KR20140014647A - 무선 전력 수신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

무선으로 전력을 수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 무선으로 전력을 수신하고, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 이상의 용량을 가지는 제1 캐패시터 및 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 보다 작은 용량의 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하여 상기 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 제어할 수 있다.

Description

무선 전력 수신 장치 및 방법{WIRELESS POWER RECEPTION APPARATUS AND METHOD}
아래의 실시 예들은 무선으로 전력을 수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 전력전송에 대한 연구는 휴대기기를 포함한 다양한 전기기기의 폭발적 증가로 인한 유선 전력 공급의 불편 증가 및 기존 배터리(battery) 용량의 한계 봉착 등을 극복하기 위해 시작되었다. 그 중에서도 근거리 무선 전력 전송에 대한 연구가 집중되고 있다. 근거리 무선 전력 전송이라 함은 동작 주파수에서 파장의 길이에 비해 송수신 코일간의 거리가 충분히 작은 경우를 의미한다. 공진 특성을 이용하는 무선 전력 송수신 시스템은 전력을 공급하는 소스와 전력을 공급받는 타겟을 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 수신부 및 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 이상의 용량을 가지는 제1 캐패시터 및 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 보다 작은 용량의 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하여 상기 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하여, 상기 타겟 공진기의 공진 주파수를 변경할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부를 포함할 수 있다.
상기 타이밍 제어부는 상기 타겟 공진기의 출력 전압을 감쇄시키기 위해, 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어하고, 상기 타겟 공진기의 출력 전압을 증폭하기 위해, 상기 제2 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 상기 타겟 공진기와 부하를 연결하는 제1 스위치부 및 상기 타겟 공진기와 상기 부하 사이에 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 병렬로 연결하는 제2 스위치부를 더 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 상기 타겟 공진기와 부하를 연결하는 제1 스위치부, 상기 타겟 공진기와 상기 부하 사이에 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 병렬로 연결하는 제2 스위치부 및 상기 타겟 공진기와 상기 부하 사이에 병렬로 연결된 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나와 상기 부하 사이에 제3 캐패시터를 병렬로 연결하는 제3 스위치부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치부는 상기 제3 캐패시터와 상기 부하 사이에서 상기 타겟 공진기와 상기 부하를 연결할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 상기 제1 스위치부와 상기 부하 사이에 위치하여, 상기 타겟 공진기의 공진 주파수를 변경하는 디폴트 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊는 제1 스위치부, 상기 타겟 공진기의 공진 주파수를 변경시키기 위해 상기 타겟 공진기와 제2 캐패시터를 병렬로 연결하는 제2 스위치부 및 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결이 끊어진 후에, 상기 제2 캐패시터와 부하를 연결하는 제3 스위치부를 더 포함할 수 있다.
상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 제2 캐패시터가 병렬로 연결되고, 상기 제2 캐패시터와 상기 부하가 연결되지 않은 상태에서, 상기 상호 공진이 발생하고, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 제1 스위치부는 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊고, 상기 제3 스위치부는 상기 제2 캐패시터와 상기 부하를 연결할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 상기 상호 공진 중에 상기 제1 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 병렬로 연결하고, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 제1 캐패시터와 상기 타겟 공진기의 연결을 끊는 제1 스위치부, 상기 상호 공진 중에 상기 제2 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 병렬로 연결하는 제2 스위치부, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊는 제3 스위치부 및 상기 제1 캐패시터와 상기 타겟 공진기의 연결이 끊어진 후에, 상기 제2 캐패시터와 부하를 연결하는 제4 스위치부를 더 포함할 수 있다.
상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 제2 캐패시터가 병렬로 연결되고, 상기 제2 캐패시터와 상기 부하가 연결되지 않은 상태에서, 상기 상호 공진이 발생하면, 상기 제1 스위치부는 상기 상호 공진 중에 상기 제1 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 병렬로 연결하고, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 제1 캐패시터와 상기 타겟 공진기의 연결을 끊고, 상기 제3 스위치부는 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊고, 상기 제4 스위치부는 상기 제1 캐패시터와 상기 타겟 공진기의 연결이 끊어진 후에, 상기 제2 캐패시터와 부하를 연결할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 수신부 및 상기 타겟 공진기와 수동소자를 연결하여 상기 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 수동소자는 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 용량 이상을 가지는 제1 캐패시터 및 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 보다 작은 용량을 가지는 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 타겟 공진기와 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 연결하여 상기 출력 전압의 다이나믹 레인지를 감쇄시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 타겟 공진기와 상기 제2 캐패시터를 연결하여 상기 출력 전압의 다이나믹 레인지를 증폭시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 상호 공진 중에 상기 타겟 공진기와 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터를 연결한 후, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊고, 상기 타겟 공진기와 상기 제1 캐패시터의 연결을 끊으며, 상기 타겟 공진기와 부하를 연결하여, 상기 타겟 공진기에 저장된 전력을 채득할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 방법은 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 단계 및 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 이상의 용량을 가지는 제1 캐패시터 및 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 보다 작은 용량의 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하여 상기 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는 상기 타겟 공진기의 출력 전압을 감쇄시키기 위해, 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어하는 단계 및 상기 타겟 공진기의 출력 전압을 증폭하기 위해, 상기 제2 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 입력부와 전력 전송부, 수신부와 전력 출력부가 캐패시터 및 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력 전송 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 전력 충전부와 전송부, 충전부와 전력 출력부가 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력 전송 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 3(a) 내지 도 3(e)는 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서 수동소자가 타겟 공진기와 연결되지 않는 경우에, 타겟 공진기의 후단에서 측정되는 전압의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 블록도이다.
도 5(a) 내지 도 10(c)는 다른 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 블록도 및 무선 전력 수신 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 무선 전력 수신 방법의 흐름도이다.
이하, 일 측에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
무선 전력 전송 시스템은 무선으로 전력을 필요로 하는 다양한 시스템에 응용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템은 핸드폰 또는 wireless TV 등 무선 전력의 사용이 가능한 시스템에 이용될 수 있다. 또한, 바이오 헬스 케어(bio health care) 분야에 응용이 가능하여, 인체에 삽입된 디바이스에 원격으로 전력을 전송하거나, 심박수 측정을 위한 붕대 모양의 디바이스에 무선으로 전력을 전송하는데 응용될 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 시스템은 전원 소스가 없는 정보 저장 장치의 원격 제어에 응용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템은 정보 저장 장치에 원격으로 장치를 구동할 수 있는 전력을 공급함과 동시에, 무선으로 정보 저장 장치에 저장된 정보를 불러오는 시스템에 응용될 수 있다.
무선 전력 전송 시스템은 신호의 발생을 위해 전원 공급 장치로부터 에너지를 공급받아, 소스 공진기에 저장하고, 전원 공급 장치와 소스 공진기를 전기적으로 연결하는 스위치를 오프 시킴으로써, 소스 공진기의 자체 공진을 유도할 수 있다. 자체 공진 하는 소스 공진기와 상호 공진을 할 만큼 충분히 가까운 거리에 소스 공진기의 공진 주파수와 동일한 공진 주파수를 가지는 타겟 공진기가 존재하는 경우, 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진 현상이 발생한다. 소스 공진기는 전원 공급 장치로부터 에너지를 공급받는 공진기를 의미하고, 타겟 공진기는 상호 공진 현상에 의해 소스 공진기로부터 에너지를 전달받는 공진기를 의미한다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 입력부와 전력 전송부, 수신부와 전력 출력부가 캐패시터 및 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력 전송 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다. 위와 같은 무선 전력 전송 시스템은 RI(Resonator Isolation) 시스템이라고 정의될 수 있다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 소스와 타겟으로 구성되는 소스-타겟 구조이다. 무선 전력 전송 시스템은 소스에 해당하는 무선 전력 전송 장치와 타겟에 해당하는 무선 전력 수신 장치를 포함한다.
