 정보(예: PAI _IN)를 검출된 주파수에서 초당 정해진 단위로 디코딩할 수 있다. 또한, 전력 디코더(531)는 RF-DC 컨버터(406)의 출력단에서의 전력 정보(예: PAI _OUT)를 검출된 주파수에서 초당 정해진 단위로 디코딩할 수 있다. 또한 주파수 디코더(532)도 검출된 주파수에 대해 초당 정해진 단위로 디코딩할 수 있다.
만일 임피던스 매칭 네트워크 모델에 대한 학습이 완료된 경우 예를 들어, 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 모든 임피던스 조합에 대해 순차적으로 수집되는 전력 신호들에 대한 전력 크기 및 주파수의 검출하여 비교하고, 비교 결과에 기반하여 상기 전력 신호들 중 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 값에 대한 학습이 완료된 경우, 제어 회로(404)의 매칭 네트워크 드라이버(533)는 검출된 주파수(예: FAI)에 대응하여 학습된 임피던스 값으로 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 값을 변경하도록 하는 제어 신호(예: CMN)를 제2 임피던스 매칭 회로(403)로 전달할 수 있다.
한편, 임피던스 매칭 네트워크 모델에 대한 학습이 완료되지 않은 경우 검출된 주파수(예: FAI)에 대응하여 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 값을 찾기 위해, 제어 회로(404)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 모든 조합에 대해 순차적으로 전력 및 주파수 검출을 수행하도록 제어할 수 있다. 학습 모드 동안 제어 회로(404)는 최대 출력 전력을 얻을 수 있도록 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 값을 선택적으로 가변하도록 제어할 수 있다.
상기와 같이 동작하는 제어 회로(404)를 6T SRAM Cell을 사용할 경우 도 6에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.
도 6은 다양한 실시 예에 따른 제어 회로(404)의 상세 구성도를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제2 임피던스 매칭 회로(403)에서의 다양한 스위칭 조합은 각각의 메모리 셀(예: 6T CELL)을 이용하여 주파수에 대해 맵핑 형태로 저장될 수 있으며, 매칭 네트워크 드라이버(533)에서는 입력 주파수(또는 검출된 주파수)에 대응하여 빠른 속도로 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 값을 찾을 수 있다.
예를 들어, 제어 회로(404)는 입력되는 RF 입력에 대해 주파수 검출 회로(520)에 의해 검출되는 주파수에 대한 정보를 획득할 수 있다. 학습 초기에는 검출되는 주파수(예: 주파수 #1)에 대해 미리 저장된 임피던스 매칭 값이 없는 상태일 수 있으므로, 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 매칭 값을 찾기 위해 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 초기 상태(예: N=0)로 설정한 후 전력 검출 회로(510)를 통해 전력 신호에 대한 전력 크기를 검출하는 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해 제어 신호 #0(예: CMN(0))이 제2 임피던스 매칭 회로(403)로 전달될 수 있으며, 제어 신호 #0(예: CMN(0))에 대응하여 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 전력 신호 #0에 대한 전력 크기 및 주파수 검출이 수행될 수 있다. 이에 따라 전력 검출 회로(510)를 통해 출력되는 전력 신호 #0에 대한 전력 크기 검출이 이루어질 수 있다. 이어, 순차적으로 다음 차례에 해당하는 제어 신호 예컨대, 제어 신호 #1(예: CMN(1))이 제2 임피던스 매칭 회로(403)로 전달될 수 있으며, 제어 신호 #1(예: CMN(1))에 대응하여 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 전력 신호 #1에 대한 전력 크기 및 주파수 검출이 수행될 수 있다.
이와 같이 순차적인 방식으로 마지막 차례에 해당하는 제어 신호 예컨대, 제어 신호 #N(예: CMN(N))이 제2 임피던스 매칭 회로(403)로 전달될 수 있으며, 제어 신호 #N(예: CMN(N))에 대응하여 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 전력 신호 #N에 대한 전력 크기 및 주파수 검출이 수행될 수 있다.
