KR20130045167A - 무선전력 수신 장치, 무선전력 수신 장치에서 무선전력 수신을 제어하는 방법 및 그 장치 - Google Patents

무선전력 수신 장치, 무선전력 수신 장치에서 무선전력 수신을 제어하는 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

무선전력 수신 장치, 무선전력 수신 장치에서 무선전력 수신을 제어하는 방법 및 그 장치 가 개시된다. 실시 예에 따른 무선전력 수신 장치는 배터리가 완충된 경우, 사용자가 무선전력 차단을 요청하는 경우 및 무선전력을 수신하는 효율이 기설정된 효율 보다 낮은 경우 중에서 적어도 하나의 경우에 타겟 공진기에 포함된 캐패시터(capacitor)의 캐패시턴스(capacitance)의 성분을 제거해서 타겟 공진기가 공진하지 않도록 해서 무선전력의 낭비를 줄인다.

Description

무선전력 수신 장치, 무선전력 수신 장치에서 무선전력 수신을 제어하는 방법 및 그 장치{Wireless power receiving apparatus, method and apparatus for control wireless power reception in wireless power receiving apparatus}
기술 분야는 무선전력 수신 장치에서 무선전력 수신을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 전력은, 자기 공진 커플링(Magnetic resonant coupling)을 통해 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전력 수신 장치로 전달되는 에너지를 의미한다. 따라서, 무선 전력 충전 시스템은, 전력을 무선으로 전송하는 소스 디바이스와 전력을 무선으로 수신하는 타겟 디바이스를 포함한다. 이때, 소스 디바이스는 무선 전력 전송 장치라 칭할 수 있다. 또한, 타겟 디바이스는 무선 전력 수신 장치라 칭할 수 있다.
소스 디바이스는 소스 공진기(source resonator)를 구비하고, 타겟 디바이스는 타겟 공진기(target resonator)를 구비한다. 소스 공진기와 타겟 공진기 사이에 마그네틱 커플링 또는 공진 커플링이 형성될 수 있다.
100Watt 이상의 전력을 소모하는 고전력 디바이스(High Power device), 10W 이하의 전력을 소모하는 저전력 디바이스(Low Power Device) 등 여러 가지 제품들에 적용될 무선 전력 전송 방법이 연구 되고 있다.
50~100Watt 급의 디바이스들은 배터리(Battery)를 가지지 않고, 무선전력을 전송받아 바로 동작전력으로 변환하여 사용할 수 있다.
한편, 10Watt 이하의 전력을 소모하는 Mobile 기기들은 대부분 Battery를 가지고 있으며, 무선전력은 Battery를 충전하는데 사용될 수 있다.
10Watt 급 이하의 Mobile 기기들에 사용되는 대부분의 Battery는 자체 보호기능인 PCM(Protection Circuit Module)을 가지고 있으며, 이는 과충전, 과방전, 과전류 시 Battery cell을 보호하도록 충전경로를 차단하는 기능을 수행한다.
Battery가 완충되면 Battery의 PCM회로가 동작하여 Battery로 입력되는 전력을 차단을 하게 되고 이때 Battery의 임피던스는 수kΩ 가량 된다.
Battery의 임피던스가 수kΩ이 되면 DC/DC 변환기의 입력 전압은 수십 Volt를 넘게 되어, 일반적으로 30Volt 내외인 정류기의 캐패시터(Capacitor)의 내압을 넘어 가게된다. 결국, Battery의 PCM회로가 동작하여 Battery로 입력되는 전력이 차단되면, 정류기의 캐패시터는 파괴되고, DC/DC 변환기도 최대 입력 전압레벨을 넘는 전압을 입력받아 손상을 입게 된다.
한편, Battery가 완충되면 Battery의 PCM회로가 동작하여 Battery로 입력되는 전력이 차단된 경우에도 타겟 공진기는 계속해서 공진을 수행하기 때문에 소스 장치에서 송신되는 무선전력이 낭비될 수 있다.
일 측면에 있어서, 캐패시터(capacitor)와 인덕터(inductor)를 포함하고, 소스 공진기로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신하는 타겟 공진기 및 턴온(turn on)되면 상기 캐패시터의 캐패시턴스(capacitance)의 성분을 제거하여 상기 타겟 공진기의 공진을 제어하는 공진기 스위치를 포함하는 무선전력 수신 장치가 제공된다.
이때, 무선전력 수신 장치의 배터리가 완충된 경우, 사용자가 무선전력 차단을 요청하는 경우 및 무선전력을 수신하는 효율이 기설정된 효율 보다 낮은 경우 중에서 적어도 하나의 경우에 상기 공진기 스위치가 턴온되도록 제어하는 공진기 제어부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 공진기 스위치는, 상기 캐패시터의 양단에 연결되고, 턴온(turn on)되면 상기 캐패시터를 단락(short circuit) 시켜서 상기 캐패시터의 캐패시턴스의 성분을 제거하고, 턴오프(turn off)되면 상기 캐패시터를 개방(open circuit) 시켜서 상기 캐패시터가 정상적으로 동작하도록 할 수 있다.
이때, 상기 공진기 스위치는, MEMS(Micro electro mechanical Systems) 스위치, FET(Field Effect Transistor) 스위치, 릴레이 스위치 및 트랜지스터 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
이때, 무선전력 수신 장치는 상기 타겟 공진기로부터 수신되는 AC 신호를 정류해서 DC 신호를 생성하는 정류기와 상기 DC 신호의 신호 레벨을 조정함으로써 정격 전압을 출력하는 직류/직류 변환기와, 상기 정류기의 출력전압과 직류/직류 변환기의 출력전압의 전압차이를 비교해서 상기 전압차이가 기설정한 임계값보다 크면 상기 스위치를 턴온 시키고, 상기 전압차이가 상기 기설정한 임계값보다 작거나 같으면 상기 스위치를 턴오프 시키는 공진기 제어부 및 상기 직류/직류 변환기로부터 출력되는 정격 전압을 수신하여 충전하고, 충전이 완료되면 상기 직류/직류 변환기로부터 출력되는 정격 전압을 차단하는 배터리를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 공진기 스위치는 NMOS 트랜지스터로 구성되고, 상기 공진기 제어부는 상기 정류기의 출력전압에서 기설정한 비율의 전압을 분배해서 분배된 전압을 출력하는 전압 분배기와, 상기 직류/직류 변환기의 출력전압을 기설정된 전압으로 낮추는 전압 조절기와, 상기 기설정된 전압과 상기 분배된 전압을 비교해서 상기 기설정된 전압이 상기 분배된 전압보다 작거나 같으면 상기 기설정된 전압을 상기 스위치를 제어하는 컨트롤 전압으로 출력하고, 상기 기설정된 전압이 상기 분배된 전압보다 크거나 같으면 0V를 상기 컨트롤 전압으로 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전압 분배기는, 상기 정류기의 출력전압의 1/3을 분배해서 상기 분배된 전압으로 출력할 수 있다.
이때, 상기 전압 조절기는, 상기 직류/직류 변환기의 출력전압을 상기 기설정된 전압인 3.3V의 전압으로 조절할 수 있다.
이때, 상기 공진기 스위치와 상기 공진기 제어부 사이의 과전류를 방지하는 저항을 더 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 캐패시터(capacitor)와 인덕터(inductor)를 포함해서 소스 공진기로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신하는 타겟 공진기와, 턴온(turn on)되면 상기 캐패시터의 캐패시턴스(capacitance)의 성분을 제거해서 상기 타겟 공진기가 공진하지 않도록 하는 공진기 스위치와, 상기 타겟 공진기로부터 수신되는 AC 신호를 정류해서 DC 신호를 생성하는 정류기와, 상기 DC 신호의 신호 레벨을 조정함으로써 정격 전압을 출력하는 직류/직류 변환기와, 상기 정류기의 출력전압과 직류/직류 변환기의 출력전압의 전압차이를 비교해서 상기 전압차이가 기설정한 임계값보다 크면 상기 스위치를 턴온 시키고, 상기 전압차이가 상기 기설정한 임계값보다 작거나 같으면 상기 스위치를 턴오프 시키는 공진기 제어부 및 상기 직류/직류 변환기로부터 출력되는 정격 전압을 수신하여 충전하고, 충전이 완료되면 상기 직류/직류 변환기로부터 출력되는 정격 전압을 차단하는 배터리를 포함하는 무선전력 수신 장치가 제공된다.
