KR20120088266A - Wireless power transmitter and wireless power transferring method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 전력 송신기 및 그것의 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmitter and a method for wireless power transmission thereof.
최근 가전 제품을 포함한 전자제품의 소형화와 휴대화가 급속히 진행되고 있다. 그리고, 모든 정보와 신호의 전송이 무선으로 처리되면서 기기와 연결된 선이 거의 없어지고 있다. 그리고, 가전기기의 경우 전력도 무선으로 전송하려는 시도가 이루어지고 있다. 무선으로 전력을 전송하는 방법으로는 전자기유도가 가장 일반적으로 사용된다. 구체적으로, 전자기유도를 이용한 무선 전력 전송은 전동 칫솔 등에 사용되고 있으나, 거리가 조금만 떨어져도 전송 효율이 너무 떨어지고 와전류에 의한 불필요하고 위험한 발열을 일으킬 수 있는 문제가 있다.Recently, the miniaturization and portability of electronic products including home appliances have been rapidly progressing. In addition, since all information and signals are wirelessly processed, wires connected to the device are almost lost. In the case of home appliances, attempts have also been made to wirelessly transmit power. Electromagnetic induction is most commonly used as a method of transmitting power wirelessly. Specifically, wireless power transmission using electromagnetic induction is used in electric toothbrushes and the like. However, even if the distance is a little, the transmission efficiency is too low and there is a problem that can cause unnecessary and dangerous heat generation due to eddy currents.
최근 연구되고 있는 비방사형 에너지 전송 기술인 자기공명형 무선 전력 전송 방식은, 종래의 전자기유도 방식 보다 멀리, 수 미터의 거리에서도 높은 전송 효율을 얻을 수 있다. 이 기술은 두 매체가 같은 주파수로 공진할 경우에 전자파가 근거리 전자장을 통하여 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 감쇄파 결합에 기반을 두고 있어, 두 매체 사이의 공진 주파수가 동일할 때만 에너지가 전달되고, 사용되지 않는 에너지는 전자장으로 재흡수 된다. 따라서 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 인체에 무해하다. The magnetic resonance wireless power transmission method, which is a non-radiative energy transmission technology that has been recently studied, can obtain a high transmission efficiency even at a distance of a few meters farther than the conventional electromagnetic induction method. This technique is based on attenuation wave coupling, where electromagnetic waves travel from one medium to another through the near field when two media resonate at the same frequency, and energy is transferred only when the resonant frequencies between the two media are the same. The unused energy is then absorbed back into the electromagnetic field. Therefore, unlike other electromagnetic waves, it is harmless to the surrounding machinery or human body.
자기공명형 무선 전력 전송 시스템은 전송부와 수신부에 전송 주파수에서 공진을 일으키는 공진기가 하나씩 포함되어 있는데, 이 두 공진기의 공진 주파수가 정확히 일치해야 높은 효율의 전송이 가능하다. 실제 시스템을 구성할 경우 두 공진기의 공진 주파수가 조금씩 달라지게 되므로, 이를 조정하기 위해 송신부 또는 수신부에 공진 주파수를 조정할 수 있는 장치를 포함하게 된다. 주파수 조정 장치로 가변 캐패시터를 사용할 수 있는데, 이때는 코일의 양단에 매우 큰 전압이 발생하기 때문에 캐패시터의 항복 전압이 매우 커야 한다. 또한 전송 주파수에서 송신부와 수신부의 임피던스 매칭이 필수적으로 필요하여, 전송 거리에 따라 전송 코일과 전원코일의 거리와 수신코일과 부하코일의 거리를 적절히 조절해 줌으로써 이를 해결하여야 한다.The magnetic resonance type wireless power transmission system includes one resonator which causes resonance at a transmission frequency at a transmitter and a receiver. Highly efficient transmission is possible when the resonance frequencies of the two resonators are exactly the same. When the actual system is configured, since the resonant frequencies of the two resonators vary slightly, a device for adjusting the resonant frequency may be included in the transmitter or the receiver to adjust this. A variable capacitor can be used as the frequency adjusting device. In this case, the breakdown voltage of the capacitor must be very large because a very large voltage is generated at both ends of the coil. In addition, impedance matching of the transmitter and the receiver is necessary at the transmission frequency, and this problem must be solved by adjusting the distance between the transmission coil and the power coil and the distance between the reception coil and the load coil according to the transmission distance.
종래의 공진형 무선 전력 시스템에서 사용된 공진 주파수는 10MHz였다. 또한 공진 주파수를 발생할 때 콜피트(Colpitts) 회로가 사용되었기 때문에 수신부에서 정류 회로가 필요 없었다. 그러나, 공진형 무선 전력 전송을 다양하게 응용하기 위해서는 고주파이면서 고출력의 정류 회로가 필요하다.The resonant frequency used in the conventional resonant wireless power system was 10 MHz. Also, since the Colpitts circuit was used to generate the resonant frequency, the rectifier circuit was not needed at the receiver. However, in order to apply a variety of resonance type wireless power transmission, a high frequency and high output rectifier circuit is required.