무선 전력 전송 장치는 전력 입력부(110), 전력 전송부(120) 및 스위치부(130)를 포함한다. 전력 입력부(110)는 전원 공급 장치를 이용하여 캐패시터에 에너지를 저장한다. 스위치부(130)는 캐패시터에 에너지가 저장되는 동안에는 전력 입력부(110)에 캐패시터를 연결하고, 스위치부(130)는 캐패시터에 저장된 에너지를 방전하는 동안에는 캐패시터를 전력 전송부(120)에 연결한다. 즉, 스위치부(130)는 캐패시터가 동시에 전력 입력부(110) 및 전력 전송부(120)에 연결되지 않도록 한다.
전력 전송부(120)는 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신부(140)로 전달(transferring)한다. 보다 구체적으로 전력 전송부(120)는 전력 전송부(120)의 소스 공진기와 수신부(130)의 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통해 전력을 전달할 수 있다. 이때, 소스 공진기는 캐패시터(C1) 및 송신 코일(L1)을 포함할 수 있고, 타겟 공진기는 캐패시터(C2) 및 수신 코일(L2)을 포함할 수 있다. 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 발생하는 상호 공진의 정도는 상호 인덕턴스 M의 영향을 받는다.
전력 입력부(110)는 입력 전압(VDC), 내부 저항(Rin) 및 캐패시터(C1)로, 전력 전송부(120)는 기초 회로 소자(R1, L1, C1)로, 스위치부(130)는 복수의 스위치들로 모델링 될 수 있다. 스위치로는 온/오프 기능을 수행할 수 있는 능동소자가 사용될 수 있다. R은 저항 성분, L은 인덕터 성분, C는 캐패시터 성분을 의미한다. 입력 전압(VDC) 중 캐패시터(C1)에 걸리는 전압은 Vin으로 표시될 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 수신부(140), 전력 출력부(150) 및 스위치부(160)를 포함한다. 수신부(140)는 전력 전송부(120)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 수신부(140)는 수신한 전자기 에너지를 연결된 캐패시터들에 저장한다. 스위치부(160)는 캐패시터에 에너지가 저장되는 동안에는 수신부(140)에 캐패시터를 연결하고, 스위치부(160)는 캐패시터에 저장된 에너지를 부하에 전달하는 동안에는 캐패시터를 전력 출력부(150)에 연결한다. 즉, 스위치부(160)는 캐패시터가 동시에 수신부(140) 및 전력 출력부(150)에 연결되지 않도록 한다.
보다 구체적으로 수신부(140)의 수신 코일(L2)은 전력 전송부(120)의 송신 코일(L1)과의 상호 공진을 통하여 전력을 수신할 수 있다. 수신된 전력을 통하여 수신 코일(L2)과 연결된 캐패시터가 충전될 수 있다. 전력 출력부(150)는 캐패시터에 충전된 전력을 배터리로 전달한다. 전력 출력부(150)는 배터리 대신, 부하 또는 타겟 디바이스에 전력을 전달할 수 있다.
수신부(140)는 기초 회로 소자(R2, L2, C2)로, 전력 출력부(150)는 연결되는 캐패시터(C2) 및 배터리로, 스위치부(160)는 복수의 스위치들로 모델링 될 수 있다. 수신 코일(L2)에서 수신되는 에너지 중, 캐패시터(C2)에 걸리는 전압은 Vout으로 표시될 수 있다.
위와 같이 전력 입력부(110)와 전력 전송부(120)를 물리적으로 분리하고, 수신부(140)와 전력 출력부(150)를 물리적으로 분리하여 전력을 전송하는 RI(Resonator Isolation) 시스템은 임피던스 매칭을 사용한 기존의 전력 전송 방식에 비하여 여러 가지의 장점을 가진다. 첫째, DC 전원으로부터 소스 공진기에 직접 전력 공급이 가능하기 때문에, 전력 증폭기를 사용하지 않을 수 있다. 둘째, 배터리의 충전을 위해 수신단의 캐패시터에 충전된 전력에서 에너지를 채득(capture)하기 때문에, 정류기를 통한 정류작업이 필요 없다. 셋째, 임피던스 매칭을 할 필요가 없으므로 전송 효율이 송신단과 수신단 사이의 거리변화에 민감하지 않다. 또한, 복수의 송신단 및 복수의 수신단을 포함하는 무선 전력 전송 시스템으로의 확장이 용이하다.
도 2는 일실시예에 따른 전력 충전부와 전송부, 충전부와 전력 출력부가 스위치에 의하여 물리적으로 분리된 무선 전력 전송 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다. 도 2는 RI(Resonator Isolation) 시스템의 다른 예이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 소스와 타겟으로 구성되는 소스-타겟 구조이다. 무선 전력 전송 시스템은 소스에 해당하는 무선 전력 전송 장치와 타겟에 해당하는 무선 전력 수신 장치를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 장치는 전력 충전부(210), 제어부(220) 및 전송부(230)를 포함할 수 있다. 전력 충전부(210)는 전원 공급 장치(Vin)와 저항(Rin)으로 구성될 수 있다. 소스 공진기는 캐패시터(C1)와 인덕터(L1)로 구성될 수 있다. 전송부(230)는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 소스 공진기에 저장된 에너지를 전송할 수 있다. 제어부(220)는 전력 충전부(210)로부터 소스 공진기에 전력을 공급하기 위해 스위치를 온(on) 할 수 있다. 전원 공급 장치(Vin)로부터 캐패시터(C1)에 전압이 인가되고, 인덕터(L1)에 전류가 인가될 수 있다. 소스 공진기가 정상 상태에 도달하게 되면, 캐패시터(C1)에 인가되는 전압은 0이 되고, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 Vin/ Rin의 값을 가지게 된다. 정상 상태에서는 인덕터(L1)에 인가되는 전류를 통하여 인덕터(L1)에 전력이 충전된다.
제어부(220)는 정상 상태에서 소스 공진기에 충전된 전력이 소정 값에 도달하면, 스위치를 오프(off)할 수 있다. 소정 값에 대한 정보는 제어부(220)에 설정될 수 있다. 전력 충전부(210)와 전송부(230)는 스위치 동작에 의해 분리된다. 스위치가 오프 되면, 소스 공진기는 캐패시터(C1)와 인덕터(L1)간에 자체 공진을 시작한다. 상호 인덕턴스 M(270)을 고려한, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여, 소스 공진기에 저장된 에너지는 타겟 공진기로 전달될 수 있다. 이때, 소스 공진기의 공진 주파수(f1)와 타겟 공진기의 공진 주파수(f2)는 동일하다. 소스 공진기의 공진 주파수(f1)와 타겟 공진기의 공진 주파수(f2)는 다음의 식을 통해서 계산될 수 있다.