이때, 상기 공진기 스위치는, 상기 캐패시터의 양단에 연결되고, 턴온(turn on)되면 상기 캐패시터를 단락(short circuit) 시켜서 상기 캐패시터의 캐패시턴스의 성분을 제거하고, 턴오프(turn off)되면 상기 캐패시터가 개방(open circuit) 시켜서 상기 캐패시터가 정상적으로 동작하도록 할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선전력을 차단하는 이벤트의 발생을 감지하는 단계 및 상기 무선전력을 차단하는 이벤트가 발생하면, 타겟 공진기에 포함된 캐패시터(capacitor)의 캐패시턴스(capacitance)의 성분을 제거해서 상기 타겟 공진기가 공진하지 않도록 하는 단계를 포함하는 무선전력 수신 장치에서 무선전력 수신을 제어하는 방법이 제공된다.
이때, 상기 무선전력을 차단하는 이벤트의 발생을 감지하는 단계는, 무선전력 수신 장치의 배터리가 완충된 경우, 사용자가 무선전력 차단을 요청하는 경우 및 무선전력을 수신하는 효율이 기설정된 효율 보다 낮은 경우 중에서 적어도 하나의 경우를 상기 무선전력을 차단하는 이벤트로 감지할 수 있다.
이때, 상기 타겟 공진기가 공진하지 않도록 하는 단계는, 상기 캐패시터의 양단에 연결된 공진기 스위치를 턴온(turn on)해서 상기 캐패시터를 단락(short circuit) 시킬 수 있다.
상기 무선전력을 차단하는 이벤트가 해지 되면, 상기 캐패시터의 양단에 연결된 공진기 스위치를 턴오프(turn off)해서 상기 캐패시터를 개방(open circuit) 시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 무선전력 수신 장치는 공진기의 공진 여부를 제어해서 무선전력 수신을 제어함으로 무선전력이 필요 없을 때는 공진을 하지 않아서 무선전력을 수신하지 않기 때문에 무선전력의 낭비를 줄일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무선전력 수신 장치는 PCM(protection circuit mudule)의 차단 모드 동작(Open load)을 감지하고 정류기에 입력되는 전력을 차단함으로 PCM의 차단 모드 동작으로 인해 발생하는 정류기 손상 문제를 해결하였다.
도 1은 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시 예에 따른 무선전력 수신 장치에서 무선 전력 수신을 제어하는 장치의 구성을 나타낸다.
도 3은 일 실시 예에 따라 정류기를 보호하면서 무선 전력 수신을 제어하는 무선전력 수신 장치의 구성을 나타낸다.
도 4는 일 실시 예에 따라 정류기를 보호하면서 무선 전력 수신을 제어하는 무선전력 수신 장치의 세부 구성을 나타낸다.
도 5는 일 실시 예에 따른 무선전력 수신 장치에서 배터리가 충전 중인 경우의 동작을 나타낸다.
도 6은 일 실시 예에 따른 무선전력 수신 장치에서 배터리가 충전 완료된 경우의 동작을 나타낸다.
도 7은 일 실시 예에 따른 무선전력 수신 장치에서 무선 전력 수신을 제어하는 흐름을 나타낸다.
도 8은 도 2의 공진기 스위치가 턴온된 경우의 공진기의 반사 레벨을 나타낸다.
도 9는 도 2의 공진기 스위치가 턴오프된 경우의 공진기의 반사 레벨을 나타낸다.
도 10은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타낸다.
도 11은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 피딩부의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템(electric vehicle charging system)을 도시한다.
도 14 및 도 15는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 전송 장치가 탑재될 수 있는 어플리케이션들을 도시한다.
도 16은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 구성 예를 도시한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
소스(source)와 타겟(target) 간에 통신을 수행하는 방식은 인 밴드 통신 방식과 아웃 밴드 통신 방식을 포함할 수 있다.
인 밴드 통신 방식에서 소스와 타겟은 전력의 전송에 이용하는 주파수와 동일한 주파수를 사용하여 통신할 수 있다.
아웃 밴드 통신 방식에서 소스와 타겟은 전력 전송에 이용되는 주파수와는 다른 별도의 주파수를 이용하여 통신할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 소스(110) 및 타겟(120)을 포함할 수 있다. 소스(110)는 무선 전력을 공급하는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 패드, 단말, TV 등 전력을 공급할 수 있는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 타겟(120)은 무선 전력을 공급받는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 단말, TV, 자동차, 세탁기, 라디오, 전등 등 전력을 필요로 하는 모든 전자기기가 포함될 수 있다.
소스(source)(110)는 가변 SMPS(Variable SMPS)(111), 전력 증폭기(power amplifier)(112), 매칭 네트워크(matching network)(113), Tx 제어부(Tx control logic)(114) 및 통신부(115)를 포함할 수 있다.
가변 SMPS(Variable Switching Mode Power Supply)(111)는 전력 공급기(power supply)로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 스위칭하여 DC 전압을 생성할 수 있다. 가변 SMPS(Variable SMPS)(111)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나 Tx 제어부(Tx control logic)(114)의 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수 있다.
전력 검출기(power detector)(116)는 가변 SMPS(Variable SMPS)(111)의 출력 전류 및 전압을 검출하고, 검출된 전류 및 전압에 대한 정보를 Tx 제어부(114)로 전달할 수 있다. 또한, 전력 검출기(power detector)(116)는 전력 증폭기(power amplifier)(112)의 입력 전류 및 전압을 검출할 수도 있다.
전력 증폭기(112)는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압을 AC 전압으로 변환함으로써 전력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기(112)는 기준 공진 주파수 FRef를 이용하여 전력 증폭기(112)에 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환함으로써, 복수의 타겟 디바이스들에서 사용되는 통신용 전력 또는 충전용 전력을 생성할 수 있다.
여기서, 통신용 전력은 0.1~1mWatt의 작은 전력을 의미하고, 충전용 전력은 타겟 디바이스의 디바이스 로드에서 소비되는 1mWatt~200Watt의 큰 전력을 의미할 수 있다. 본 명세서에 있어서, "충전"이라는 용어는 전력을 충전하는 유닛(unit) 또는 요소(element)에 전력을 공급하는 의미로 사용될 수 있다. 또한, "충전"이라는 용어는 전력을 소비하는 유닛(unit) 또는 요소(element)에 전력을 공급하는 의미로도 사용될 수 있다. 여기서, 유닛(unit) 또는 요소(element)는, 예를 들어 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서, 각종 센서들을 포함한다.
1mWatt~200Watt의 전력은 전기 자동차, 모바일 단말, 보청기 등의 동작 및 충전에 사용될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "기준 공진 주파수"는 소스(110)가 기본적으로 사용하는 공진 주파수일 수 있다. 또한, "트래킹 주파수"는 기 설정된 방식에 따라 조정된 공진 주파수일 수 있다.
Tx 제어부(Tx control logic)(114)는 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"에 대한 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 타겟 공진기(target resonator)(133)와 소스 공진기(source resonator)(131) 사이의 미스매칭(mismatching)을 검출할 수 있다. Tx 제어부(114)는 반사파의 포락선(envelop)을 검출함으로써 미스매칭을 검출하거나, 또는 반사파의 전력량을 검출함으로써 미스매칭을 검출할 수 있다.
매칭 네트워크(matching network)(113)는 Tx 제어부(114)의 제어에 따라 소스 공진기(131)와 타겟 공진기(133) 간의 임피던스 미스매칭을 최적의 매칭으로 보상할 수 있다. 매칭 네트워크(113)는 캐패시터 또는 인덕터의 조합으로 Tx 제어부(114)의 제어에 따라 스위치를 통해 연결될 수 있다.
Tx 제어부(114)는 소스 공진기(131) 또는 전력 증폭기(power amplifier)(112)의 출력 전압의 레벨 및 상기 반사파의 전압 레벨에 기초하여 전압정재파비(VSWR, Voltage standing wave ratio)를 계산하고, 상기 전압정재파비가 기 설정된 값보다 크면 상기 미스매칭이 검출된 것으로 결정할 수 있다.
