KR20120131915A - 고효율 가변전력 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

고효율 가변전력 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

무선으로 전력을 전송할 때, 가변전력과 함께 데이터를 전송하는 장치 및 방법에 관한 것으로 고효율 가변전력 송신 장치는 송신 전력량에 대응하는 듀레이션(duration)의 펄스 폭을 가지는 펄스 신호를 생성하고, 펄스 신호를 듀레이션과 송신할 데이터에 대응하는 펄스 형태들로 구성된 펄스 스트림으로 변환하고, 일정한 진폭의 고주파 신호를 시간축에서 펄스 스트림에 따라 온/오프의 반복을 통해 변조함으로써 가변전력을 출력한다.

Description

고효율 가변전력 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR HIGH EFFICIENCY VARIABLE POWER TRANSMISSION}
기술분야는 무선으로 전력을 전송할 때, 가변전력의 전송과 함께 데이터를 전송할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
휴대기기를 포함한 다양한 전기기기가 폭발적으로 증가함에 따라, 유선을 통한 전력공급의 불편함이 증가하고, 기존 battery 용량으로는 다양한 전기기기를 충전하는데 어려움이 많다. 무선 전력 전송에 대한 연구는 이러한 불편함 및 어려움들을 극복하기 위해 시작되었다. 무선 전력 전송 기술들 중 하나는 RF 소자들의 공진(resonance) 특성을 이용한다.
공진 특성을 이용하는 무선 전력 전송 시스템은 전력을 공급하는 소스와 전력을 공급받는 타겟을 포함할 수 있다. 전력을 공급하는 소스는 전력 증폭기를 포함할 수 있다. 전력 증폭기는 타겟에서 요구하는 전력만큼 소스 전력을 증폭한다. 타겟에서 요구하는 전력 레벨이 변할 경우 전력 증폭기는 상기 전력 레벨에 대응하여 전력을 증폭할 수 있어야 한다.
일 측면에 있어서, 송신 전력량에 대응하는 듀레이션(duration)의 펄스 폭을 가지는 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부; 상기 펄스 신호를 상기 듀레이션과 송신할 데이터에 대응하는 펄스 형태들로 구성된 펄스 스트림으로 변환하는 펄스 스트림 생성부; 및 일정한 진폭의 고주파 신호를 시간축에서 상기 펄스 스트림에 따라 온/오프의 반복을 통해 변조함으로써 가변전력을 출력하는 고주파 변조부를 포함하는 고효율 가변전력 송신 장치가 제공된다.
이때, 상기 펄스 스트림 생성부는, 기설정된 크기를 가지는 모든 데이터에 대해서 기설정된 각 단위의 듀레이션 별로 대응하는 펄스 형태를 맵핑한 테이블을 이용해서 상기 듀레이션과 상기 송신할 데이터에 대응하는 상기 펄스 형태를 검색하고, 상기 펄스 신호를 상기 검색한 펄스 형태들로 구성된 상기 펄스 스트림으로 변환할 수 있다.
또한, 상기 펄스 스트림 생성부는, 상기 펄스 스트림을 생성할 때, 상기 펄스 스트림의 앞단에 상기 펄스 스트림의 시작을 알리는 훈련열(Training Sequence)을 삽입할 수 있다.
한편, 상기 펄스 신호는 기설정된 주기를 가지고, 상기 듀레이션(duration)의 펄스 폭은 상기 기설정된 주기보다 작음을 특징으로 한다.
이때, 상기 송신 전력량은, 타겟 디바이스의 요구전력을 나타낼 수 있다.
일 측면에 있어서, 수신된 신호로부터 펄스 스트림을 추출하는 펄스 스트림 검출부; 및 상기 펄스 스트림을 기설정된 주기로 분할하고, 분할된 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터를 출력하는 데이터 변환부를 포함하는 고효율 가변전력 수신 장치가 제공된다.
이때, 상기 검출부는, 상기 수신된 신호에서 훈련열(Training Sequence)을 검출해서 상기 펄스 스트림의 시작을 감지할 수 있다.
한편, 상기 기설정된 주기에 포함된 펄스의 폭은 상기 기설정된 주기보다 작음을 특징으로 한다.
여기서, 상기 데이터 변환부는, 기설정된 펄스 형태들 각각에 대응하는 데이터를 맵핑한 테이블을 이용해서 상기 분할된 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터를 확인할 수 있다.
또한, 고효율 가변전력 수신 장치는 상기 수신된 신호를 정류해서 직류 전압을 생성하는 정류부; 상기 정류된 직류 전압의 레벨을 기설정된 레벨로 조정해서 출력하는 DC/DC 컨버터; 및 상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 조정된 직류 전압을 저장하는 충전부를 더 포함하고, 상기 충전부에 제공되는 전력량은 상기 수신된 신호의 평균 듀레이션(duration)의 비율에 의해 결정될 수 있다.
일 측면에 있어서, 송신 전력량에 대응하는 듀레이션(duration)의 펄스 폭을 가지는 펄스 신호를 생성하는 단계; 상기 펄스 신호를 상기 듀레이션과 송신할 데이터에 대응하는 펄스 형태들로 구성된 펄스 스트림으로 변환하는 단계; 및 일정한 진폭의 고주파 신호를 시간축에서 상기 펄스 스트림에 따라 온/오프의 반복을 통해 변조함으로써 가변전력을 출력하는 단계를 포함하는 고효율 가변전력을 송신하는 방법이 제공된다.
일 측면에 있어서, 수신된 신호로부터 펄스 스트림을 추출하는 단계; 및 상기 펄스 스트림을 기설정된 주기로 분할하고, 분할된 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터를 출력하는 단계를 포함하는 고효율 가변전력을 수신하는 방법이 제공된다.
무선 전력 전송 시스템에서, 고효율 가변전력 송신 장치를 이용함으로써, 무선으로 전력을 수신하는 수신기의 요구 전력에 대응하여 높은 전송 효율로 전력을 전송할 수 있다.
또한, 전력 증폭기에 입력되는 고주파 신호를 최대값으로 유지한 상태에서, 전력이 전송되는 시간을 조정함으로써, 출력전력의 평균 값이 낮은 경우에도, 송신기의 효율은 최대가 되도록 유지할 수 있다.
또한, 전력 증폭기에 공급되는 전압을 고정시킴으로써, 공급전원을 공급하는 전원공급부의 구성이 간단해지고, 전원공급부가 높은 효율을 갖도록 할 수 있다.
또한, 전원 공급부에서 직류 전압을 소스 디바이스의 용도에 맞게 변환하는 직류-직류 변환기없이 전력 증폭기에 전압을 공급할 수 있다. 따라서, 직류-직류 변환기 없이 전원 공급부를 간단한 구조로 구현할 수 있다.
또한, 송신 전력량에 대응하는 듀레이션(duration)의 펄스 폭을 가지는 펄스 신호를 듀레이션과 송신할 데이터에 대응하는 펄스 형태들로 구성된 펄스 스트림으로 변환함으로써, 전력과 함께 데이터를 전송할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치의 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 가변전력 생성부의 블록도이다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 가변전력 생성부의 블록도이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치의 블록도이다.
도 5는 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치에서 전력 증폭기에 입력되는 입력 전압과 출력 전압을 나타낸 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 고효율 가변전력 전송 방법의 흐름도이다.
도 7은 다른 일실시예에 따른 고효율 가변전력 전송 방법의 흐름도이다.
도 8은 일실시예에 따른 데이터를 함께 송신하는 고효율 가변전력 송신 장치의 블록도이다.
도 9는 일실시예에 따른 데이터를 함께 수신하는 고효율 가변전력 수신 장치의 블록도이다.
도 10은 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치에서 송신 데이터에 대응하는 펄스 형태를 확인하는 테이블의 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 데이터를 함께 송신하는 고효율 가변전력 송신 방법의 흐름도이다.
도 12는 일실시예에 따른 데이터를 함께 수신하는 고효율 가변전력 수신 방법의 흐름도이다.
도 13 내지 도 19는 공진기들의 실시 예들을 나타낸다.