Figure pat00001
무선 전력 수신 장치는 충전부(240), 제어부(250) 및 전력 출력부(260)를 포함할 수 있다. 타겟 공진기는 캐패시터(C2)와 인덕터(L2)로 구성될 수 있다. 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진을 할 때는 소스 공진기는 전원 공급 장치(Vin)와 분리되어 있고, 타겟 공진기는 부하(LOAD) 및 캐패시터(CL)와 분리되어 있다. 타겟 공진기의 캐패시터(C2)와 인덕터(L2)는 상호 공진을 통하여 전력을 충전할 수 있다. 제어부(250)는 타겟 공진기에 전력을 충전하기 위해, 스위치를 오프(off)할 수 있다. 스위치가 오프인 동안, 타겟 공진기의 공진 주파수와 소스 공진기의 공진 주파수는 일치하여, 상호 공진이 발생할 수 있다. 제어부(250)는 타겟 공진기에 충전된 전력이 소정 값에 도달하면, 스위치를 온(on)할 수 있다. 소정 값에 대한 정보는 제어부(250)에 설정될 수 있다. 스위치가 온 되면, 캐패시터(CL)이 연결되어, 타겟 공진기의 공진 주파수가 다음의 식과 같이 변경된다.
Figure pat00002
따라서, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 공진 주파수가 일치하지 않게 되고, 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진이 종료된다. 보다 구체적으로는 타겟 공진기의 Q를 고려하여, f2'이 f2보다 충분히 작다면, 상호 공진 채널이 소멸할 수 있다. 또한, 전력 출력부(260)는 캐패시터(C2)와 인덕터(L2)에 충전된 전력을 부하(LOAD)에 전달할 수 있다. 전력 출력부(260)는 부하(LOAD)의 필요에 적합한 방식으로 전력을 전달할 수 있다. 예를 들면, 전력 출력부(260)는 부하에서 요구하는 정격 전압으로 전압을 레귤레이션(regulation)하여 전력을 전달할 수 있다.
제어부(250)는 타겟 공진기에 충전된 전력이 소정 값 미만의 값을 갖게 되면, 스위치를 오프(off)할 수 있다. 오프(off)로 인하여 소스 공진기와 타겟 공진기의 공진 주파수가 다시 일치하게 되면, 충전부(240)는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 다시 타겟 공진기에 전력을 충전할 수 있다.
소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진이 발생할 때는 스위치가 연결되지 않는다. 따라서, 스위치의 연결에 따른 전송 효율의 감소를 예방할 수 있다.
도 1의 캐패시터에 충전된 에너지를 전달하는 방식에 비해, 도 2의 방식은 타겟 공진기에 저장된 에너지의 채득(capture) 시점을 제어하는 것이 좀 더 용이하다. 도 1의 캐패시터에 충전된 에너지를 전달하는 방식에서는 무선 전력 수신 장치가 캐패시터에 충전된 에너지를 채득(capture) 할 수 있지만, 도 2의 공진 주파수를 변경하여 에너지를 채득하는 방식은 타겟 공진기의 인덕터 및 캐패시터에 저장된 에너지를 채득하므로, 에너지의 채득 시점에 대한 자유도가 향상된다.
RI(Resonator Isolation) 시스템의 송신단은 전력 혹은 데이터의 전송을 위해, 스위치의 연결을 통해 소스 공진기에 에너지의 충전과 방전과정을 반복 수행한다. 이러한 한 번의 에너지의 충전과 방전 과정은 하나의 심볼로 정의될 수 있다. 수신단은 송신단으로부터 에너지 또는 데이터를 수신하기 위해, 송신단의 충전 및 방전을 반복하는 스위치의 동작 주기에 맞추어, 수신단의 스위치를 동작시켜야 한다.
수신단은 송신단으로부터 오류 없이 전력 또는 데이터를 수신하기 위해, 송신단의 스위치가 언제 오프(off)되고 언제 온(on)되는지, 그리고 언제 상호 공진을 시작하고, 언제 타겟 공진기에 저장된 에너지가 피크 값을 가지는지 알 필요가 있다. 송신단 스위치의 온/오프 타임에 대한 정보를 알아내고, 수신단의 온/오프 타임을 송신단 스위치의 온/오프 타임에 대한 정보에 맞게 조절하는 과정을 시간 동기화 과정이라고 정의할 수 있다.
도 3(a) 내지 도 3(e)는 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서 수동소자가 타겟 공진기와 연결되지 않는 경우에, 타겟 공진기의 후단에서 측정되는 전압의 파형을 나타낸 도면이다.
도 3(a)를 참조하면, 타겟 공진기는 인덕터(L2) 및 캐패시터(C2)를 포함할 수 있다. 타겟 공진기의 후단에 위치한 스위치가 온(on)되면, 캐패시터(CL)가 연결되어, 타겟 공진기의 공진 주파수가 변경될 수 있다. 무선 전력 전송 장치의 소스 공진기와 무선 전력 수신 장치의 타겟 공진기의 공진 주파수가 일치하지 않게 되어, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진이 종료될 수 있다.
스위치가 온 되면, 타겟 공진기에 저장된 전력은 정류기 및 레귤레이터를 통하여 배터리로 전달될 수 있다. 즉, 배터리가 충전될 수 있다. 정류기는 교류 신호를 직류 신호로 정류하고, 레귤레이터는 배터리에서 필요로 하는 전압으로 정류된 전압을 승압 또는 강압할 수 있다. 다른 예로, 배터리에 저장된 전력은 LDO(Low-Dropout Regulator)를 통하여 디지털 칩으로 전달될 수 있다. LDO는 배터리의 출력 전압을 디지털 칩에서 요구하는 전압으로 강압할 수 있다.
도 3(b)는 정류기의 입력단(310)에서 측정된 전압 파형을 나타낸다. 전압 파형은 교류 형태로 다양한 다이나믹 레인지(360) 또는 다이나믹 레인지(370)를 가질 수 있다. 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 채널 특성에 따라 타겟 공진기에서 수신하는 신호의 진폭의 크기가 큰 폭으로 변할 수 있다. 예를 들면, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 거리가 가까워지면, 소스 공진기로부터 타겟 공진기로 전달되는 전력량이 많아지므로, 타겟 공진기의 수신 신호의 진폭이 커질 수 있다. 반대로, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 거리가 멀어지면, 소스 공진기로부터 타겟 공진기로 전달되는 전력량이 적어지므로, 타겟 공진기의 수신 신호의 진폭이 작아질 수 있다.
도 3(c)는 정류기의 출력단(320)에서 측정된 전압 파형을 나타낸다. 전압 파형은 정류기를 통해 풀 브릿지 정류된 신호를 나타낸다.
도 3(d)는 레귤레이터의 출력단(330) 및 배터리의 출력단(340)에서 측정된 전압 파형을 나타낸다. 레귤레이터는 배터리의 정격 전압에 맞게 전압을 생성할 수 있다. 예를 들면, 배터리의 정격 전압이 3.3V인 경우, 레귤레이터는 정류된 신호로부터 3.3V의 직류 신호를 생성할 수 있다. 배터리의 출력단(340)에서도 동일하게 3.3V의 전압이 출력될 수 있다.
도 3(e)는 LDO의 출력단(350)에서 측정된 전압 파형을 나타낸다. LDO는 디지털 칩에서 요구하는 전압으로 배터리에서 출력된 전압을 강압할 수 있다. 예를 들면, 디지털 칩이 요구하는 전압이 1.8V이면, LDO는 배터리의 출력 전압 3.3V를 1.8V로 강압할 수 있다.