상기한 바와 같이 N 개의 스위칭 조합에 대해 순차적으로 N+1(예: 0부터 N까지) 번의 전력 크기 및 주파수 검출 동작이 완료되면, 검출된 주파수에 대응하여 전력 신호 #0부터 전력 신호 #N 중에서 최대 전력의 크기를 가지는 전력 신호를 나오게 한 제어 신호를 검출된 주파수에 대응하는 매칭 정보로 저장될 수 있다. 즉, 모든 전력 신호들 예컨대, 전력 신호 #0 ~ 전력 신호 #N 중에서 최대 전력 신호를 식별하고, 복수의 임피던스 값들 중 상기 최대 전력 신호가 출력되게 하는 임피던스 값을 학습된 임피던스 값으로 하는 학습 결과가 업데이트될 수 있다. 여기서, 제어 신호는 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하도록 하기 위한 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 적어도 하나의 스위치 및 그 스위치 조합에 대한 온/오프를 제어하는 신호일 수 있다. 따라서 검출된 주파수에 대응하는 매칭 정보가 있을 경우, 제어 회로(404)에서는 매칭 정보에 해당하는 제어 신호(예: CMN(N))를 제2 임피던스 매칭 회로(403)에 제공함으로써, 제2 임피던스 매칭 회로(403)에서는 매칭 정보에 따라 변경된 임피던스 값으로 다음 전력 신호에 대해 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 이에 따라 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서는 최대 크기를 가지는 전력 신호가 출력될 수 있다.
이와 같이 복수의 전력 신호 #0 ~ #N 중에서 최대 전력 크기를 가지는 전력 신호가 출력되게 하는 임피던스 값이 획득되면, 이러한 임피던스 값에 해당하는 제어 신호(예: CMN(i))를 검출되는 주파수(예: 주파수 #1)에 대해 연관시켜 학습 결과를 업데이트할 수 있다. 또한, 학습 모드에서는 다른 주파수(예: 주파수 #2)에 대해서도 최대 전력 크기를 가지는 전력 신호가 출력되게 하는 임피던스 값에 해당하는 제어 신호(예: CMN(j))를 상기 다른 주파수(예: 주파수 #2)와 연관시켜 학습 결과를 업데이트할 수 있다. 이와 같은 방식으로 복수의 주파수 각각에 대해 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 설정을 바꾸어 가면서 동일한 절차를 반복함으로써, 주파수 별로 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 값을 매칭시켜 학습 결과를 업데이트할 수 있다.
도 7a는 다양한 실시 예에 따른 동작 모드(operation mode)에서 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 7a에서는 적응형 임피던스 매칭 방법을 수행하기 위한 동작을 예시하고 있으며, 동작 방법은 705 내지 725 동작들을 포함할 수 있다. 동작 방법의 각 단계/동작은, 전자 장치(예: 도 1 및 도 2의 전자 장치(150)), 전자 장치의 적어도 하나의 프로세서(예: 도 1의 제어 회로(152), 도 4의 제어 회로(404)) 중 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다. 한 실시 예에서, 705 내지 725 동작들 중 적어도 하나가 생략되거나, 일부 동작들의 순서가 바뀌거나, 다른 동작이 추가될 수 있다.
이하에서는 전자 장치(400)에서의 동작을 예로 들어 설명하기로 한다.
705 동작에서 전자 장치(400)는 무선으로 수신된 전력 신호에 대해 제1 임피던스 매칭 회로(402)를 통해 제1 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
710 동작에서 전자 장치(400)는 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 통해 제2 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 여기서, 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 상기 복수의 임피던스 값 각각에 대응되는 복수의 회로들을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 회로들은 적어도 하나의 캐피시터 및 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하도록 구성될 수 있다. 최초 충전 시작(또는 무선 전력 수신) 시에는 디폴트 값에 따라 적어도 하나의 캐패시터가 스위칭 소자에 의해 제1 임피던스 매칭 회로(402)의 출력단과 상기 전력 변환 회로(405)(예: RF-CD 컨버터(406))의 입력단에 연결될 수 있다.
