KR20140109402A - 무선 전력 수신기 시스템 - Google Patents

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Abstract

근접 연결 및 중거리 무선 전력 공급기로부터 무선 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신기가 제공된다. 무선 전력 수신기는 주 수신기 회로 및 보조 수신기 회로를 포함한다. 주 수신기 회로는 근접 연결 모드 또는 공진기 모드에서 동작하도록 조절가능하다. 근접 연결 모드에서, 주 수신기 회로는 원격 장치의 전력 입력에 연결되고 주 전력원으로서 기능한다. 공진기 모드에서, 주 전력 회로는 원격 장치와 전기적으로 연결 해제/분리되어 폐쇄 공진 루프를 형성하여 중거리 무선 전력 공급기로부터의 전자기장을 증폭하는 공진기로서 기능한다. 보조 수신기 회로는 원격 장치의 전력 입력에 연결되고 공진기로부터 무선 전력을 수신하고 주 수신기 회로가 공진기 모드에 있을 때 전력원으로서 기능하도록 구성된다.

Description

무선 전력 수신기 시스템 {WIRELESS POWER RECEIVER SYSTEM}
본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로, 특히 무선 전력 공급기로부터 전력을 무선으로 수신하는 시스템에 관한 것이다.
무선 전력 공급 시스템의 사용이 지속적으로 늘어나고 있다. 가장 흔한 무선 전력 공급 시스템은 전자기장을 이용하여 무선 전력 공급기로부터 휴대폰, 스마트폰, 미디어 플레이어 또는 다른 전자 장치와 같은 원격 장치와 관련된 무선 전력 수신기로 전력을 무선으로 전송한다. 다른 형태의 많은 무선 전력 공급 시스템이 존재한다. 예를 들면, 많은 통상의 시스템은 무선 전력 공급기 내의 프라이머리(primary) 코일 및 원격 장치의 무선 전력 수신기 내의 세컨더리(secondary) 코일을 이용한다. 프라이머리 코일은 무선 전력 공급기에서 발산되는 전자기장을 발생시킨다. 무선 전력 수신기는 프라이머리 코일에 의해 발생된 전자기장 내에 배치될 수 있는 세컨더리 코일을 포함한다. 원격 장치가 무선 전력 공급기에 충분히 근접하여 위치한 경우, 전자기장은 원격 장치에 의해, 예를 들어, 원격 장치에 전력을 공급하고 및/또는 원격 장치를 충전하는데 사용될 수 있는 세컨더리 코일 내에 전력을 유도한다. 이러한 형태의 시스템은 전형적으로 프라이머리 코일 및 세컨더리 코일이 비교적 서로 가까이 있을 때 최적의 성능을 제공한다. 이런 이유로, 이러한 형태의 시스템은 흔히 "근접 연결" 시스템으로 불린다.
많은 통상의 무선 전력 공급 시스템은 프라이머리 코일 및 세컨더리 코일이 근접 연결 시스템의 효율적인 사용을 위해 일반적으로 허용될 수 있는 것보다 더 멀리 떨어져 있을 때 전력을 효율적으로 제공하도록 구성되었다. 이들이 근접 연결 시스템보다 더 먼 거리에서 전력을 효율적으로 전송할 수 있다면, 이러한 형태의 무선 전력 전송 시스템은 흔히 "중거리(mid-range)" 시스템으로 불린다. 전형적인 중거리 무선 전력 전송 시스템은 100년 전 니콜라 테슬라(Nicola Tesla)(예를 들어, 1901년 10월 22일 등록된 미국 특허 제685,012호 참조)에 의해 개시된 기술에 의존한다. 전형적인 중거리 시스템에 따르면, 전력 전송 시스템은 프라이머리 코일과 세컨더리 코일 사이 또는 달리 그 주변에 배열된 한 쌍의 공진기를 포함한다. 각 공진기는 인덕터 및 커패시터를 포함하도록 구성되고, 어떤 추가적인 큰 부하도 포함하지 않는다. 이는 공진 주파수에서의 임피던스를 커패시터와 인덕터 사이의 공진 전류를 최소화하는 최소치로 유지시킨다. 인덕터에서 전류는 다시 공진기 내에 유도된 무선 전력 신호를 증폭시킨다. 신호를 증폭시키는 그들의 능력을 고려하면, 공진기는 무선 전력 공급 시스템의 범위를 확장시키는 브리지로서 기능할 수 있다. 사용 중에, 프라이머리 코일은 제1 공진기에 전력을 유도하는 전자기장을 발생시키고, 제1 공진기는 제2 공진기에 전력을 유도하는 증폭된 전자기장을 발생시키며 제2 공진기는 세컨더리 코일에 전력을 유도하는 증폭된 전자기장을 발생시킨다.
공진기의 사용이 전형적으로 중거리 환경에서 향상된 효율을 제공하지만, 공진기는 무선 전력 공급기 및 원격 장치가 너무 가까이 있는 경우 효율을 감소시킬 수 있다. 이는 공진기를 포함하는 중거리 시스템의 사용에 실제적인 제한을 가한다. 또한, 공진기를 갖는 무선 전력 공급기는 전형적으로 공진기를 갖지 않는 원격 장치와 효율적으로서 동작하지 않을 것이다(그 반대의 경우도 그렇다). 그 결과, 전형적으로 무선 전력 공급기가 매칭된 원격 장치와 쌍을 이루는 것이 필요하다.