본 발명의 목적은 고주파에서 적용 가능한 무선 전력 송신기 및 그것의 무선 전력 전송 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a wireless power transmitter and its wireless power transmission method applicable at high frequency.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는, AC 형태의 전력 신호를 발생하는 전력 발생 회로; 및 상기 발생된 전력 신호를 입력받는 전달 코일과, 상기 전달 코일로부터 자기 유도를 통하여 에너지를 전달받고 공진을 일으켜 비방사형 전자파를 발생하는 송신 공진 코일을 갖는 비방사형 전자파 발생 회로를 포함하고, 상기 전력 발생 회로는 밸랜스 구조로 구현된 평형 증폭기를 포함한다.Wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention, the power generation circuit for generating a power signal of the AC type; And a non-radioactive electromagnetic wave generation circuit having a transmission coil receiving the generated power signal and a transmission resonance coil receiving energy through magnetic induction from the transmission coil and generating resonance by generating resonance. The generating circuit includes a balanced amplifier implemented in a balanced structure.
실시 예에 있어서, 상기 전력 발생 회로는, 주파수 신호를 발생하는 위상 고정 회로; 및 상기 주파수 신호를 증폭시켜 고주파 신호를 출력하는 구동 증폭기를 포함한다.In an embodiment, the power generation circuit may include a phase lock circuit for generating a frequency signal; And a driving amplifier for amplifying the frequency signal and outputting a high frequency signal.
실시 예에 있어서, 상기 평형 증폭기는, 상기 고주파 신호를 제 1 신호 및 상기 1 신호와 90°위상 차이를 갖는 제 2 신호로 분배하는 제 1 커플러; 바이어스 전압을 근거로 하여 전력을 상기 제 1 신호의 전력을 증폭하는 제 1 전력 증폭기; 상기 바이어스 전압을 근거로 하여 상기 제 2 신호의 전력을 증폭하는 제 2 전력 증폭기; 및 상기 제 1 및 제 2 전력 증폭기들의 출력 신호들을 합치는 제 2 커플러를 포함한다.The balance amplifier may include: a first coupler for distributing the high frequency signal into a first signal and a second signal having a 90 ° phase difference from the first signal; A first power amplifier that amplifies the power of the first signal based on a bias voltage; A second power amplifier that amplifies the power of the second signal based on the bias voltage; And a second coupler for combining the output signals of the first and second power amplifiers.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 커플러는 3dB 커플러이다.In an embodiment, the first and second couplers are 3 dB couplers.
실시 예에 있어서, 상기 바이어스 전압은 고정된 값이다.In an embodiment, the bias voltage is a fixed value.
실시 예에 있어서, 상기 바이어스 전압은 무선 전력 송신기로부터 수신된 전력 값에 따라 가변된다.In example embodiments, the bias voltage may vary according to a power value received from a wireless power transmitter.
실시 예에 있어서, 상기 위상 고정 회로 및 상기 구동 증폭기 사이에 연결되고, 상기 위상 고정 회로로부터 출력된 상기 주파수 신호를 고대역 필터링하는 고대역 필터를 더 포함한다.The display device may further include a high band filter connected between the phase lock circuit and the driving amplifier and high band filter the frequency signal output from the phase lock circuit.
실시 예에 있어서, 상기 바이어스 전압을 제어하기 위한 전력 제어 회로를 더 포함한다.In an embodiment, the apparatus further includes a power control circuit for controlling the bias voltage.
실시 예에 있어서, 상기 전력 제어 회로는, 전력 값에 대응하는 전력 데이터를 무선 전력 수신기로부터 수신하고, 상기 평형 증폭기의 바이어스 전류 값을 검출하고, 상기 전력 데이터와 상기 바이어스 전류 값을 근거로 하여 듀티 제어 신호를 발생하는 검파 회로; 상기 듀티 제어 신호에 응답하여 펄스 폭 변조 신호를 발생하는 펄스 폭 변조 신호 발생기; 및 상기 펄스 폭 변조 신호에 응답하여 상기 바이어스 전압을 제어하는 DC/DC 변환기를 포함한다.The power control circuit may be configured to receive power data corresponding to a power value from a wireless power receiver, detect a bias current value of the balance amplifier, and based on the power data and the bias current value. A detection circuit for generating a control signal; A pulse width modulated signal generator for generating a pulse width modulated signal in response to the duty control signal; And a DC / DC converter for controlling the bias voltage in response to the pulse width modulated signal.
실시 예에 있어서, 상기 검파 회로는, 상기 전력 데이터를 대응하는 아날로그 신호로 변환하는 디코더; 상기 검출된 전류 값에서 상기 변환된 아날로그 신호를 빼는 뺄셈기; 및 상기 뺄셈기의 출력 값에 대응하는 상기 듀티 제어 신호를 발생하는 듀티 제어기를 포함한다.The detection circuit may include: a decoder configured to convert the power data into a corresponding analog signal; A subtractor for subtracting the converted analog signal from the detected current value; And a duty controller for generating the duty control signal corresponding to the output value of the subtractor.