715 동작에서 전자 장치(400)는 임피던스 매칭 네트워크 모델 이용이 가능한지를 판단할 수 있다. 만일 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델 이용이 가능한 경우, 720 동작에서 전자 장치(400)는 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 값을 변경하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델은, 상기 복수의 임피던스 값들을 이용하여 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들을 순차적으로 획득하고, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들의 전력들의 비교에 근거하여, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들 중 최대 전력 신호를 식별하고, 상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 최대 전력 신호에 대응하는 임피던스 값인 상기 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값은, 상기 제2 임피던스 매칭 회로로부터 출력되는 다른 전력 신호의 전력 및 주파수 검출에 기반하여, 상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 검출된 주파수에 대한 상기 다른 전력 신호의 최대 전력을 야기하는 임피던스 값을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수가 어떠한 값을 가지는 전력 및 주파수인지를 알기 위해 전력 검출 회로 및 주파수 검출 회로에서 전력의 크기 및 주파수 값(또는 주파수 채널)에 대한 검출이 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단과 상기 전력 변환 회로(405)의 입력단 사이에서의 입력 전력 및 상기 전력 변환 회로(405)의 출력단에서의 출력 전력이 검출될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단과 상기 전력 변환 회로(405)의 입력단 사이에서의 주파수가 검출될 수 있다.
만일 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델 이용이 가능한 경우, 720 동작에서 전자 장치(400)는 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용한 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 값을 변경하도록 제어할 수 있다. 여기서, 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 값을 변경하는 동작은, 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)에 포함된 적어도 하나의 캐패시터의 단락을 스위칭하는 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력(예: PAI _IN(N)) 및 주파수(예: FAI(N))에 대응하는 매칭 정보로서 매칭 정보(예: CMN(N))가 저장되어 있는 경우, 미리 저장되어 있는 매칭 정보(예: CMN(N))는 주파수(예: FAI(N))에 대해 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 매칭 값에 해당할 수 있다. 따라서 전자 장치(400)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 주파수(예: FAI(N))를 알 수 있다면, 주파수에 대응하여 어떻게 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 값을 변경할지를 식별할 수 있다. 이에 따라 학습된 매칭 정보(예: CMN(N))에 기반하여 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 값이 변경된다면, 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서 다음 전력 신호부터는 최대 전력의 크기를 가지는 전력 신호가 출력될 수 있다.
725 동작에서 전자 장치(400)는 상기 변경된 임피던스 값에 따라 제2 임피던스 매칭된 교류 형태의 전력 신호를 배터리(408)를 위한 직류 형태의 전력으로 변환할 수 있다. 이와 같이 학습된 매칭 정보를 기반으로 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 제어하기 위한 임피던스 값을 한 번에 알 수 있으므로, 자동으로 최적의 임피던스 매칭을 통한 최대 효율의 전력 즉, 최대 전력을 획득할 수 있다. 이에 따라 RF-DC 컨버터(406)의 출력단에서도 최대 효율의 전력 신호가 출력될 수 있으며, 배터리(408)를 위한 충전 전력으로 변환하는 데 있어 최대 효율을 얻을 수 있다.
이와 같이 최대 전력을 야기하는 임피던스 값으로 제2 임피던스 매칭 회로(403)에 대한 지속적인 제어가 이루어지게 되면, 빠른 속도로 정확한 최대 전력을 획득하는 것이 가능할 수 있다. 게다가 다양한 실시 예에 따르면, 다음 충전 시에는 매칭 정보에 대응하여 저장된 주파수에 해당하는 입력 주파수의 경우에는, 임피던스 매칭을 위한 추가적인 추적 동작 없이 바로 학습된 매칭 정보를 불러와서 임피던스 매칭 하는데 이용할 수 있어, 넓은 범위의 입력 전력에 대해 최대 효율로 에너지 하베스팅을 하여 전체 시스템 효율이 증대될 수 있다. 또한 업데이트를 통해 학습된 매칭 정보를 이용하기 때문에 최대 효율을 위한 임피던스 매칭 값을 찾는데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
도 7b는 다양한 실시 예에 따른 학습 모드에서 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 7b는 도 7a에 이어지는 도면으로, 도 7a의 715 동작과 도 7b의 730 동작과의 연결 관계를 나타내기 위해'A'라고 표기할 수 있다. 도 7b는 임피던스 매칭 네트워크 모델 이용이 가능하지 않은 경우 제2 임피던스 매칭 회로(403)로부터의 검출 정보 예컨대, 주파수 및 전력 크기 각각에 기초하여 매칭 정보를 학습시키는 사전 준비 동작을 예시하고 있으며, 동작 방법은 730 내지 740 동작들을 포함할 수 있다. 이러한 동작 방법의 각 단계/동작은 학습 모드에서 수행되는 것이라고 칭할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 임피던스 매칭 네트워크 모델 이용이 가능하지 않은 경우 예를 들어, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 상기 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 매칭 정보가 없는 경우, 전자 장치(400)는 730 동작에서 상기 제2 임피던스 매칭 회로로부터 출력되는 전력 신호의 전력 및 주파수 검출할 수 있다.