본 발명은 다양한 형태의 무선 전력 공급기로부터 무선 전력을 수신하도록 자체적으로 최적화할 수 있는 무선 전력 수신기를 제공한다. 무선 전력 수신기는 다른 동작 파라미터마다 구성된 두 개의 수신기 회로를 포함한다. 일 실시예에서, 무선 전력 수신기는 주 수신기 회로 및 보조 수신기 회로를 포함한다. 주 수신기 회로는 근접 연결 모드 또는 공진기 모드에서 동작하도록 조정가능하다. 근접 연결 모드에서, 주 수신기 회로는 원격 장치의 주 전력원으로서 기능할 수 있다. 공진기 모드에서, 주 전력 회로는 원격 장치와 전기적으로 연결 해제/분리되고, 수신된 무선 전력 신호를 증폭하기 위한 공진기로서 기능할 수 있다. 보조 수신기 회로는 주 수신기 회로가 공진기 모드에 있을 때 원격 장치의 전력원으로서 기능하도록 구성될 수 있다. 보조 수신기 회로는 또한 주 수신기 회로가 근접 연결 모드에 있을 때에 전력을 원격 장치로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 주 수신기 회로는 탱크 회로를 형성하고 원격 장치의 전력 입력에 연결된 수신기 코일(또는 다른 인덕터) 및 수신기 커패시터를 포함한다. 수신기 코일 및 수신기 커패시터는 공진 탱크 회로를 형성할 수 있다. 공진 탱크 회로는 정류 회로는 물론, 적절한 필터링 및 조절 회로를 통해 전력 입력에 연결될 수 있다. 주 수신기 회로는 공진 탱크 회로가 선택적으로 단락되게 하도록 배열된 스위치를 포함하여, 공진 탱크 회로가 원격 장치의 전력 입력과 효율적으로 전기적으로 연결 해제/분리되고 폐쇄 공진 루프로 구성되어 공진기로서 기능하도록 한다. 일 실시예에서, 스위치는 제어기에 연결된 두 개의 FET의 배열을 포함한다. 제어기는 주 수신기 회로가 공진기 모드에서 기능하는 것이 바람직한 경우 FET를 폐쇄하고 공진 탱크 회로를 단락시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 보조 수신기 회로는 원격 장치의 전력 입력에 연결된 수신기 코일을 포함한다. 보조 수신기 코일은 정류 회로는 물론, 적절한 필터링 및 조절 회로를 통해 전력 입력에 전기적으로 연결될 수 있다. 보조 수신기 코일의 특성은 주 수신기 회로가 공진기 모드에 있을 때 보조 수신기 코일이 주 수신기 회로로부터 무선 전력을 효율적으로 수신하도록 조정되도록 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 보조 수신기 회로는 또한 근접 연결 모드 또는 공진기 모드에서 동작하도록 조절가능할 수 있다. 본 실시예에서, 보조 수신기는 수신기 인덕터와 연결하여 탱크 회로를 형성하는 수신기 커패시터를 포함할 수 있다. 보조 수신기는 또한 폐쇄 공진 루프를 형성하도록 탱크 회로를 선택적으로 단락시키는 스위치를 포함할 수 있다. 공진기 모드에서, 보조 수신기 회로는 수신된 무선 전력 신호를 증폭시키기 위한 공진기로서 기능할 수 있다. 주 수신기 회로 및 보조 수신기 회로는 각각이 상이한 중거리 무선 전력 공급기와 함께 더 효율적으로서 동작하도록 다르게 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 주 수신기 회로는 그 회로가 상이한 무선 전력 전달 파라미터로 조정될 수 있도록 선택적으로 가변 커패시턴스 및/또는 선택적으로 가변 인덕터를 제공받을 수 있다. 예를 들면, 상기 회로는 커패시터 뱅크 및/또는 인덕터 뱅크, 및 원하는 커패시턴스 및/또는 원하는 인덕턴스를 수신기 회로에 선택적으로 연결할 수 있는 제어기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 보조 수신기 회로는 보조 수신기 회로가 상이한 무선 전력 전달 파라미터로 조정될 수 있도록 선택적으로 가변 커패시턴스 및/또는 선택적으로 가변 인덕턴스를 제공받을 수 있다. 예를 들면, 보조 수신기 회로는 커패시터 뱅크 및/또는 인덕터 뱅크, 및 원하는 커패시턴스 및/또는 원하는 인덕터를 수신기 회로에 선택적으로 연결할 수 있는 제어기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 주 수신기 회로 및 보조 수신기 회로 둘 다는 선택적으로 가변 커패시턴스 및 인덕턴스를 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 시스템은 두 수신기 회로의 커패시턴스 및 인덕턴스를 제어할 수 있는 단일 제어기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 공급기로부터의 통신을 수신할 수 있는 통신 시스템을 포함한다. 본 실시예에서, 무선 전력 수신기는 근접 결함 모드에서 동작할지 아니면 중거리 모드에서 동작할지를 나타내는 통신을 수신할 수 있다. 중거리 모드에서, 무선 전력 수신기는 FET 또는 다른 스위치를 폐쇄하여 주 전력 수신기가 공진기로서 동작하도록 하는 제어기를 포함할 수 있다. 주 수신기 회로 및/또는 보조 수신기 회로가 가변 커패시턴스 및/또는 가변 인덕턴스를 포함하는 시스템에서, 통신 시스템은 또한 원하는 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 통신하거나, 적절한 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 나타내는 정보를 통신하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 공급기와 통신할 필요없이 적절한 동작 모드를 결정하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 무선 전력 수신기는 주 수신기 회로 및/또는 보조 수신기 회로에 유도된 전류 및/또는 전압을 측정할 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기는 센서에 의해 측정된 전류 및/또는 전압에 기초하여 적절한 동작 모드를 결정할 수 있는 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 전류 및/또는 전압의 피크 또는 RMS 값, 또는 전류 및/또는 전압이 변화하는 주파수와 같은 유도 전력의 상이한 특성에 기초하여 상기 결정을 내릴 수 있다. 다른 예로, 상기 결정은 전류 및/또는 전압의 변화율에 기초하여 이루어질 수 있다. 무선 전력 수신기는 주 수신기 회로에서 측정된 전류 및/또는 전압을 보조 수신기 회로에서 측정된 전류 및/또는 전압과 비교하고, 이러한 비교로부터 적절한 동작 모드를 결정할 수 있는 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명은 상이한 형태의 무선 전력 공급기로부터 전력을 수신할 수 있는 간단하면서 효율적인 무선 전력 수신기를 제공한다. 일 실시예에서, 단일 전력 수신기는 근거리 수신기로서 또는 중거리 수신기용 공진기로서 기능하도록 재구성될 수 있다. 일 실시예에서, 주 수신기 회로 및 보조 수신기 회로는 둘 다 공진기로서 기능할 수 있으며, 그럼으로써 상이한 중거리 무선 전력 공급기에 적응하는 능력을 무선 전력 수신기에 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 주 수신기 회로 및/또는 보조 수신기 회로에서 가변 인덕턴스 및/또는 가변 커패시턴스는 광범위한 무선 전력 공급 동작 특성에 걸쳐 효율을 향상시키기 위해 시스템을 조정하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 적절한 동작 모드를 결정하는 다양한 대안의 시스템 및 방법을 제공한다. 이는 본 발명을 다양한 다른 무선 전력 공급 시스템에 쉽게 합체하도록 한다.