또한, Tx 제어부(114)는 상기 전압정재파비가 기 설정된 값보다 작으면 기 설정된 N개의 트래킹 주파수 각각에 대한 전력 전송 효율을 계산하고, 상기 N개의 트래킹주파수 중 전력 전송 효율이 가장 좋은 트래킹 주파수 FBest를 결정하고, 상기 FRef를 상기 FBest로 조정할 수 있다.
또한, Tx 제어부(114)는 스위칭 펄스 신호의 주파수를 조정할 수 있다. Tx 제어부(114)의 제어에 의하여 스위칭 펄스 신호의 주파수가 결정될 수 있다. Tx 제어부(114)는 전력 증폭기(power amplifier)(112)를 제어함으로써, 타겟(120)에 전송하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 통신부(115)는 인-밴드 통신을 통해 타겟(120)에 다양한 데이터(140)를 전송할 수 있다. 또한, Tx 제어부(114)는 반사파를 검출하고, 반사파의 포락선을 통해 타겟(120)으로부터 수신되는 신호를 복조할 수 있다.
Tx 제어부(114)는 다양한 방법을 통해, 인-밴드 통신을 수행하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. Tx 제어부(114)는 스위칭 펄스 신호를 온/오프 함으로써, 변조신호를 생성할 수 있다. 또한, Tx 제어부(114)는 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다. Tx 제어부(114)는 일정한 포락선을 가지는 펄스폭 변조신호를 생성할 수 있다.
한편, 통신부(115)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(115)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(115)는 아웃-밴드 통신을 통해 타겟(120)에 데이터(140)를 전송할 수 있다.
소스 공진기(131)는 전자기 에너지(electromagnetic energy)(130)를 타겟 공진기(133)로 전송(transferring)한다. 예를 들어, 소스 공진기(131)는 타겟 공진기(133)와의 마그네틱 커플링을 통해 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 타겟(120)으로 전달할 수 있다.
타겟(target)(120)은 매칭 네트워크(matching network)(121), 정류기(rectifier)(122), DC/DC 컨버터(DC/DC converter)(123), 통신부(124) 및 Rx 제어부(Rx control logic)(125)를 포함할 수 있다.
타겟 공진기(133)는 소스 공진기(131)로부터 (electromagnetic energy)(130)를 수신한다. 예를 들어, 타겟 공진기(133)는 소스 공진기(131)와의 마그네틱 커플링을 통해 소스(110)로부터 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 수신할 수 있다. 또한, 타겟 공진기(133)는 인-밴드 통신을 통해 소스(110)로부터 다양한 데이터(140)를 수신할 수 있다.
매칭 네트워크(121)는 소스(110) 측으로 보이는 입력 임피던스와 부하(Load)측으로 보이는 출력 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 매칭 네트워크(121)는 캐패시터와 인덕터의 조합으로 구성될 수 있다.
정류기(122)는 교류 전압을 정류함으로써, DC 전압을 생성한다. 예를 들어, 정류기(122)는 타겟 공진기(133)에 수신된 교류 전압을 정류할 수 있다.
DC/DC 컨버터(123)는 정류기(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 부하(Load)에서 필요로 하는 용량에 맞게 조정할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(123)는 정류기(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 3~10Volt로 조정할 수 있다.
또한, DC/DC 컨버터(123)는 타겟(120)이 적용되는 디바이스에 따라, 정류기(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 3volt이하나 10volt 이상으로 조정할 수 도 있다.
전력 검출기(power detector)(127)는 DC/DC 컨버터(123)의 입력단(126)의 전압과 출력단의 전류 및 전압을 검출(detect)할 수 있다. 검출된 입력단(126)의 전압은 소스에서 전달되는 전력의 전송 효율을 계산하는데 사용될 수 있다. 검출된 출력단의 전류 및 전압은 제어부(Rx Control Logic)(125)가 부하(Load)에 전달되는 전력을 계산하는데 사용될 수 있다. 소스(110)의 Tx 제어부(114)는 부하(Load)의 필요전력과 부하(Load)에 전달되는 전력을 고려하여, 소스(110)에서 전송해야 할 전력을 결정할 수 있다.
통신부(124)를 통해 계산된 출력단의 전력이 소스(110)로 전달되면, 소스(110)는 전송해야 할 전력을 계산할 수 있다.
통신부(124)는 공진 주파수를 이용하여 데이터를 송수신하는 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, Rx 제어부(Rx control logic)(125)는 타겟 공진기(133)과 정류기(122) 사이의 신호를 검출하여 수신 신호를 복조하거나, 정류기(122)의 출력 신호를 검출하여 수신 신호를 복조할 수 있다. 예를 들어, Rx 제어부(Rx control logic)(125)는 인-밴드 통신을 통해 수신된 메시지를 복조할 수 있다. 또한, Rx 제어부(Rx control logic)(125)는 매칭 네트워크(121)를 통하여 타겟 공진기(133)의 임피던스를 조정함으로써, 소스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 있다. 간단한 예로, Rx 제어부(Rx control logic)(125)는 타겟 공진기(133)의 임피던스를 증가 시킴으로써, 소스(110)의 Tx 제어부(114)에서 반사파가 검출되도록 할 수 있다. 반사파의 발생 여부에 따라, 소스(110)의 Tx 제어부(114)는 이진수 "0" 또는 "1"을 검출할 수 있다.
통신부(124)는 "해당 타겟의 제품의 종류", "해당 타겟의 제조사 정보", "해당 타겟의 모델명", "해당 타겟의 배터리 유형(battery type)", "해당 타겟의 충전 방식", "해당 타겟의 로드(Load)의 임피던스 값", "해당 타겟의 타겟 공진기의 특성에 대한 정보", "해당 타겟의 사용 주파수 대역에 대한 정보", "해당 타겟의 소요되는 전력량", "해당 타겟의 고유의 식별자" 및 "해당 타겟의 제품의 버전 또는 규격 정보" 중 적어도 하나를 포함하는 응답 메시지를 소스(110)의 통신부(115)로 전송할 수 있다. 응답 메시지에 포함되는 정보의 종류는 구현에 따라 변경될 수 있다.
한편, 통신부(124)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(124)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(124)는 아웃-밴드 통신을 통해 소스(110)와 데이터(140)를 송수신 할 수 있다.
통신부(124)는 소스(110)로부터 웨이크-업 요청 메시지를 수신하고, 전력 검출기(power detector)(127)는 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양을 검출하며, 통신부(124)는 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양에 대한 정보를 소스(110)로 전송할 수 있다. 이때, 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양에 대한 정보는, "정류기(122)의 입력 전압 값 및 전류 값", "정류기(122)의 출력 전압 값 및 전류 값" 또는 "DC/DC 컨버터(123)의 출력 전압 값 및 전류 값"이다.
도 1에서, Tx 제어부(114)는 소스 공진기(131)의 공진 대역폭(resonance bandwidth)을 설정할 수 있다. 소스 공진기(131)의 공진 대역폭(resonance bandwidth)의 설정에 따라서, 소스 공진기(131)의 큐-팩터(Q-factor) QS가 결정될 수 있다.
또한, Rx 제어부(Rx control logic)(125)는 타겟 공진기(133)의 공진 대역폭(resonance bandwidth)을 설정할 수 있다. 타겟 공진기(133)의 공진 대역폭(resonance bandwidth)의 설정에 따라서, 타겟 공진기(133)의 큐-팩터(Q-factor) QS가 결정될 수 있다. 이때, 소스 공진기(131)의 공진 대역폭은 타겟 공진기(133)의 공진 대역폭 보다 넓거나 좁게 설정될 수 있다.
통신을 통해, 소스(110)와 타겟(120)은 소스 공진기(131) 및 타겟 공진기(133) 각각의 공진 대역폭에 대한 정보를 공유할 수 있다. 타겟(120)으로부터 기준값 보다 높은 전력(high power)이 요구되는 경우, 소스 공진기(131)의 큐-팩터 QS는 100 보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 또한, 타겟(120)으로부터 기준 값 보다 낮은 전력(low power)이 요구되는 경우, 소스 공진기(131)의 큐-팩터 QS는 100보다 작은 값으로 설정될 수 있다.