735 동작에서 전자 장치(400)는 전자 장치(400)는 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 모든 조합에 따른 전력 신호들의 전력 및 주파수 검출이 완료되는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 검출된 주파수 및 전력 크기에 대해 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 N 개의 조합(또는 임피던스 값들) 중 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 값을 찾는 동작을 반복적으로(또는 순차적으로) 수행할 수 있다. 이와 같이 상기 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력 신호들로부터 검출되는 값들을 모니터링하여 모니터링 결과에 기초하여 검출된 주파수 및 전력 크기에 대응하는 매칭 정보를 학습시켜서 최대 전력을 야기하는 매칭 정보로 업데이트하는 동작을 임피던스 매칭 네트워크 모델을 학습시키는 동작이라고 할 수 있다.
740 동작에서 전자 장치(400)는 상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 검출된 주파수에 대한 전력 신호의 최대 전력을 야기하는 임피던스 값을 획득 및 학습 결과를 업데이트할 수 있다. 이에 따라 업데이트된 학습 결과가 저장될 수 있다. 예를 들어, 검출된 주파수에 대해 복수의 임피던스 값에 따른 전력 신호들을 검출할 수 있는 데, 그 중에서도 최대 전력 크기를 가지는 전력 신호가 나올 때의 임피던스 값을 검출된 주파수와 연관시켜 임피던스 매칭 네트워크 모델을 업데이트할 수 있다.
도 8은 다양한 실시 예에 따른 전력 검출 회로 및 주파수 검출 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, RF 입력에 대해 주파수 특성 상 주파수가 매우 빠르기 때문에 주파수 검출 회로(520)에서는 1/N 분주기를 사용하여 입력 주파수(예: 주파수 #1(Freq #1))를 분주할 수 있다. 이에 대응하여 전력 검출 회로(510)에서는 주파수 #1에 대해 임피던스 매칭 값 #1, 임피던스 매칭 값 #2, 임피던스 매칭 값 #3에서와 같이 서로 다른 크기의 전력을 검출할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 임피던스 매칭 값 #1, 임피던스 매칭 값 #2, 임피던스 매칭 값 #3 중 임피던스 매칭 값 #2인 경우 가장 큰 크기의 전력이 출력되는 것을 알 수 있다. 이에 따라 전력 검출 회로(510)에 의해 검출되는 복수의 전력들 중 가장 큰 크기의 전력이 나왔을 때의 임피던스 매칭 값 #2를 주파수 #1에 대한 매칭 정보로 연관시켜 학습 결과를 업데이트할 수 있다. 이와 같이 전력 검출 회로(510)에서는 RF 입력에 대해 최대의 전력을 나오게 하는 임피던스 매칭 값을 찾는 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라 향후 입력 주파수가 주파수 #1의 값을 가지는 주파수 형태로 수신되는 경우, 주파수 #1에 대응하여 저장된 임피던스 매칭 값 #2를 바로 로드하여 제2 임피던스 매칭 회로(403)를 제어하는 데 적용함으로써 복잡한 추적 과정 없이 빠른 속도로 최적의 임피던스 매칭이 가능할 수 있다. 이때, RF-DC 컨버터(406)의 출력단에서의 전력 신호에 대해서도 지속적으로 전력 검출을 수행하여, 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 전력 신호와 비교를 수행할 수도 있다. 이에 따라 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 전력 신호와 비교했을 때, 임계치 이상의 차이가 발생하는 경우 RF-DC 컨버터(406)의 이상을 검출할 수도 있다. 또는 RF-DC 컨버터(406)의 출력단에서의 전력 신호에 대한 검출을 지속적으로 수행하여, 임계치 이상의 차이가 발생하는 경우 다른 매칭 정보를 찾기 위한 동작이 수행될 수도 있다.
도 9는 다양한 실시 예에 따른 적응형 임피던스 매칭 회로의 구성을 설명하기 위한 도면(403)이다.