소스 공진기와 타겟 공진기 간의 거리에 따라 다이나믹 레인지(360)가 다이나믹 레인지(370)로 변할 수 있다. 그런데, 다이나믹 레인지(360)에서 다이나믹 레인지(370)로 변화하거나, 다이나믹 레인지(370)에서 다이나믹 레인지(360)로 변화하는 것과 같이 변화의 폭이 클수록, 레귤레이터의 동작 효율 및 배터리의 충전효율이 감소할 수 있다.
따라서, 다이나믹 레인지의 변화의 폭이 크더라도, 레귤레이터의 입력단에서 소정의 폭을 가지는 다이나믹 레인지로 신호가 조절되면, 레귤레이터의 동작 효율 및 배터리의 충전효율이 증가할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 수신부(410) 및 제어부(420)를 포함할 수 있다.
수신부(410)는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
제어부(420)는 타겟 공진기와 수동소자를 연결하여 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 제어할 수 있다. 타겟 공진기의 출력 전압은 정류기로 인가될 수 있다. 다시 표현하면, 제어부(420)는 수동소자를 이용하여 정류기의 입력 전압의 다이나믹 레인지를 제어할 수 있다.
수동소자는 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 용량 이상을 가지는 제1 캐패시터일 수 있다. 수동소자는 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 보다 작은 용량을 가지는 제2 캐패시터일 수 있다.
제어부(420)는 타겟 공진기와 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 연결하여 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지를 감쇄시킬 수 있다. 이때, 타겟 공진기와 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터 중 적어도 하나는 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 타겟 공진기와 제1 캐패시터가 연결되면, 타겟 공진기에 저장된 전력이 제1 캐패시터로 전달될 수 있다. 제1 캐패시터의 용량만큼 타겟 공진기에 저장된 전력이 제1 캐패시터로 전달될 수 있다. 제1 캐패시터의 용량에 비례하여 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지가 감쇄될 수 있다. 즉, 타겟 공진기의 출력 전압의 파형의 진폭이 감소할 수 있다. 타겟 공진기와 제2 캐패시터가 연결된 경우에도, 타겟 공진기에 저장된 전력이 제2 캐패시터로 전달되므로, 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지가 제2 캐패시터의 용량에 비례하여 감쇄될 수 있다.
제어부(430)는 타겟 공진기와 제2 캐패시터를 연결하여 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지를 증폭시킬 수 있다. 타겟 공진기는 인덕터 및 캐패시터를 포함할 수 있다. 제어부(430)는 타겟 공진기의 캐패시터와 인덕터의 연결을 끊고, 인덕터와 제2 캐패시터를 연결할 수 있다. 예를 들면, 타겟 공진기의 캐패시터의 용량과 제2 캐패시터의 용량의 차이에 비례하여, 타겟 공진기의 출력 전압의 파형의 진폭이 증가할 수 있다.
제어부(430)는 상호 공진 중에 타겟 공진기와 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 연결한 후, 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊을 수 있다. 예를 들면, 상기 기 설정된 값은 0V로 설정될 수 있다.
상호 공진 중에 타겟 공진기와 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터가 병렬로 연결되면, 무선 전력 수신 장치에 포함된 캐패시터의 용량이 커지므로, 타겟 공진기에서 출력되는 전압의 파형의 진폭이 작아지고, 출력되는 전압의 파형의 주기는 길어질 수 있다. 제어부(430)는 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 최소 값을 가지는 시점에 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊을 수 있다.
그 후, 제어부(430)는 타겟 공진기와 제1 캐패시터의 연결을 끊고, 타겟 공진기와 부하를 연결하여, 타겟 공진기에 저장된 전력을 채득(capture)할 수 있다.
제어부(420)는 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 이상의 용량을 가지는 제1 캐패시터 및 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 보다 작은 용량의 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 타겟 공진기와 연결하여 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 제어할 수 있다.
제어부(420)는 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 타겟 공진기와 연결하여, 타겟 공진기의 공진 주파수를 변경할 수 있다.
제어부(420)는 타이밍 제어부(421)를 포함할 수 있다.
타이밍 제어부(421)는 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어할 수 있다. 제어부(420)는 정류기 및 레귤레이터와 연결될 수 있다. 레귤레이터의 입력 전압으로 제어부(420)의 현재 출력 전압보다 큰 출력 전압이 요구되는 경우, 제어부(420)는 제2 캐패시터를 타겟 공진기와 연결하여, 출력 전압의 진폭을 증폭시킬 수 있다. 반대로, 레귤레이터의 입력 전압으로 제어부(420)의 현재 출력 전압보다 작은 출력 전압이 요구되는 경우, 제어부(420)는 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 타겟 공진기와 연결하여, 출력 전압의 진폭을 감쇄시킬 수 있다.
타이밍 제어부(421)는 타겟 공진기의 출력 전압을 감쇄시키기 위해, 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어할 수 있다. 예를 들면, 타이밍 제어부(421)는 타겟 공진기에 저장된 전력이 기 설정된 값 이상이 되면, 타겟 공진기와 제1 캐패시터를 연결할 수 있다. 기 설정된 값으로는 타겟 공진기에서 저장할 수 있는 전력의 최대값이 설정될 수 있다. 타겟 공진기의 출력 전압의 진폭이 감쇄 됨으로써, 출력 전압의 다이나믹 레인지가 작아질 수 있다.
타이밍 제어부(421)는 타겟 공진기의 출력 전압을 증폭하기 위해, 제2 캐패시터를 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어할 수 있다. 타겟 공진기의 출력 전압의 진폭이 증폭함으로써, 출력 전압의 다이나믹 레인지가 커질 수 있다.
레귤레이터는 입력 전압을 승압하는 부스터 컨버터(booster converter) 또는 입력 전압을 강압하는 벅 컨버터(buck converter)를 포함할 수 있다.
제어부(420)는 무선 전력 수신 장치의 전반적인 제어를 담당하고, 수신부(410)의 기능을 수행할 수 있다. 도 4의 실시 예에서 이를 별도로 구성하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 실제로 제품을 구현하는 경우에 이들 모두를 제어부(420)에서 처리하도록 구성할 수도 있으며, 이들 중 일부만을 제어부(420)에서 처리하도록 구성할 수도 있다.
도 5(a) 내지 도 10(c)는 다른 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 블록도 및 무선 전력 수신 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 5(a)는 정류기의 입력 신호의 진폭을 감쇄시키는 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타내고, 도 5(b)는 제2 스위치부(530)의 동작에 따라 정류기의 입력 신호의 진폭의 변화를 나타낸다.
도 5(a)를 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기(510)의 출력 신호의 진폭을 감쇄시킬 수 있다. 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기(510), 제1 스위치부(520), 제2 스위치부(530) 및 제어부(540)를 기본적인 구성요소로 포함할 수 있다. 제2 스위치부(530)의 후단에 정류기, 레귤레이터(regulator), 배터리 등이 추가적으로 포함될 수 있다.
제1 스위치부(520)는 타겟 공진기(510)와 정류기를 연결할 수 있다.