도 1에서, 소스(110)는 타겟(120)의 웨이크-업을 위한 웨이크 업 전력을 무선으로 전송하고, 무선 전력 전송 네트워크를 구성하기 위한 구성 신호(configuration signal)를 브로드캐스트할 수 있다. 소스는(110)는 상기 구성 신호(configuration signal)의 수신 감도 값을 포함하는 서치 프레임을 상기 타겟(120)으로부터 수신하고, 상기 타겟(120)의 조인을 허락하고, 무선 전력 전송 네트워크에서 상기 타겟(120)을 식별하기 위한 식별자를 상기 타겟(120)으로 전송하고, 전력 제어를 통해 충전 전력을 생성하고, 상기 충전 전력을 무선으로 상기 타겟(120)에 전송할 수 있다.
또한, 타겟(120)은 복수의 소스 디바이스들 중 적어도 하나로부터 웨이크 업 전력을 수신하고, 상기 웨이크-업 전력을 사용하여 통신 기능을 활성화하고, 상기 복수의 소스 디바이스들 각각의 무선 전력 전송 네트워크를 구성하기 위한 구성 신호를 수신하고, 상기 구성 신호의 수신 감도에 기초하여 소스(110)를 선택하고, 상기 선택된 소스(110)로부터 전력을 무선으로 수신할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 무선전력 수신 장치에서 무선 전력 수신을 제어하는 장치의 구성을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 무선전력 수신 장치는 타겟 공진기(210), 공진기 스위치(220) 및 공진기 제어부(260)를 포함한다.
타겟 공진기(210)는 캐패시터(capacitor)(214)와 인덕터(inductor)(212)를 포함하고 소스 공진기와 공진해서 소스 공진기로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신할 수 있다.
공진기 스위치(220)는 캐패시터(214)의 양단에 연결되고 공진기 제어부(260)의 제어에 따라 턴온(turn on)되면 캐패시터(214)를 단락(short circuit)시켜서 캐패시터(214)의 캐패시턴스(capacitance)의 성분을 제거할 수 있다.
공진기 스위치(220)가 턴온되면, 타겟 공진기(210)는 공진을 일으키지 못한다. 그리고, 공진기 스위치(220)는 공진기 제어부(260)의 제어에 따라 턴오프(turn off)될 수 있다. 공진기 스위치(220)가 턴오프되면, 캐패시터(214)는 개방(open circuit) 되고 타겟 공진기(210)는 소스 공진기와 공진을 일으킬 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 공진기 스위치(220)가 턴오프(turn off)된 경우, 고주파 전류가 캐패시터(214)를 통하여 흐름으로 인덕턴스인 L 및 캐패시턴스 인 C에 의하여 공진이 형성될 수 있다. 이때, 공진주파수는 1/2p(LC)1/2로 결정될 수 있다.
공진기 스위치(220)가 턴온(turn on)된 경우 캐패시터(214)가 단락 되기 때문에 전류가 캐패시터(214)를 통하여 흐르지 않고 공진기 스위치(220)를 통하여 흐르게 되어 캐패시터(214)는 전기적으로 보이지 않게 되어서 결과적으로 인덕터(213)의 구조만 남게된다. 따라서, 타겟 공진기(210)에서 공진이 일어나지 않는다.
공진기 스위치(220)는 MEMS(Micro electro mechanical Systems) 스위치, FET(Field Effect Transistor) 스위치, 릴레이 스위치 및 트랜지스터 등의 모든 종류의 스위치를 이용해서 구성될 수 있다.
공진기 제어부(260)는 공진기 스위치(220)의 턴온과 턴오프를 제어하는 장치로서 무선전력 수신 장치의 배터리가 완충된 경우, 사용자가 무선전력 차단을 요청하는 경우 및 무선전력을 수신하는 효율이 기설정된 효율 보다 낮은 경우 중에서 적어도 하나의 경우에 공진기 스위치(220)가 턴온되도록 제어한다.
도 8은 도 2의 공진기 스위치가 턴온된 경우의 공진기의 반사 레벨을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 캐패시터(214)의 양단에 연결된 공진기 스위치(220)를 턴온 시키면 공진이 일어나지 않는 off-resonance 상태가 된다. off-resonance 상태에서의 타겟 공진기(210)의 반사 레벨(reflection level)은 도 8과 같이 주파수 전 대역에 걸쳐서 반사 레벨이 최소화되는 주파수가 존재하지 않는다. 즉 공진이 일어나지 않음을 확인할 수 있다.
도 9는 도 2의 공진기 스위치가 턴오프된 경우의 공진기의 반사 레벨을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 캐패시터(214) 양단에 연결된 공진기 스위치(220)를 턴오프 시키면 공진이 일어나는 on-resonance 상태가 된다. on-resonance 상태에서는 특정 주파수에서의 반사 레벨이 최소화 되는 주파수 즉, 공진주파수가 도 9와 같이 관찰된다.
한편, 무선전력 수신 장치는 무선 전력의 수신 여부를 제어함과 동시에 Battery로 입력되는 전력을 차단할 때 발생할 수 있는 정류기의 캐패시터(Capacitor)의 파괴를 방지하기 위해 다음과 간이 무선전력 수신 장치를 아래 도 3과 같이 설계할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따라 정류기를 보호하면서 무선 전력 수신을 제어하는 무선전력 수신 장치의 구성을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 무선전력 수신 장치는 타겟 공진기(310), 공진기 스위치(320), 정류기(330), 직류/직류 변환기(340), 배터리(350) 및 공진기 제어기(360)를 포함한다.
타겟 공진기(310)는 캐패시터(capacitor)(312)와 인덕터(inductor)(314)를 포함하고 소스 공진기와 공진해서 소스 공진기로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다.
공진기 스위치(320)는 캐패시터(312)의 양단에 연결되고 공진기 제어부(360)의 제어에 따라 턴온(turn on)되면 캐패시터(314)를 단락(short circuit)시켜서 캐패시터(314)의 캐패시턴스(capacitance)의 성분을 제거함으로써 타겟 공진기(310)가 공진하지 않도록 한다. 그리고, 공진기 스위치(320)는 공진기 제어부(360)의 제어에 따라 턴오프(turn off)되면 캐패시터(314)를 개방(open circuit) 시켜서 타겟 공진기(310)가 공진되도록 한다. 공진기 스위치(320)는 모든 종류의 스위치를 이용해서 구현 가능하다.
정류기(330)는 타겟 공진기(310)로부터 수신되는 AC 신호를 정류해서 DC 신호를 생성한다.
직류/직류 변환기(340)는 정류기(330)에서 생성한 DC 신호의 신호 레벨을 조정함으로써 정격 전압을 출력한다.
배터리(350)는 직류/직류 변환기(340)로부터 출력되는 정격 전압을 수신하여 충전한다.
배터리(350)는 PCM(Protection Circuit Module)(352)와 배터리 셀(354)을 포함한다. 배터리 셀(354)는 직류/직류 변환기(340)로부터 출력되는 정격 전압을 충전해서 저장한다. PCM(352)은 과충전, 과방전, 과전류 시 배터리 셀(354)을 보호하도록 충전경로를 차단한다. 즉, PCM(352)은 배터리 셀(354)의 충전이 완료되면 직류/직류 변환기(340)로부터 출력되는 정격 전압을 차단한다.
공진기 제어기(360)는 정류기(330)의 출력전압과 직류/직류 변환기(340)의 출력전압의 전압차이를 비교해서 전압차이가 기설정한 임계값보다 크면 공진기 스위치(320)를 턴오프 시키고, 전압차이가 상기 기설정한 임계값보다 작거나 같으면 공진기 스위치(320)를 턴온 시킨다.
도 4는 일 실시 예에 따라 정류기를 보호하면서 무선 전력 수신을 제어하는 무선전력 수신 장치의 세부 구성을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 공진기 제어기(360)는 전압 조절기(410) 전압 분배기(420) 및 비교기(430)를 포함한다.
전압 조절기(410)는 직류/직류 변환기(340)의 출력전압을 기설정된 전압으로 낮추어서 출력한다. 이때, 전압 조절기(410)는 직류/직류 변환기(340)의 출력전압을 3.3V의 전압으로 조절할 수 있다.
전압 분배기(420)는 정류기(330)의 출력전압에서 기설정한 비율의 전압을 분배해서 분배된 전압을 출력한다. 이때, 기설정한 비율의 전압은 정류기(330)의 출력전압의 1/3을 나타낸다. 전압 분배기(420)는 2개의 저항(R1, R2)으로 구성될 수 있다.