다양한 실시 예에 따라, 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 도 9에서와 같이 복수의 임피던스 값들(예: CMN(0),…,CMN(N)) 각각에 대응하는 복수의 회로들로 구성될 수 있으며, 복수의 회로들은 병렬(parallel)(900), 직렬(series)(910) 또는 그 조합으로 구성될 수 있으며, 이외에도 다양한 형태로 제공될 수 있다. 도 9에서는 직렬 또는 병렬로 캐패시터가 연결되는 경우를 도시하고 있으나 이러한 형태에 한정되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2 임피던스 매칭 회로(403)는 제어 회로(404)의 제어 신호에 따른 임피던스 값에 대응하여, 복수의 회로들 중 적어도 일부에 대한 온/오프를 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이 다양한 실시 예에 따라 제2 임피던스 매칭 회로(403)내의 적어도 하나의 캐패시터의 캐패시턴스 값이 변경됨에 따라 임피던스도 변경될 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자를 통해 어떠한 캐패시터의 캐패시턴스 값이 연결되도록 할지를 제어 신호에 기반하여 변경함으로써, 별도의 구성요소(elements)를 추가하지 않고 적응적으로 RF 신호의 매칭이 수행될 수 있다.
도 10은 다양한 실시 예에 따른 적응형 임피던스 매칭을 위한 스위칭 조합 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제2 임피던스 매칭 회로(403)에서 조합 가능한 예를 도시하고 있다. 일 실시 예에 따르면, 적응형 임피던스 매칭에 대한 제어는 콘볼루션 신경망(convolutional neural network)을 기반으로 수행될 수 있다. 콘볼루션 신경망은 무수히 많은 조합에 대한 처리를 병렬적으로 진행하기 때문에 그 처리 속도가 기존의 직렬적인 처리 속도에 비하여 100 내지 1000 배 이상이 될 수 있다. 이에 따라 콘볼루션 신경망 방식을 이용한다면, 적응형 임피던스 매칭을 위한 직렬, 병렬 또는 그 조합에 따라 나올 수 있는 다양한 조합에 대해 빠르게 최적 값을 찾는데 유용할 수 있다. 이외 같이 콘볼루션 신경망 방식을 이용한다면, 입력 주파수 정보(예: FAI)와 전력 정보(예:PAI _IN, PAI _OUT) 간을 다양한 조합으로 구성할 수 있으며, 각 조합에 대해 임피던스 매칭 값(예: CMN(0),…,CMN(N) 중 어느 하나)을 연관시킬 수 있다.
도 11은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 상세 동작을 설명하기 위한 흐롬도(1100)를 도시한다. 도 11에서는 적응형 임피던스 매칭 방법을 수행하기 위한 상세 동작을 예시하고 있으며, 동작 방법은 1105 내지 1195 동작들을 포함할 수 있다. 동작 방법의 각 단계/동작은, 전자 장치(예: 도 1 및 도 2의 전자 장치(150)), 전자 장치의 적어도 하나의 프로세서(예: 도 1의 제어 회로(152), 도 4의 제어 회로(404)) 중 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다. 한 실시 예에서, 1105 내지 1195 동작들 중 적어도 하나가 생략되거나, 일부 동작들의 순서가 바뀌거나, 다른 동작이 추가될 수 있다.
이하에서는 전자 장치(400)에서의 동작을 예로 들어 설명하기로 한다.
1105 동작에서 초기 전원 온 또는 최초 충전 시작 시에 제어 신호(예: CMN)에 의하여 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 임피던스 값이 디폴트 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2 임피던스 매칭 회로(403) 내부의 임피던스 값이 디폴트 값으로 셋팅될 수 있다. 이러한 디폴트 값으로의 설정 동작을 초기화 동작이라고 할 수 있다. 이어, 1110 동작에서 전자 장치(400)는 주파수 별 매칭 정보를 획득하기 위한 학습 모드로 동작할지 학습된 매칭 정보를 이용하는 동작 모드로 동작할지를 선택할 수 있다. 예를 들어, 학습된 매칭 정보를 이용하는 임피던스 매칭 네트워크 모델이 존재하는 경우에는 자동으로 동작 모드로 시작하도록 선택될 수 있으며, 다르게는 사용자 선택에 의해서도 가능할 수 있다. 이에 따라 전자 장치(400)는 1115 동작에서 동작 모드 또는 학습 모드 중 어느 모드로 동작할지를 결정할 수 있다.