본 발명의 이러한 목적, 이점, 및 특징, 및 다른 목적, 이점, 및 특징은 현재의 실시예 및 도면의 설명을 참조하면 좀 더 충분히 이해되고 인식될 것이다.
본 발명의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명이 후술하는 설명에 기술되거나 도면에 예시된 구성 요소의 동작의 세부 사항이나 그의 구성 및 배치의 세부 사항으로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 본 발명은 다양한 다른 실시예로 구현되고 본 명세서에 명백히 개시되지 않은 다른 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 문구 및 용어는 설명 목적이며 제한적인 것으로 간주되지 않아야 함이 이해될 것이다. "포함하는(including, comprising)" 및 그의 파생어의 사용은 이하에 열거된 항목들 및 그의 등가물은 물론 추가 항목들 및 그 등가물을 망라하는 것으로 의도된다. 또한, 다양한 실시예의 설명에는 열거가 사용될 수 있다. 명백히 달리 언급되지 않는 한, 열거의 사용은 본 발명을 구성 요소들의 어떤 특정한 순서 또는 개수로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 열거의 사용은 열거된 단계들 또는 구성 요소들과 연결되거나 그 단계들 또는 구성 요소들로 연결될 수 있는 어떤 추가 단계들 또는 구성 요소들을 본 발명의 범주로부터 배제하는 것으로 해석되어서도 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근접 연결 무선 전력 공급기 및 무선 전력 수신기를 갖는 무선 전력 공급 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중거리 무선 전력 공급기 및 무선 전력 수신기를 갖는 무선 전력 공급 시스템의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 대안의 실시예에 따른 중거리 무선 전력 공급기 및 무선 전력 수신기를 갖는 무선 전력 공급 시스템의 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 대안의 실시예에 따른 근접 연결 무선 전력 공급기 및 무선 전력 수신기를 갖는 무선 전력 공급 시스템의 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 대안의 실시예에 따른 중거리 무선 전력 공급기 및 무선 전력 수신기를 갖는 무선 전력 공급 시스템의 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 대안의 실시예에 따른 중거리 무선 전력 공급기 및 무선 전력 수신기를 갖는 무선 전력 공급 시스템의 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 제5 대안의 실시예에 따른 중거리 무선 전력 공급기 및 무선 전력 수신기를 갖는 무선 전력 공급 시스템의 개략적인 도면이다.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기가 도시되어 있다. 본 실시예의 무선 전력 수신기(10)는 근접 연결 무선 전력 공급기(100)(도 1 참조) 또는 중거리 무선 전력 공급기(100')(도 2 참조)로부터 전력을 무선으로 수신하도록 구성된다. 무선 전력 수신기(10)는 원격 장치(D)에 연결되어 무선 전력 수신기가 무선으로 수신된 전력을 원격 장치(D)로 공급할 수 있도록 한다. 무선 전력 수신기(10)는 무선 전력 수신기가 상이한 형태의 무선 전력 공급기(100, 100')로부터 전력을 효율적으로 수신하게 하도록 근접 연결 모드 또는 중거리 모드에서 동작하도록 선택적으로 재구성될 수 있다. 본 실시예의 무선 전력 수신기(10)는 일반적으로 주 수신기 회로(12), 보조 수신기 회로(14) 및 무선 전력 수신기(10)의 동작을 제어하는 제어기(18)를 포함한다. 본 실시예에서, 주 수신기 회로(12) 및 보조 수신기 회로(14)는 원격 장치(D)의 전력 입력에 병렬로 연결되어 이들 모두가 전력을 원격 장치(D)로 전달할 수 있도록 한다. 본 실시예의 주 수신기 회로(12)는 공진 탱크 회로를 포함하고 근접 연결 수신기 또는 중거리 전력 전송 시스템용 공진기로서 동작하도록 선택적으로 구성될 수 있다. 주 수신기 회로(12)는 근접 연결 무선 전력 공급기(100)를 갖는 수신기로서 효율적으로서 동작하고 중거리 무선 전력 공급기(100')를 갖는 공진기로서 효율적으로서 동작하도록 조정될 수 있다. 본 실시예의 보조 수신기 회로(14)는 인덕터를 포함하고 주 수신기 회로(12)가 공진기로서 동작하도록 구성된 경우 주 수신기 회로(12)로부터 전력을 무선으로 수신하도록 구성된다. 사용 중에, 제어기(18)는 적절한 동작 모드를 결정하고 주 수신기 회로(12)를 근접 연결 수신기 또는 공진기로 적절히 기능하도록 구성할 수 있다. 본 발명은 적절한 동작 모드를 결정하는 다양한 시스템 및 방법을 개시한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(10)의 개략적인 도면이다. 본 실시예의 무선 전력 수신기(10)는 원격 장치(D)의 전력 입력에 연결될 수 있다. 원격 장치(D)는 본질적으로 전력을 이용하는 어떤 구성 요소라도 될 수 있다. 예를 들면, 원격 장치(D)는 휴대폰, 스마트폰, 미디어 플레이어, 개인 휴대정보 단말기, 랩탑 컴퓨터, 노트북 또는 태블릿 컴퓨터일 수 있다. 무선 전력 수신기(10)에 의해 전달된 전력은 본질적으로 원격 장치(D)에 직접 전력을 공급하고/거나 원격 장치(D)의 배터리를 충전하는 것과 같이 어떤 방식으로도 사용될 수 있다. 무선 전력 수신기(10)는 제조자에 의해 원격 장치(D)에 직접 통합될 수 있다. 이러한 실시예에서, 원격 장치(D)는 원격 장치(D)의 하우징 내에 무선 전력 수신기(10)를 수용하도록 구성될 수 있고 전력 입력은 무선 전력 수신기(10)로부터 원격 장치(D)의 전력 관리 유닛(미도시)으로 전력을 전달하는 내부 전기 커넥션일 수 있다. 전력 관리 유닛(미도시)은, 예를 들어, 원격 장치(D)로 전력을 제공하거나 원격 장치(D)의 배터리를 충전하는 통상의 전력 제어 알고리즘을 이용함으로써 전력의 사용을 원하는 대로 제어할 수 있다. 대안으로, 무선 전력 수신기(10)는 전력을 무선으로 수신하는 것으로 의도되지 않은 원격 장치(D)에 부착하도록 구성되어 그 원격 장치(D)가 전력을 무선으로 수신하게 할 수 있다.
