KR20110066827A - 휴대기기 및 그것의 배터리 충전 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 휴대기기는 전자기 유도 방식을 통해 제 1 전원 신호를 수신하는 근거리 안테나, 자기 공명 방식을 통해 제 2 전원 신호를 수신하는 원거리 안테나, 제 1 전원 신호로부터 전원을 생성하는 제 1 전원 생성 회로, 및 제 2 전원 신호로부터 전원을 생성하는 제 2 전원 생성 회로, 및 상기 생성된 전원을 통해 충전되는 배터리를 포함한다.
Description
본 발명은 휴대기기에 관한 것으로서, 특히 안테나를 통해 배터리를 충전하는 휴대기기 및 그것의 배터리 충전 방법에 관한 것이다.
휴대기기는 사용자에 의해 휴대되어 어디에서나 간편하게 이용할 수 있다는 장점을 갖는다. 이러한 휴대기기는 예를 들어, 휴대폰, 스마트폰, 개인 정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대용 미디어 플레이어(PMP: Portable Media Player), 디지털 오디오 플레이어(DAP: Digital Audio Player), 노트북, 넷북, 카메라, 캠코더, 및 전자책(e-book) 등을 포함한다. 휴대기기에는 동작 전원을 공급받기 위한 배터리가 내장되거나 부착된다.
배터리는 일정한 용량을 가지고 있으며, 정해진 용량 내에서 배터리의 충전이 가능하다. 만약, 배터리에 충전된 전원이 소진되면, 배터리를 사용하는 휴대기기는 정상적으로 동작할 수 없게 된다.
따라서 휴대기기의 배터리를 충전하는 방식 중의 하나로 접점 방식이 있다. 접점 방식은 배터리의 플러스/마이너스 단자와 충전기의 플러스/마이너스 단자를 상호 간에 접촉시켜 배터리를 충전한다. 하지만, 이러한 접점 방식은 단자에 이물질이 존재하거나, 단자가 부식된 경우 배터리를 정상적으로 충전시킬 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 비접점 방식으로 배터리를 충전하는 휴대기기 및 그것의 배터리 충전 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 충전기기와의 이격 거리에 관계없이 안테나를 통해 배터리를 충전할 수 있는 휴대기기 및 그것의 배터리 충전 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 휴대기기는 전자기 유도 방식을 통해 제 1 전원 신호를 수신하는 근거리 안테나, 자기 공명 방식을 통해 제 2 전원 신호를 수신하는 원거리 안테나, 상기 제 1 전원 신호로부터 전원을 생성하는 제 1 전원 생성 회로, 상기 제 2 전원 신호로부터 전원을 생성하는 제 2 전원 생성 회로, 및 상기 생성된 전원을 통해 충전되는 배터리를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 근거리 안테나와 상기 원거리 안테나는 내장형 안테나이다.
이 실시예에 있어서, 상기 근거리 안테나는 상기 휴대기기 표면에 평행한 권선 방향을 갖는 중계기 코일을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 근거리 안테나는 상기 제 1 중계기 코일과 직교하는 제 2 중계기 코일을 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 원거리 안테나는 루프 안테나를 포함함을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 루프 안테나는 산업, 과학, 및 의료 대역의 주파수를 통해 전원 신호를 수신한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 전원 생성 회로는 상기 제 1 전원 신호를 직류의 전원으로 변환하는 제 1 정류기, 상기 전원에 포함된 리플을 제거하는 제 1 전압 조절기, 및 상기 배터리의 충전 상태를 나타내는 제 1 충전 상태 제어 신호를 발생하고, 제 1 충전 인에이블 신호에 응답하여 상기 리플이 제거된 전원을 배터리에 제공하는 제 1 보호기를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 2 전원 생성 회로는 상기 전원 신호로부터 클록 신호를 발생하는 클록 생성기, 상기 제 2 전원 신호를 직류의 전원으로 변환하는 제 2 정류기, 상기 전원에 포함된 리플을 제거하는 제 2 전압 조절기, 상기 배터리의 충전 상태를 나타내는 제 2 충전 상태 신호를 발생하고, 충전 인에이블 신호에 응답하여 상기 리플이 제거된 전원을 배터리에 제공하는 제 2 보호기, 및 상기 전원 신호로부터 주파수 신호를 발생하는 전압/주파수 변환 회로를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 충전 상태 신호에 근거하여 제 1 충전 인에이블 신호를 생성하고, 상기 제 2 충전 상태 신호에 근거하여 제 2 충전 인에이블 신호를 생성하는 신호 생성 회로를 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 신호 생성 회로는 상기 제 1 충전 인에이블 신호와 상기 제 2 충전 인에이블 신호를 발생하고, 상기 클록 신호를 수신하고, 상기 충전기기에 상기 휴대기기의 인증을 위한 인증 메시지를 발생하는 충전 제어기, 상기 인증 메시지를 인코딩하는 인코더, 및 상기 인코딩된 인증 메시지를 상기 주파수 신호에 대응되도록 변조하여 상기 원거리 안테나를 통해 송신하는 변조기를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 인증 메시지는 상기 휴대기기의 식별자 정보를 포함한다.