비교기(430)는 기설정된 전압과 분배된 전압을 비교해서 기설정된 전압이 분배된 전압보다 작거나 같으면 기설정된 전압을 공진기 스위치(320)를 제어하는 컨트롤 전압으로 출력한다. 비교기(430)는 기설정된 전압과 분배된 전압을 비교해서 기설정된 전압이 분배된 전압보다 크거나 같으면 0V를 공진기 스위치(320)를 제어하는 컨트롤 전압으로 출력한다.
전압 조절기(410)가 3.3V의 전압을 출력하고 전압 분배기(420)가 정류기(330)의 출력전압의 1/3의 전압을 출력하는 경우, 비교기(430)는 정류기(330)의 출력전압 10V 이하이면 공진기 스위치(320)를 제어하기 위해 0V의 컨트롤 전압을 출력하고, 출력전압 10V 보다 크면 공진기 스위치(320)를 제어하기 위해 3.3V의 컨트롤 전압을 출력한다.
제3 저항(R3)(440)은 공진기 스위치(320)와 공진기 제어기(360) 사이의 과전류를 방지하는 저항이다. 제3 저항(R3)(440)은 100Ω의 저항으로 구성될 수 있다.
제4 저항(R4)(450)은 무선전력 초기 동작시 공진기 스위치(320)가 0V 전압으로 턴온 상태를 유지하기 위한 저항이다. 제4 저항(R4)(450)은 10kΩ의 저항으로 구성될 수 있다.
공진기 스위치(320)는 공진기 제어기(360)에 의해 제어되며 NMOS 트랜지스터로 구성된다. 공진기 스위치(320)는 공진기 제어기(360)로부터 0V 컨트롤 전압이 들어오면 턴오프 하고, 3.3V 컨트롤 전압이 들어오면 턴온 한다.
도 5는 일 실시 예에 따른 무선전력 수신 장치에서 배터리가 충전 중인 경우의 동작을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 공진기 스위치(320)는 NMOS 트랜지스터로 구성되기 때문에 처음 무선전력을 공급받을 때 Vc=0V 이므로 턴오프 상태를 유지한다.
충전모드에서 PCM(352)은 작동하지 않으므로 배터리(350)의 임피던스는 10Ω 이 되고, 이때, 직류/직류 변환기(340)의 입력전압 Vin은 10V를 넘지 않게 된다.
Vin은 저항 전압 분배기(420)에 의해 1/3로 나누어져 비교기(430)의 입력 V1으로 들어간다. 그리고, V2는 전압 조절기(410)로부터 수신하는 기설정된 전압인 기준(Reference) 전압 3.3V이다. 충전모드에서 비교기(430)는 V2>V1 이므로 GND인 0V를 출력으로 내보내고, 공진기 스위치(320)는 계속 턴오프 상태를 유지한다.
도 6은 일 실시 예에 따른 무선전력 수신 장치에서 배터리가 충전 완료된 경우의 동작을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 배터리 셀(354)의 충전이 완료되어 PCM(352)이 전력을 차단하는 경우, 배터리(350)의 임피던스를 1kΩ 정도가 된다. 이 경우 직류/직류 변환기(340)의 입력전압 Vin은 10V를 넘게 된다. Vin은 저항 전압 분배기(420)에 의해 1/3로 나누어져 비교기(430)의 입력 V1으로 들어간다. 그리고, V2는 전압 조절기(410)로부터 수신하는 기설정된 전압인 기준(Reference) 전압 3.3V이다. 차단모드에서 비교기(430)는 V1>V2 이므로 Vdd인 3.3V를 출력으로 내보내고 공진기 스위치(320)는 턴온 상태가 된다.
PCM(352)이 차단모드로 동작하는 경우 배터리(350)는 전력이 차단되는 오픈(Open) 상태 이므로 정류기(330)의 캐패시터(Capacitor)에 차징(Charging) 된 전압 레벨은 계속 유지된다. 따라서, 공진기 제어기(360)는 PCM(352)의 차단모드가 풀릴 때까지 공진기 스위치(320)를 턴온 상태로 계속 유지한다.
도 7은 일 실시 예에 따른 무선전력 수신 장치에서 무선 전력 수신을 제어하는 흐름을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 무선전력 수신 장치는 710단계에서 무선전력을 차단하는 이벤트의 발생 여부를 확인한다. 이때, 무선전력을 차단하는 이벤트는 무선전력 수신 장치의 배터리가 완충된 경우, 사용자가 무선전력 차단을 요청하는 경우 및 무선전력을 수신하는 효율이 기설정된 효율 보다 낮은 경우 중에서 적어도 하나의 경우에 발생할 수 있다.
710단계의 확인결과 무선전력을 차단하는 이벤트가 발생하면, 무선전력 수신 장치는 712단계에서 타겟 공진기에 포함된 캐패시터(capacitor)의 양단에 연결된 공진기 스위치를 턴온한다.
그리고, 무선전력 수신 장치는 714단계에서 캐패시터로의 전류가 단락되어서 캐패시턴스의 성분이 제거된다.
이후, 무선전력 수신 장치는 716단계에서 무선전력 차단을 해제하는 이벤트의 발생 여부를 확인한다. 이때, 무선전력 차단을 해제하는 이벤트는 무선전력 수신 장치의 배터리에 충전이 필요한 경우, 사용자가 무선전력 차단 해제를 요청하는 경우 및 무선전력을 수신하는 효율이 기설정된 효율 이상으로 올라간 경우 중에서 적어도 하나의 경우에 발생할 수 있다.
716단계의 확인결과 무선전력 차단을 해제하는 이벤트가 발생하면, 무선전력 수신 장치는 718단계에서 타겟 공진기에 포함된 캐패시터(capacitor)의 양단에 연결된 공진기 스위치를 턴오프 한다.
그리고, 무선전력 수신 장치는 720단계에서 캐패시터로의 전류가 개방되어서 공진을 수행하고, 공진을 통해서 무선전력을 수신한다.
도 10은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타낸다.
별도의 피더를 통해 공진기가 전력을 공급받는 경우에는 피더에서 자기장이 발생하고, 공진기에서도 자기장이 발생한다.
도 10의 (a)를 참조하면, 피더(1010)에서 입력 전류가 흐름에 따라 자기장(1030)이 발생한다. 피더(1010) 내부에서 자기장의 방향(1031)과 외부에서 자기장의 방향(1033)은 서로 반대 위상을 가진다. 피더(1010)에서 발생하는 자기장(1030)에 의해 공진기(1020)에서 유도 전류가 발생한다. 이때 유도 전류의 방향은 입력 전류의 방향과 반대이다.
유도 전류에 의해 공진기(1020)에서 자기장(1040)이 발생한다. 자기장의 방향은 공진기(1020)의 내부에서는 동일한 방향을 가진다. 따라서, 공진기(1020)에 의해 피더(1010)의 내부에서 발생하는 자기장의 방향(1041)과 피더(1010)의 외부에서 발생하는 자기장의 방향(1043)은 동일한 위상을 가진다.
결과적으로 피더(1010)에 의해서 발생하는 자기장과 공진기(1020)에서 발생하는 자기장을 합성하면, 피더(1010)의 내부에서는 자기장의 세기가 약화되고, 피더(1010)의 외부에서는 자기장의 세기가 강화된다. 따라서, 도 14와 같은 구조의 피더(1010)를 통해 공진기(1020)에 전력을 공급하는 경우에, 공진기(1020) 중심에서 자기장의 세기가 약하고, 외곽에서 자기장의 세기가 강하다. 공진기(1020) 상에서 자기장의 분포가 균일(uniform)하지 않은 경우, 입력 임피던스가 수시로 변화하므로 임피던스 매칭을 수행하는 것이 어렵다. 또한, 자기장의 세기가 강한 부분에서는 무선 전력 전송이 잘되고, 자기장의 세기가 약한 부분에서는 무선 전력 전송이 잘 되지 않으므로, 평균적으로 전력 전송 효율이 감소한다.
도 11은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 나타낸 도면이다.
도 11의 (a)를 참조하면, 공진기(1110)는 캐패시터(1111)를 포함할 수 있다. 피딩부(1120)는 캐패시터(1111)의 양단에 전기적으로 연결될 수 있다.