실시 예에 있어서, 상기 평형 증폭기와 상기 비방사형 전자파 발생기 사이에 연결되고, 상기 무선 전력 송신기의 출력 임피던스를 일정하게 유지하는 임피던스 매칭 회로를 더 포함한다.The electronic device may further include an impedance matching circuit connected between the balance amplifier and the non-radiative electromagnetic wave generator and configured to maintain a constant output impedance of the wireless power transmitter.
실시 예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 회로는, 상기 무선 전력 송신기의 임피던스를 50 Ω으로 조정한다.In an embodiment, the impedance matching circuit adjusts the impedance of the wireless power transmitter to 50 Ω.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 무선 전력 전송 방법은, 고주파 신호를 발생하는 단계; 상기 발생된 고주파 신호를 평형 증폭시켜 전력 신호를 발생하고, 무선 전력 수신기로부터 수신된 전력 데이터를 근거로 상기 전력 신호의 전력을 조정하는 단계; 및 상기 전력 신호를 입력받고 공진을 이용하여 비방사형 전자파를 송신하는 단계를 포함한다.A wireless power transmission method of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention, generating a high frequency signal; Equilibrating and amplifying the generated high frequency signal to generate a power signal, and adjusting power of the power signal based on power data received from a wireless power receiver; And receiving the power signal and transmitting non-radioactive electromagnetic waves using resonance.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무선 전력 송신기 및 그것의 무선 전력 전송 방법은, 밸랜스 구조를 이용하여 전력 신호를 증폭함으로써, 출력 전력을 증대시키고, 반사파 특성을 개선하며, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the wireless power transmitter and the wireless power transmission method thereof according to the present invention can amplify a power signal using a balance structure, thereby increasing output power, improving reflected wave characteristics, and improving reliability. .
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 발생 회로에 대한 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 발생 회로에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력 발생 회로에 대한 제 3 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 전력 제어 회로의 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 검파 회로의 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 전력 발생 회로에 대한 제 4 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.1 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a first embodiment of a power generation circuit according to the present invention.
3 is a view showing a second embodiment of a power generation circuit according to the present invention.
4 is a view showing a third embodiment of a power generation circuit according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of a power control circuit shown in FIG. 4.
FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of a detection circuit shown in FIG. 5.
7 is a view showing a fourth embodiment of a power generation circuit according to the present invention.
8 is a diagram illustrating a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention by way of example.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(10)를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(10)는, 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(200)를 포함한다.1 is a block diagram showing a wireless
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(10)는 비방사형 무선 전력 전송 기술 (Non-radiative Wireless Power Transfer Technology)에 따라 전력을 전송한다. 이러한 비방사형 무선 전력 전송 기술은 일반적인 전자기 유도(Electromagnetic Induction)보다 먼 거리에서, 전자기방사(Electromagnetic Radiation)보다 더 높은 효율로 전력을 전송할 수 있다.The wireless
여기서, 비방사형 무선 전력 전송 기술은 두 매체가 같은 주파수로 공진 할 경우에 전자파가 근거리 전자장을 통하여 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 감쇄파 결합(Evanescent Wave Coupling)에 기반을 두고 있다. 이때 두 매체 사이의 공진 주파수가 동일할 때 전력이 전송되고, 사용되는 않는 전력은 공기 중으로 방사되지 않고 전자장으로 재흡수된다. 이로써, 비방사형 무선 전력 전송 기술에 사용되는 전자파는 다른 전자파와는 달리 주변의 다른 기계나 인체에 무해하다.Here, non-radiative wireless power transmission technology is based on attenuated wave coupling in which electromagnetic waves move from one medium to another through a near field when two media resonate at the same frequency. At this time, power is transmitted when the resonant frequencies between the two media are the same, and unused power is reabsorbed into the electromagnetic field without being radiated into the air. As a result, the electromagnetic waves used in the non-radio type wireless power transmission technology, unlike other electromagnetic waves, are harmless to other machines or the human body.