본 발명에 따른 휴대기기의 배터리 충전 방법은 충전기기와의 이격 거리에 따라 근거리 안테나와 원거리 안테나 중 적어도 하나의 안테나를 통해 전원 신호를 수신하는 단계, 상기 전원 신호를 직류의 전원으로 변환하는 단계, 상기 직류 변환된 전원의 리플을 제거하는 단계, 및 배터리의 충전 상태를 고려하여 리플이 제거된 전원을 배터리로 제공하는 단계를 포함하고, 상기 근거리 안테나는 전자기 유도 방식을 사용하고, 상기 원거리 안테나는 자기 공명 방식을 사용한다.
이 실시예에 있어서, 상기 전원 신호를 수신하는 단계는 휴대기기의 표면에 평행한 권선 방향을 갖는 적어도 하나의 중계기 코일로 구성된 근거리 안테나를 통해 전원 신호를 수신한다.
이 실시예에 있어서, 상기 중계기 코일들 중 제 1 중계기 코일은 다른 제 2 중계기 코일과 상호 간에 직교한다.
이 실시예에 있어서, 상기 전원 신호를 수신하는 단계는 루프 코일로 구성된 원거리 안테나를 통해 전원 신호를 수신한다.
이 실시예에 있어서, 상기 충전기기로 상기 휴대기기의 인증을 위한 인증 메시지를 송신하는 단계를 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 인증 메시지는 상기 제 2 전원 신호로부터 획득된 주파수로 변조하여 송신한다.
이 실시예에 있어서, 상기 충전기기로 상기 배터리의 충전 상태를 고려하여 상기 제 1 전원 신호와 상기 제 2 전원 신호 중 하나의 전원 신호의 제공을 요청하는 충전 요청 메시지를 송신하는 단계를 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 충전 요청 메시지를 상기 제 2 전원 신호로부터 획득된 주파수로 변조하여 송신한다.
본 발명에 의하면, 본 발명에서 제안된 휴대기기는 충전기기로부터 비접점 방식으로 배터리를 충전할 수 있다. 또한 본 발명에서 제안된 휴대기기는 충전기기와의 이격 거리에 관계없이 안테나를 통해 배터리를 충전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대기기 충전 시스템을 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 충전기기 충전 코일들과 휴대기기의 안테나들을 도시한 도면,
도 3은 도 1에 예시적으로 도시된 휴대기기의 구조를 도시한 도면,
도 4는 도 3에 도시된 제 1 전원 생성 회로의 구조를 예시적으로 도시한 도면,
도 5는 도 3에 도시된 제 2 전원 생성 회로의 구조를 예시적으로 도시한 도면,
도 6은 도 3에 도시된 신호 생성 회로를 예시적으로 도시한 도면,
도 7은 도 1에 도시된 휴대기기에서 전자기 유도 방식으로 전원 신호를 수신하는 동작을 개략적으로 도시한 도면, 및
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 신호들을 수신하는 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 충전기기 충전 코일들과 휴대기기의 안테나들을 도시한 도면,
도 3은 도 1에 예시적으로 도시된 휴대기기의 구조를 도시한 도면,
도 4는 도 3에 도시된 제 1 전원 생성 회로의 구조를 예시적으로 도시한 도면,
도 5는 도 3에 도시된 제 2 전원 생성 회로의 구조를 예시적으로 도시한 도면,
도 6은 도 3에 도시된 신호 생성 회로를 예시적으로 도시한 도면,
도 7은 도 1에 도시된 휴대기기에서 전자기 유도 방식으로 전원 신호를 수신하는 동작을 개략적으로 도시한 도면, 및
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 신호들을 수신하는 안테나 구조를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 비접점 방식으로 배터리 전원을 충전하는 휴대기기 및 그것의 배터리 충전 방법을 제공한다. 본 발명의 휴대기기는 배터리를 비접점 방식으로 충전하기 위해 안테나를 사용한다고 가정한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대기기 충전 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 휴대기기 충전 시스템은 충전기기(100)와 휴대기기(200)를 포함한다.
충전기기(100)는 휴대기기(200)의 충전을 위한 전원 신호를 발생한다. 충전기기(100)는 휴대기기(200)의 배터리를 충전하기 위해 전원 신호를 발생한다. 충전기기(100)는 전원 신호를 통해 무접점 방식으로 휴대기기의 배터리를 충전시킬 수 있다. 충전기기(100)는 전원 신호의 발생을 위한 충전코일을 포함한다.