앞에서 주목한 바와 같이, 도 1의 무선 전력 수신기(10)는 개괄적으로 주 수신기 회로(12), 보조 수신기 회로(14) 및 무선 전력 수신기(10)의 동작을 제어하는 제어기(18)를 포함한다. 주 수신기 회로(12) 및 보조 수신기 회로(14)는 원격 장치(D)의 전력 입력에 연결될 수 있어 이들 모두가 전력을 원격 장치(D)로 전달할 수 있다. 본 실시예에서, 주 수신기 회로(12) 및 보조 수신기 회로(14)는 원격 장치(D)의 전력 입력에 병렬로 전기적으로 연결된다. 도시되지는 않지만, 두 개의 수신기 회로(12, 14)는 전력 관리 유닛(미도시)의 전력 입력에 병렬로 연결될 수 있어 이들이 교대로 또는 동시에 전력 관리 유닛을 통해 원격 장치(D)로 공급할 수 있다. 본 실시예에서, 주 수신기 회로(12)는 적절한 전자기장의 존재시 전력이 유도되는 탱크 회로(20)를 포함한다. 본 실시예의 탱크 회로(20)는 인덕터(22) 및 커패시터(24)를 포함한다. 인덕터(22)는 리츠(Litz) 와이어와 같은 와이어 코일이나, 전력의 공급에 따라 전자기장을 발생시킬 수 있는 다른 부품일 수 있다. 커패시터(24)는 통상의 커패시터나 탱크 회로(20)에 적합한 커패시턴스를 갖는 다른 부품일 수 있다. 탱크 회로의 인덕터(22) 및 탱크 회로의 커패시터(24)는 근접 연결 무선 전력 공급기(100)의 예상 동작 특성에서 효율적으로서 동작하도록 주 수신기 회로(12)를 조정하도록 의도된 특성을 갖도록 선택된다. 예를 들면, 인덕터(22) 및 커패시터(24)는 무선 전력 공급기(100)에서 기대되는 전력 레벨 및 동작 주파수에서 최적의 성능을 제공하도록 선택될 수 있다. 이는 본질적으로 인덕턴스값, 코일 형상, 코일 직경, 와이어 감김수, 와이어 형태, 와이어 게이지와 같은 인덕터, 및/또는 커패시터의 커패시턴스값 및 형태와 같은 커패시터의 임의의 관련 특성을 변화시키는 것과 관련될 수 있다.
일부 응용에서, 원격 장치(D) 내의 제어기(또는 마이크로컨트롤러) 또는 무선 전력 수신기가 전력을 가능한 신속히 공급하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 일부 무선 전력 공급 시스템에서, 무선 전력 수신기 또는 원격 장치(D)는 무선 전력 공급기(100, 100')와 통신할 것으로 예상된다. 이러한 통신은 다양한 목적, 이를 테면 무선 전력 공급기(100, 100')와 무선 전력 수신기(10) 사이의 호환성을 보장하거나 무선 전력 공급기(100, 100'), 무선 전력 수신기(10) 또는 원격 장치(D)의 동작 파라미터를 설정할 때 유용한 정보를 통신하는데 사용될 수 있다. 무선 전력 수신기(10) 또는 원격 장치(D)가 충분히 신속히 통신하지 못하면, 무선 전력 공급기(100, 100')가 전력 공급을 중단하거나 달리 동작에 악영향을 미칠 수 있다. 제어기에 가능한 신속히 전력이 공급되도록(예를 들어, 무선 전력 공급기와 통신을 교환하도록) 보장하는 것이 중요한 응용에서, 주 수신기 회로(12)가 근접 연결 구성에 있을 때에도, 중거리 무선 전력 공급기(100')로부터 충분한 전력을 유도하여 제어기에 전력을 공급하도록 주 수신기 회로(12)의 탱크 회로(20)를 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 근접 무선 전력 공급기(100)로서 동작할 때 효율 면에서 상충 관계(trade-off)를 가질 수 있다.