무선 전력 송신기(100)는 전력 발생 회로(120) 및 비방사형 전자파 발생 회로(140)를 포함한다.The
전력 발생 회로(120)는 고주파 신호를 입력받아 전력 신호를 발생한다. 특히, 전력 발생 회로(120)는 입력 전원으로부터 AC 형태의 전력 신호를 발생시키는 평형 증폭기(Balanced Amplifier, 124)를 포함한다. 여기서, 평형 증폭기(124)는 반사파를 처리하기 위하여 밸랜스 구조(동일한 전력 증폭기들이 병렬 연결되는 구조)로 구현된다.The
비방사형 전자파 발생 회로(140)는, 전력 발생 회로(120)로부터 발생된 전력 신호를 입력받아, 공진을 통하여 비방사형 전자파를 발생한다. 비방사형 전자파 발생 회로(140)는 전달 코일(1401) 및 송신 공진 코일(1402)를 포함한다.The non-radioactive electromagnetic
전달 코일(1401)은 전력 발생 회로(120)에서 전력 신호를 입력받아, 전력 신호에 대응하는 에너지를 송신 공진 코일(1402)에 전달하는 역할을 한다. 보통 턴 수(Turn)가 1이지만, 임피던스 정합을 위해 복수의 턴 수를 사용할 수 있다. 저항의 손실을 줄이기 위해 사용 주파수의 표피 두께 (Skin Depth)보다 두껍고 전기 전도도(Conductivity)가 좋은 금속을 사용한다. 전달 코일(1401)은 임피던스 정합을 위해 송신 공진 코일(1402)과 적절한 최적의 거리를 두고 배치된다.The
송신 공진 코일(1402)은 전달 코일(1401)로부터 자기 유도를 통하여 에너지를 전달받고, 공진을 일으킴으로써 비방사형 전자파를 발생시킨다. 송신 공진 코일(1402)은 고유의 공진 주파수를 갖는다. 여기서 공진 주파수는 10MHz 보다 클 수 있다. 예를 들어, 공진 주파수는 13.56 MHz일 수 있다.The
송신 공진 코일(1402)도 저항의 손실을 줄이기 위해 사용주파수의 표피 두께 보다 두껍고 전기 전도도가 좋은 금속을 사용한다. 송신 공진 코일(1402)은 도 1에 도시된 바와 같이 헬리컬(Helical) 구조 혹은 스파이럴(Spiral) 구조로 구현될 수 있다.The transmission
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(100)는, 무선 전력 전송을 하고자 하는 영역이 대칭 구조가 아닐 때 전달 코일(1401) 앞 단에 임피던스 매칭 회로(도시되지 않음)를 배치시킴으로써, 무선 전력 전송이 일어나는 영역의 전송효율 분포를 조절할 수 있다.In the
무선 전력 수신기(200)는 무선 전력 송신기(100)로부터 비방사형 전자파를 수신하여 전력 신호를 발생하고, 전력 신호의 전력 값에 대응하는 전력 데이터를 송신한다. 무선 전력 수신기(200)는 이동통신 단말기(Mobile Terminal), 휴대용 컴퓨터(Portable Computer), 태블릿(Tablet) 등 다양한 종류의 전자장치(Electronic Device)일 수 있다. 이러한 전자 장치들은 비방사형 전자파를 통해 수신된 전력으로 직접 구동되거나, 배터리를 충전할 것이다.The
무선 전력 수신기(200)는 비방사형 전자파 수신 회로(220) 및 부하 회로(240)를 포함한다. 비방사형 전자파 수신 회로(220)는 비방사형 전자파를 수신하고 대응하는 전력 신호를 출력한다. 비방사형 전자파 수신 회로(220)는 수신 공진 코일(2201) 및 부하 코일(2202)을 포함한다.The
수신 공진 코일(2201)은 공진을 통하여 송신 공진 코일(1412)로부터 발생된 비방사형 전자파를 수신한다. 수신 공진 코일(2201)의 공진 주파수는 송신 공진 코일(1402)의 그것과 동일할 수 있다. 실시 예에 있어서, 수신 공진 코일(2201)은 헬리컬(Helical) 구조이거나 혹은 스파이럴(Spiral)구조일 수 있다.The reception
부하 코일(2202)은 수신 공진 코일(2201)로부터 자기 유도를 통하여 수신된 비방사형 전자파에 대응하는 에너지를 전달받고, 이에 대응하는 전력 신호를 부하 회로(240)로 전달한다. 부하 코일(2202)은 임피던스 정합을 위해 수신 공진 코일(2201)과 적절한 최적의 거리에 배치된다.The
부하 회로(240)는 비방사형 전자파 수신 회로(220)로부터 출력된 전력 신호를 직류로 변환(정류 포함)하고, 필요한 전압들을 발생하여 이용한다. 또한 부하 회로(240)는 전력 신호의 전력 값에 대응하는 전력 데이터를 발생하고, 발생된 전력 데이터를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다.The
일반적인 무선 전력 전송 장치는 고주파 적용시 반사파 특성이 커짐으로써,전력 전송 효율이 떨어진다.In general, a wireless power transmission apparatus has a high reflection wave characteristic when high frequency is applied, thereby reducing power transmission efficiency.