(b)는 (a)의 구조를 좀 더 구체적으로 표시한 도면이다. 이때, 공진기(1110)는 제1 전송선로, 제1 도체(1141), 제2 도체(1142), 적어도 하나의 제1 캐패시터(1150)를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(1150)는 제1 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(1131)과 제2 신호 도체 부분(1132) 사이에 위치에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제1 캐패시터(1150)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 제1 전송 선로의 상부에 있는 도체를 제1 신호 도체 부분(1131)과 제2 신호 도체 부분(1132)로 나누어 부르고, 제1 전송 선로의 하부에 있는 도체를 제1 그라운드 도체 부분(1133)으로 부르기로 한다.
(b)에 도시된 바와 같이, 공진기는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 제1 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(1131) 및 제2 신호 도체 부분(1132)을 포함하고, 하부에 제1 그라운드 도체 부분(1133)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(1131) 및 제2 신호 도체 부분(1132)과 제1 그라운드 도체 부분(1133)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(1131) 및 제2 신호 도체 부분(1132)을 통하여 흐른다.
또한, (b)에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(1131)의 한쪽 단은 제1 도체(1141)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1150)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(1132)의 한쪽 단은 제2 도체(1142)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1150)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(1131), 제2 신호 도체 부분(1132) 및 제1 그라운드 도체 부분(1133), 도체들(1141, 1142)은 서로 연결됨으로써, 공진기는 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.
제1 캐패시터(1150)는 전송 선로의 중단부에 삽입된다. 보다 구체적으로, 제1캐패시터(1150)는 제1 신호 도체 부분(1131) 및 제2 신호 도체 부분(1132) 사이에 삽입된다. 이 때, 제1 캐패시터(1150)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 캐패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(1150)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 소스 공진기는 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 제1 캐패시터(1150)의 캐패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 소스 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 제1 캐패시터(1150)의 캐패시턴스를 적절히 조절함으로써, 소스 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 소스 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 제1 캐패시터(1150)의 캐패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 소스 공진기가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 소스 공진기가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 소스 공진기가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 제1 캐패시터(1150)의 캐패시턴스가 정해질 수 있다.
MNG 공진기는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 제1 캐패시터(1150)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
또한, 근접장(near field)에서 전계는 전송 선로에 삽입된 제1 캐패시터(1150)에 집중되므로, 제1 캐패시터(1150)로 인하여 근접 필드에서는 자기장(magnetic field)이 도미넌트(dominant)해진다. 그리고, MNG 공진기는 집중 소자의 제1 캐패시터(1150)를 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, (b)에 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
(b)를 참조하면, 피딩부(1120)는 제2 전송선로, 제3 도체(1171), 제4 도체(1172), 제5 도체(1181) 및 제6 도체(1182)를 포함할 수 있다.
제2 전송 선로는 상부에 제3 신호 도체 부분(1161) 및 제4 신호 도체 부분(1162)을 포함하고, 하부에 제2 그라운드 도체 부분(1163)을 포함한다. 제3 신호 도체 부분(1161) 및 제4 신호 도체 부분(1162)과 제2 그라운드 도체 부분(1163)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제3 신호 도체 부분(1161) 및 제4 신호 도체 부분(1162)을 통하여 흐른다.
또한, (b)에 도시된 바와 같이 제3 신호 도체 부분(1161)의 한쪽 단은 제3 도체(1171)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제5 도체(1181)와 연결된다. 그리고, 제4 신호 도체 부분(1162)의 한쪽 단은 제4 도체(1172)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제6 도체 (1182)와 연결된다. 제5 도체(1181)는 제1 신호 도체 부분(1131)과 연결되고, 제6 도체 (1182)는 제2 신호 도체 부분(1132)과 연결된다. 제5 도체(1181)와 제6 도체(1182)는 제1 캐패시터(1150)의 양단에 병렬로 연결된다. 이때, 제5 도체(1181) 및 제6 도체(1182)는 RF신호를 입력받는 입력 포트로 사용될 수 있다.
결국, 제3 신호 도체 부분(1161), 제4 신호 도체 부분(1162) 및 제2 그라운드 도체 부분(1163), 제3 도체(1171), 제4 도체(1172), 제5 도체(1181), 제6 도체(1182) 및 공진기(1110)는 서로 연결됨으로써, 공진기(1110) 및 피딩부(1120)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함한다. 제5 도체(1181) 또는 제6 도체(1182)를 통하여 RF 신호가 입력되면, 입력 전류는 피딩부(1120) 및 공진기(1110)에 흐르게 되고, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장에 의하여, 공진기(1110)에 유도 전류가 유도 된다. 피딩부(1120)에서 흐르는 입력 전류의 방향과 공진기(1110)에서 흐르는 유도 전류의 방향이 동일하게 형성됨으로써, 공진기(1110)의 중앙에서는 자기장의 세기가 강화되고, 공진기(1110)의 외곽에서는 자기장의 세기가 약화된다.
공진기(1110)와 피딩부(1120) 사이 영역의 면적에 의해 입력 임피던스가 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 상기 입력 임피던스의 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크는 필요하지 않다. 매칭 네트워크가 사용되는 경우에도, 피딩부(1120)의 크기를 조절함으로써, 입력 임피던스를 결정할 수 있기 때문에, 매칭 네트워크의 구조는 단순해질 수 있다. 단순한 매칭 네트워크 구조는 매칭 네트워크의 매칭 손실을 최소화한다.
제2 전송 선로, 제3 도체(1171), 제4 도체(1172), 제5 도체(1181), 제6 도체(1182) 는 공진기(1110)와 동일한 구조를 형성할 수 있다. 즉, 공진기(1110)가 루프 구조인 경우에는 피딩부(1120)도 루프 구조일 수 있다. 또한, 공진기(1110)가 원형 구조인 경우에는 피딩부(1120)도 원형 구조일 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 피딩부의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
무선 전력 전송에서 피딩은, 소스 공진기에 전력을 공급하는 것을 의미한다. 또한, 무선 전력 전송에서 피딩은, 정류부에 AC 전력을 공급하는 것을 의미할 수 있다. 도 12의 (a)는 피딩부에서 흐르는 입력 전류의 방향 및 소스 공진기에서 유도되는 유도 전류의 방향을 나타낸다. 또한, (a)는 피딩부의 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향 및 소스 공진기의 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향을 나타낸다. (a)는 도 11의 공진기(1110) 및 피딩부(1120)를 좀 더 간략하게 표현한 도면이다. (b)는 피딩부와 공진기의 등가회로를 나타낸다.
(a)를 참조하면, 피딩부의 제5 도체 또는 제6 도체는 입력 포트(1210)로 사용될 수 있다. 입력 포트(1210)는 RF 신호를 입력 받는다. RF 신호는 전력 증폭기로부터 출력될 수 있다. 전력 증폭기는 타겟 디바이스의 필요에 따라 RF 신호의 진폭을 증감시킬 수 있다. 입력 포트(1210)에서 입력된 RF 신호는 피딩부에 흐르는 입력 전류의 형태로 표시될 수 있다. 피딩부를 흐르는 입력 전류는 피딩부의 전송선로를 따라 시계방향으로 흐른다. 그런데, 피딩부의 제5 도체는 공진기와 전기적으로 연결된다. 좀 더 구체적으로, 제5 도체는 공진기의 제1 신호 도체 부분과 연결된다. 따라서 입력 전류는 피딩부 뿐만 아니라 공진기에도 흐르게 된다. 공진기에서 입력 전류는 반시계 방향으로 흐른다. 공진기에 흐르는 입력 전류에 의하여 자기장이 발생하고, 상기 자기장에 의해 공진기에 유도 전류가 생성된다. 유도 전류는 공진기에서 시계방향으로 흐른다. 이때 유도 전류는 공진기의 캐패시터에 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 유도 전류에 의해 자기장이 발생한다. (a)에서 피딩부 및 공진기에 흐르는 입력 전류는 실선으로 표시되고, 공진기에 흐르는 유도 전류는 점선으로 표시되었다.
전류에 의해 발생하는 자기장의 방향은 오른나사의 법칙을 통해 알 수 있다. 피딩부 내부에서, 피딩부에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1221)과 공진기에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1223)은 서로 동일하다. 따라서, 피딩부 내부에서 자기장의 세기가 강화된다.
또한, 피딩부와 공진기 사이의 영역에서, 피딩부에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1233)과 소스 공진기에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1231)은 서로 반대 위상이다. 따라서, 피딩부와 공진기 사이의 영역에서, 자기장의 세기는 약화된다.