도 20는 도 13에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
무선 전력 전송 시스템에서, 보통, 전력 증폭기에 공급전압을 제공하는 전원 공급부는 Switching-mode Power Supply(SMPS)로 구현된다. SMPS는 전력 증폭기의 안정적인 동작을 위해 110V 또는 220V의 교류 전압을 적절한 직류 전압으로 변환하여, 전력 증폭기의 동작전원으로 제공한다.
이때, SMPS는 직류 변환기와 직류-직류 변환기를 이용하여 구성되는데, 무선 전력을 전송하는 송신기의 다른 구성에 비해 사이즈가 크고, 구현하기도 쉽지 않다.
무선 전력 전송 시스템은 수신기의 상황 또는 수신기의 외부환경에 따라 가변하는 전력 전송이 필요하다. 이때, 송신기의 출력전력을 가변하기 위해 전력 증폭기의 입력전력을 낮추면, 전송효율이 급격하게 감소한다.
전송효율을 유지하면서도, 가변전력을 전송하기 위해, SMPS의 출력전압을 가변하여, 전력 증폭기에 공급하는 방법을 생각해 볼 수 있다. 그러나, 전력 증폭기를 설계하는 관점에서, 가변하는 공급전압에 대응하여, 최대의 효율을 갖도록 전력 증폭기를 설계하는 것은 쉽지 않다. 또한, 현재 SMPS회로의 구성은 상당히 복잡하고, 사이즈도 크다. 따라서, 가변전압을 출력하기 위해, 새로운 기능을 추가하면, SMPS회로의 구성은 더욱 복잡해지고, SMPS의 효율도 감소하게 된다.
본 발명은 전력 증폭기의 공급전압 또는 입력전압을 일정한 값으로 유지하면서, 가변전력을 생성하는 방법을 제공한다. 이하의 설명에서, 소스 디바이스는 무선 전력을 전송하는 송신기를 포함하는 장치를 의미하고, 타겟 디바이스는 무선 전력을 수신하는 수신기를 포함하는 장치를 의미한다.
도 1은 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치는 가변전력 생성부(110), 전력 증폭기(120), 전원 공급부(130) 및 전송부(140)를 포함한다.
가변전력 생성부(110)는 일정한 진폭의 고주파 신호를 시간축에서 변조할 수 있다. 보다 구체적으로, 가변전력 생성부(110)는 고주파 신호 생성기(111)에서 생성된 고주파 신호를 온/오프의 반복을 통해 변조함으로써 가변전력을 생성할 수 있다. 이때, 가변전력 생성부(110)는 온/오프의 듀레이션(duration)을 결정하는 변조신호에 기초하여 고주파 신호를 변조하여, 가변전력을 생성할 수 있다.
가변전력 생성부(110)는 고주파 신호 생성기(111), 변조신호 생성부(113) 및 스위치 제어부(115)를 포함할 수 있다.
고주파 신호 생성기(111)는 일정한 진폭의 고주파 신호를 생성할 수 있다. 고주파 신호 생성기(111)는 전력 증폭기(120)에 일정한 진폭의 고주파 신호를 전달할 수 있다.
변조신호 생성부(113)는 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨에 대응하는 듀티 사이클을 갖는 저주파 변조신호를 생성할 수 있다. 변조신호 생성부(113)는 고주파 신호의 온/오프가 지속되는 듀레이션(duration)을 결정하여 변조신호를 생성한다. 즉, 변조신호 생성부(113)는 한 주기 내에서 상기 요구 전력 레벨에 대응하도록 듀티 사이클을 결정하여, 변조신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 변조신호 생성부(113)는 요구 전력 레벨이 최대값을 요구하는 경우에, 변조신호가 한 주기 동안 계속적으로 high상태가 되도록, 즉, 듀티(duty)를 100프로로 결정할 수 있다. 이때, 고주파 신호는 한 주기 동안 계속하여 전력 증폭기에 입력될 수 있다. 따라서, 전력 증폭기의 출력전력은 최대값을 가지게 된다.
또한, 변조신호 생성부(113)는 요구 전력 레벨이 최소값인 경우, 변조신호가 한 주기 동안 계속적으로 low상태가 되도록, 즉, 듀티를 0프로로 결정할 수 있다. 이때, 고주파 신호는 한 주기 동안 전력 증폭기에 입력되지 않을 수 있다. 따라서, 전력 증폭기의 출력전력은 0, 즉 최소값을 가지게 된다.
또한, 변조신호 생성부(113)는 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하도록 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다. 변조신호 생성부(113)는 고주파 신호의 바깥 대역에 양자화 잡음을 생성하여, 일정한 포락선을 가지는 펄스폭 변조신호를 생성할 수 있다. 즉, 변조신호 생성부(113)도 델타-시그마 변조를 수행하여 고주파 신호의 온/오프가 지속되는 듀레이션을 결정하여, 변조신호를 생성할 수 있다.
스위치 제어부(115)는 고주파 신호 생성기(111)에서 생성된 고주파 신호가 변조신호 생성부(113)에서 생성된 저주파 변조신호에 의하여 변조되도록 스위치의 온/오프를 제어한다. 스위치 제어부(115)는 변조신호가 “high”일 때 On되고, 변조신호가 “Low” 일 때 off 되도록 스위치를 제어할 수 있다.
변조신호의 듀레이션에 따라 고주파 신호가 전력 증폭기(120)에 입력된다. 이때, 고주파 신호는 일정한 진폭을 가진다. 즉, 전력 증폭기에 입력되는 고주파 신호는 늘 일정한 진폭으로 입력된다. 전력 증폭기(120)를 통해 증폭되어 출력되는 출력전력은 상기 듀레이션에 따라 평균값이 가변될 수 있다. 즉, 전력 증폭기(120)는 변조신호의 듀레이션 또는 듀티 사이클에 기초하여, 가변전력을 출력할 수 있다. 전력 증폭기(120)는 일정한 진폭의 고주파 신호를 입력 받지만, 변조신호의 듀레이션에 기초하여 출력전력의 평균값이 가변하는, 가변전력을 출력한다.
전력 증폭기(120)는 일정 레벨의 공급전압에 기초하여 가변전력 생성부(110)에서 생성된 가변전력을 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨에 대응하도록 증폭한다. 이때, 공급전압은 일정 레벨로 유지된다. 따라서, 전력 증폭기(120)는 높은 효율로 가변전력 생성부(110)에서 입력되는 가변전력을 증폭할 수 있다.
전원 공급부(130)는 전원소스(21)로부터 수신한 교류전압을 직류전압으로 변환한다. 또한, 전원 공급부(130)는 상기 직류전압에 기초하여 일정 레벨의 공급전압을 생성한다. 또한, 전원 공급부(130)는 상기 일정 레벨의 공급전압을 전력증폭기(120)에 공급한다.
전원 공급부(130)는 기존의 SMPS를 통하여 구현될 수 있다.
전원 공급부(130)는 복잡한 SMPS 대신, 변압부(131) 및 정류부(133)로 간단하게 구현될 수 있다.
변압부(131)는 교류전압을 소스 디바이스에 대응하는 교류전압으로 강압할 수 있다. 예를 들면, 변압부(131)는 220V의 교류전압을 소스 디바이스의 정격전압에 대응하는 낮은 전압으로 강압할 수 있다. 변압부(131)는 1:N 트랜스포머로 구현될 수 있다.
정류부(133)는 상기 강압된 교류전압을 정류하여 직류전압을 생성할 수 있다. 정류부(133)에서 생성된 직류전압은 전력 증폭기에 공급전압으로써, 공급된다. 이때, 직류전압은 일정 레벨의 고정된 값을 가지고, 전력 증폭기에 안정적으로 공급될 수 있다.
또한, 전원 공급부(130)는 정류부(133)만을 포함할 수 있다. 정류부(133)는 전원소스(21)로부터 수신한 교류전압을 정류하여 직류전압을 생성할 수 있다.
전송부(140)는 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨에 대응하도록 증폭된 가변전력을 전송코일 또는 안테나를 통하여 타겟 디바이스로 전송한다. 전송부(140)는 전력 증폭기(120)에서 출력된 가변전력을 전송코일 또는 안테나를 통하여 전송할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 가변전력 생성부(110)의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 가변전력 생성부(110)는 고주파 신호 생성기(210), 변조신호 생성부(220) 및 디지털 로직 처리부(230)를 포함할 수 있다.