반면에, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(10)는 평형 증폭(Balanced Amplification)을 이용하여 전력 신호를 증폭하는 무선 전력 송신기(100)를 구비함으로써, 고주파이면서 출력 전력을 증대시키고, 반사파 특성을 개선시킬 수 있다. 이에, 본 발명의 무선 전력 전송 장치(10)는 고주파(예를 들어, 13.56 MHz)에서도 무선 전력 전송을 효과적으로 수행할 수 있다.On the other hand, the
도 2는 본 발명에 따른 전력 발생 회로에 대한 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 전력 발생 회로(120)는 위상 동기 회로(121), 구동 증폭기(123), 및 평형 증폭기(124)를 포함한다. 2 is a view showing a first embodiment of a power generation circuit according to the present invention. 2, the
위상 동기 회로(121)는 클록에 응답하여 고주파 신호를 발생한다. 여기서 고주파 신호는 9~11 MHz이고, 출력 전력은 20dBm 정도일 수 있다. 위상 동기 회로(121)로부터 출력된 고주파 신호의 크기는 전력 증폭을 하기 위한 신호 크기가 미비하다. 이에 위상 동기 회로(121)의 출력 신호가 증폭될 필요가 있다.The phase locked
구동 증폭기(123)는 위상 동기 회로(121)로부터 출력된 고주파 신호를 증폭시킨다. 실시 예에 있어서, 구동 증폭기(123)는 15dB의 이득을 갖도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 구동 증폭기(123)의 출력 전력은 31dBm일 수 있다.The driving
평형 증폭기(124)는 구동 증폭기(123)로부터 증폭된 신호를 입력받아 AC 형태의 전력 신호를 출력한다. 평형 증폭기(124)는 제 1 및 제 2 커플러(1241, 1242), 및 제 1 및 제 2 전력 증폭기들(1243, 1243)을 포함한다. 실시 예에 있어서, 평형 증폭기(124)는 13dB의 이득을 갖도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 평형 증폭기(124)의 출력 전력은 41dBm(12.59 Watt)일 수 있다.The
제 1 커플러(1241)는 구동 증폭기(123)로부터 출력된 고주파 신호를 두 개의 신호들(이하, 설명의 편의를 위하여 '제 1 신호 및 제 2 신호'라고 함)로 분배한다. 여기서 제 1 및 제 2 신호들은 구동 증폭기(123)로부터 증폭된 신호보다 3dB 감쇠될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 신호들은 서로 90°의 위상 차이를 가진다.The
제 2 커플러(1242)는 제 1 및 제 2 전력 증폭기(1243, 1244)의 출력 신호들을 입력받아 합성하여 출력단(Pout)로 출력한다. 제 2 커플러(1242)의 출력 신호는 제 1 및 제 2 전력 증폭기들(1243, 1244)의 출력 신호보다 3dB 증폭될 수 있다. 즉, 제 2 커플러(1242)의 출력 신호는, 제 1 및 제 2 전력 증폭기(1243,1244)의 출력 신호들이 동위상 합성된다. 이에 제 2 커플러(1424)의 출력 신호의 크기는 제 1 및 제 2 신호의 크기의 2배를 갖는다.The
실시 예에 있어서, 제 1 및 제 2 커플러들(1241, 1242)는 3dB 커플러일 수 있다.In an embodiment, the first and
제 1 전력 증폭기(1243)는 바이어스 전압(Vin)에 따라 제 1 커플러(1241)로부터 분배된 신호들 중 하나(제 1 신호)를 입력받아 전력을 증폭시킨다. 여기서, 바이어스 전압(Vin)은 고정된 직류 전압이거나 가변 가능한 직류 전압일 수 있다.The
제 2 전력 증폭기(1244)는 바이어스 전압(Vin)에 따라 제 1 커플러(1241)로부터 분배된 신호들 중 다른 하나(제 2 신호)를 입력받아 전력을 증폭시킨다.The
제 1 및 제 2 전력 증폭기들(1243, 1244)은 동일한 구조로 구현되고, 제 1 및 제 2 전력 증폭기들(1243, 1244)의 출력 신호들은 서로 90°의 위상 차이를 갖는다.The first and
본 발명의 실시 예에 따른 평형 증폭기(124)는 반사파 특성을 개선시킬 수 있다. 이를 설명하기 위하여, 제 1 및 제 2 전력 증폭기들(1243, 1244)의 출력 신호들이 통과 주파수 대역 이외에 전반사 된다고 가정하겠다. 구동 증폭기(123)의 출력 신호가 제 1 전력 증폭기(1243) 및 제 2 전력 증폭기(1244)에서 각각 반사되어 돌아올 때, 제 1 전력 증폭기(1243)의 출력 신호와 제 2 전력 증폭기(1244)에서 반사된 신호는 180° 위상 차이를 가짐으로써 상쇄되어 사라진다. 여기서는 평형 증폭기(124)의 입력 신호에 대한 반사파만 설명하였지만, 평형 증폭기(124)의 출력 신호에 대한 반사파 역시 동일하게 설명될 것이다.The
정리하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 발생 회로(120)는 평형 증폭기(124)를 구비함으로써 입출력 신호의 반사파를 상쇄시키고 입출력 반사 특성을 크게 개선시킬 수 있다.In summary, the
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 발생 회로(120)는 제 1 및 제 2 전력 증폭기들(1243, 1244) 각각의 출력 신호들을 제 2 커플러(1242)를 통하여 합쳐서 출력함으로써, 2배의 전력 증폭 효과를 갖는다.In addition, the
더욱이, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 발생 회로(120)는 하나의 전력 증폭기가 파손되더라도 다른 전력 증폭기를 이용함으로써 전력 발생 회로(120)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the
도 3은 본 발명에 따른 전력 발생 회로에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 전력 발생 회로(120a)는, 도 2에 도시된 전력 발생 회로(120)과 비교하여 고대역 필터(122)를 더 포함한다. 여기서 고대역 필터(122)는 위상 고정 회로(121)의 출력 신호를 입력받아 고대역 필터링한다. 고대역 필터(122)를 제외한 나머지 구성 요소인, 위상 고정 회로(121), 구동 증폭기(123), 및 평형 증폭기(124)는, 도 2에서 설명되었으므로 구체적인 설명을 생략하겠다.3 is a view showing a second embodiment of a power generation circuit according to the present invention. Referring to FIG. 3, the