제2 스위치부(530)는 타겟 공진기(510)와 정류기 사이에 캐패시터 CL를 타겟 공진기(510)와 병렬로 연결할 수 있다. 이때, 캐패시터 CL의 용량은 타겟 공진기(510)의 캐패시터 C2의 용량보다 크거나 같을 수도 있고, 캐패시터 C2의 용량보다 작을 수도 있다. 제어부(540)는 제1 스위치부(520) 및 제2 스위치부(530)의 동작을 제어할 수 있다.
제2 스위치부(530)가 온(ON)된 상태에서, 제1 스위치부(520)가 온(ON)되면, 정류기에 입력되어야 할 전력의 일부가 캐패시터 CL로 분배됨으로써, 정류기에 입력되는 신호의 진폭이 감소하게 된다. 감소하는 폭은 캐패시터 CL의 용량에 따라 조절될 수 있다.
도 5(b)를 참조하면, 제1 스위치부(520)가 오프(OFF)인 구간에서 타겟 공진기(510)는 소스 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있다. 상호 공진 후, 제1 스위치부(520)가 온(ON)되면, 타겟 공진기(510)와 정류기가 연결되어, 타겟 공진기(510)에 저장된 전력이 정류기 및 레귤레이터를 통과하여 배터리로 전달될 수 있다. 제2 스위치부(530)가 계속 오프(OFF)인 상태로 유지되면, 타겟 공진기(510)에서 출력된 신호는 그대로 정류기로 입력될 수 있다.
시점(550)에서 제2 스위치부(530)가 온(ON)되면, 타겟 공진기(510)에 저장된 전력 중 일부가 캐패시터 CL을 충전시킴으로써, 정류기의 입력 신호의 진폭이 감소할 수 있다.
도 6(a)는 정류기의 입력 신호의 진폭을 다양한 폭으로 감쇄시키는 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타내고, 도 6(b), 도 6(c), 도 6(d)는 제2 스위치부(630) 및 제3 스위치부(640)의 동작에 따라 정류기의 입력 신호의 진폭의 변화를 나타낸다.
도 6(a)를 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기(610)의 출력 신호의 진폭을 다양한 폭으로 감쇄시킬 수 있다. 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기(610), 제1 스위치부(620), 제2 스위치부(630), 제3 스위치부(640) 및 제어부(650)를 기본적인 구성요소로 포함할 수 있다. 제3 스위치부(640)의 후단에 정류기, 레귤레이터, 배터리 등이 추가적으로 포함될 수 있다.
제1 스위치부(620)는 타겟 공진기(610)와 정류기를 연결할 수 있다.
제2 스위치부(630)는 타겟 공진기(610)와 정류기 사이에 캐패시터 CL1를 타겟 공진기(610)와 병렬로 연결할 수 있다. 이때, 캐패시터 CL1의 용량은 타겟 공진기(610)의 캐패시터 C2의 용량보다 크거나 같을 수도 있고, 캐패시터 C2의 용량보다 작을 수도 있다.
제3 스위치부(640)는 캐패시터 CL1와 정류기 사이에 캐패시터 CLn를 타겟 공진기(610)와 병렬로 연결할 수 있다. 캐패시터 CL1의 용량은 캐패시터 CL1의 용량보다 크거나 같을 수도 있고, 캐패시터 CL1의 용량보다 작을 수도 있다.
제어부(650)는 제1 스위치부(620), 제2 스위치부(630) 및 제3 스위치부(640)의 동작을 제어할 수 있다.
제2 스위치부(630)가 온(ON)된 상태에서, 제1 스위치부(620)가 온(ON)되면, 정류기에 입력되어야 할 전력의 일부가 캐패시터 CL1로 분배됨으로써, 정류기에 입력되는 신호의 진폭이 감소하게 된다. 제2 스위치부(630) 및 제3 스위치부(640)가 온(ON)된 상태에서, 제1 스위치부(620)가 온(ON)되면, 정류기에 입력되어야 할 전력의 일부가 캐패시터 CL1 및 캐패시터 CLn로 분배됨으로써, 정류기에 입력되는 신호의 진폭이 더욱 감소하게 된다. 연결되는 캐패시터의 개수에 따라 정류기에 입력되는 신호의 진폭이 조절될 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 제1 스위치부(620)가 오프(OFF)인 구간에서 타겟 공진기(610)는 소스 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있다. 상호 공진 후, 제1 스위치부(620)가 온(ON)되면, 타겟 공진기(610)와 정류기가 연결되어, 타겟 공진기(610)에 저장된 전력이 정류기 및 레귤레이터를 통과하여 배터리로 전달될 수 있다. 제2 스위치부(630) 및 제3 스위치부(640)가 계속 오프(OFF)인 상태로 유지되면, 타겟 공진기(610)에서 출력된 신호는 그대로 정류기로 입력될 수 있다.
도 6(c)를 참조하면, 제2 스위치부(630)가 온(ON)된 상태에서, 제1 스위치부(620)가 온(ON)되면, 타겟 공진기(610)에 저장된 전력 중 일부가 캐패시터 CL1을 충전시킴으로써, 정류기의 입력 신호의 진폭이 폭(660)만큼 감소할 수 있다.
도 6(d)를 참조하면, 제2 스위치부(630) 및 제3 스위치부(640)가 온(ON)된 상태에서, 제1 스위치부(620)가 온(ON)되면, 타겟 공진기(610)에 저장된 전력 중 일부가 캐패시터 CL1 및 캐패시터 CLn을 충전시킴으로써, 정류기의 입력 신호의 진폭이 폭(670)만큼 감소할 수 있다.
따라서, 타겟 공진기(610)와 병렬로 연결되는 캐패시터의 용량 또는 캐패시터의 개수에 따라 정류기의 입력 신호의 진폭이 감소할 수 있다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기(710), 제1 스위치부(720), 제2 스위치부(730) 및 제3 스위치부(740)를 기본적인 구성요소로 포함할 수 있다. 제3 스위치부(740)의 후단에 정류기, 레귤레이터, 배터리 등이 추가적으로 포함될 수 있다.
도 6(a)와 비교해보면, 제3 스위치부(740)가 캐패시터 CLn의 후단에 위치하고 있다. 제3 스위치부(740)와 캐패시터 CL1 및 캐패시터 CLn의 위치에 따라 타겟 공진기(710)의 Q (Quality factor)가 변화될 수 있다.
여기서, 제1 스위치부(720), 제2 스위치부(730) 및 제3 스위치부(740)의 온(ON)/오프(OFF) 동작 타이밍은 동일하다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기(810), 제1 스위치부(820), 제2 스위치부(830), 제3 스위치부(840) 및 디폴트 캐패시터(850)를 기본적인 구성요소로 포함할 수 있다. 디폴트 캐패시터(850)의 후단에 정류기, 레귤레이터, 배터리 등이 추가적으로 포함될 수 있다.
도 7과 비교하여, 제1 스위치부(820) 및 제2 스위치부(830)의 온(ON)/오프(OFF) 동작 타이밍과 제3 스위치부(840)의 온(ON)/오프(OFF) 동작 타이밍은 동일할 필요가 없다.
도 9(a)는 정류기의 입력 신호의 진폭을 증폭시키는 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타내고, 도 9(b) 및 도 9(c)는 제1 스위치부(920), 제2 스위치부(930) 및 제3 스위치부(940)의 동작에 따라 정류기의 입력 신호의 진폭의 변화를 나타낸다.