고주파 신호 생성기(210)는 일정한 진폭의 고주파 신호(211)를 생성한다.
변조신호 생성부(220)는 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨에 대응하는 듀티 사이클을 갖는 저주파 변조신호(221)를 생성한다. 변조신호 생성부(220)는 일정한 진폭을 가지는 고주파 신호가, 듀티 사이클에 따라 변조되도록 변조신호(221)를 생성한다. 고주파 신호 생성기(210)에서 출력되는 고주파 신호는 언제나 최대값을 가지고, 변조신호(211)의 듀티 사이클에 따라 전력 증폭기(120)에 입력된다.
또한, 변조신호 생성부(220)는 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하도록 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호(211)를 생성할 수 있다.
또한, 변조신호 생성부(220)는 시간축에서 펄스폭을 변조하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 생각할 수 있는 다양한 방식으로, 변조신호(211)를 생성할 수 있다.
디지털 로직 처리부(230)는 고주파 신호 생성기(210)에서 생성된 고주파 신호(211)가 변조신호 생성부(220)에서 생성된 저주파 변조신호(221)에 의하여 변조되도록 논리연산을 수행할 수 있다. 디지털 로직 처리부(230)는 저주파 변조신호(221)가 인가되는 경우에만 고주파 신호(211)가 인가되어 가변전력(231)을 출력하도록 논리연산을 수행할 수 있다. 예를 들면, 디지털 로직 처리부(230)는 단순하게 AND 게이트로 구현될 수 있다. 다만, 디지털 로직 처리부(223)는 동일한 기능을 수행하는 좀 더 복잡한 논리연산 구성으로 구현될 수 있다.
도 3은 다른 일실시예에 따른 가변전력 생성부(110)의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 가변전력 생성부(110)는 변조신호 생성부(310), 제어부(320) 및 고주파 신호 생성기(330)를 포함할 수 있다.
변조신호 생성부(310)는 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨에 대응하는 듀티 사이클을 갖는 저주파 변조신호(311)를 생성한다. 변조신호 생성부(220)는 일정한 진폭을 가지는 고주파 신호가, 시간축에서 듀레이션(duration)에 따라 변조되도록 변조신호(311)를 생성한다. 고주파 신호 생성기(210)에서 출력되는 고주파 신호는 언제나 최대값으로, 전력 증폭기(120)에 입력되므로, 전력 전송 효율은 높게 유지될 수 있다.
또한, 변조신호 생성부(310)는 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하도록 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호(311)를 생성할 수 있다.
제어부(320)는 변조신호 생성부(310)에서 생성된 저주파 변조신호(311)에 기초하여 고주파 신호생성기의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(320)는 저주파 변조신호(311)가 인가되는 경우에 고주파 신호 생성기(330)가 동작(on/off)하도록 전기적으로 제어할 수 있다. 이때, 고주파 신호 생성기(330)는 일정한 진폭의 고주파 신호(331)를 저주파 변조신호(311)에 기초하여 출력한다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치는 고주파 신호 생성부(410), 전력 증폭기(420), 가변전원 공급부(430) 및 전송부(440)를 포함한다.
고주파 신호 생성부(410)는 일정한 진폭의 고주파 신호를 생성한다.
전력 증폭기(420)는 가변전압에 기초하여 고주파 신호 생성부(410)에서 생성된 고주파 신호를 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨에 대응하도록 증폭한다. 상기 가변전압의 순간 값은 일정하다. 그러나, 시간축에서 온/오프를 통한 변조를 통해 평균값이 변하게 된다. 전력 증폭기(420)는 일정한 크기의 공급전압을 공급받으므로, 높은 효율로 고주파 신호를 증폭할 수 있다.
가변전원 공급부(430)는 전원소스(31)로부터 수신한 교류전압을 직류전압으로 변환한다. 또한, 가변전원 공급부(430)는 상기 직류전압을 시간축에서, 상기 직류전압의 온/오프의 반복을 통해 변조한다. 또한, 가변전원 공급부(430)는 상기 변조를 통해 가변전압을 생성하고, 생성된 가변전압을 전력증폭기(420)에 공급한다. 이때, 가변전원 공급부(430)는 온/오프의 듀레이션(duration)을 결정하는 변조신호에 기초하여 직류전압을 변조하여, 가변전압을 생성할 수 있다.
가변전원 공급부(430)는 정류부(431), 변조신호 생성부(433) 및 스위치 제어부(435)를 포함할 수 있다.
정류부(431)는 전원소스(31)로부터 수신한 교류전압을 정류하여 직류전압을 생성한다.
변조신호 생성부(433)는 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하는 듀티 사이클을 갖는 저주파 변조신호를 생성한다. 변조신호 생성부(433)는 직류전압의 온/오프가 지속되는 듀레이션(duration)을 결정하여 변조신호를 생성한다. 즉, 변조신호 생성부(433)는 한 주기 내에서 상기 요구 전력 레벨에 대응하도록 듀티 사이클을 결정하여, 변조신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 변조신호 생성부(433)는 요구 전력 레벨이 최대값을 요구하는 경우에, 변조신호가 한 주기 동안 계속적으로 high상태가 되도록 할 수 있다. 이때, 직류전압은 한 주기 동안 계속하여 전력 증폭기에 입력될 수 있다. 따라서, 전력 증폭기의 출력전력은 최대값을 가지게 된다.
또한, 변조신호 생성부(433)는 요구 전력 레벨이 최소값인 경우, 변조신호가 한 주기 동안 계속적으로 low상태가 되도록 할 수 있다. 이때, 직류전압은 한 주기 동안 전력 증폭기에 입력되지 않을 수 있다. 따라서, 전력 증폭기의 출력전력은 0, 즉 최소값을 가지게 된다.
또한, 변조신호 생성부(433)는 상기 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하도록 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다.
스위치 제어부(435)는 정류부(431)에서 생성된 직류전압이 변조신호 생성부(433)에서 생성된 저주파 변조신호에 의하여 변조되도록 스위치의 온/오프를 제어한다. 스위치 제어부(435)는 변조신호가 “high”일 때 On되고, 변조신호가 “Low” 일 때 off 되도록 스위치를 제어할 수 있다.
또한, 가변전원 공급부(430)는 변압부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 변압부(도시되지 않음)는 교류전압을 소스 디바이스에 대응하는 교류전압으로 강압할 수 있다. 예를 들면, 변압부(도시되지 않음)는 220V의 교류전압을 소스 디바이스의 정격전압에 대응하는 낮은 전압으로 강압할 수 있다. 변압부(도시되지 않음)는 1:N 트랜스포머로 구현될 수 있다.
전송부(440)는 타겟 디바이스의 요구전력에 대응하도록 증폭된 가변전력을 전송 코일 또는 안테나를 통하여 타겟 디바이스로 전송한다. 전송부(440)는 전력 증폭기(420)에서 출력된 가변전력을 전송코일 또는 안테나를 통하여 전송할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치에서 전력 증폭기에 입력되는 입력 전압과 출력 전압을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, (a)는 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨에 대응하는 변조신호를 나타내고, (b)는 각각의 변조신호에 대응하여 가변전력이 출력되는 경우를 나타낸다.
(a)를 참조하면, 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨이 고전력(High Power)인 경우(510)에 변조신호는 계속하여 High로 유지된다. 상대적으로 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨이 중전력(Mid Power)인 경우(520) 또는 저전력(Low Power)인 경우(530)에 High로 유지되는 듀레이션(duration) 또는 듀티 사이클(duty cycle)이 줄어든다. 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨이 0, Turn off 인 경우(540)에는 무선 전력을 전송할 필요가 없으므로, 변조신호는 Low 상태로 유지된다.
(b)는 일정한 진폭을 가지는 고주파 신호가 (a)의 각 경우에 따라 변조된 경우를 나타낸다. 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨이 고전력(High Power)인 경우(550)에 전력 증폭기는 변조신호가 High로 유지되는 구간 동안 지속적으로 전력을 출력한다. 따라서, 출력전력의 전력값을 최대값을 가진다. 상대적으로 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨이 중전력(Mid Power)인 경우(560)에서 저전력(Low Power)인 경우(570)로 변화하는 경우, 변조신호가 High로 유지되는 구간이 짧아지므로, 출력전력의 평균값이 감소하게 된다. 타겟 디바이스의 요구 전력 레벨이 0, Turn off 인 경우(580)에는 무선 전력을 전송할 필요가 없으므로, 변조신호는 Low 상태로 유지되고, 전력 증폭기는 전력을 출력하지 않는다.