본 실시예에서, 주 수신기 회로(12)는 정류된 전력을 원격 장치(D)로 제공하도록 구성된다. 따라서, 탱크 회로(20)는 정류기를 통해 원격 장치(D)의 전력 입력에 연결된다. 정류기는 응용마다 다를 수 있지만, 본 실시예의 주 수신기 회로(12)는 두 개의 다이오드 쌍으로 배열된 네 개의 다이오드(28a-d)를 갖는 전파 정류기(26)를 포함한다. 정류기의 형태(예를 들어, 전파 또는 반파) 및 특정 정류기 회로(예를 들어, 브리지 정류기, 중간탭, 다이오드 브리지)는 응용마다 원하는 대로 다를 수 있다. 원격 장치(D)가 AC 전력으로서 동작하거나 자체적으로 정류기를 갖는 응용에서, 주 수신기 회로(12)는 정류기를 포함하지 않을 수 있다. 원격 장치(D)가 AC 전력으로서 동작하는 응용에서, 원격 장치(D)로부터 탱크 회로(20)를 전기적으로 연결 해제/분리하는 추가 스위치를 그 회로에 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 원한다면, 정류기(26)의 출력은 정류된 전력 내의 리플(ripple)을 저감하도록 구성된 평활 회로(미도시)와 같은 필터링 및/또는 조절 회로를 거칠 수 있다. 예를 들면, 정류기(26)의 출력에 저장(reservoir) 커패시터 또는 평활 커패시터가 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 무선 전력 수신기(10)는 근접 연결 모드 또는 중거리 모드에서 선택적으로 동작하도록 구성된다. 본 실시예에서, 원하는 동작 모드는 주 수신기 회로(112)의 구성을 변화시킴으로써 달성된다. 도 1의 실시예에서, 주 수신기 회로(12)는 근접 연결 수신기로 또는 공진기로서 동작하도록 선택적으로 구성될 수 있다. 이러한 재구성을 가능하게 하기 위해, 주 수신기 회로(12)는 탱크 회로(20)를 선택적으로 단락시켜 탱크 회로(20)가 폐쇄 공진 루프를 형성하도록 폐쇄될 수 있도록 배열된 스위치(16)를 포함한다. 스위치(16)의 구성이 다를 수 있지만, 예시된 실시예의 스위치(16)는 접지와 같은 기준(reference)(34)의 양측에 배열된 두 개의 FET(30a-b)를 포함한다. FET(30a-b)가 제어기(18)에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있도록 각 FET(30a-b)는 제어기(18)에 의해 전기적으로 구동되는 게이트(32a-b)를 포함한다. 다른 형태의 스위치는 릴레이, 트랜지스터 또는 트라이액, 또는 AC 회로에서 스위칭 기능을 제공할 수 있는 어떤 다른 전기 부품의 배열을 포함할 수 있다. 스위치(16)가 개방되면, 탱크 회로(20)는 정류기(26)를 통해 원격 장치(D)의 전력 입력에 연결된 채로 유지된다. 이러한 구성에서, 주 수신기 회로(12)는 근접 연결 수신기로서 효율적으로서 동작한다. 스위치(16)가 폐쇄되면, 탱크 회로(20)는 단락되고 원격 장치(D)의 전력 입력으로부터 효율적으로 전기적으로 연결 해제/분리된다. 이러한 구성에서, 탱크 회로(20)는 폐쇄 공진 루프가 되고 중거리 무선 전력 공급기에서 전력을 효율적으로 수신하고, 증폭하고 재전송할 수 있는 공진기로서 기능한다. 공진기는 증폭된 전자기장을 발생시킴으로써 전력을 재전송한다. 무선 전력 수신기(10)는 공진기에 의해 발생된 증폭된 전자기장이 보조 수신기 회로(14)에 전력을 효율적으로 유도하도록 조정된다.
앞에서 주목한 바와 같이, 본 실시예의 무선 전력 수신기(10)는 근접 연결 모드와 중거리 모드 사이에서 무선 전력 수신기(10)의 동작 모드를 선택적으로 전환하도록 구성된 제어기(18)를 포함한다. 제어기(18)는 FET(30a-b)의 게이트(32a-b)에 인가된 구동 신호를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어기(18)는 두 게이트(32a-b)를 구동하는 단일 출력을 가질 수 있거나 각 게이트(32a-b)마다 개별 출력을 가질 수 있다. 대안으로, 제어기(18)는 구동 신호를 게이트(32a-b)에 인가하는 중간 구성 요소를 제어할 수 있다. 이러한 대안은 제어기(18)의 출력이 게이트(32a-b)를 직접 제어하기에 충분치 않을 때 사용될 수 있다. 일부 응용에서, 무선 전력 수신기(10)는 자체적으로 제어기를 가질 것이며, 다른 응용에서, 무선 전력 수신기(10)는 원격 장치(D)와 제어기를 공유할 수 있다. 예를 들면, 일부 응용에서, 제어기(18)는 원격 장치(D)의 일부인 제어기로 구현될 수 있다. 사용 중에, 본 실시예의 제어기(18)는 스위치(16)를 개방시켜 주 수신기 회로(12)를 근접 연결 모드에서 동작하도록 구성하거나 스위치(16)를 폐쇄시켜 주 수신기 회로(12)를 중거리 모드의 공진기로서 동작하도록 구성할 수 있다. 무선 전력 수신기(10)는 다양한 다른 방법을 이용하여 적절한 동작 모드로 결정하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 무선 전력 수신기(10)는 무선 전력 공급기(100, 100')와의 통신을 이용하여 동작 모드를 결정할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 공급기(100, 100') 및 무선 전력 수신기(10)는 둘 다 블루투스, WiFi 또는 NFC 통신 송수신기와 같은 무선 통신 송수신기를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(10)는 원격 장치(D)에 내장된 통신 시스템을 이용할 수 있거나 자체적으로 전용 통신 시스템을 구비할 수 있다. 사용 중에, 무선 전력 수신기(10)는 무선 전력 공급기(100, 100')에게 적절한 동작 모드를 요청하는 통신 기능을 이용할 수 있고 제어기(18)는 그에 따라 주 수신기 회로(12)를 구성할 수 있다. 다른 예로, 무선 전력 공급기(100, 100') 및 무선 전력 수신기(10)는 전력 전송 코일을 통해 통신하도록 구성될 수 있다. 이러한 예의 일 실시예에서, 무선 전력 수신기(10)는 역산란(backscatter) 변조 또는 본질적으로 전력 전송 코일을 통해 통신될 수 있는 어떤 다른 형태의 통신을 이용하여 무선 전력 공급기(100, 100')로부터의 통신을 수신할 수 있다.
제어기(18)는 대안으로 시행착오를 통해 적절한 동작 모드를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어기(18)는 제1 시간 동안 근접 연결 모드에서 그리고 제2 시간 동안 중거리 모드에서 동작할 수 있고, 가장 많은 양의 전력을 원격 장치(D)로 제공하는 모드와 같이 바람직한 것으로 입증되는 어느 모드에서든 동작하도록 선택할 수 있다.
다른 대안의 접근법으로, 제어기(18)는 주 수신기 회로(12) 및/또는 보조 수신기 회로(14)에 수신된 전력의 하나 이상의 특성을 감지함으로써 적절한 동작 모드를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 주 수신기 회로(12)는 주 수신기 회로(12)에 유도된 전류의 크기를 결정할 수 있는 전류 센서(미도시)를 포함한다. 전류 센서는 전압 센서로 대체될 수 있다. 일부 실시예에서, 주 수신기 회로(12)는 전류 센서 및 전압 센서 둘 다를 포함할 수 있다. 제어기(18)는 전류 및/또는 전압의 피크 또는 RMS 값, 전류 및/또는 전압이 변화하는 주파수 또는 전류 및/또는 전압의 변화율과 같은 측정된 신호의 다양한 특성을 평가할 수 있다. 다양한 전류 및 전압 센서가 당업계 통상의 기술자에게 알려져 있다. 제어기(18)는 감지된 값(들)에 기초하여 정확한 동작 모드를 결정하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들면, 주 수신기 회로(12)가 전류 센서를 포함하는 실시예에서, 제어기(18)는 감지된 전류를 기설정된 값과 비교하여 무선 전력 수신기(10)가 근접 연결 모드에서 동작해야 하는지 아니면 중거리 모드에서 동작해야 하는지를 결정할 수 있다. 다른 예로, 주 수신기 회로(12) 및 보조 수신기 회로(14)가 각각 전류 센서, 전압 센서 또는 둘 다를 포함하는 실시예에서, 제어기(18)는 그 두 센서에 의해 취해진 측정치를 비교하여 적절한 동작 모드를 결정할 수 있다.