도 9(a)를 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기(910), 제1 스위치부(920), 제2 스위치부(930) 및 제3 스위치부(940)를 기본적인 구성요소로 포함할 수 있다. 제3 스위치부(940)의 후단에 정류기, 레귤레이터, 배터리 등이 추가적으로 포함될 수 있다.
제2 스위치부(930)는 상호 공진 중에, 타겟 공진기(910)와 캐패시터 CL을 병렬로 연결할 수 있다. 이때, 캐패시터 CL의 용량은 타겟 공진기(910)의 캐패시터 C2의 용량보다 작은 경우를 가정한다. 제2 스위치부(930)는 타겟 공진기(910)에 저장된 전력량이 기 설정된 값 이상이 되면, 타겟 공진기(910)와 캐패시터 CL을 병렬로 연결할 수도 있다. 여기서 기 설정된 값으로는, 타겟 공진기(910)에서 저장할 수 있는 최대 전력량이 설정될 수 있다.
제1 스위치부(920)는 타겟 공진기(910)에 포함된 캐패시터 C2의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 타겟 공진기(910)에 포함된 캐패시터 C2와 타겟 공진기(910)에 포함된 인덕터 L2의 연결을 끊을 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 값으로는 0V가 설정될 수 있다. 따라서, 제1 스위치부(920)는 타겟 공진기(910)에서 측정되는 전압 Vc가 0V이하가 되면, 캐패시터 C2와 인덕터 L2의 연결을 끊을 수 있다.
제1 스위치부(920)는 타겟 공진기(910)에 포함된 인덕터 L2의 전압이 기 설정된 값 이상이 되면, 타겟 공진기(910)에 포함된 캐패시터 C2와 타겟 공진기(910)에 포함된 인덕터 L2의 연결을 끊을 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 값으로는 인덕터 L2에 인가될 수 있는 최대 전압값이 설정될 수 있다.
타겟 공진기(910)에 저장된 전력은 캐패시터 C2와 인덕터 L2 사이에서 자기 공진을 통해 이동할 수 있다. 타겟 공진기(910)에 저장된 전력이 인덕터 L2로 모두 이동한 경우에, 제1 스위치부(920)는 캐패시터 C2와 인덕터 L2의 연결을 끊을 수 있다.
캐패시터 C2와 인덕터 L2의 연결이 끊어진 결과, 인덕터 L2는 캐패시터 CL과만 연결된다.
캐패시터 CL의 용량은 캐패시터 C2의 용량보다 작으므로, 정류기에 입력되는 신호의 진폭이 증가하게 된다. 증가하는 폭은 캐패시터 CL의 용량에 따라 조절될 수 있다.
제3 스위치부(940)는 타겟 공진기(910)와 캐패시터 CL이 병렬로 연결된 이후에, 캐패시터 CL와 정류기를 연결할 수 있다.
도 9(b)를 참조하면, 제1 스위치부(920)가 온(ON)인 구간에서 타겟 공진기(910)는 소스 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있다. 제2 스위치부(930)가 온(ON)되어 타겟 공진기(910)와 캐패시터 CL이 연결되면, 타겟 공진기(910)의 공진 주파수가 변경될 수 있다. 공진 주파수가 변경된 후, 타겟 공진기(910)에 포함된 캐패시터 C2에서 측정되는 전압 Vc가 최소가 되는 시점에서, 제1 스위치부(920)는 오프(OFF)될 수 있다. 이후, 제3 스위치부(940)가 온(ON)되면, 타겟 공진기(910)와 정류기가 연결되어, 타겟 공진기(910)에 저장된 전력이 정류기 및 레귤레이터를 통과하여 배터리로 전달될 수 있다.
제2 스위치부(930)가 온(ON)되고, 제1 스위치부(920)가 오프(OFF)되면, 정류기에 입력되는 신호의 진폭은 폭(950)만큼 증폭될 수 있다. 이때, 폭(950)은 캐패시터 C2의 용량과 캐패시터 CL의 용량 차에 따라 결정될 수 있다. 용량의 차이가 커질수록, 폭(950)도 커질 수 있다.
증폭된 신호는 제3 스위치부(930)가 온(ON)되면, 정류기 및 레귤레이터에서 변환된 후 배터리로 전달될 수 있다.
도 9(c)의 경우는, 캐패시터 C2와 캐패시터 CL이 인덕터 L2와 병렬로 연결된 상태에서 상호 공진이 발생하는 경우의 제1 스위치부(920), 제2 스위치부(930) 및 제3 스위치부(940)의 동작을 나타낸 것이다. 예를 들면, 도 9(b)의 경우는 캐패시터 C2가 1nF이고, 도 9(c)의 경우는 캐패시터 C2가 0.5nF, 캐패시터 CL이 0.5nF인 경우이다.
도 9(c)를 참조하면, 제1 스위치부(920) 및 제2 스위치부(930)가 온(ON)인 구간에서 타겟 공진기(910)는 소스 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있다.
상호 공진 결과, 타겟 공진기(910)에 포함된 캐패시터 C2에서 측정되는 전압 Vc가 최소가 되는 시점에서, 제1 스위치부(920)는 오프(OFF)될 수 있다. 제1 스위치부(920)가 오프(OFF)되면, 캐패시터 C2의 연결이 끊어지게 되어 타겟 공진기(910)의 공진 주파수가 변경될 수 있다. 제1 스위치부(920)가 오프(OFF)되면, 타겟 공진기(910)에 포함된 인덕터 L2는 캐패시터 CL과만 연결된다. 이후, 제3 스위치부(940)가 온(ON)되면, 타겟 공진기(910)와 정류기가 연결되어, 타겟 공진기(910)에 저장된 전력이 정류기 및 레귤레이터를 통과하여 배터리로 전달될 수 있다.
제1 스위치부(920)가 오프(OFF)되면, 정류기에 입력되는 신호의 진폭은 증폭될 수 있다. 증폭 량은 캐패시터 C2의 용량과 캐패시터 CL의 용량 차이에 기초하여 결정될 수 있다. 증폭된 신호는 제3 스위치부(930)가 온(ON)되면, 정류기 및 레귤레이터에서 변환된 후 배터리로 전달될 수 있다.
도 10(a)는 정류기의 입력 신호의 진폭을 감쇄 및 증폭시켜 전력의 채득시점을 조절하는 무선 전력 수신 장치의 구성을 나타내고, 도 10(b) 및 도 10(c)는 제1 스위치부(1020), 제2 스위치부(1030), 제3 스위치부(1040) 및 제4 스위치부(1050)의 동작에 따라 정류기의 입력 신호의 진폭의 변화를 나타낸다. 높은 공진 주파수를 가지는 경우 제4 스위치부(1050)를 정확히 원하는 시점에 온(ON)하는 것은 쉬운 일이 아니다.
도 10(a)의 구조는 타겟 공진기(1010)와 병렬로 연결된 캐패시터 C2보다 용량이 큰 캐패시터 CLarge와 작은 캐패시터 CSmall을 사용하여 제4 스위치부(1050)의 동작 타이밍의 정교성에 대한 부담을 줄여줄 수 있다.
도 10(a)를 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기(1010), 제1 스위치부(1020), 제2 스위치부(1030), 제3 스위치부(1040) 및 제4 스위치부(1050)를 기본적인 구성요소로 포함할 수 있다. 제4 스위치부(1050)의 후단에 정류기, 레귤레이터, 배터리 등이 추가적으로 포함될 수 있다.