동작 모드의 경우 전자 장치(400)는 1120 동작에서 주파수를 검출할 수 있다. 1125 동작에서 전자 장치(400)는 검출된 주파수(예: FAI)가 최소 주파수(예: Fmin)와 최대 주파수(예: Fmax) 사이인지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 검출된 주파수가 오차 범위 이내의 정상 주파수인지를 판단할 수 있다.
만일 검출된 주파수(예: FAI)가 최소 주파수(예: Fmin)와 최대 주파수(예: Fmax) 사이인 경우 전자 장치(400)는 1130 동작에서 주파수 채널을 선택할 수 있다. 예를 들어, 검출된 주파수(예: FAI)가 어떠한 주파수 범위 내의 주파수인지를 식별하여 동작 주파수 범위 즉, 주파수 채널을 선택할 수 있다. 이어, 1135 동작에서 전자 장치(400)는 검출된 주파수(예: FAI)에 대응하는 제어 신호(예: CMN(FAI))를 제2 임피던스 매칭 회로(403)으로 제공할 수 있다. 이후, 상기 제어 신호(예: CMN(FAI))에 대응하여 임피던스 값이 변경되므로, 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서는 다음 전력 신호의 전력 신호가 최대 전력 크기를 가지는 전력 신호로 조정되어 출력될 수 있다. 이에 따라 1140 동작에서 전자 장치(400)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 전력(예: PAI _IN) 및 주파수(예: FAI)와, RF-DC 컨버터(406)의 출력단에서의 전력(예: PAI _OUT)을 지속적으로 모니터링할 수 있다.
1145 동작에서 모니터링 결과 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 주파수(예: FAI)가 변경되는 경우 1120 동작에서 변경된 주파수에 대응하는 매칭 정보를 찾아 임피던스 매칭을 변경하는 전술한 1125 동작 내지 1145 동작을 반복 수행할 수 있다. 이와 같이 전자 장치(400)는 지속적으로(또는 순차적으로) 입력 주파수, 입력 전력 및 출력 전력에 대한 모니터링을 진행하며, 주파수가 바뀌게 되거나 출력 전력이 급작스럽게 줄어들게 되면, 제어 신호(CMN) 을 디폴트 값으로 바꾸고 다시 한번 주파수 검출을 수행하는 동작으로 되돌아가 최대 전력을 낼 수 있는 제어 신호를 다시 가져오는 동작을 수행할 수 있다.
한편, 학습 모드의 경우 전자 장치(400)는 1150 동작에서 주파수를 검출할 수 있다. 이때, 학습 모드에서는 1150 동작 내지 1160 동작은 1120 동작 내지 1130 동작과 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다만, 1160 동작에서 학습 모드의 경우에는 주파수 채널에 대한 값이 1차적으로 셋팅될 수 있다. 예를 들어, 입력 주파수(예: Freq #1)에 대해 제어 신호가 CMN(0) 값으로 설정될 수 있다. 이어, 1165 동작에서 전자 장치(400)는 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 전력(예: PAI_IN(n))을 검출할 수 있다.
1170 동작에서 만일 제2 임피던스 매칭 회로(403)의 출력단에서의 전력(예: PAI_IN(n))이 이전 전력(PAI _IN(n-1)보다 크게 되었는지를 판단할 수 있다. 만일 이전 전력(PAI_IN(n-1)보다 크지 않은 경우 1180 동작에서 현재의 제어 신호(예: CMN(n))가 최대 제어 신호(예: CMN(max))보다 작은 지를 판단할 수 있다. 1180 동작은 모든 스위칭 조합에 대해 전력 크기 비교 과정이 완료되었는지를 판단하는 동작일 수 있다. 만일 현재의 제어 신호(예: CMN(n))가 최대 제어 신호(예: CMN(max))보다 작은 경우 1185 동작에서 다음 차례의 임피던스 값에 해당하는 전력 크기 비교를 위해 현재의 제어 신호(예: CMN(n))의 값을 증가시킬 수 있다. 이렇게 함으로써 제어 신호 즉, 임피던스 값은 순차적으로 하나씩 변경될 수 있다. 이와 같이 제2 임피던스 매칭 회로(403)에 대한 직렬, 병렬 또는 그 조합이 모두 충족될 때까지 임피던스 값은 변경될 수 있다.