휴대기기(200)는 사용자 기기이고, 배터리로부터 공급된 동작 전원으로 동작한다. 휴대기기(200)는 동작 전원을 공급받기 위한 배터리를 내부에 포함하거나, 부착될 수 있다. 휴대기기(200)는 충전기기(100)로부터 수신된 전원 신호를 사용하여 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명에서 휴대기기(200)는 전원 신호를 수신하기 위한 적어도 두 개의 안테나(210, 220)를 구비할 수 있다. 휴대기기(200)는 충전기기(100)와의 거리를 고려하여 안테나들(210, 220) 각각에서 서로 다른 방식으로 전원 신호를 수신할 수 있다.
충전기기(100)와 가까운 곳, 일예로 충전 코일의 표면에 위치한 휴대기기(200)는 제 1 안테나(210)를 사용할 수 있다. 제 1 안테나(210)는 전자기 유도 방식을 통해서 전원 신호를 수신한다. 여기서, 전자기 유도 방식은 근접한 코일들 간에 발생된 전원 신호를 사용하여 배터리를 충전하는 방식이다. 제 1 안테나(210)는 전자기 유도 방식의 전원 신호 수신을 위한 중계기 코일을 포함한다. 또한, 제 1 안테나(210)는 충전 코일의 표면(또는 휴대기기의 표면)에 평행하도록 서로 다른 권선 방향을 갖는 두 개 이상의 중계기 코일을 포함할 수도 있다.
충전기기(100)와 먼 곳에 위치한 휴대기기(200)는 제 2 안테나(220)를 사용할 수 있다. 제 2 안테나(220)는 자기 공명 방식을 통해서 전원 신호를 수신한다. 여기서, 자기 공명 방식은 특정 주파수 대역에서 공명하는 전자기파 형태의 전원 신호를 동일한 주파수로 공명하는 안테나로 수신하여 배터리를 충전하는 방식이다. 일예로, 제 2 안테나(220)는 자기 공명 방식의 전원 신호 수신을 위한 루프 코일을 포함한다.
본 발명에서 휴대기기(100)는 충전기기(100)로부터 안테나를 통해 전원 신호를 수신함으로서 무접점 방식으로 신호를 수신할 수 있다. 또한, 휴대기기(200)는 충전기기(100)와의 거리에 따라서 적합한 안테나를 사용함으로 인해 충전기기(100)와의 이격 거리에 관계없이 배터리를 충전할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 충전기기 충전 코일들과 휴대기기의 안테나들을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 충전기기(100)는 충전 코일들(110, 120)을 포함하고, 휴대기기(200)는 안테나들(210, 220)을 포함한다.
제 1 충전 코일(110)은 전자기 유도 방식의 전원 신호를 발생한다.
제 1 안테나(210)는 제 1 충전 코일(110)과 상호 간에 인덕티브 커플링된다. 여기서, 인덕티브 커플링은 제 1 충전 코일(110)로부터 제 1 안테나(210)로 자기장을 통해 전원 신호(전기 에너지)를 이동시킨다. 제 1 안테나(210)는 제 1 충전 코일(110)에서 발생된 전원 신호를 수신한다. 제 1 안테나(210)는 권선 형태를 갖는 중계기 코일을 포함할 수 있다. 제 1 안테나(210)는 제 1 충전 코일(110)의 표면에 평행한 권선 방향을 갖는 중계기 코일을 포함하여야만 전원 전송이 효율적으로 이루어질 수 있다. 제 1 안테나를 통해 수신된 전원 신호는 유도 주파수를 갖는다. 일예로, 유도 주파수는 100KHz-300KHz 대역의 주파수를 포함한다.
전자기 유도 방식의 제 1 충전 코일(110)과 제 1 안테나(210)는 인턱티브 커플링을 위해 상호 간에 인접하여야 한다. 따라서 제 1 충전 코일(110)과 제 1 안테나(210)는 근거리에서 전원 전송 효율이 우수하다.
또한, 제 1 안테나(210)가 적어도 두 개의 중계기 코일을 포함할 수 있다. 제 1 안테나(210)의 중계기 코일들 각각은 x, y, z 면 중 하나의 면을 기준으로 하는 권선 방향을 가질 수 있다. 따라서 제 1 안테나(210)의 중계기 코일들은 상호 간에 직교하는 구조를 갖는다.
제 2 충전 코일(120)은 자기 공명 방식의 전원 신호를 발생한다.
제 2 안테나(220)는 제 2 충전 코일(120)에서 발생된 공명 주파수에 공진된다. 제 2 안테나(220)는 미리 설정된 공명 주파수에 공진되는 루프 코일을 포함할 수 있다. 일예로, 공명 주파수는 산업 과학 의료(ISM: Industrial, Scientific and Medical) 주파수 대역의 주파를 포함한다. 일예로, 공명 주파수는 900Mhz(902-928Mhz), 2.4GHz(2.4-2.497GHz), 또는 5.7GHz(5.15-5.825GHz)의 ISM 주파수 대역을 포함한다.