제2 스위치부(1030)는 타겟 공진기(1010)가 상호 공진하는 동안 타겟 공진기(1010)와 캐패시터 CLarge을 병렬로 연결할 수 있다. 이때, 캐패시터 CLarge의 용량은 타겟 공진기(1010)의 캐패시터 C2의 용량보다 크거나 같은 경우를 가정한다.
제3 스위치부(1040)는 타겟 공진기(1010)가 상호 공진하는 동안 타겟 공진기(1010)와 캐패시터 CSmall을 병렬로 연결할 수 있다. 이때, 캐패시터 CSmall의 용량은 타겟 공진기(1010)의 캐패시터 C2의 용량보다 작은 경우를 가정한다. 제3 스위치부(1040)는 제2 스위치부(1030)와 동일한 타이밍으로 타겟 공진기(1010)와 캐패시터 CSmall을 병렬로 연결할 수도 있다.
캐패시터 CLarge와 캐패시터 CSmall이 타겟 공진기(1010)와 연결되면, 타겟 공진기(1010)의 공진 주파수가 변경될 수 있다. 또한, 캐패시터 CLarge와 캐패시터 CSmall의 연결로, 순간, 타겟 공진기(1010)의 상호 공진 주기가 길어질 수 있다. 상호 공진 주기가 길어짐으로써, 공진 주파수가 작아지게 되고, 제4 스위치부(1050)를 온(ON)시킬 수 있는 타이밍이 길게 확보될 수 있다.
제1 스위치부(1020)는 타겟 공진기(1010)에 포함된 캐패시터 C2의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 타겟 공진기(1010)에 포함된 캐패시터 C2와 타겟 공진기(1010)에 포함된 인덕터 L2의 연결을 끊을 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 값으로는 0V가 설정될 수 있다. 따라서, 제1 스위치부(920)는 타겟 공진기(910)에서 측정되는 전압 Vc가 0V이하가 되면, 캐패시터 C2와 인덕터 L2의 연결을 끊을 수 있다.
제1 스위치부(1020)는 타겟 공진기(1010)에 포함된 인덕터 L2의 전압이 기 설정된 값 이상이 되면, 타겟 공진기(1010)에 포함된 캐패시터 C2와 타겟 공진기(1010)에 포함된 인덕터 L2의 연결을 끊을 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 값으로는 인덕터 L2에 인가될 수 있는 최대 전압값이 설정될 수 있다.
타겟 공진기(1010)에 저장된 전력은 캐패시터 C2와 인덕터 L2 사이에서 자기 공진을 통해 이동할 수 있다. 타겟 공진기(1010)에 저장된 전력이 인덕터 L2로 모두 이동한 경우에, 제1 스위치부(1020)는 캐패시터 C2와 인덕터 L2의 연결을 끊을 수 있다.
제2 스위치부(1030)는 타겟 공진기(1010)에 포함된 캐패시터 C2의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 캐패시터 CLarge의 연결을 끊을 수 있다. 제2 스위치부(1030)는 제1 스위치부(1020)가 오프(OFF)되는 시점과 동일한 시점에 오프(OFF)될 수 있다.
캐패시터 C2 및 캐패시터 CLarge와 인덕터 L2의 연결이 끊어진 결과, 인덕터 L2는 캐패시터 CSmall과만 연결될 수 있다.
캐패시터 CSmall의 용량은 캐패시터 C2의 용량보다 작으므로, 정류기에 입력되는 신호의 진폭이 증가하게 된다. 증가하는 폭은 캐패시터 CSmall의 용량에 따라 조절될 수 있다.
제4 스위치부(1050)가 온(ON)되면, 타겟 공진기(1010)에 저장된 전력이 정류기 및 레귤레이터를 통하여 배터리로 전달될 수 있다.
도 10(b)를 참조하면, 제1 스위치부(1020)가 온(ON)이고, 제2 스위치부(1030) 및 제3 스위치부(1040)가 오프(OFF)인 구간에서 타겟 공진기(1010)는 소스 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있다.
제2 스위치부(1030) 및 제3 스위치부(1040)가 온(ON)되어 타겟 공진기(1010)와 캐패시터 CLarge와 캐패시터 CSmall이 연결되면, 타겟 공진기(1010)의 공진 주파수가 변경될 수 있다. 제2 스위치부(1030) 및 제3 스위치부(1040)는 타겟 공진기(1010)가 상호 공진 중인 시점(1060)에 온(ON)될 수 있다. 캐패시터 CLarge와 캐패시터 CSmall의 연결로, 타겟 공진기(1010)의 공진 주파수가 작아지게 되고, 블록(1080) 내부의 모양과 같이 공진 주기는 길어질 수 있다.
타겟 공진기(1010)에 포함된 캐패시터 C2에서 측정되는 전압 Vc가 최소가 되는 시점(1070)에서, 제1 스위치부(1020)는 오프(OFF)될 수 있다. 제1 스위치부(1020)가 오프(OFF)되면, 인덕터 L2와 캐패시터 C2의 연결이 끊어질 수 있다.
타겟 공진기(1010)에 포함된 캐패시터 C2에서 측정되는 전압 Vc가 최소가 되는 시점(1070)에서, 제1 스위치부(1020) 및 제2 스위치부(1030)가 오프(OFF)되면, 타겟 공진기(1010)의 출력 신호의 진폭이 증폭될 수 있다. 제2 스위치부(1020)가 오프(OFF)되면, 인덕터 L2와 캐패시터 CLarge의 연결이 끊어질 수 있다. 결과적으로 인덕터 L2와 캐패시터 CSmall만 연결된 상태가 된다.
타겟 공진기(1010)에 포함된 캐패시터 C2에서 측정되는 전압 Vc가 최소가 되는 시점(1070)에서, 제4 스위치부(1050)가 온(ON)되면, 타겟 공진기(1010)와 정류기가 연결되어, 타겟 공진기(1010)에 저장된 전력이 정류기 및 레귤레이터를 통과하여 배터리로 전달될 수 있다.
도 10(c)의 경우는, 캐패시터 C2와 캐패시터 CSmall이 인덕터 L2와 병렬로 연결된 상태에서 상호 공진이 발생하는 경우의 제1 스위치부(1020), 제2 스위치부(1030), 제3 스위치부(1040) 및 제4 스위치부(1050)의 동작을 나타낸 것이다. 예를 들면, 도 10(b)의 경우는 캐패시터 C2가 1nF이고, 도 10(c)의 경우는 캐패시터 C2가 0.5nF, 캐패시터 CSmall이 0.5nF인 경우이다.
도 10(c)를 참조하면, 제1 스위치부(1020) 및 제3 스위치부(1040)가 온(ON)인 구간에서 타겟 공진기(1010)는 소스 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있다.
제2 스위치부(1030)가 온(ON)되어 타겟 공진기(1010)와 캐패시터 CLarge이 연결되면, 타겟 공진기(1010)의 공진 주파수가 변경될 수 있다. 제2 스위치부(1030)는 타겟 공진기(1010)가 상호 공진 중인 시점(1080)에 온(ON)될 수 있다. 캐패시터 CLarge의 연결로, 타겟 공진기(1010)의 공진 주파수가 작아지게 되고, 공진 주기는 길어질 수 있다.