이후, 1180 동작에서 현재의 제어 신호(예: CMN(n))가 최대 제어 신호(예: CMN(max))보다 작지 않은 경우 즉, 모든 스위치 조합에 대한 전력 크기 비교 동작이 수행된 경우 전자 장치(400)는 1190 동작에서 현재 주파수 채널에 대해 검출된 주파수(예: FAI), 검출된 전력(예: PAI _IN(n)), 제어 신호(또는 임피던스 값) (예: CMN(n))을 연관시켜 학습 결과를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 검출된 주파수에 대해 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 값을 제2 임피던스 매칭 회로(403)에 인가하기 위한 제어 신호에 대응되도록 연관시킬 수 있다. 이와 같은 학습의 결과로 임피던스 매칭 값과 해당 전력 및 주파수에 대한 최적 값이 학습될 수 있으며, 1195 동작에서 저장 완료에 대응하여 학습 모드가 종료될 수 있다.
도 12는 다양한 실시 예에 따른 적응형 임피던스 매칭을 통해 변화하는 매칭 포인트에 대한 이미지를 예시한 도면이다.
다양한 실시 예에 따르면, 임피던스 매칭이 되었을 때 도 12에 도시된 바와 같이 S11 이 최적점이 되는 포인트로 갈 수 있는 것을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있다. 초기 1205에서 시작점 A 에서의 포인트 값이 S11 값일 때, 이를 중심으로 1210으로부터 1225에 이르기까지 직렬 캐패시턴스 값을 증가시킬 경우 포인트는 A 지점으로부터 원을 따라 B 지점까지 이동할 수 있다. 또한 다시 B 지점에서 병렬 캐패시턴스 값을 증가시킬 경우에는 원을 따라 최종 매칭 포인트인 C 지점에 도달할 수 있다.
도 13은 다양한 실시 예에 따른 적응형 임피던스 매칭에 따른 주파수 특성을 도시한 도면이다.
도 13에서는 무선 전력 수신 주파수인 5.8 ㎓ 대역의 전력 신호에서 최대 전력을 야기할 수 있는 임피던스 매칭 값을 찾았을 때의 주파수 특성을 예시하고 있다. 도 13에서는 도 12의 매칭 포인트 각각에서 반사 계수인 S11 값을 로그 스케일로 변환했을 경우의 특성을 예시하고 있다. 스미스 챠트의 중심 지점에서 임피던스 매칭된 경우의 S11 반사 계수 값은 가장 낮게(1310) 나타나며 해당 부분에서 입력에 대해 가장 큰 전력이 인가되는 경우를 확인할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시 예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나," 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시 예는 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서,‘비일시적’은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시 예에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체는, 상기 명령들은 적어도 하나의 회로에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 회로로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은, 복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 상기 제2 임피던스 매칭 회로를 통해 제2 임피던스 매칭을 수행하는 동작, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용한 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하는 동작 및 상기 변경된 임피던스 값에 따라 제2 임피던스 매칭된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하는 동작을 포함할 수 있다.