즉, 전력 증폭기는 변조신호의 듀레이션 또는 듀티 사이클에 기초하여 가변전력을 출력할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 고효율 가변전력 전송 방법의 흐름도이다.
610단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 전원소스로부터 수신한 교류전압을 직류전압으로 변환한다. 고효율 가변전력 송신 장치는 정류기를 통하여 교류전압을 직류전압으로 변환할 수 있다. 또한, 고효율 가변전력 송신 장치는 교류-직류 변환기를 이용하여 교류전압을 직류전압으로 변환할 수 있다.
620단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 상기 직류전압에 기초하여 일정 레벨의 공급전압을 생성하고, 상기 일정 레벨의 공급전압을 전력증폭기에 공급한다.
630단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 일정한 진폭의 고주파 신호를 시간축에서, 상기 고주파 신호의 온/오프의 반복을 통해 변조함으로써 가변전력을 출력한다.
일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치는 일정한 진폭의 고주파 신호를 생성할 수 있다. 또한, 고효율 가변전력 송신 장치는 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하는 듀티 사이클을 갖는 저주파 변조신호를 생성할 수 있다. 이때, 듀티 사이클은 한 주기 내에서 고주파 신호가 온(On)되는 듀레이션(duration)에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 고효율 가변전력 송신 장치는 고주파 신호가 상기 저주파 변조신호에 의하여 변조되도록 스위치의 온/오프를 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치는 일정한 진폭의 고주파 신호를 생성할 수 있다. 고효율 가변전력 송신 장치는 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하는 듀티 사이클을 갖는 저주파 변조신호를 생성하고, 상기 고주파 신호가 상기 저주파 변조신호에 의하여 변조되도록 논리연산을 수행할 수 있다.
일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치는 고주파 신호생성기를 이용하여 일정한 진폭의 고주파 신호를 생성하고, 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하는 듀티 사이클을 갖는 저주파 변조신호를 생성하여, 상기 저주파 변조신호에 기초하여 상기 고주파 신호생성기의 동작을 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치는 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하도록 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다.
640단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 일정 레벨의 공급전압에 기초하여 가변전력을 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하도록 증폭한다.
도 7은 다른 일실시예에 따른 고효율 가변전력 전송 방법의 흐름도이다.
710단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 전원소스로부터 수신한 교류전압을 직류전압으로 변환한다.
720단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 상기 직류전압을 시간축에서, 상기 직류전압의 온/오프의 반복을 통해 변조함으로써 가변전압을 생성하고, 상기 가변전압을 전력증폭기에 공급한다.
일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치는 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하는 듀티 사이클을 갖는 저주파 변조신호를 생성하고, 상기 직류전압이 상기 저주파 변조신호에 의하여 변조되도록 스위치의 온/오프를 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치는 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하도록 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다.
730단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 일정한 진폭의 고주파 신호를 생성한다.
740단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 가변전압에 기초하여 고주파 신호를 타겟 디바이스의 요구 전력에 대응하도록 증폭한다.
도 8은 일실시예에 따른 데이터를 함께 송신하는 고효율 가변전력 송신 장치의 블록도이다.
도 8을 참조하면, 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치는 펄스 생성부(810), 펄스 스트림 생성부(820) 및 고주파 변조부(830)를 포함한다.
펄스 생성부(810)는 송신 전력량에 대응하는 듀레이션(duration)의 펄스 폭을 가지는 펄스 신호(802)를 생성한다. 이때, 펄스 신호는 기설정된 주기를 가진다. 그리고, 그리고, 듀레이션(duration)의 펄스 폭은 기설정된 주기보다 작게 설정된다. 한편, 송신 전력량은 타겟 디바이스에서 요구하는 요구전력일 수 있다.
펄스 스트림 생성부(820)는 펄스 생성부(810)에서 생성한 펄스 신호를 듀레이션과 송신할 데이터에 대응하는 펄스 형태들로 구성된 펄스 스트림(804)으로 변환한다.
보다 상세하게 설명하면, 펄스 스트림 생성부(820)는 기설정된 크기를 가지는 모든 데이터에 대해서 기설정된 각 단위의 듀레이션 별로 대응하는 펄스 형태를 맵핑한 테이블을 이용해서 듀레이션과 송신할 데이터에 대응하는 펄스 형태를 검색하고, 펄스 신호를 검색한 펄스 형태들로 구성된 펄스 스트림으로 변환한다. 펄스 스트림 생성부(820)에서 펄스 형태를 확인하기 위해 검색하는 테이블은 아래 도 10과 같이 구성될 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 고효율 가변전력 송신 장치에서 송신 데이터에 대응하는 펄스 형태를 확인하는 테이블의 예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 테이블은 1에서 4까지의 펄스 폭을 가지는 듀레이션과 00에서 11로 표현되는 데이터의 조합에 상응하는 펄스 형태를 도시하였다. 도 10의 펄스 형태를 보면 알 수 있듯이 펄스 폭은 하나의 펄스 형태를 구성하는 주기보다 작음을 확인할 수 있다.
펄스 스트림 생성부(820)는 펄스 스트림을 생성할 때, 펄스 스트림의 앞단에 펄스 스트림의 시작을 알리는 훈련열(Training Sequence)을 삽입한다.
고주파 변조부(830)는 일정한 진폭의 고주파 신호를 시간축에서 펄스 스트림에 따라 온/오프의 반복을 통해 변조함으로써 가변전력(806)을 출력한다.
도 9는 일실시예에 따른 데이터를 함께 수신하는 고효율 가변전력 수신 장치의 블록도이다.
도 9를 참조하면, 일실시예에 따른 고효율 가변전력 수신 장치는 펄스 스트림 검출부(910), 데이터 변환부(920), 정류부(930), DC/DC 컨버터(940) 및 충전부(950)를 포함한다.
펄스 스트림 검출부(910)는 송신 장치인 소스 디바이스로부터 수신된 신호로부터 펄스 스트림을 추출한다. 이때, 펄스 스트림 검출부(910)는 수신된 신호에서 기설정된 훈련열(Training Sequence)이 검출되면, 펄스 스트림의 시작으로 감지해서 펄스 스트림(902)을 추출한다.
데이터 변환부(920)는 펄스 스트림(902)을 기설정된 주기로 분할하고, 분할된 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터를 출력한다. 보다 상세히 설명하면, 데이터 변환부(920)는 기설정된 펄스 형태들 각각에 대응하는 데이터를 맵핑한 테이블을 이용해서 분할된 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터를 확인해서 출력한다. 이때, 데이터 변환부(920)에서 펄스 형태에 대응하는 데이터를 확인하기 위해 검색하는 테이블은 상술한 도 10과 같이 구성될 수 있다.
한편, 정류부(930)는 수신된 신호를 정류해서 직류 전압을 생성한다.
DC/DC 컨버터(940)는 정류부(930)를 통해 정류된 직류 전압의 레벨을 기설정된 레벨로 조정해서 출력한다.
충전부(950)는 DC/DC 컨버터(940)로부터 출력되는 조정된 직류 전압을 저장한다. 이때, 충전부(950)에 제공되는 전력량은 수신된 신호의 평균 듀레이션(duration)의 비율에 의해 결정된다.
도 11은 일실시예에 따른 데이터를 함께 송신하는 고효율 가변전력 송신 방법의 흐름도이다.
1110단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 송신 전력량에 대응하는 듀레이션(duration)의 펄스 폭을 가지는 펄스 신호를 생성한다. 이때, 듀레이션(duration)의 펄스 폭은 기설정된 주기보다 작게 설정된다.
1120단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 펄스 신호를 듀레이션과 송신할 데이터에 대응하는 펄스 형태들로 구성된 펄스 스트림으로 변환한다. 이때, 고효율 가변전력 송신 장치는 기설정된 크기를 가지는 모든 데이터에 대해서 기설정된 각 단위의 듀레이션 별로 대응하는 펄스 형태를 맵핑한 테이블을 이용해서 듀레이션과 송신할 데이터에 대응하는 펄스 형태를 검색할 수 있다. 펄스 형태를 확인하기 위해 검색하는 테이블은 상술한 도 10과 같이 구성될 수 있다.