타겟 공진기(1010)에 포함된 캐패시터 C2에서 측정되는 전압 Vc가 최소가 되는 시점(1090)에서, 제1 스위치부(1020)가 오프(OFF)되면, 인덕터 L2와 캐패시터 C2의 연결이 끊어지고, 제2 스위치부(1020)가 오프(OFF)되면, 인덕터 L2와 캐패시터 CLarge의 연결이 끊어질 수 있다. 따라서, 제1 스위치부(1020) 및 제2 스위치부(1030)가 오프(OFF)되면, 인덕터 L2와 캐패시터 CSmall만 연결된 상태가 된다.
캐패시터의 용량이 캐패시터 C2 및 캐패시터 Csmall에서 캐패시터 CLarge만큼 추가되었다가, 캐패시터 Csmall로 감소함으로써, 타겟 공진기(1010)의 출력 신호의 진폭이 증폭될 수 있다.
이후, 제4 스위치부(1050)가 온(ON)되면, 타겟 공진기(1010)와 정류기가 연결되어, 타겟 공진기(1010)에 저장된 전력이 정류기 및 레귤레이터를 통과하여 배터리로 전달될 수 있다.
도 11은 일실시예에 따른 무선 전력 수신 방법의 흐름도이다.
1110단계에서, 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
1120단계에서, 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 이상의 용량을 가지는 제1 캐패시터 및 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 보다 작은 용량의 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 타겟 공진기와 연결하여 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 제어할 수 있다. 타겟 공진기의 출력 전압은 타겟 공진기의 후단에 연결되는 정류기의 입력 전압과 동일한 크기를 가질 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 상기 타겟 공진기의 출력 전압을 감쇄시키기 위해, 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어할 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기의 출력 전압을 증폭하기 위해, 제2 캐패시터를 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치는 수동 소자를 이용하여 무선 전력 전송 장치 또는 무선 전력 수신 장치의 모빌리티(mobility)로 인하여 큰 다이나믹 레인지(dynamic range)를 가지는 수신 신호의 진폭을 증폭 또는 감쇄 시킴으로써, 충전 효율 및 신호 변환 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치는 수동 소자를 이용하여 다이나믹 레인지를 조절함으로써, 배터리 또는 디지털 칩에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기의 캐패시터보다 작은 용량의 캐패시터와 큰 용량의 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 조절함으로써, 상기 타겟 공진기에 저장된 전력을 효율적으로 채득할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 실행될 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 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (19)

  1. 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 수신부; 및
    상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 이상의 용량을 가지는 제1 캐패시터 및 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 보다 작은 용량의 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하여 상기 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 제어하는 제어부
    를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하여, 상기 타겟 공진기의 공진 주파수를 변경하는
    무선 전력 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부
    를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 타이밍 제어부는
    상기 타겟 공진기의 출력 전압을 감쇄시키기 위해, 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어하고,
    상기 타겟 공진기의 출력 전압을 증폭하기 위해, 상기 제2 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어하는
    무선 전력 수신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 공진기와 부하를 연결하는 제1 스위치부; 및
    상기 타겟 공진기와 상기 부하 사이에 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 병렬로 연결하는 제2 스위치부
    를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 공진기와 부하를 연결하는 제1 스위치부;
    상기 타겟 공진기와 상기 부하 사이에 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 병렬로 연결하는 제2 스위치부; 및
    상기 타겟 공진기와 상기 부하 사이에 병렬로 연결된 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나와 상기 부하 사이에 제3 캐패시터를 병렬로 연결하는 제3 스위치부
    를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 스위치부는
    상기 제3 캐패시터와 상기 부하 사이에서 상기 타겟 공진기와 상기 부하를 연결하는
    무선 전력 수신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 스위치부와 상기 부하 사이에 위치하여, 상기 타겟 공진기의 공진 주파수를 변경하는 디폴트 캐패시터
    를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊는 제1 스위치부;
    상기 타겟 공진기의 공진 주파수를 변경시키기 위해 상기 타겟 공진기와 제2 캐패시터를 병렬로 연결하는 제2 스위치부; 및
    상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결이 끊어진 후에, 상기 제2 캐패시터와 부하를 연결하는 제3 스위치부
    를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 제2 캐패시터가 병렬로 연결되고, 상기 제2 캐패시터와 상기 부하가 연결되지 않은 상태에서, 상기 상호 공진이 발생하고, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면,
    상기 제1 스위치부는 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊고,
    상기 제3 스위치부는 상기 제2 캐패시터와 상기 부하를 연결하는
    무선 전력 수신 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 상호 공진 중에 상기 제1 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 병렬로 연결하고, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 제1 캐패시터와 상기 타겟 공진기의 연결을 끊는 제1 스위치부;
    상기 상호 공진 중에 상기 제2 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 병렬로 연결하는 제2 스위치부;
    상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊는 제3 스위치부; 및
    상기 제1 캐패시터와 상기 타겟 공진기의 연결이 끊어진 후에, 상기 제2 캐패시터와 부하를 연결하는 제4 스위치부
    를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 제2 캐패시터가 병렬로 연결되고, 상기 제2 캐패시터와 상기 부하가 연결되지 않은 상태에서, 상기 상호 공진이 발생하면,
    상기 제1 스위치부는 상기 상호 공진 중에 상기 제1 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 병렬로 연결하고, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 제1 캐패시터와 상기 타겟 공진기의 연결을 끊고,
    상기 제3 스위치부는 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊고,
    상기 제4 스위치부는 상기 제1 캐패시터와 상기 타겟 공진기의 연결이 끊어진 후에, 상기 제2 캐패시터와 부하를 연결하는
    무선 전력 수신 장치.
  13. 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 수신부; 및
    상기 타겟 공진기와 수동소자를 연결하여 상기 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 제어하는 제어부
    를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수동소자는
    상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 용량 이상을 가지는 제1 캐패시터 및 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 보다 작은 용량을 가지는 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 포함하는
    무선 전력 수신 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 타겟 공진기와 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 연결하여 상기 출력 전압의 다이나믹 레인지를 감쇄시키는
    무선 전력 수신 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 타겟 공진기와 상기 제2 캐패시터를 연결하여 상기 출력 전압의 다이나믹 레인지를 증폭시키는
    무선 전력 수신 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 상호 공진 중에 상기 타겟 공진기와 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터를 연결한 후, 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터의 전압이 기 설정된 값 이하가 되면,
    상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터와 상기 타겟 공진기에 포함된 인덕터의 연결을 끊고, 상기 타겟 공진기와 상기 제1 캐패시터의 연결을 끊으며, 상기 타겟 공진기와 부하를 연결하여, 상기 타겟 공진기에 저장된 전력을 채득하는
    무선 전력 수신 장치.
  18. 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 단계; 및
    상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 이상의 용량을 가지는 제1 캐패시터 및 상기 타겟 공진기에 포함된 캐패시터 보다 작은 용량의 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하여 상기 타겟 공진기의 출력 전압의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 제어하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 수신 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는
    상기 타겟 공진기의 출력 전압을 감쇄시키기 위해, 상기 제1 캐패시터 및 상기 제2 캐패시터 중 적어도 하나를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어하는 단계; 및
    상기 타겟 공진기의 출력 전압을 증폭하기 위해, 상기 제2 캐패시터를 상기 타겟 공진기와 연결하는 타이밍을 제어하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 수신 방법.
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