앞에서 주목한 바와 같이, 보조 수신기 회로(14)는 또한 원격 장치(D)의 전력 입력에도 연결된다. 보조 수신기 회로(14)는 이 보조 수신기 회로가 공진기로서 동작하도록 구성된 경우 주 수신기 회로(12)에 의해 발생된 전자기장의 존재시 전력을 효율적으로 유도하도록 조정된다. 본 실시예에서, 보조 수신기 회로(14)는 적절한 전자기장의 존재시 전력이 유도되는 인덕터(40)를 포함한다. 인덕터(40)는 리츠 와이어와 같은 와이어 코일, 또는 전력의 공급에 따라 전자기장을 발생시킬 수 있는 다른 부품일 수 있다. 인덕터(40)는 공진기(102')를 포함하는 중거리 무선 전력 공급기(100')의 예상 동작 특성에서 효율적으로서 동작하도록 보조 수신기 회로(14)를 조정하는 것으로 의도된 특성으로 선택된다. 예를 들면, 인덕터(40)는 공진기 모드에서 동작하는 주 수신기 회로(12)에 의해 발생된 증폭된 전자기장의 존재시 최대 전력을 효율적으로 유도하도록 선택될 수 있다. 인덕터(24)에서처럼, 이는 본질적으로 인덕턴스값, 코일 형상, 코일 직경, 와이어 감김수, 와이어 형태, 와이어 게이지와 같은 인덕터, 및/또는 커패시터의 커패시턴스값 및 형태와 같은 커패시터의 모든 관련 특성을 변화시키는 것과 관련될 수 있다.
예시된 실시예에서, 보조 수신기 회로(14)는 공진 커패시터를 포함하지 않지만, 원한다면 보조 수신기 회로(14)에 탱크 회로를 제공하도록 커패시터가 추가될 수 있다. 본 실시예에서, 이러한 커패시터는 보조 수신기 회로(14)가 광범위한 주파수에 걸쳐 증가된 효율을 갖고 동작하도록 제외된다. 일반적으로, 공진 커패시터의 추가는 작은 범위의 동작 주파수 내에서 증가된 효율을 제공할 수 있지만, 그 범위 밖에서는 효율을 저감시킬 수 있다. 그러므로, 때때로 무선 전력 공급기가 커패시터의 효율 범위 내에서 전력을 공급할 것으로 합당하게 예상될 수 있는 경우에는 보조 수신기 회로(14)에 공진 커패시터를 추가하는 것이 바람직할 수 있다.
본 실시예에서, 보조 수신기 회로(14)는 정류된 전력을 원격 장치(D)로 제공하도록 구성된다. 따라서, 인덕터(40)는 정류기를 통해 원격 장치(D)의 전력 입력에 연결된다. 정류기가 응용마다 다를 수 있지만, 본 실시예의 보조 수신기 회로(14)는 두 개의 다이오드 쌍으로 배열된 네 개의 다이오드(44a-d)를 갖는 전파 정류기(42)를 포함한다. 정류기의 형태(예를 들어, 전파 또는 반파) 및 특정 정류기 회로(예를 들어, 브리지 정류기, 중간탭, 다이오드 브리지)는 응용마다 원하는 대로 다를 수 있다. 원격 장치(D)가 AC 전력으로서 동작하거나 자체적으로 정류기를 갖는 응용에서, 보조 수신기 회로(14)는 정류기를 포함하지 않을 수 있다. 원한다면, 정류기(42)의 출력은 정류된 전력 내의 리플을 저감하도록 구성된 평활 회로(미도시)와 같은 필터링 및/또는 조절 회로를 거칠 수 있다. 예를 들어, 정류기(42)의 출력에는 저장 커패시터 또는 평활 커패시터가 연결될 수 있다.
일부 응용에서, 시스템은 무선 전력 공급기가 원격 장치의 호환성을 식별 및/또는 확인하는데 사용될 수 있는 집적된 식별 커패시터를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 도 3에는 무선 전력 수신기(210)의 대안의 실시예가 도시된다. 달리 개시된 것을 제외하면, 무선 전력 수신기(210)는 대체로 무선 전력 수신기(10)와 동일하고, 무선 전력 수신기(210)의 특정 구성 요소는 "2"로 시작하는 것을 제외하고 무선 전력 수신기(10)에 사용된 동일한 참조 부호로 나타낸다. 이러한 대안의 실시예에서, 주 수신기 회로(212)는 탱크 회로(220)와 병렬로 배열된 식별 커패시터(238)를 포함한다. 식별 커패시터(238)의 값은 Qi® 상호 운용 무선 전력 표준에 따르도록 의도된 원격 장치에 대해 1MHz와 같은 원하는 주파수에서 공진 응답을 제공하도록 선택될 수 있다.
도 3의 무선 전력 수신기(210)가 식별 커패시터(238)를 주 수신기 회로(212)에 포함하지만, 식별 커패시터(238)는 그 밖의 다른 곳에 배치될 수 있다. 도 4는 식별 커패시터(338)를 보조 수신기 회로(314)에 집적한 대안의 무선 전력 수신기(310)를 도시한다. 예를 들면, 예시된 실시예에서, 식별 커패시터(338)는 인덕터(340)와 병렬로 배열된다. 본 실시예에서, 직렬 공진 커패시터(324)(즉, 주 수신기 회로(312) 내 탱크 회로 커패시터)는 병렬 식별 커패시터(338)와 분리된다. 이러한 상이한 커패시터를 상이한 코일에 연결하면 일부 응용에서는 회로의 조정시 몇 가지 이점을 제공할 수 있다. 달리 개시된 것을 제외하면, 무선 전력 수신기(310)는 대체로 무선 전력 수신기(10)와 동일하고, 무선 전력 수신기(310)의 특정 구성 요소는 "3"으로 시작하는 것을 제외하고 무선 전력 수신기(10)에 사용된 동일한 참조 부호로 나타낸다.