그리고, 고효율 가변전력 송신 장치는 펄스 스트림을 생성할 때, 펄스 스트림의 앞단에 펄스 스트림의 시작을 알리는 훈련열(Training Sequence)을 삽입한다.
1130단계에서, 고효율 가변전력 송신 장치는 일정한 진폭의 고주파 신호를 시간축에서 펄스 스트림에 따라 온/오프의 반복을 통해 변조함으로써 가변전력을 출력한다.
도 12는 일실시예에 따른 데이터를 함께 수신하는 고효율 가변전력 수신 방법의 흐름도이다.
1210단계에서, 고효율 가변전력 수신 장치는 커플링을 통해 송신 장치인 소스 디바이스로부터 전력 신호를 수신하는지 확인한다.
1210단계에서 전력신호를 확인하면, 1212단계에서, 고효율 가변전력 수신 장치는 수신된 신호로부터 펄스 스트림을 추출한다. 1214단계에서, 고효율 가변전력 수신 장치는 추출한 펄스 스트림을 기설정된 주기로 분할한다. 1216단계에서, 고효율 가변전력 수신 장치는 분할된 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터를 출력한다. 이때, 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터는 기설정된 펄스 형태들 각각에 대응하는 데이터를 맵핑한 테이블을 이용해서 확인할 수 있다. 그리고, 펄스 형태에 대응하는 데이터를 확인하기 위해 검색하는 테이블은 상술한 도 10과 같이 구성될 수 있다.
한편, 1210단계에서 전력신호를 확인하면, 1222단계에서, 고효율 가변전력 수신 장치는 수신된 신호를 정류해서 직류 전압을 생성한다. 1224단계에서, 고효율 가변전력 수신 장치는 정류된 직류 전압의 레벨을 기설정된 레벨로 조정해서 출력한다. 1226단계에서, 고효율 가변전력 수신 장치는 조정된 직류 전압을 충전부에 저장한다. 이때, 충전부에 제공되는 전력량은 수신된 신호의 평균 듀레이션(duration)의 비율에 의해 결정된다.
본 발명은 전력을 무선으로 전송하는 제품이나 시스템에 적용될 수 있다.
도 13 내지 도 19는 공진기들의 실시 예들을 나타낸다.
도 13은 일실시예에 따른 2 차원 구조의 공진기를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 일실시예에 따른 2 차원 구조의 공진기는 제1 신호 도체 부분(1311), 제2 신호 도체 부분(1312) 및 그라운드 도체 부분(1313)을 포함하는 전송 선로, 커패시터(1320), 매칭기(1330) 및 도체들(1341, 1342)을 포함한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 커패시터(1320)는 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(1311)과 제2 신호 도체 부분(1312) 사이에 위치에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 커패시터(1320)에 갇히게 된다. 일반적으로, 전송 선로는 상부에 적어도 하나의 도체, 하부에 적어도 하나의 도체를 포함하며, 상부에 있는 도체를 통해서는 전류가 흐르며, 하부에 있는 도체는 전기적으로 그라운드 된다(grounded). 본 명세서에서는 전송 선로의 상부에 있는 도체를 제1 신호 도체 부분(1311)과 제2 신호 도체 부분(1312)로 나누어 부르고, 전송 선로의 하부에 있는 도체를 그라운드 도체 부분(1313)으로 부르기로 한다.
도 13에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 공진기(1300)는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(1311) 및 제2 신호 도체 부분(1312)을 포함하고, 하부에 그라운드 도체 부분(1313)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(1311) 및 제2 신호 도체 부분(1312)과 그라운드 도체 부분(1313)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(1311) 및 제2 신호 도체 부분(1312)을 통하여 흐른다.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(1311)의 한쪽 단은 도체(1342)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 커패시터(1320)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(1312)의 한쪽 단은 도체(1341)와 접지되며, 다른 쪽 단은 커패시터(1320)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(1311), 제2 신호 도체 부분(1312) 및 그라운드 도체 부분(1313), 도체들(1341, 1342)은 서로 연결됨으로써, 공진기(1300)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함하며, '루프 구조를 갖는다고 함은' 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.
커패시터(1320)는 전송 선로의 중단부에 삽입된다. 보다 구체적으로, 커패시터(1320)는 제1 신호 도체 부분(1311) 및 제2 신호 도체 부분(1312) 사이에 삽입된다. 이 때, 커패시터(1320)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 커패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.
커패시터(1320)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 상기 공진기(1300)는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. 여기서, 메타물질이란 자연에서 발견될 수 없는 특별한 전기적 성질을 갖는 물질로서, 인공적으로 설계된 구조를 갖는다. 자연계에 존재하는 모든 물질들의 전자기 특성은 고유의 유전율 또는 투자율을 가지며, 대부분의 물질들은 양의 유전율 및 양의 투자율을 갖는다. 대부분의 물질들에서 전계, 자계 및 포인팅 벡터에는 오른손 법칙이 적용되므로, 이러한 물질들을 RHM(Right Handed Material)이라고 한다. 그러나, 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 유전율 또는 투자율을 가진 물질로서, 유전율 또는 투자율의 부호에 따라 ENG(epsilon negative) 물질, MNG(mu negative) 물질, DNG(double negative) 물질, NRI(negative refractive index) 물질, LH(left-handed) 물질 등으로 분류된다.
이 때, 집중 소자로서 삽입된 커패시터(1320)의 커패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 공진기(1300)는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 커패시터(1320)의 커패시턴스를 적절히 조절함으로써, 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따른 공진기(1300)는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 아래에서 설명하겠지만, 커패시터(1320)의 커패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 공진기(1300)가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 공진기(1300)가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 공진기(1300)가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 커패시터(1320)의 커패시턴스가 정해질 수 있다.
MNG 공진기(1300)는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기(1300)는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기(1300)의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기(1300)에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 커패시터(1320)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기(1300)의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
또한, 근접 필드(near field)에서 전계는 전송 선로에 삽입된 커패시터(1320)에 집중되므로, 커패시터(1320)로 인하여 근접 필드에서는 자계(magnetic field)가 도미넌트(dominant)해진다. 그리고, MNG 공진기(1300)는 집중 소자의 커패시터(1320)을 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다. 참고로, 큐-팩터는 무선 전력 전송에 있어서 저항 손실(ohmic loss)의 정도 또는 저항(resistance)에 대한 리액턴스의 비를 나타내는데, 큐-팩터가 클수록 무선 전력 전송의 효율이 큰 것으로 이해될 수 있다.
또한, MNG 공진기(1300)는 임피던스 매칭을 위한 매칭기(1330)를 포함할 수 있다. 이 때, 매칭기(1330)는 MNG 공진기(1300) 의 자계의 강도를 적절히 조절 가능(tunable)하고, 매칭기(1330)에 의해 MNG 공진기(1300)의 임피던스는 결정된다. 그리고, 전류는 커넥터(1340)를 통하여 MNG 공진기(1300)로 유입되거나 MNG 공진기(1300)로부터 유출될 수 있다. 여기서, 커넥터(1340)는 그라운드 도체 부분(1313) 또는 매칭기(1330)와 연결될 수 있다. 다만, 커넥터(1340)와 그라운드 도체 부분(1313) 또는 매칭기(1330) 사이에는 물리적인 연결이 형성될 수도 있고, 커넥터(1340)와 그라운드 도체 부분(1313) 또는 매칭기(1330) 사이의 물리적인 연결 없이 커플링을 통하여 전력이 전달될 수도 있다.
보다 구체적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 매칭기(1330)는 공진기(1300)의 루프 구조로 인해 형성되는 루프의 내부에 위치할 수 있다. 매칭기(1330)는 물리적인 형태를 변경함으로써, 공진기(1300)의 임피던스를 조절할 수 있다. 특히, 매칭기(1330)는 그라운드 도체 부분(1313)으로부터 거리 h 만큼 떨어진 위치에 임피던스 매칭을 위한 도체(1331)를 포함할 수 있으며, 공진기(1300)의 임피던스는 거리 h를 조절함으로써 변경될 수 있다.