자기 공명 방식의 제 2 충전 코일(120)과 제 2 안테나(220)는 제 1 충전 코일(110)과 제 1 안테나(210)에 비해 원거리에서 전원 신호를 전송할 수 있다. 또한, 제 2 충전 코일(120)과 제 2 안테나(220)는 전자기 유도 방식을 사용하는 제 1 충전 코일(110)과 제 1 안테나(210)의 거리적 한계를 극복할 수 있다.
한편, 제 2 안테나(220)는 제 2 충전 코일(120)과 데이터 신호를 송수신할 수도 있다. 이를 위해, 제 2 충전 코일(120)은 루프 코일로 구성될 수 있고, 충전기기(100)의 안테나 기능을 가질 수 있다.
제 1 안테나(210)와 제 2 안테나(220)는 휴대기기(200) 내부에 내장된 안테나, 즉 인테나(Intenna) 형태로 구현될 수 있다. 또한, 제 2 안테나(220)로 루프 안테나가 사용되고, 제 1 안테나(210)로 중계기 코일이 사용되면, 루프 안테나 내부에 중계기 코일이 위치할 수 있다.
그러므로 본 발명에서는 적어도 두 가지 방식을 통해 전원 신호를 송수신함으로서 충전기기(100)와 휴대기기(200) 간의 이격 거리에 관계없이 휴대기기(200)의 배터리를 충전할 수 있다.
도 3은 도 1에 예시적으로 도시된 휴대기기의 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 휴대기기(200)는 제 1 안테나(210), 제 2 안테나(220), 제 1 전원 생성 회로(230), 제 2 전원 생성 회로(240), 신호 생성 회로(250), 배터리(260), 및 코어(270)를 포함한다.
제 1 안테나(210)는 충전기기(100)로부터 전자기 유도 방식을 통해 제 1 전원 신호(RPO1)를 수신한다. 제 1 안테나(210)는 적어도 하나의 중계기 코일을 포함한다. 이때, 중계기 코일이 적어도 두 개인 경우, 제 1 안테나(210)에 포함된 중계기 코일들은 상호 간에 직교하는 구조를 갖는다.
제 2 안테나(220)는 충전기기(100)로부터 자기 공명 방식을 통해 제 2 전원 신호(RPO2)를 수신한다. 제 2 안테나(220)는 루프 코일을 포함한다. 이때, 루프 코일은 충전기기의 전원 신호의 공진 주파수에 공진하도록 구성된다. 또한, 제 2 안테나(220)는 휴대기기(200)와 데이터 신호를 송수신할 수도 있다.
제 1 전원 생성 회로(230)는 수신된 제 1 전원 신호(RPO2)로부터 배터리의 충전 상태를 제어하기 위한 제 1 배터리 상태 신호(STA1)를 수신한다. 여기서 수신된 제 1 전원 신호(RPO1)는 교류 신호이다. 제 1 전원 생성 회로(230)는 제 1 배터리 상태 신호(STA1)을 신호 생성 회로(250)로 제공한다.
제 1 전원 생성 회로(230)는 제 1 안테나(210)로부터 수신된 교류의 전원 신호(RPO1)를 직류의 전원(PO)으로 변환한다. 제 1 전원 생성 회로(230)는 신호 생성 회로부터 제공되는 제 1 충전 인에이블 신호(EN1)에 응답하여 배터리(260)로 전원(PO)을 공급한다.
제 2 전원 생성 회로(240)는 수신된 제 2 전원 신호(RPO2)로부터 충전을 위한 제어 신호들을 전송하기 위한 주파수 신호(FR)와 클록 신호(CLK)를 발생하고, 배터리 충전 상태를 제어하기 위한 제 2 배터리 상태 신호(STA2)를 발생한다. 여기서 수신된 전원 신호(RPO2)는 교류 신호이다. 제 2 전원 생성 회로(240)는 주파수 신호(FR), 제 2 배터리 상태 신호(STA2), 및 클록 신호(CLK)를 신호 생성 회로(250)로 제공한다.제 2 전원 생성 회로(240)는 제 2 안테나(220)로부터 수신된 교류의 전원 신호(RPO2)를 직류의 전원(PO)으로 변환한다. 제 2 전원 생성 회로(240)는 신호 생성 회로(250)에서 제공되는 제 2 충전 인에이블 신호(EN2)에 응답하여 배터리(260)로 전원(PO)을 공급한다.
신호 생성 회로(250)는 제 1 배터리 상태 신호(STA1)에 응답하여 제 1 충전 인에이블 신호(EN1)를 발생하거나 제 2 배터리 상태 신호(STA2)에 응답하여 제 2 충전 인에이블 신호(EN2)를 발생한다. 신호 생성 회로(250)는 제 1 배터리 상태 신호(STA1)에 의해 배터리(260)의 충전 상태를 확인한다. 배터리(260)의 충전이 완료되지 않은 경우, 신호 생성 회로(250)는 제 1 충전 인에이블 신호(EN1)를 발생한다. 또한 신호 생성 회로(250)는 제 2 배터리 상태 신호(STA2)에 의해 배터리(260)의 충전 상태를 확인한다. 배터리(260)의 충전이 완료되지 않은 경우, 신호 생성 회로(250)는 제 2 충전 인에이블 신호(EN2)를 발생한다.