도 1의 무선 전력 수신기(10)는 두 가지 상이한 동작 모드, 즉 근접 연결 전력 공급기에 대해 하나의 동작 모드 그리고 중거리 전력 공급기에 대해 또 하나의 동작 모드를 허용하였다. 일부 응용에서, 무선 전력 수신기의 적응성을 더 향상시키는 것이 바람직할 수 있다. 도 5는 추가적인 적응성을 제공하도록 구성된 무선 전력 수신기(410)의 대안의 실시예를 도시한다. 달리 개시된 것을 제외하면, 무선 전력 수신기(410)는 대체로 무선 전력 수신기(10)와 동일하고 무선 전력 수신기(410)의 특정 구성요소는 "4"로 시작하는 것을 제외하고 무선 전력 수신기(10)에 사용된 동일한 참조 부호로 나타낸다. 도 5의 무선 전력 공급기(410)는 주 수신기 회로(412) 및 보조 수신기 회로(414) 둘 다에 스위치(416, 454)를 포함한다. 스위치(454) 외에, 보조 수신기 회로(14)에는 직렬 공진 커패시터(456)가 또한 추가된다. 보조 수신기 회로(414) 내의 추가의 스위치(454) 및 커패시터(456)는 주 수신기 회로(412)와 같이 보조 수신기 회로(414)가 공진기로서 기능하도록 함으로써 추가 동작 모드를 가능하게 해준다. 예를 들면, 본 실시예에서, 두 스위치는 주 수신기 회로(412) 및/또는 보조 수신기 회로(414)가 근접 연결 무선 전력 공급기에서 전력을 수신하게 하도록 개방 상태로 유지될 수 있거나, 스위치(416, 454) 중 하나는 무선 전력 수신기(410)가 중거리 무선 전력 공급기에서 전력을 효율적으로 수신하게 하도록 폐쇄될 수 있다. 사용 중에, 스위치(416)는 주 수신기 회로(412)가 보조 수신기 회로(414)용 공진기로서 동작하게 하도록 폐쇄될 수 있거나, 스위치(454)는 보조 수신기 회로(414)가 주 수신기 회로(414)용 공진기로서 동작하게 하도록 폐쇄될 수 있다. 주 수신기 회로(412) 및 보조 수신기 회로(414)의 구성 요소를 적절히 조정함으로써, 무선 전력 수신기(410)는 상이한 동작 특성을 갖는 중거리 무선 전력 공급기에서 전력을 효율적으로 수신하도록 재구성될 수 있다. 예를 들면, 주 수신기 회로(412)는 제1 전력 레벨 및 제1 동작 주파수를 갖는 중거리 무선 전력 공급기에 효율적인 공진기로서 동작하도록 구성될 수 있고, 보조 수신기 회로(414)는 상이한 전력 레벨 및/또는 상이한 동작 주파수를 갖는 중거리 무선 전력 공급기에 효율적인 공진기로서 동작하도록 구성될 수 있다.
두 개의 스위치(416, 454)는 제어기(418)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들면, 제어기(418)는 스위치(416, 454)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄하여 원하는 동작 모드를 구현하는 구동 신호를 생성할 수 있다. 도 1의 실시예에서처럼, 제어기(418)는 본질적으로 모든 시스템 및 방법에 기초하여 적절한 동작 모드를 결정할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 수신기(410)는 무선 전력 공급기와의 통신, 주 수신기 회로(412) 및/또는 보조 수신기 회로(414)에서의 상이한 동작 모드의 순차적인 검사 또는 전력 특성의 측정에 기초하여 적절한 동작 모드를 결정할 수 있다.
일부 응용에서, 무선 전력 수신기에 추가 조정 옵션을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 도 6은 주 수신기 회로(512)가 회로 단독으로 또는 서로 연결하여 선택적으로 전환될 수 있는 선택적인 커패시터(550, 552)를 포함하는 대안의 무선 전력 수신기(510)를 도시한다. 추가 커패시터(550, 552)는 특히 주 수신기 회로(512)가 동작 파라미터에 따라 조정되게 할 수 있다. 예를 들면, 선택적인 커패시터(550, 552)의 사용은 고정 주파수에서 동작하는 무선 전력 공급기에서 전력을 효율적으로 수신하도록 주 수신기 회로(512)를 조정할 때 특히 유용할 수 있다. 다른 예로, 선택적인 커패시터(550, 552)는 무선 전력 수신기(510)에서 수신된 전력량을 제한하는 것이 바람직한 경우 회로를 디튠(de-tune)하는데 사용될 수 있다. 선택적인 커패시터(550, 552)는 탱크 회로 커패시터(524)와 병렬로 연결될 수 있고 개별 스위치(562, 564)를 포함할 수 있다. 상이한 형태의 스위치가 사용될 수 있지만, 각 스위치(562, 564)는 한 쌍의 백투백 FET(558a-b, 560a-b) 및 필요한 제어 회로를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제어기(518)는 FET(558a-b 및 5560a-b)의 게이트로의 구동 신호를 제어하여 스위치(562, 564)를 원하는 대로 개방 또는 폐쇄시켜 선택적인 커패시터(550, 552)를 회로 내외로 전환하도록 구성될 수 있다. 제어기(518)는 적절한 커패시턴스를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어기(518)는 무선 전력 공급기(100, 100')와의 통신, 주 수신기 회로(512) 및/또는 보조 수신기 회로(514)에서 상이한 커패시턴스값을 갖는 시스템의 순차적인 검사 또는 전력 특성의 측정에 기초하여 적절한 동작 모드를 결정할 수 있다. 달리 개시된 것을 제외하면, 무선 전력 수신기(510)는 대체로 무선 전력 수신기(10)와 동일하고, 무선 전력 수신기(510)의 특정 구성 요소는 "5"로 시작하는 것을 제외하고 무선 전력 수신기(10)에 사용된 동일한 참조 부호로 나타낸다.