루프 형태의 공진기에서는 일반적으로 공진기의 중심에서는 자기장의 세기가 약하고, 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 강하다. 그런데 (a)를 참조하면, 피딩부가 공진기의 캐패시터 양단에 전기적으로 연결됨으로써 공진기의 유도 전류의 방향과 피딩부의 입력 전류의 방향이 동일해 진다. 공진기의 유도 전류의 방향과 피딩부의 입력 전류의 방향이 동일하기 때문에, 피딩부의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부의 외부에서는 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 루프 형태의 공진기의 중심에서는 피딩부로 인하여 자기장의 세기가 강화되고, 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다. 그러므로 공진기 내부에서는 전체적으로 자기장의 세기가 균일해질 수 있다.
한편, 소스 공진기에서 타겟 공진기로 전달되는 전력 전송의 효율은 소스 공진기에서 발생하는 자기장의 세기에 비례하므로, 소스 공진기의 중심에서 자기장의 세기가 강화됨에 따라 전력 전송 효율도 증가할 수 있다.
(b)를 참조하면, 피딩부(1240) 및 공진기(1250)는 등가회로로 표현될 수 있다. 피딩부(1240)에서 공진기 측을 바라볼 때 보이는 입력 임피던스 Zin은 다음의 수식과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, M은 피딩부(1240)와 공진기(1250) 사이의 상호 인덕턴스를 의미하고, ω 는 피딩부(1240)와 공진기(1250) 간의 공진 주파수를 의미하고, Z는 공진기(1250)에서 타겟 디바이스 측을 바라볼 때 보이는 임피던스를 의미한다. Zin은 상호 인덕턴스 M에 비례한다. 따라서, 피딩부(1240)와 공진기(1250) 사이에 상호 인덕턴스를 조절함으로써 Zin을 제어할 수 있다. 상호 인덕턴스 M은 피딩부(1240)와 공진기(1250) 사이 영역의 면적에 따라 조절될 수 있다. 피딩부(1240)의 크기에 따라 피딩부(1240)와 공진기(1250) 사이 영역의 면적이 조절될 수 있다. Zin은 피딩부(1240)의 크기에 따라 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 임피던스 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요하지 않다.
무선 전력 수신 장치에 포함된 타겟 공진기 및 피딩부도 위와 같은 자기장의 분포를 가질 수 있다. 타겟 공진기는 소스 공진기로부터 마그네틱 커플링을 통하여 무선 전력을 수신한다. 이때 수신되는 무선 전력을 통하여 타겟 공진기에서는 유도 전류가 생성될 수 있다. 타겟 공진기에서 유도 전류에 의해 발생한 자기장은 피딩부에 다시 유도 전류를 생성할 수 있다. 이때, (a)의 구조와 같이 타겟 공진기와 피딩부가 연결되면, 타겟 공진기에서 흐르는 전류의 방향과 피딩부에서 흐르는 전류의 방향은 동일해진다. 따라서, 피딩부의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부와 타겟 공진기 사이의 영역에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 전기 자동차 충전 시스템(electric vehicle charging system)을 도시한다.
도 13을 참조하면, 전기 자동차 충전 시스템(1300)은 소스 시스템(1310), 소스 공진기(1320), 타겟 공진기(1330), 타겟 시스템(1340) 및 전기 자동차용 배터리(1350)을 포함할 수 있다.
전기 자동차 충전 시스템(1300)은 도 1의 무선 전력 전송 시스템과 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차 충전 시스템(1300)은 소스 시스템(1310) 및 소스 공진기(1320)로 구성되는 소스를 포함할 수 있다. 또한, 전기 자동차 충전 시스템(1300)은 타겟 공진기(1330) 및 타겟 시스템(1340)로 구성되는 타겟을 포함할 수 있다.
이때, 소스 시스템(510)은 도 1의 소스(110)와 같이, 가변 SMPS(Variable SMPS), 전력 증폭기(power amplifier), 매칭 네트워크, Tx 제어부 및 통신부를 포함할 수 있다. 이때, 타겟 시스템(1340)은 도 1의 타겟(120)과 같이, 매칭 네트워크, 정류기, DC/DC 컨버터, 통신부 및 Rx 제어부를 포함할 수 있다.
전기 자동차용 배터리(1350)는 타겟 시스템(1340)에 의해 충전 될 수 있다.
전기 자동차 충전 시스템(1300)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용할 수 있다.
소스 시스템(1310)은 충전 차량의 종류, 배터리의 용량, 배터리의 충전 상태에 따라 전력을 생성하고, 생성된 전력을 타겟 시스템(1340)으로 공급할 수 있다.
소스 시스템(1310)은 소스 공진기(1320) 및 타겟 공진기(1330)의 정렬(alignment)를 맞추기 위한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 소스 시스템(1310)의 제어부는 소스 공진기(1320)와 타겟 공진기(1330)의 정렬(alignment)이 맞지 않은 경우, 타겟 시스템(1340)으로 메시지를 전송하여 정렬(alignment)을 제어할 수 있다.
이때, 정렬(alignment)이 맞지 않은 경우란, 타겟 공진기(1330)의 위치가 마그네틱 공진(magnetic resonance)이 최대로 일어나기 위한 위치에 있지 않은 경우일 수 있다. 예를 들어, 차량이 정확하게 정차되지 않은 경우, 소스 시스템(1310)은 차량의 위치를 조정하도록 유도함으로써, 소스 공진기(1320)와 타겟 공진기(1330)의 정렬(alignment)이 맞도록 유도할 수 있다.
소스 시스템(1310)과 타겟 시스템(1340)은 통신을 통해, 차량의 식별자를 송수신할 수 있고, 각종 메시지를 주고 받을 수 있다.
도 1 내지 도 12에서 설명된 내용들은 전기 자동차 충전 시스템(500)에 적용될 수 있다. 다만, 전기 자동차 충전 시스템(1300)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용하고, 전기 자동차용 배터리(1350)를 충전하기 위해 수십 watt이상의 전력 전송을 수행할 수 있다.
도 14 및 도 15는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 전송 장치가 탑재될 수 있는 어플리케이션들을 도시한다.
도 14를 참조하면, 도 14의 (a)는 패드(1410)와 모바일 단말(1420) 간의 무선 전력 충전을 나타내고, 도 14의 (b)는 패드들(1430, 1440)과 보청기들(1450, 1460) 간의 무선 전력 충전을 나타낸다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 패드(1410)에 탑재될 수 있다. 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 모바일 단말(1420)에 탑재될 수 있다. 이때, 패드(1410)는 하나의 모바일 단말(1420)을 충전할 수 있다.
일 실시예에 따른 2개의 무선 전력 전송 장치는 제1 패드(1430) 및 제2 패드(1440) 각각에 탑재될 수 있다. 보청기(1450)는 왼쪽 귀의 보청기를 나타내고, 보청기(1460)는 오른쪽 귀의 보청기를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따른 2개의 무선 전력 수신 장치는 보청기(1450) 및 보청기(1460) 각각에 탑재될 수 있다.
도 15를 참조하면, 도 15의 (a)는 인체에 삽입된 전자기기(1510)와 모바일 단말(1520) 간의 무선 전력 충전을 나타내고, 도 15의 (b)는 보청기(1530)와 모바일 단말(1540) 간의 무선 전력 충전을 나타낸다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 모바일 단말(1520)에 탑재될 수 있다. 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 인체에 삽입된 전자기기(1510)에 탑재될 수 있다. 인체에 삽입된 전자기기(1510)는 모바일 단말(1520)로부터 전력을 수신하여 충전될 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 모바일 단말(1540)에 탑재될 수 있다. 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 보청기(1530)에 탑재될 수 있다. 보청기(1530)는 모바일 단말(1540)로부터 전력을 수신하여 충전될 수 있다. 보청기(1530)뿐만 아니라, 블루투스 이어폰과 같은 다양한 저전력 전자기기들도 모바일 단말(1540)로부터 전력을 수신하여 충전될 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 무선 전력 수신 장치의 구성 예를 도시한다.
도 16에서 무선 전력 전송 장치(1610)는 도 14의 제1 패드(1430) 및/또는 제2 패드(1440) 각각에 탑재될 수 있다. 또한, 도 16에서 무선 전력 전송 장치(1610)는 도 15의 모바일 단말(1520) 및/또는 모바일 단말(1540)에 탑재될 수 있다.