도 13에 도시되지 아니하였지만, 매칭기(1330)를 제어할 수 있는 컨트롤러가 존재하는 경우, 매칭기(1330)는 컨트롤러에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 매칭기(1330)의 물리적 형태를 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호에 따라 매칭기(1330)의 도체(1331)와 그라운드 도체 부분(1313) 사이의 거리 h가 증가하거나, 감소될 수 있으며, 그에 따라 매칭기(1330)의 물리적 형태가 변경됨으로써, 공진기(1300)의 임피던스는 조절될 수 있다.
매칭기(1330)는 도 13에 도시된 바와 같이, 도체 부분(1331)과 같은 수동 소자로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라서는 다이오드, 트랜지스터 등과 같은 능동 소자로 구현될 수 있다. 능동 소자가 매칭기(1330)에 포함되는 경우, 능동 소자는 컨트롤러에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 구동될 수 있으며, 그 제어 신호에 따라 공진기(1300)의 임피던스는 조절될 수 있다. 예를 들어, 매칭기(1330)에는 능동 소자의 일종인 다이오드가 포함될 수 있고, 다이오드가 'on' 상태에 있는지 또는 'off'' 상태에 있는지에 따라 공진기(1300)의 임피던스가 조절될 수 있다.
또한, 도 13에 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기(1300)를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 3 차원 구조의 공진기를 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 3 차원 구조의 공진기(1400)는 제1 신호 도체 부분(1411), 제2 신호 도체 부분(1412) 및 그라운드 도체 부분(1413)을 포함하는 전송 선로 및 커패시터(1420)를 포함한다. 여기서 커패시터(1420)는 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(1411)과 제2 신호 도체 부분(1412) 사이에 위치에 직렬로 삽입되고, 전계(electric field)는 커패시터(1420)에 갇히게 된다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이 공진기(1400)는 3차원 구조의 형태를 갖는다. 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(1411) 및 제2 신호 도체 부분(1412)을 포함하고, 하부에 그라운드 도체 부분(1413)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(1411) 및 제2 신호 도체 부분(1412)과 그라운드 도체 부분(1413)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(1411) 및 제2 신호 도체 부분(1412)을 통하여 x 방향으로 흐르며, 이러한 전류로 인해 -y 방향으로 자계(magnetic field) H(w)가 발생한다. 물론, 도 14에 도시된 것과 다르게, +y 방향으로 자계(magnetic field) H(w)가 발생할 수 있다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(1411)의 한쪽 단은 도체(1442)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 커패시터(1420)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(1412)의 한쪽 단은 도체(1441)와 접지되며, 다른 쪽 단은 커패시터(1420)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(1411), 제2 신호 도체 부분(1412) 및 그라운드 도체 부분(1413), 도체들(1441, 1442)은 서로 연결됨으로써, 공진기(1400)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함하며, '루프 구조를 갖는다고 함은' 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이 커패시터(1420)는 제1 신호 도체 부분(1411) 및 제2 신호 도체 부분(1412) 사이에 삽입된다. 이 때, 커패시터(1420)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 커패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이 커패시터(1420)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 상기 공진기(1400)는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. 집중 소자로서 삽입된 커패시터(1420)의 커패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 공진기(1400)는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 커패시터(1420)의 커패시턴스를 적절히 조절함으로써, 공진기(1400)는 특정 주파수 대역에서 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 본 발명의 일실시예에 따른 공진기(1400)는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 아래에서 설명하겠지만, 커패시터(1420)의 커패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 공진기(1400)가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 공진기(1400)가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 공진기(1400)가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 커패시터(1420)의 커패시턴스가 정해질 수 있다.
도 14에 도시된 MNG 공진기(1400)는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기(1400)는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기(1400)의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. MNG 공진기(1400)에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 커패시터(1420)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기(1400)의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이 MNG 공진기(1400)를 참조하면, 근접 필드(near field)에서 전계는 전송 선로(1410)에 삽입된 커패시터(1420)에 집중되므로, 커패시터(1420)로 인하여 근접 필드에서는 자계(magnetic field)가 도미넌트(dominant)해진다. 특히, 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖는 MNG 공진기(1400)는 자계 다이폴(magnetic dipole)과 유사한 특성들을 가지므로, 근접 필드에서는 자계가 도미넌트하며, 커패시터(1420)의 삽입으로 인해 발생하는 적은 양의 전계 또한 그 커패시터(1420)에 집중되므로, 근접 필드에서는 자계가 더더욱 도미넌트해진다. MNG 공진기(1400)는 집중 소자의 커패시터(1420)를 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 14에 도시된 MNG 공진기(1400)는 임피던스 매칭을 위한 매칭기(1430)를 포함할 수 있다. 이 때, 매칭기(1430)는 MNG 공진기(1400)의 자계의 강도를 적절히 조절 가능(tunable)하고, 매칭기(1430)에 의해 MNG 공진기(1400)의 임피던스는 결정된다. 그리고, 전류는 커넥터(1440)를 통하여 MNG 공진기(1400)로 유입되거나 MNG 공진기(1400)로부터 유출된다. 여기서, 커넥터(1440)는 그라운드 도체 부분(1413) 또는 매칭기(1430)와 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 매칭기(1430)는 공진기(1400)의 루프 구조로 인해 형성되는 루프의 내부에 위치할 수 있다. 매칭기(1430)는 물리적인 형태를 변경함으로써, 공진기(1400)의 임피던스를 조절할 수 있다. 특히, 매칭기(1430)는 그라운드 도체 부분(1413)으로부터 거리 h 만큼 떨어진 위치에 임피던스 매칭을 위한 도체 부분(1431)을 포함할 수 있으며, 공진기(1400)의 임피던스는 거리 h를 조절함으로써 변경될 수 있다.
도 14에 도시되지 아니하였지만, 매칭기(1430)를 제어할 수 있는 컨트롤러가 존재하는 경우, 매칭기(1430)는 컨트롤러에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 매칭기(1430)의 물리적 형태를 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호에 따라 매칭기(1430)의 도체(1431)과 그라운드 도체 부분(1413) 사이의 거리 h가 증가하거나, 감소될 수 있으며, 그에 따라 매칭기(1430)의 물리적 형태가 변경됨으로써, 공진기(1400)의 임피던스는 조절될 수 있다. 매칭기(1430)의 도체(1431)과 그라운드 도체 부분(1413) 사이의 거리 h는 다양한 방식들로 조절될 수 있다. 즉, 첫째, 매칭기(1430)에는 여러 도체들이 포함될 수 있고, 그 도체들 중 어느 하나를 적응적으로 활성화함으로써 거리 h가 조절될 수 있다. 둘째, 도체(1431)의 물리적인 위치를 상하로 조절함으로써, 거리 h가 조절될 수 있다. 이러한 거리 h는 컨트롤러의 제어 신호에 따라 제어될 수 있으며, 컨트롤러는 다양한 팩터들을 고려하여 제어 신호를 생성할 수 있다.
매칭기(1430)는 도 14에 도시된 바와 같이, 도체 부분(1431)과 같은 수동 소자로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라서는 다이오드, 트랜지스터 등과 같은 능동 소자로 구현될 수 있다. 능동 소자가 매칭기(1430)에 포함되는 경우, 능동 소자는 컨트롤러에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 구동될 수 있으며, 그 제어 신호에 따라 공진기(1400)의 임피던스는 조절될 수 있다. 예를 들어, 매칭기(1430)에는 능동 소자의 일종인 다이오드가 포함될 수 있고, 다이오드가 'on' 상태에 있는지 또는 'off'' 상태에 있는지에 따라 공진기(1400)의 임피던스가 조절될 수 있다.
또한, 도 14에 명시적으로 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기(1400)를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
도 15은 bulky type으로 설계된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 15을 참조하면, 제1 신호 도체 부분(1511)과 도체(1542)는 개별적으로 제작된 후, 서로 연결되는 것이 아니라 하나의 일체형으로 제작될 수 있다. 마찬가지로, 제2 신호 도체 부분(1512)과 도체(1541) 역시 하나의 일체형으로 제작될 수 있다.