도 4는 본 발명에 따른 전력 발생 회로에 대한 제 3 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 전력 발생 회로(120b)는, 도 3에 도시된 전력 발생 회로(120a)와 비교하여 전력 제어 회로(125)를 더 포함한다. 여기서 전력 제어 회로(125)는 무선 전력 수신기(도 1 참조, 200)에 최대 전력을 전송하기 위한 바이어스 전압(Vin)을 발생하여, 평형 회로(124)에 제공한다. 전력 제어 회로(125)를 제외한 나머지 구성 요소인, 위상 고정 회로(121), 고대역 필터(122), 구동 증폭기(123), 및 평형 증폭기(124)는, 도 2 및 도 3에서 설명되었으므로 구체적인 설명을 생략하겠다.4 is a view showing a third embodiment of a power generation circuit according to the present invention. Referring to FIG. 4, the
도 5는 도 4에 도시된 전력 제어 회로(125)의 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 전력 제어 회로(125)는 검파 회로(1251), 펄스 폭 변조 신호 발생기(1255), 및 DC/DC 변환기(1256)를 포함한다.FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of the
검파 회로(1251)는 무선 전력 수신기(도 1 참조, 200)로부터 전력 데이터(RPWD)를 입력받고, 제 1 및 제 2 전력 증폭기들(1243, 1244)에 흐르는 실제 전류 값(Ireal)을 검출하고, 입력된 전력 데이터(RPWD)와 전류 값(Ireal)을 근거로하여 듀티 제어 신호(DCS)를 발생한다. 여기서 전력 데이터는 무선 전력 수신기(200)에서 수시된 전력 신호의 전력 값에 대응하는 데이터를 포함하고, 듀티 제어 신호(DCS)는 하이 레벨의 비율과 로우 레벨의 비율 정도를 나타내는 신호이다.The
펄스 폭 변조 신호 발생기(1255)는 듀티 제어 신호(DSC)에 응답하여 펄스 폭 변조 신호(PWM)를 발생한다.The pulse width modulated
DC/DC 변환기(1256)는 펄스 폭 변조 신호(PWM)에 응답하여 바이어스 전압(Vin)을 가변/제어/조절한다. 실시 예에 있어서, DC/DC 변환기(1256)는 스텝-다운 변환기(Step-down converter)일 수 있다. DC/DC 변환기(1256)는 트랜지스터(MTpwc), 인덕터(Lpwc), 커패시터(Cpwc), 및 다이오드(Dpwc)를 포함한다. 다른 실시 예에 있어서, DC/DC 변환기(1256)는 스텝- 업 변환기(Step-up converter)일 수 있다.The DC /
도 6은 도 5에 도시된 검파 회로(1251)의 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 검파 회로(1251)는 디코더(1252), 뺄셈기(1253), 및 듀티 제어기(1254)를 포함한다.FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of the
디코더(1252)는 전력 데이터(RPWD)를 대응하는 아날로그 신호로 디코딩한다.The
뺄셈기(1253)는 실측된 전류 값(Ireal)에서 디코더(1252)의 출력 신호를 뺀다.
듀티 제어기(1254)는 뺄셈기(1253)의 출력 신호에 대응하는 듀티 제어 신호(DCS)를 발생한다.The
도 7은 본 발명에 따른 전력 발생 회로에 대한 제 4 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 7를 참조하면, 전력 발생 회로(120c)는 도 4의 전력 발생 회로(120b)와 비교하여 임피던스 매칭 회로(126)를 더 포함한다. 임피던스 매칭 회로(126)는 무선 전력 송신기(도 1 참조, 100)의 출력 임피던스가 50 Ω을 갖도록 구현될 수 있다. 임피던스 매칭 회로(126)를 제외한 나머지 구성 요소인, 위상 고정 회로(121), 고대역 필터(122), 구동 증폭기(123), 평형 증폭기(124), 및 전력 제어 회로(125)는, 도 2, 도 3 및 도 4에서 설명되었으므로 구체적인 설명을 생략하겠다.7 is a view showing a fourth embodiment of a power generation circuit according to the present invention. Referring to FIG. 7, the
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치는, 밸랜스 구조를 이용하여 전력 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 전력 신호에 대응하는 비방사형 전자파를 송신하고, 수신된 전력 데이터를 근거로 하여 상기 증폭된 전력 신호를 제어하고, 상기 전력 신호를 입력받는 전달 코일과, 상기 전달 코일로부터 자기 유도를 통하여 에너지를 전달받고 공진을 일으켜 상기 비방사형 전자파를 발생하는 송신 공진 코일을 갖는 무선 전력 송신기; 및 공진을 일으켜 상기 비방사형 전자파를 수신하는 수신 공진 코일과, 상기 수신 공진 코일로부터 자기 유도를 통하여 에너지를 전달받아 전력 신호를 발생하는 부하 코일을 갖고, 상기 전달된 전력 신호에 대응하는 상기 전력 데이터를 송신하는 무선 전력 수신기를 포함한다.The wireless power transmitter according to the embodiment of the present invention amplifies a power signal using a balance structure, transmits non-radioactive electromagnetic waves corresponding to the amplified power signal, and amplifies the power signal based on the received power data. A wireless power transmitter having a controlled power signal, a transmission coil configured to receive the power signal, and a transmission resonance coil receiving energy through magnetic induction from the transmission coil and generating resonance by generating resonance; And a load resonant coil which causes resonance to receive the non-radiative electromagnetic wave, and a load coil that receives energy from the receive resonant coil through magnetic induction and generates a power signal, wherein the power data corresponds to the transmitted power signal. It includes a wireless power receiver for transmitting.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1 내지 8을 참조하면, 무선 전력 전송 방법은 다음과 같다.8 is a diagram illustrating a wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention by way of example. 1 to 8, a wireless power transmission method is as follows.