그리고 본 명세서와 도면에 발명된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예에 따른 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 실시 예의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 다양한 실시 예의 범위는 여기에 발명된 실시 예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시 예의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 전자 장치에 있어서,
    무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 수신된 전력 신호에 대해 제1 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 매칭 회로;
    복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 제2 임피던스 매칭을 수행하는 제2 임피던스 매칭 회로;
    상기 제2 임피던스 매칭 회로에서 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하는 제어 회로; 및
    상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 상기 변경된 임피던스 값에 따라 다시 제2 임피던스 매칭하여 생성된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하는 전력 변환 회로를 포함하며,
    상기 임피던스 매칭 네트워크 모델은,
    상기 복수의 임피던스 값들을 이용하여 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들을 순차적으로 획득하고,
    상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들의 전력들의 비교에 근거하여, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들 중 최대 전력 신호를 식별하고,
    상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 최대 전력 신호에 대응하는 임피던스 값인 상기 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 임피던스 매칭 회로는,
    상기 복수의 임피던스 값 각각에 대응되는 복수의 회로들을 포함하며,
    상기 복수의 회로들은 적어도 하나의 캐패시터 및 상기 적어도 하나의 캐패시터의 단락을 스위칭하는 적어도 하나의 스위치를 포함하도록 구성된, 전자 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 제2 임피던스 매칭 회로의 출력단과 상기 전력 변환 회로의 입력단 사이에서의 입력 전력 및 상기 전력 변환 회로의 출력단에서의 출력 전력을 검출하는 전력 검출 회로; 및
    상기 제2 임피던스 매칭 회로의 출력단과 상기 전력 변환 회로의 입력단 사이에서의 주파수를 검출하는 주파수 검출 회로를 포함하는, 전자 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 전자 장치에 있어서,
    무선으로 전력 신호를 수신하는 안테나;
    상기 전력 신호에 대해 제1 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 매칭 회로;
    복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 제2 임피던스 매칭하도록 구성된 제2 임피던스 매칭 회로;
    적어도 하나의 프로세서; 및
    인스트럭션들을 포함하는 메모리를 포함하고, 상기 인스트럭션들은 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 전자 장치가,
    상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하고,
    상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 상기 변경된 임피던스 값에 따라 다시 제2 임피던스 매칭하여 생성된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하며,
    상기 임피던스 매칭 네트워크 모델은,
    상기 복수의 임피던스 값들을 이용하여 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들을 순차적으로 획득하고,
    상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들의 전력들의 비교에 근거하여, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들 중 최대 전력 신호를 식별하고,
    상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 최대 전력 신호에 대응하는 임피던스 값인 상기 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 전자 장치에서 적응형 임피던스 매칭을 수행하기 위한 방법에 있어서,
    무선으로 수신된 전력 신호에 대해 제1 임피던스 매칭 회로에서 제1 임피던스 매칭을 수행하는 동작;
    복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 제2 임피던스 매칭 회로에서 제2 임피던스 매칭을 수행하는 동작;
    상기 제2 임피던스 매칭 회로에서 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하는 동작; 및
    상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 상기 변경된 임피던스 값에 따라 다시 제2 임피던스 매칭하여 생성된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하는 동작을 포함하며,
    상기 임피던스 매칭 네트워크 모델은,
    상기 복수의 임피던스 값들을 이용하여 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들을 순차적으로 획득하고,
    상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들의 전력들의 비교에 근거하여, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들 중 최대 전력 신호를 식별하고,
    상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 최대 전력 신호에 대응하는 임피던스 값인 상기 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 설정되는 적응형 임피던스 매칭을 수행하기 위한 방법.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서, 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하는 동작은,
    상기 제2 임피던스 매칭 회로에 포함된 적어도 하나의 캐패시터의 단락을 스위칭하는 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작을 포함하는, 적응형 임피던스 매칭을 수행하기 위한 방법.
  18. 삭제
  19. 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 회로에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 회로로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은,
    무선으로 수신된 전력 신호에 대해 제1 임피던스 매칭 회로에서 제1 임피던스 매칭을 수행하는 동작;
    복수의 임피던스 값들 중 어느 하나의 임피던스 값을 이용하여, 상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 제2 임피던스 매칭 회로에서 제2 임피던스 매칭을 수행하는 동작;
    상기 제2 임피던스 매칭 회로에서 제2 임피던스 매칭된 전력 신호의 전력 및 주파수에 대응하여, 임피던스 매칭 네트워크 모델을 이용하여 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 제어하는 동작; 및
    상기 제1 임피던스 매칭된 전력 신호에 대해 상기 변경된 임피던스 값에 따라 다시 제2 임피던스 매칭하여 생성된 교류 형태의 전력 신호를 배터리를 위한 직류 형태의 전력으로 변환하는 동작을 포함하며,
    상기 임피던스 매칭 네트워크 모델은,
    상기 복수의 임피던스 값들을 이용하여 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들을 순차적으로 획득하고,
    상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들의 전력들의 비교에 근거하여, 상기 제2 임피던스 매칭된 전력 신호들 중 최대 전력 신호를 식별하고,
    상기 복수의 임피던스 값들 중 상기 최대 전력 신호에 대응하는 임피던스 값인 상기 학습된 임피던스 값으로 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 임피던스 값을 변경하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 저장 매체.
  20. 삭제
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