제2 신호 도체 부분(1512)과 도체(1541)가 개별적으로 제작된 후, 서로 연결되는 경우, 이음매(1550)로 인한 도체 손실이 있을 수 있다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 신호 도체 부분(1512)과 도체(1541)는 별도의 이음매 없이(seamless) 서로 연결되며, 도체(1541)와 그라운드 도체 부분(1513)도 별도의 이음매 없이 서로 연결될 수 있으며, 이음매로 인한 도체 손실을 줄일 수 있다. 결국, 제2 신호 도체 부분(1512)과 그라운드 도체 부분(1513)은 별도의 이음매 없이 하나의 일체형으로서 제작될 수 있다. 마찬가지로, 제1 신호 도체 부분(1511)과 그라운드 도체 부분(1513)은 별도의 이음매 없이 하나의 일체형으로서 제작될 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 별도의 이음매 없이 하나의 일체형으로서 둘 이상의 부분(partition)들을 서로 연결하는 유형을 'bulky type'이라고 부르기도 한다.
도 16는 Hollow type으로 설계된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 16를 참조하면, Hollow type으로 설계된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 제1 신호 도체 부분(1611), 제2 신호 도체 부분(1612), 그라운드 도체 부분(1613), 도체들(1641, 1642) 각각은 내부에 비어 있는 공간을 포함한다.
주어진(given) 공진 주파수에서, 유효 전류는 제1 신호 도체 부분(1611), 제2 신호 도체 부분(1612), 그라운드 도체 부분(1613), 도체들(1641, 1642) 각각의 모든 부분을 통해 흐르는 것이 아니라, 일부의 부분만을 통해 흐르는 것으로 모델링될 수 있다. 즉, 주어진 공진 주파수에서, 제1 신호 도체 부분(1611), 제2 신호 도체 부분(1612), 그라운드 도체 부분(1613), 도체들(1641, 1642) 두께(depth)가 각각의 skin depth보다 지나치게 두꺼운 것은 비효율적일 수 있다. 즉, 그것은 공진기(1600)의 무게 또는 공진기(1600)의 제작 비용을 증가시키는 원인이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 주어진 공진 주파수에서 제1 신호 도체 부분(1611), 제2 신호 도체 부분(1612), 그라운드 도체 부분(1613), 도체들(1641, 1642) 각각의 skin depth를 기초로 제1 신호 도체 부분(1611), 제2 신호 도체 부분(1612), 그라운드 도체 부분(1613), 도체들(1641, 1642) 각각의 두께를 적절히 정할 수 있다. 제1 신호 도체 부분(1611), 제2 신호 도체 부분(1612), 그라운드 도체 부분(1613), 도체들(1641, 1642) 각각이 해당 skin depth보다 크면서도 적절한 두께를 갖는 경우, 공진기(1600)는 가벼워질 수 있으며, 공진기(1600)의 제작 비용 또한 감소될 수 있다.
예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이, 제2 신호 도체 부분(1612)의 두께는 d mm로 정해질 수 있고, d는
Figure pat00001
를 통해서 결정될 수 있다. 여기서, f는 주파수,
Figure pat00002
는 투자율,
Figure pat00003
는 도체 상수를 나타낸다. 특히, 제1 신호 도체 부분(1611), 제2 신호 도체 부분(1612), 그라운드 도체 부분(1613), 도체들(1641, 1642) 이 구리(copper)로서 5.8x10^7의 도전율(conductivity)을 갖는 경우에, 공진 주파수가 10kHz에 대해서는 skin depth가 약 0.6mm일 수 있으며, 공진 주파수가 100MHz에 대해서는 skin depth는 0.006mm일 수 있다.
도 17는 parallel-sheet이 적용된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 17를 참조하면, parallel-sheet이 적용된 무선 전력 전송을 위한 공진기에 포함된 제1 신호 도체 부분(1711), 제2 신호 도체 부분(1712) 각각의 표면에는 parallel-sheet이 적용될 수 있다.
제1 신호 도체 부분(1711), 제2 신호 도체 부분(1712)은 완벽한 도체(perfect conductor)가 아니므로, 저항 성분을 가질 수 있고, 그 저항 성분으로 인해 저항 손실(ohmic loss)가 발생할 수 있다. 이러한 저항 손실은 Q 팩터를 감소시키고, 커플링 효율을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 신호 도체 부분(1711), 제2 신호 도체 부분(1712) 각각의 표면에 parallel-sheet을 적용함으로써, 저항 손실을 줄이고, Q 팩터 및 커플링 효율을 증가시킬 수 있다. 도 17의 부분(1770)을 참조하면, parallel-sheet이 적용되는 경우, 제1 신호 도체 부분(1711), 제2 신호 도체 부분(1712) 각각은 복수의 도체 라인들을 포함한다. 이 도체 라인들은 병렬적으로 배치되며, 제1 신호 도체 부분(1711), 제2 신호 도체 부분(1712) 각각의 끝 부분에서 접지(short)된다.
제1 신호 도체 부분(1711), 제2 신호 도체 부분(1712) 각각의 표면에 parallel-sheet을 적용하는 경우, 도체 라인들이 병렬적으로 배치되므로, 도체 라인들이 갖는 저항 성분들의 합은 감소된다. 따라서, 저항 손실을 줄이고, Q 팩터 및 커플링 효율을 증가시킬 수 있다.
도 18은 분산된 커패시터를 포함하는 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 무선 전력 전송을 위한 공진기에 포함되는 커패시터(1820)는 분산된 커패시터일 수 있다. 집중 소자로서의 커패시터는 상대적으로 높은 등가 직렬 저항(Equivalent Series Resistance: ESR)을 가질 수 있다. 집중 소자로서의 커패시터가 갖는 ESR을 줄이기 위한 여러 제안들이 있지만, 본 발명의 실시예는 분산 소자로서의 커패시터(1820)를 사용함으로써, ESR을 줄일 수 있다. 참고로, ESR로 인한 손실은 Q 팩터 및 커플링 효율을 감소시킬 수 있다.
분산 소자로서의 커패시터(1820)는 도 18에 도시된 바와 같이, 지그 재그 구조를 가질 수 있다. 즉, 분산 소자로서의 커패시터(1820)는 지그 재그 구조의 도체 라인 및 유전체로 구현될 수 있다.
뿐만 아니라, 도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 분산 소자로서의 커패시터(1820)를 사용함으로써, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 복수 개의 집중 소자로서의 커패시터들을 병렬적으로 사용함으로써, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있다. 왜냐 하면, 집중 소자로서의 커패시터들 각각이 갖는 저항 성분들은 병렬 연결을 통하여 작아지기 때문에, 병렬적으로 연결된 집중 소자로서의 커패시터들의 유효 저항 또한 작아질 수 있으며, 따라서, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있다. 예를 들어, 10pF의 커패시터 하나를 사용하는 것을 1pF의 커패시터들 10개를 사용하는 것으로 대체함으로써, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있다.
도 19는 2 차원 구조의 공진기 및 3 차원 구조의 공진기에서 사용되는 매칭기들의 예들을 나타낸 도면이다.
도 19의 A는 매칭기를 포함하는 도 13에 도시된 2 차원 공진기의 일부를 나타내며, 도 19의 B는 매칭기를 포함하는 도 14에 도시된 3 차원 공진기의 일부를 나타낸다.
도 19의 A를 참조하면, 매칭기는 도체(1931), 도체(1932) 및 도체(1933)을 포함하며, 도체(1932) 및 도체(1933)는 전송 선로의 그라운드 도체 부분(1913) 및 도체(1931)와 연결된다. 도체(1931) 및 그라운드 도체 부분(1913) 사이의 거리 h에 따라 2 차원 공진기의 임피던스는 결정되며, 도체(1931) 및 그라운드 도체 부분(1913) 사이의 거리 h는 컨트롤러에 의해 제어된다. 도체(1931) 및 그라운드 도체 부분(1913) 사이의 거리 h는 다양한 방식들로 조절될 수 있으며, 도체(1931)가 될 수 있는 여러 도체들 중 어느 하나를 적응적으로 활성화함으로써 거리 h를 조절하는 방식, 도체(1931)의 물리적인 위치를 상하로 조절함으로써, 거리 h를 조절하는 방식 등이 있을 수 있다.