위상 고정 회로(도 2 참조, 121)는 주파수 신호를 발생하고, 구동 증폭기(123)는 주파수 신호를 증폭시켜 고주파 신호를 발생한다(S110). 고주파 신호의 발생 과정에 대한 자세한 설명은 도 2에서 설명되었으므로 생략하겠다.The phase lock circuit 121 (see FIG. 2) generates a frequency signal, and the driving
평형 증폭기(도 2 참조, 124)는 고주파 신호를 평형 증폭시켜 AC 형태의 전력 신호를 발생한다(S120). 전력 신호의 발생에 대한 과정에 대한 자세한 설명은 도 2에서 설명되었으므로 생략하겠다. 한편, 전력 제어 회로(도 4 참조, 125)는 무선 전력 수신기(도 1 참조, 200)로부터 수신된 전력 데이터를 근거로 전력 신호의 전력을 조정할 수 있다. 전력 신호의 전력 조정에 대한 자세한 설명은 도 4에서 설명되었으므로 생략하겠다.The balance amplifier 124 (see FIG. 2) balances and amplifies a high frequency signal to generate an AC power signal (S120). A detailed description of the process of generating the power signal is omitted in FIG. 2. Meanwhile, the power control circuit 125 (see FIG. 4) may adjust the power of the power signal based on the power data received from the wireless power receiver (see FIG. 1, 200). A detailed description of the power adjustment of the power signal is omitted in FIG. 4.
비방사형 전자파 송신 회로(140)는 전력 신호를 입력받고 공진을 이용하여 비방사형 전자파를 송신한다(S130). 비방사형 전자파를 송신에 대한 자세한 설명은 도 1에서 설명되었으므로 생락하겠다.The non-radioactive electromagnetic
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 방법은, 밸랜스 구조를 이용하여 전력 신호의 전력을 증폭하고, 수신된 전력 데이터를 근거로하여 전력 신호의 전력을 조정한다.In the wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention, the power signal is amplified using a balance structure, and the power of the power signal is adjusted based on the received power data.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the claims of the following.
10: 무선 전력 전송 장치
100: 무선 전력 송신기
200: 무선 전력 수신기
120: 전력 발생 회로
140: 비방사형 전자파 송신 회로
220: 비방사형 전자파 수신 회로
240: 부하 회로
121: 위상 고정 회로
122: 고대역 필터
123: 구동 증폭기
124: 평형 증폭기
1241, 1242: 커플러 1243, 1244: 전력 증폭기
125: 전력 제어 회로 1251: 검파 회로10: wireless power transmitter
100: wireless power transmitter
200: wireless power receiver
120: power generation circuit
140: non-radioactive electromagnetic wave transmission circuit
220: non-radiating electromagnetic wave reception circuit
240: load circuit
121: phase locked circuit
122: high-band filter
123: drive amplifier
124: balanced amplifier
1241, 1242:
125: power control circuit 1251: detection circuit
Claims (13)
상기 발생된 전력 신호를 입력받는 전달 코일과, 상기 전달 코일로부터 자기 유도를 통하여 에너지를 전달받고 공진을 일으켜 비방사형 전자파를 발생하는 송신 공진 코일을 갖는 비방사형 전자파 발생 회로를 포함하고,
상기 전력 발생 회로는 밸랜스 구조로 구현된 평형 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신기.A power generation circuit for generating a power signal of AC type; And
And a non-radiative electromagnetic wave generation circuit having a transmission coil receiving the generated power signal and a transmission resonance coil receiving energy through magnetic induction from the transmission coil and generating resonance by generating resonance.
The power generation circuit includes a balance amplifier implemented in a balanced structure.
상기 전력 발생 회로는,
클록에 응답하여 주파수 신호를 발생하는 위상 고정 회로; 및
상기 주파수 신호를 증폭시켜 고주파 신호를 출력하는 구동 증폭기를 포함하는 무선 전력 송신기.The method of claim 1,
The power generation circuit,
A phase lock circuit for generating a frequency signal in response to a clock; And
And a driving amplifier for amplifying the frequency signal and outputting a high frequency signal.