도 16에서 무선 전력 수신 장치(1620)는 도 14의 보청기(1450) 및/또는 보청기(1460) 각각에 탑재될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(1610)는 도 1의 무선 전력 전송 장치(110)와 유사한 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치(1610)는 마그네틱 커플링을 이용하여 전력을 전송하기 위한 구성을 포함할 수 있다.
도 16에서 통신 및 트래킹부(1611)는 무선 전력 수신 장치(1620)와 통신을 수행하고, 무선 전력 전송 효율을 유지하기 위한 임피던스 제어 및 공진주파수 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 및 트래킹부(1611)는 도 1의 Tx 제어부(114) 및 통신부(115)와 유사한 기능을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(1620)는 도 1의 무선 전력 수신 장치(120)와 유사한 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(1620)는 전력을 무선으로 수신하여 배터리를 충전하기 위한 구성을 포함한다. 무선 전력 수신 장치(1620)는 타겟 공진기(target resonator)(또는 Rx 공진기(Rx resonator)), 정류기(rectifier), DC/DC 컨버터(DC/DC converter), 충전기 회로(charger circuit)를 포함할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신 장치(1620)는 통신 및 제어부(1623)를 포함할 수 있다.
통신 및 제어부(1623)는 무선 전력 전송 장치(1610)와 통신을 수행하고, 과전압 및 과전류 보호를 위한 동작을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(1620)는 청각기기 회로(1621)를 포함할 수 있다. 청각기기 회로(1621)는 배터리에 의해 충전될 수 있다. 청각기기 회로(1621)는 마이크, 아날로그-디지털 변환기, 프로세서, 디지탈-아날로그 변환기 및 리시버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 청각기기 회로(1621)는 보청기와 동일한 구성을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 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 (15)

  1. 캐패시터(capacitor)와 인덕터(inductor)를 포함하고, 소스 공진기로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신하는 타겟 공진기; 및
    턴온(turn on)되면 상기 캐패시터의 캐패시턴스(capacitance)의 성분을 제거하여 상기 타겟 공진기의 공진을 제어하는 공진기 스위치를 포함하는
    무선전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    무선전력 수신 장치의 배터리가 완충된 경우, 사용자가 무선전력 차단을 요청하는 경우 및 무선전력을 수신하는 효율이 기설정된 효율 보다 낮은 경우 중에서 적어도 하나의 경우에 상기 공진기 스위치가 턴온되도록 제어하는 공진기 제어부를 더 포함하는
    무선전력 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공진기 스위치는,
    상기 캐패시터의 양단에 연결되고,
    턴온(turn on)되면 상기 캐패시터를 단락(short circuit) 시켜서 상기 캐패시터의 캐패시턴스의 성분을 제거하고,
    턴오프(turn off)되면 상기 캐패시터를 개방(open circuit) 시켜서 상기 캐패시터가 정상적으로 동작하도록 하는
    무선전력 수신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공진기 스위치는,
    MEMS(Micro electro mechanical Systems) 스위치, FET(Field Effect Transistor) 스위치, 릴레이 스위치 및 트랜지스터 중에서 적어도 하나로 구성되는
    무선전력 수신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 공진기로부터 수신되는 AC 신호를 정류해서 DC 신호를 생성하는 정류기;
    상기 DC 신호의 신호 레벨을 조정함으로써 정격 전압을 출력하는 직류/직류 변환기;
    상기 정류기의 출력전압과 직류/직류 변환기의 출력전압의 전압차이를 비교해서 상기 전압차이가 기설정한 임계값보다 크면 상기 스위치를 턴온 시키고, 상기 전압차이가 상기 기설정한 임계값보다 작거나 같으면 상기 스위치를 턴오프 시키는 공진기 제어부; 및
    상기 직류/직류 변환기로부터 출력되는 정격 전압을 수신하여 충전하고, 충전이 완료되면 상기 직류/직류 변환기로부터 출력되는 정격 전압을 차단하는 배터리를 더 포함하는
    무선전력 수신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공진기 스위치는,
    NMOS 트랜지스터로 구성되고,
    상기 공진기 제어부는,
    상기 정류기의 출력전압에서 기설정한 비율의 전압을 분배해서 분배된 전압을 출력하는 전압 분배기;
    상기 직류/직류 변환기의 출력전압을 기설정된 전압으로 낮추는 전압 조절기;
    상기 기설정된 전압과 상기 분배된 전압을 비교해서 상기 기설정된 전압이 상기 분배된 전압보다 작거나 같으면 상기 기설정된 전압을 상기 스위치를 제어하는 컨트롤 전압으로 출력하고, 상기 기설정된 전압이 상기 분배된 전압보다 크거나 같으면 0V를 상기 컨트롤 전압으로 출력하는 비교기를 포함하는
    무선전력 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압 분배기는,
    상기 정류기의 출력전압의 1/3을 분배해서 상기 분배된 전압으로 출력하는
    무선전력 수신 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전압 조절기는,
    상기 직류/직류 변환기의 출력전압을 상기 기설정된 전압인 3.3V의 전압으로 조절하는
    무선전력 수신 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 공진기 스위치와 상기 공진기 제어부 사이의 과전류를 방지하는 저항을 더 포함하는
    무선전력 수신 장치.
  10. 캐패시터(capacitor)와 인덕터(inductor)를 포함하고, 소스 공진기로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신하는 타겟 공진기;
    턴온(turn on)되면 상기 캐패시터의 캐패시턴스(capacitance)의 성분을 제거하여 상기 타겟 공진기의 공진을 제어 하는 공진기 스위치;
    상기 타겟 공진기로부터 수신되는 AC 신호를 정류해서 DC 신호를 생성하는 정류기;
    상기 DC 신호의 신호 레벨을 조정함으로써 정격 전압을 출력하는 직류/직류 변환기;
    상기 정류기의 출력전압과 직류/직류 변환기의 출력전압의 전압차이를 비교해서 상기 전압차이가 기설정한 임계값보다 크면 상기 스위치를 턴온 시키고, 상기 전압차이가 상기 기설정한 임계값보다 작거나 같으면 상기 스위치를 턴오프 시키는 공진기 제어부; 및
    상기 직류/직류 변환기로부터 출력되는 정격 전압을 수신하여 충전하고, 충전이 완료되면 상기 직류/직류 변환기로부터 출력되는 정격 전압을 차단하는 배터리를 포함하는
    무선전력 수신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 공진기 스위치는,
    상기 캐패시터의 양단에 연결되고,
    턴온(turn on)되면 상기 캐패시터를 단락(short circuit) 시켜서 상기 캐패시터의 캐패시턴스의 성분을 제거하고,
    턴오프(turn off)되면 상기 캐패시터가 개방(open circuit) 시켜서 상기 캐패시터가 정상적으로 동작하도록 하는
    무선전력 수신 장치.
  12. 무선전력을 차단하는 이벤트의 발생을 감지하는 단계; 및
    상기 무선전력을 차단하는 이벤트가 발생하면, 타겟 공진기에 포함된 캐패시터(capacitor)의 캐패시턴스(capacitance)의 성분을 제거하여 상기 타겟 공진기의 공진을 제어 하는 단계를 포함하는
    무선전력 수신 장치에서 무선전력 수신을 제어하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 무선전력을 차단하는 이벤트의 발생을 감지하는 단계는,
    무선전력 수신 장치의 배터리가 완충된 경우, 사용자가 무선전력 차단을 요청하는 경우 및 무선전력을 수신하는 효율이 기설정된 효율 보다 낮은 경우 중에서 적어도 하나의 경우를 상기 무선전력을 차단하는 이벤트로 감지하는
    무선전력 수신 장치에서 무선전력 수신을 제어하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 타겟 공진기가 공진하지 않도록 하는 단계는,
    상기 캐패시터의 양단에 연결된 공진기 스위치를 턴온(turn on)해서 상기 캐패시터를 단락(short circuit) 시키는
    무선전력 수신 장치에서 무선전력 수신을 제어하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 무선전력을 차단하는 이벤트가 해지 되면, 상기 캐패시터의 양단에 연결된 공진기 스위치를 턴오프(turn off)해서 상기 캐패시터를 개방(open circuit) 시키는 단계를 더 포함하는
    무선전력 수신 장치에서 무선전력 수신을 제어하는 방법.
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