도 19의 B를 참조하면, 매칭기는 도체(1931), 도체(1932) 및 도체(1933)을 포함하며, 도체(1932) 및 도체(1933)는 전송 선로의 그라운드 도체 부분(1913) 및 도체(1931)와 연결된다. 도체(1931) 및 그라운드 도체 부분(1913) 사이의 거리 h에 따라 3 차원 공진기의 임피던스는 결정되며, 도체(1931) 및 그라운드 도체 부분(1913) 사이의 거리 h는 컨트롤러에 의해 제어된다. 2 차원 구조의 공진기에 포함되는 매칭기와 마찬가지로, 3 차원 구조의 공진기에 포함되는 매칭기에서도 도체(1931) 및 그라운드 도체 부분(1913) 사이의 거리 h는 다양한 방식들로 조절될 수 있다. 예를 들어, 도체(1931)가 될 수 있는 여러 도체들 중 어느 하나를 적응적으로 활성화함으로써 거리 h를 조절하는 방식, 도체(1931)의 물리적인 위치를 상하로 조절함으로써, 거리 h를 조절하는 방식 등이 있을 수 있다.
도 19에 도시되지 아니하였지만, 매칭기는 능동 소자를 포함할 수 있으며, 능동 소자를 이용하여 공진기의 임피던스를 조절하는 방식은 상술한 바와 유사하다. 즉, 능동 소자를 이용하여 매칭기를 통해 흐르는 전류의 경로를 변경함으로써, 공진기의 임피던스는 조절될 수 있다.
도 20는 도 13에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 13에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기는 도 20에 도시된 등가 회로로 모델링될 수 있다. 도 20의 등가 회로에서 CL은 도 13의 전송 선로의 중단부에 집중 소자의 형태로 삽입된 커패시터를 나타낸다.
이 때, 도 13에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기는 영번째 공진 특성을 갖는다. 즉, 전파 상수가 0인 경우, 무선 전력 전송을 위한 공진기는
Figure pat00004
를 공진 주파수로 갖는다고 가정한다. 이 때, 공진 주파수
Figure pat00005
는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, MZR은 Mu Zero Resonator를 의미한다.
[수학식 1]
Figure pat00006
상기 수학식 1을 참조하면, 공진기의 공진 주파수
Figure pat00007
는
Figure pat00008
에 의해 결정될 수 있고, 공진 주파수
Figure pat00009
와 공진기의 물리적인 사이즈는 서로 독립적일 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 공진 주파수
Figure pat00010
와 공진기의 물리적인 사이즈가 서로 독립적이므로, 공진기의 물리적인 사이즈는 충분히 작아질 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 송신 전력량에 대응하는 듀레이션(duration)의 펄스 폭을 가지는 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부;
    상기 펄스 신호를 상기 듀레이션과 송신할 데이터에 대응하는 펄스 형태들로 구성된 펄스 스트림으로 변환하는 펄스 스트림 생성부; 및
    일정한 진폭의 고주파 신호를 시간축에서 상기 펄스 스트림에 따라 온/오프의 반복을 통해 변조함으로써 가변전력을 출력하는 고주파 변조부를 포함하는
    고효율 가변전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 스트림 생성부는,
    기설정된 크기를 가지는 모든 데이터에 대해서 기설정된 각 단위의 듀레이션 별로 대응하는 펄스 형태를 맵핑한 테이블을 이용해서 상기 듀레이션과 상기 송신할 데이터에 대응하는 상기 펄스 형태를 검색하고, 상기 펄스 신호를 상기 검색한 펄스 형태들로 구성된 상기 펄스 스트림으로 변환하는
    고효율 가변전력 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 스트림 생성부는,
    상기 펄스 스트림을 생성할 때, 상기 펄스 스트림의 앞단에 상기 펄스 스트림의 시작을 알리는 훈련열(Training Sequence)을 삽입하는
    고효율 가변전력 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 신호는 기설정된 주기를 가지고,
    상기 듀레이션(duration)의 펄스 폭은 상기 기설정된 주기보다 작음을 특징으로 하는
    고효율 가변전력 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송신 전력량은,
    타겟 디바이스의 요구전력을 나타내는
    고효율 가변전력 송신 장치.
  6. 수신된 신호로부터 펄스 스트림을 추출하는 펄스 스트림 검출부; 및
    상기 펄스 스트림을 기설정된 주기로 분할하고, 분할된 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터를 출력하는 데이터 변환부를 포함하는
    고효율 가변전력 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 수신된 신호에서 훈련열(Training Sequence)을 검출해서 상기 펄스 스트림의 시작을 감지하는
    고효율 가변전력 수신 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기설정된 주기에 포함된 펄스의 폭은 상기 기설정된 주기보다 작음을 특징으로 하는
    고효율 가변전력 수신 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 데이터 변환부는,
    기설정된 펄스 형태들 각각에 대응하는 데이터를 맵핑한 테이블을 이용해서 상기 분할된 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터를 확인하는
    고효율 가변전력 수신 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 수신된 신호를 정류해서 직류 전압을 생성하는 정류부;
    상기 정류된 직류 전압의 레벨을 기설정된 레벨로 조정해서 출력하는 DC/DC 컨버터; 및
    상기 DC/DC 컨버터로부터 출력되는 조정된 직류 전압을 저장하는 충전부를 더 포함하고,
    상기 충전부에 제공되는 전력량은 상기 수신된 신호의 평균 듀레이션(duration)의 비율에 의해 결정되는,
    고효율 가변전력 수신 장치.
  11. 송신 전력량에 대응하는 듀레이션(duration)의 펄스 폭을 가지는 펄스 신호를 생성하는 단계;
    상기 펄스 신호를 상기 듀레이션과 송신할 데이터에 대응하는 펄스 형태들로 구성된 펄스 스트림으로 변환하는 단계; 및
    일정한 진폭의 고주파 신호를 시간축에서 상기 펄스 스트림에 따라 온/오프의 반복을 통해 변조함으로써 가변전력을 출력하는 단계를 포함하는
    고효율 가변전력을 송신하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 펄스 스트림으로 변환하는 단계는,
    기설정된 크기를 가지는 모든 데이터에 대해서 기설정된 각 단위의 듀레이션 별로 대응하는 펄스 형태를 맵핑한 테이블을 이용해서 상기 듀레이션과 상기 송신할 데이터에 대응하는 상기 펄스 형태를 검색하고, 상기 펄스 신호를 상기 검색한 펄스 형태들로 구성된 상기 펄스 스트림으로 변환하는
    고효율 가변전력을 송신하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 펄스 스트림으로 변환하는 단계는,
    상기 펄스 스트림을 생성할 때, 상기 펄스 스트림의 앞단에 상기 펄스 스트림의 시작을 알리는 훈련열(Training Sequence)을 삽입하는
    고효율 가변전력을 송신하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 펄스 신호는 기설정된 주기를 가지고,
    상기 듀레이션(duration)의 펄스 폭은 상기 기설정된 주기보다 작음을 특징으로 하는
    고효율 가변전력을 송신하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 송신 전력량은,
    타겟 디바이스의 요구전력을 나타내는
    고효율 가변전력을 송신하는 방법.
  16. 수신된 신호로부터 펄스 스트림을 추출하는 단계; 및
    상기 펄스 스트림을 기설정된 주기로 분할하고, 분할된 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터를 출력하는 단계를 포함하는
    고효율 가변전력을 수신하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 펄스 스트림을 추출하는 단계는,
    상기 수신된 신호에서 훈련열(Training Sequence)을 검출해서 상기 펄스 스트림의 시작을 감지하는
    고효율 가변전력을 수신하는 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 기설정된 주기에 포함된 펄스의 폭은 상기 기설정된 주기보다 작음을 특징으로 하는
    고효율 가변전력을 수신하는 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 데이터를 출력하는 단계는,
    기설정된 펄스 형태들 각각에 대응하는 데이터를 맵핑한 테이블을 이용해서 상기 분할된 펄스 스트림의 펄스 형태에 대응하는 데이터를 확인하는
    고효율 가변전력을 수신하는 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 수신된 신호를 정류해서 직류 전압을 생성하고, 상기 정류된 직류 전압의 레벨을 기설정된 레벨로 조정해서 충전부에 저장하는 단계를 더 포함하고,
    상기 충전부에 제공되는 전력량은 상기 수신된 신호의 평균 듀레이션(duration)의 비율에 의해 결정되는,
    고효율 가변전력을 수신하는 방법.
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