상기 평형 증폭기는,
상기 고주파 신호를 제 1 신호 및 상기 1 신호와 90°위상 차이를 갖는 제 2 신호로 분배하는 제 1 커플러;
바이어스 전압을 근거로 하여 전력을 상기 제 1 신호의 전력을 증폭하는 제 1 전력 증폭기;
상기 바이어스 전압을 근거로 하여 상기 제 2 신호의 전력을 증폭하는 제 2 전력 증폭기; 및
상기 제 1 및 제 2 전력 증폭기들의 출력 신호들을 합치는 제 2 커플러를 포함하는 무선 전력 송신기.The method of claim 2,
The balance amplifier,
A first coupler for distributing the high frequency signal into a first signal and a second signal having a 90 ° phase difference from the first signal;
A first power amplifier that amplifies the power of the first signal based on a bias voltage;
A second power amplifier that amplifies the power of the second signal based on the bias voltage; And
And a second coupler for combining the output signals of the first and second power amplifiers.
상기 제 1 및 제 2 커플러는 3dB 커플러인 무선 전력 송신기.The method of claim 3, wherein
And the first and second couplers are 3 dB couplers.
상기 바이어스 전압은 고정된 값인 무선 전력 송신기.The method of claim 3, wherein
And the bias voltage is a fixed value.
상기 바이어스 전압은 무선 전력 송신기로부터 수신된 전력 값에 따라 가변되는 무선 전력 송신기.The method of claim 3, wherein
And the bias voltage is varied according to a power value received from the wireless power transmitter.
상기 위상 고정 회로 및 상기 구동 증폭기 사이에 연결되고, 상기 위상 고정 회로로부터 출력된 상기 주파수 신호를 고대역 필터링하는 고대역 필터를 더 포함하는 무선 전력 송신기.The method of claim 3, wherein
And a high band filter coupled between the phase lock circuit and the drive amplifier, for high band filtering the frequency signal output from the phase lock circuit.
상기 바이어스 전압을 제어하기 위한 전력 제어 회로를 더 포함하는 무선 전력 송신기.The method of claim 3, wherein
And a power control circuit for controlling the bias voltage.
상기 전력 제어 회로는,
전력 값에 대응하는 전력 데이터를 무선 전력 수신기로부터 수신하고, 상기 평형 증폭기의 바이어스 전류 값을 검출하고, 상기 전력 데이터와 상기 바이어스 전류 값을 근거로 하여 듀티 제어 신호를 발생하는 검파 회로;
상기 듀티 제어 신호에 응답하여 펄스 폭 변조 신호를 발생하는 펄스 폭 변조 신호 발생기; 및
상기 펄스 폭 변조 신호에 응답하여 상기 바이어스 전압을 제어하는 DC/DC 변환기를 포함하는 무선 전력 송신기.The method of claim 8,
The power control circuit,
A detection circuit for receiving power data corresponding to a power value from a wireless power receiver, detecting a bias current value of the balance amplifier, and generating a duty control signal based on the power data and the bias current value;
A pulse width modulated signal generator for generating a pulse width modulated signal in response to the duty control signal; And
And a DC / DC converter for controlling the bias voltage in response to the pulse width modulated signal.
상기 검파 회로는,
상기 전력 데이터를 대응하는 아날로그 신호로 변환하는 디코더;
상기 검출된 전류 값에서 상기 변환된 아날로그 신호를 빼는 뺄셈기; 및
상기 뺄셈기의 출력 값에 대응하는 상기 듀티 제어 신호를 발생하는 듀티 제어기를 포함하는 무선 전력 송신기.The method of claim 9,
The detection circuit,
A decoder for converting the power data into a corresponding analog signal;
A subtractor for subtracting the converted analog signal from the detected current value; And
And a duty controller for generating the duty control signal corresponding to the output value of the subtractor.
상기 평형 증폭기와 상기 비방사형 전자파 발생기 사이에 연결되고, 상기 무선 전력 송신기의 출력 임피던스를 일정하게 유지하는 임피던스 매칭 회로를 더 포함하는 무선 전력 송신기.The method of claim 3, wherein
And an impedance matching circuit coupled between the balance amplifier and the non-radiative electromagnetic wave generator and for maintaining a constant output impedance of the wireless power transmitter.
상기 임피던스 매칭 회로는, 상기 무선 전력 송신기의 임피던스를 50 Ω으로조정하는 무선 전력 송신기.The method of claim 11,
The impedance matching circuit adjusts the impedance of the wireless power transmitter to 50 Ω.
고주파 신호를 발생하는 단계;
상기 발생된 고주파 신호를 평형 증폭시켜 전력 신호를 발생하고, 무선 전력 수신기로부터 수신된 전력 데이터를 근거로 상기 전력 신호의 전력을 조정하는 단계; 및
상기 전력 신호를 입력받고 공진을 이용하여 비방사형 전자파를 송신하는 단계를 포함하는 무선 전력 전송 방법.In the wireless power transmission method of the wireless power transmitter:
Generating a high frequency signal;
Equilibrating and amplifying the generated high frequency signal to generate a power signal, and adjusting power of the power signal based on power data received from a wireless power receiver; And
Receiving the power signal and transmitting a non-radioactive electromagnetic wave using resonance.
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
US9543790B2 (en) | 2013-01-24 | 2017-01-10 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Apparatus for transmitting magnetic resonance wireless power using higher order mode resonance, receiving terminal, and method for transmitting and receiving wireless power using the same |
US10148127B2 (en) | 2013-01-29 | 2018-12-04 | Lg Innotek Co., Ltd. | Wireless power transmitting apparatus and method thereof |
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