신호 생성 회로(250)는 충전기기(100)로부터 제 1 전원 신호(RPO1) 또는 제 2 전원 신호(RPO2)를 제공받기 위한 인증 메시지(AUD_MSG) 또는 충전 요청 메시지(CHA_MSG)를 생성한다. 신호 생성 회로(250)는 제 2 안테나를 통해 인증 메시지(AUD_MSG) 또는 충전 요청 메시지(CHA_MSG)를 송신할 수 있다. 인증 메시지(AUD_MSG)는 충전기기(100)로부터 휴대기기(200)의 배터리 충전을 인증하기 위해 송신하는 메시지이고, 충전 요청 메시지(CHA_MSG)는 배터리 충전을 위한 전원 신호 송신을 요청하는 메시지이다.
배터리(260)는 전원 셀들을 포함하고 있으며, 제 1 전원 생성 회로(230) 또는 제 2 전원 생성 회로(240)로부터 제공되는 전원(PO)을 전원 셀들 각각에 저장한다. 즉, 배터리(240)는 전원 생성 회로(230)로부터 제공되는 전원(PO)에 의해 충전된다.
코어(270)는 휴대기기의 종류 또는 기능에 따라 필요한 모듈들을 포함할 수 있다. 코어(270)는 배터리(260)로부터 제공되는 전원에 의해 동작한다.
도 4는 도 3에 도시된 제 1 전원 생성 회로의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 전원 생성 회로(230)는 정류기(231), 전압 조절기(232), 및 보호기(233)를 포함한다.
정류기(231)는 수신된 제 1 전원 신호(RPO1)를 직류의 제 1 전원(PO1')으로 변환한다. 정류기(231)는 동기식 정류기일 수 있다.
전압 조절기(232)는 정류된 제 1 전원(PO1')에 포함된 리플을 감소시켜 출력한다.
보호기(233)는 배터리(260)의 과부하를 제어하기 위한 보호기이다. 보호기(234)는 배터리(260)의 충전 상태를 검출하고, 충전 상태 검출에 따른 제 1 충전 상태 신호(STA1)를 발생한다. 보호기(233)는 제 1 충전 상태 신호(STA1)에 대응하여 제 1 충전 인에이블 신호(EN1)를 수신한다. 보호기(232)는 제 1 충전 인에이블 신호(EN1)에 응답하여 리플을 감소시킨 전원(PO)을 배터리로 제공한다.
도 5는 도 3에 도시된 제 2 전원 생성 회로의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제 2 전원 생성 회로(240)는 클록 생성기(241), 제 2 정류기(242), 제 2 전압 조절기(243), 제 2 보호기(244), 및 전압/주파수 변환기(235)를 포함한다.
클록 생성기(241)는 수신된 제 2 전원 신호(RPO2)로부터 휴대기기(200)와 충전기기(100)의 동기를 위한 클록(CLK) 신호를 생성한다. 여기서, 클록 생성기(241)는 제 1 전원 생성 회로(230)에 포함될 수도 있다.
제 2 정류기(242)는 수신된 제 2 전원 신호(RPO2)를 직류의 제 2 전원(PO2')으로 변환한다. 제 2 정류기(242)는 동기식 정류기일 수 있다.
제 2 전압 조절기(243)는 정류된 제 2 전원(PO')에 포함된 리플을 감소시켜 출력한다.
제 2 보호기(244)는 배터리(260)의 과부하를 제어하기 위한 보호기이다. 제 2 보호기(244)는 배터리(260)의 충전 상태를 검출하고, 충전 상태 검출에 따른 제 2 충전 상태 신호(STA2)를 발생한다. 제 2 보호기(234)는 제 2 충전 상태 신호(STA2)에 대응하여 충전 인에이블 신호(EN2)를 수신한다. 제 2 보호기(244)는 충전 인에이블 신호(EN)에 응답하여 리플을 감소시킨 전원(PO)을 배터리로 제공한다.
전압/주파수 변환기(235)는 전압/주파수 변환에 의해 수신된 전원 신호로부터 주파수 신호(FR)를 발생한다.
도 6은 도 3에 도시된 신호 생성 회로를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 신호 생성 회로(250)는 충전 제어기(251), 인코더(252), 및 변조기(253)를 포함한다.
충전 제어기(251)는 휴대기기(200)가 충전기기(100)로부터 전원 제공이 가능한 휴대기기(200)인지 인증을 하기 위한 인증 메시지(AUD_MSG)를 생성한다. 인증 메시지(AUD_MSG)는 휴대기기(200)의 기기 식별자(ID)(일예로, 매체 접근 제어(MAC: Medium Access Control) 어드레스)를 포함한다.
충전기기(100)와 인증을 통해 휴대기기(200)의 충전 동작이 개시되면, 충전 제어기(251)는 제 1 충전 상태 신호(STA1) 또는 제 2 충전 상태 신호(STA2)를 수신한다.제 2 충전 상태 신호(STA2)를 수신할 수 있다. 충전 제어기(251)는 제 1 충전 상태 신호(STA1) 또는 제 2 충전 상태 신호(STA2)를 통해 현재 배터리(260)의 충전 상태를 확인한다. 충전 제어기(251)는 제 1 충전 상태 신호(STA1)에 응답하여 배터리 충전을 위한 제 1 충전 인에이블 신호(EN1)를 발생하고, 제 2 충전 상태 신호(STA2)에 응답하여 배터리 충전을 위한 제 2 충전 인에이블 신호(EN2)를 발생한다. 충전 제어기(251)는 제 1 인에이블 신호(EN1)를 제 1 보호기(233)로 출력하거나 제 2 인에이블 신호(EN2)를 제 2 보호기(244)로 출력한다. 충전 제어기(251)는 배터리(260)로 제공되는 전원(PO)의 공급 또는 차단을 제어한다.
충전 제어기(251)는 제 1 충전 상태 신호(STA1) 또는 제 2 충전 상태 신호(STA2)에 따라 배터리(260)의 충전이 요구되면, 충전기기(100)로 송신할 충전 요청 메시지(CHA_MSG)를 생성한다. 충전 제어기(251)는 충전 요청 메시지(CHA_MSG)를 통해 충전기기(100)로부터 전원 신호의 제공을 요청할 수 있다.
충전 제어기(251)는 인증 메시지(AUD_MSG)와 충전 요청 메시지(CHA_MSG)를 일예로, 프리앰블 영역, 고유 인식 코드 영역, 데이터 영역을 포함하는 패킷 데이터 형태로 생성할 수 있다.
인코더(252)는 충전 제어기(251)를 통해 생성된 메시지, 일예로, 인증 메시지(AUD_MSG)와 충전 요청 메시지(CHA_MSG)를 미리 설정된 인코딩 방식으로 인코딩한다.
변조기(253)는 인코딩된 메시지의 송신을 위해 주파수 신호로 변조한다. 변조기(253)는 변조를 위해 전원 신호(RPO)로부터 검출된 주파수 신호(FR)를 수신하고, 인코딩된 메시지를 주파수 신호(FR)에 의해 변조한다. 변조기(253)는 일예로, 진폭 쉬프트 키잉(ASK: Amplitude Shift Keying) 변조 방식을 사용할 수 있다. 변조기(253)는 변조된 메시지 신호를 제 2 안테나(220)를 통해 충전기기(100)로 송신한다.
도 6은 도 1에 도시된 휴대기기에서 전자기 유도 방식으로 전원 신호를 수신하는 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 휴대기기(200)는 전자기 유도 방식으로 전원 신호를 수신하기 위해 충전기기(100)의 충전 코일 표면에 평행한 중계기 코일들을 포함한다.
휴대기기(200)의 제 1 안테나(210)는 일예로, 중계기 코일은 충전 코일의 표면에 평행하도록 복수개를 포함한다. 즉, 충전 코일의 권선면과 평행한 복수의 중계기 코일을 포함한다. 따라서, 충전 코일 상에서 휴대기기(200)의 위치에 관계없이 전자기 유도 방식의 전원 신호 수신 성능이 저하되지 않는다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 신호들을 수신하는 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 스마트 카드(300)는 제 1 안테나(310), 제 2 안테나(320), 집적 회로(IC) 칩(330)을 포함한다.
스마트 카드(300)는 휴대기기에 삽입될 수 있다. 휴대기기가 전원 신호 수신을 위한 별도의 안테나들을 구비하지 않을 수 있다. 이때, 내부에 제 1 안테나(310)와 제 2 안테나(320)를 포함한 스마트 카드(300)를 휴대기기에 장착하여 사용할 수 있다.
제 1 안테나(310)는 근거리에서 전원 신호를 수신하기 위한 안테나이다. 제 1 안테나(310)는 전자기 유도 방식으로 전원 신호를 수신한다. 여기서 제 1 안테나(310)는 중계기 코일을 포함한다.
제 2 안테나(320)는 원거리에서 전원 신호를 수신하기 위한 안테나이다. 제 2 안테나(320)는 자기 공명 방식으로 전원 신호를 수신한다. 여기서 제 2 안테나(320)는 루프 코일을 포함한다.
도 7에서, 휴대기기에 삽입되는 스마트 카드에 본 발명에서 제안된 안테나들(근거리 통신하는 제 1 안테나(310)와 원거리 통신하는 제 2 안테나(320))을 구현하였다. 하지만, 본 발명에서 제안된 안테나들은 휴대기기에 삽입될 수 있는 보안 디지털(SD) 카드, 컴팩트 플래쉬(CF: Compact Flash) 카드, 마이크로 SD(T-Flash) 카드 등의 메모리 카드에 구현될 수 있다.
본 발명에서 제안된 안테나 구조들은 스마트 카드 또는 메모리 카드 등에 구현될 수 있다. 그러므로 구조적 특성 상 안테나를 구비하지 못하는 휴대기기에서도 스마트 카드 또는 메모리 카드의 삽입을 통해 해당 안테나를 이용한 배터리의 충전이 가능하다.
본 발명에서 제안된 안테나들을 사용하는 휴대기기는 예를 들어, 휴대폰, 스마트폰, 개인 정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대용 미디어 플레이어(PMP: Portable Media Player), 디지털 오디오 플레이어(DAP: Digital Audio Player), 노트북(notebook), 넷북(netbook), 카메라(camera), 캠코더(camcorder), 및 전자책(e-book) 등을 포함한다.
본 발명에서 휴대기기의 제 1 안테나와 제 2 안테나는 휴대기기의 위치에 따라 충전기기로부터 전원 신호를 수신한다. 본 발명의 휴대기기는 배터리를 전원 신호에 의해 충전한다. 즉, 본 발명에서는 전원 신호에 의해 휴대기기의 배터리를 비접점 방식으로 충전한다. 이를 위해, 휴대기기는 전원 충전을 위해서 전자기 유도 방식과 자기 공명 방식을 사용할 수 있다.
또한, 전자기 유도 방식을 사용하여 배터리를 충전하는 경우, 휴대기기는 내부에 휴대기기의 표면에 평행한 방향의 권선 방향을 갖는 코일들로 안테나를 구성함으로서 휴대기기의 충전 성능을 향상시킬 수 있다.
충전기기와 근거리에 위치한 휴대기기는 전자기 유도 방식을 통해 통신하고, 충전기기와 원거리에 위치한 휴대기기는 자기 공명 방식을 통해 통신한다. 충전기기와 휴대기기는 유도 주파수로 일예로, 100KHz-500KHz 대역의 주파수를 사용할 수 있고, 공명 주파수는 ISM 대역(900Mhz(902-928Mhz), 2.4GHz(2.4-2.497GHz), 또는 5.7GHz(5.15-5.825GHz))의 주파수를 사용할 수 있다.
한편, 충전기기와 휴대기기는 유도 주파수로 ISM 대역의 주파수를 사용할 수도 있다. 하지만, 유도 주파수는 공명 주파수와 다른 대역의 ISM 주파수를 사용한다.
따라서 휴대기기는 충전을 위해 충전기기와 가까운 곳에 위치하거나 먼 곳에 위치할 수 있다. 또한, 휴대기기의 거리에 따른 배터리 충전 방식들은 상호 간에 서로 다른 주파수 대역을 사용하고, 전원 생성 회로를 독립적으로 구비한다. 따라서, 휴대기기는 휴대기기의 위치에 따라서 제 1 안테나와 제 2 안테나를 선택적으로 사용하여 배터리를 충전하거나 제 1 안테나와 제 2 안테나를 모두 사용하여 배터리를 충전할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 충전기기 200: 휴대기기
110: 제 1 충전코일 120: 제 2 충전 코일
210: 제 1 안테나 220: 제 2 안테나
230: 제 1 전원 생성 회로 231: 제 1 정류기
232: 제 1 전압 조절기 233: 제 1 보호기
240: 제 2 전원 생성 회로 241: 클록 생성기
242: 제 2 정류기 243: 제 2 전압 조절기
244: 제 2 보호기 235: 전압/주파수 변환기
250: 신호 생성 회로 251: 충전 제어기
252: 인코더 253: 변조기
260: 배터리 270: 코어
300: 스마트 카드 310: 제 1 안테나
320: 제 2 안테나
110: 제 1 충전코일 120: 제 2 충전 코일
210: 제 1 안테나 220: 제 2 안테나
230: 제 1 전원 생성 회로 231: 제 1 정류기
232: 제 1 전압 조절기 233: 제 1 보호기
240: 제 2 전원 생성 회로 241: 클록 생성기
242: 제 2 정류기 243: 제 2 전압 조절기
244: 제 2 보호기 235: 전압/주파수 변환기
250: 신호 생성 회로 251: 충전 제어기
252: 인코더 253: 변조기
260: 배터리 270: 코어
300: 스마트 카드 310: 제 1 안테나
320: 제 2 안테나
Claims (19)
- 전자기 유도 방식을 통해 제 1 전원 신호를 수신하는 근거리 안테나;
자기 공명 방식을 통해 제 2 전원 신호를 수신하는 원거리 안테나;
상기 제 1 전원 신호로부터 전원을 생성하는 제 1 전원 생성 회로;
상기 제 2 전원 신호로부터 전원을 생성하는 제 2 전원 생성 회로; 및
상기 생성된 전원을 통해 충전되는 배터리를 포함하는 휴대기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 근거리 안테나와 상기 원거리 안테나는 내장형 안테나인 휴대기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 근거리 안테나는 상기 휴대기기 표면에 평행한 권선 방향을 갖는 제 1 중계기 코일을 포함하는 휴대기기. - 제 3 항에 있어서,
상기 근거리 안테나는 상기 제 1 중계기 코일과 직교하는 제 2 중계기 코일을 더 포함하는 휴대기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 원거리 안테나는 루프 안테나를 포함하는 휴대기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전원 신호와 제 2 전원 신호는 서로 다른 대역의 주파수를 사용 하는 휴대기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전원 생성 회로는
상기 제 1 전원 신호를 직류의 전원으로 변환하는 제 1 정류기;
상기 전원에 포함된 리플을 제거하는 제 1 전압 조절기; 및
상기 배터리의 충전 상태를 나타내는 제 1 충전 상태 제어 신호를 발생하고, 제 1 충전 인에이블 신호에 응답하여 상기 리플이 제거된 전원을 배터리에 제공하는 제 1 보호기를 포함하는 휴대기기. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 전원 생성 회로는
상기 제 2 전원 신호로부터 클록 신호를 발생하는 클록 생성기;
상기 제 2 전원 신호를 직류의 전원으로 변환하는 제 2 정류기;
상기 전원에 포함된 리플을 제거하는 제 2 전압 조절기;
상기 배터리의 충전 상태를 나타내는 제 2 충전 상태 신호를 발생하고, 제 2 충전 인에이블 신호에 응답하여 상기 리플이 제거된 전원을 배터리에 제공하는 제 2 보호기; 및
상기 전원 신호로부터 주파수 신호를 발생하는 전압/주파수 변환기를 포함하는 휴대기기. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 충전 상태 신호에 근거하여 제 1 충전 인에이블 신호를 생성하고, 상기 제 2 충전 상태 신호에 근거하여 제 2 충전 인에이블 신호를 생성하는 신호 생성 회로를 더 포함하는 휴대기기. - 제 9 항에 있어서,
상기 신호 생성 회로는
상기 제 1 충전 인에이블 신호와 상기 제 2 충전 인에이블 신호를 발생하고, 상기 클록 신호를 수신하고, 상기 충전기기에 상기 휴대기기의 인증을 위한 인증 메시지를 발생하는 충전 제어기;
상기 인증 메시지를 인코딩하는 인코더; 및
상기 인코딩된 인증 메시지를 상기 주파수 신호에 대응되도록 변조하여 상기 원거리 안테나를 통해 송신하는 변조기를 포함하는 휴대기기. - 제 10 항에 있어서,
상기 인증 메시지는 상기 휴대기기의 식별자 정보를 포함하는 휴대기기. - 충전기기와의 이격 거리에 따라 근거리 안테나와 원거리 안테나 중 적어도 하나의 안테나를 통해 전원 신호를 수신하는 단계;
상기 전원 신호를 직류의 전원으로 변환하는 단계;
상기 직류 변환된 전원의 리플을 제거하는 단계; 및
배터리의 충전 상태를 고려하여 리플이 제거된 전원을 배터리로 제공하는 단계를 포함하고,
상기 근거리 안테나는 전자기 유도 방식을 사용하고, 상기 원거리 안테나는 자기 공명 방식을 사용하는 휴대기기의 배터리 충전 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 전원 신호를 수신하는 단계는
휴대기기의 표면에 평행한 권선 방향을 갖는 적어도 하나의 중계기 코일로 구성된 근거리 안테나를 통해 전원 신호를 수신하는 휴대기기의 배터리 충전 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 중계기 코일들 중 제 1 중계기 코일은 다른 제 2 중계기 코일과 상호 간에 직교하는 휴대기기의 배터리 충전 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 전원 신호를 수신하는 단계는
루프 코일로 구성된 원거리 안테나를 통해 전원 신호를 수신하는 휴대기기의 배터리 충전 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 충전기기로 상기 휴대기기의 인증을 위한 인증 메시지를 송신하는 단계를 더 포함하는 휴대기기의 배터리 충전 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 인증 메시지는 상기 제 2 전원 신호로부터 획득된 주파수로 변조하여 송신하는 휴대기기의 배터리 충전 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 충전기기로 상기 배터리의 충전 상태를 고려하여 상기 제 1 전원 신호와 제 2 전원 신호 중 적어도 하나의 전원 신호의 제공을 요청하는 충전 요청 메시지를 송신하는 단계를 더 포함하는 휴대기기의 배터리 충전 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 충전 요청 메시지를 상기 제 2 전원 신호로부터 획득된 주파수로 변조하여 송신하는 휴대기기의 배터리 충전 방법.
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| KR (1) | KR20110066827A (ko) |
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