예시된 실시예가 두 개의 선택적인 커패시터를 포함하지만, 주 수신기 회로(512)는 임의의 원하는 개수의 선택적인 커패시터를 포함할 수 있다. 또한, 예시된 실시예는 선택적인 커패시터를 주 수신기 회로(512) 내에 도시한다. 추가적으로 또는 대안으로, 보조 수신기 회로(514)를 조정하기 위해 보조 수신기 회로(514)에 선택적인 커패시터가 추가될 수 있다. 또한, 도 6의 실시예는 조절가능한 커패시턴스를 갖는 시스템을 예시한다. 일부 응용에서, 조절가능한 인덕턴스를 갖는 주 수신 회로(512) 또는 보조 수신기 회로(514)를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 응용에서, 회로는 원하는 대로 회로 내외로 전환될 수 있는 선택적인 코일 또는 코일 세그먼트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 회로는 단일 멀티탭 코일을 포함할 수 있고 회로의 인덕턴스를 변화시키기 위해 상이한 탭이 사용될 수 있다. 조절가능한 인덕턴스는 단독으로 조절가능한 커패시턴스와 연결하여 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 6의 실시예는 각각 탱크 회로를 선택적으로 단락시켜 주 수신기 회로를 공진기로서 기능하도록 재구성하는 스위치를 포함한다. 일부 응용에서, 주 수신기 회로는 스위치 기능을 제공할 수 있는 구성 요소를 미리 포함할 수 있다. 이러한 응용에서, 개별 스위치는 필요하지 않을 수 있다. 예를 들면, 도 7은 주 수신기 회로(612) 및 보조 수신기 회로(614)가 각각 액티브 정류기(670a-b)를 포함하는 무선 전력 공급기(610)의 일 실시예를 도시한다. 달리 개시된 것을 제외하면, 무선 전력 수신기(610)는 대체로 무선 전력 수신기(10)와 동일하고, 무선 전력 수신기(610)의 특정 구성 요소는 "6"으로 시작하는 것을 제외하고 무선 전력 수신기(10)에 사용된 동일한 참조 부호로 나타낸다. 본 실시예에서, 액티브 정류기(670a-b)는 회로에 유도된 AC 전력을 정류하도록 일반적으로 적절한 순서로 구동되는 FET와 같은 일련의 스위치(672a-d 및 674a-d)를 포함하는 반동기식 정류기이다. 본 실시예에서, 주 수신기 회로(612) 내의 정류기 스위치(672a-d)는 탱크 회로(620)를 단락시켜 공진기로서 동작하도록 주 수신기 회로(612)를 재구성하도록 동작할 수 있다. 더 구체적으로, 제어기(618)는 보조 수신기 회로(614)용 공진기로서 동작하도록 주 수신기 회로(612)를 재구성하는 것이 바람직한 경우 스위치(672a 및 672b)를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 일단 폐쇄되면, 이들 스위치(672a 및 672b)는 탱크 회로(620) 내에 폐쇄 공진 루프를 유발하고 본질적으로 전력이 스위치(672c 및 672d)를 통해 원격 장치(D)로 흐르는 것을 방지한다. 주 수신기 회로(612)와 관련하여 예시되지만, 이러한 대안의 접근법은 또한 보조 수신기 회로(614)에도 포함될 수 있다. 예를 들면, 보조 수신기 회로(614)의 액티브 정류기(670b) 내의 스위치들은 제어기(618)에 의해 보조 수신기 회로(614)가 공진기로 선택적으로서 기능하도록 동작할 수 있다.
전술한 설명은 본 발명의 당해 실시예에 대한 설명이다. 균등론을 포함하여 특허법의 원리에 따라 해석될 첨부의 특허청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 정신 및 광범위한 양태로부터 벗어남이 없이 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다. 본 발명은 예시 목적으로 제시되며 본 발명의 모든 실시예에 대한 완전한 설명으로 또는 청구항들의 범주를 이러한 실시예와 관련하여 예시되거나 설명된 특정 구성 요소들로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들면, 제한 없이, 설명된 발명의 어떤 개개의 구성 요소(들)는 실질적으로 유사한 기능을 제공하거나 그렇지 않고 적절한 동작을 제공하는 대안의 구성 요소로 대체될 수 있다. 이는, 예를 들어, 당업계 통상의 기술자에게 현재 알려져 있을 수 있는 것들과 같은 현재 알려진 대안의 구성 요소들, 및 당업계 통상의 기술자가 개발시 대안으로 인식할 수 있는 것들과 같이 미래에 개발될 수 있는 대안의 구성 요소들을 포함한다. 또한, 개시된 실시예는 구체적으로 설명되고 이익들의 집합체를 협력하여 제공할 수 있는 복수의 특징을 포함한다. 본 발명은 단지 모든 이러한 특징을 포함하거나 언급된 모든 이익을 제공하는 그러한 실시예들로 제한되지 않고, 다만 그렇지 않고 등록된 청구항들에 명백히 기술된 범위로 제한된다. 예를 들어, 관사 "임의의(a, an) 또는 "상기(the, said)"를 이용하는 단수의 청구항 구성 요소에 대한 모든 언급은 구성 요소를 단수로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 할 것이다.

Claims (32)

  1. 전력 출력에 연결된 탱크 회로 및 상기 탱크 회로의 양쪽 단부에 걸쳐 연결된 스위치를 갖는 주 수신기 회로;
    전력 출력에 연결된 인덕터를 갖는 보조 수신기 회로; 및
    상기 탱크 회로에 유도된 전력이 상기 전력 출력으로 전달되는 개방 모드 및 상기 스위치가 상기 탱크 회로 내에 폐쇄 공진 루프를 생성하는 폐쇄 모드에서 상기 스위치를 선택적으로 동작함으로써, 상기 주 수신기 회로가 공진기로서 기능하도록 구성된 제어기
    를 포함하는 무선 전력 수신기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탱크 회로는 인덕터 및 커패시터를 포함하고, 상기 인덕터 및 상기 커패시터는 상기 스위치가 상기 개방 모드에 있을 때 근접 연결 무선 전력 공급기와 효율적으로 연결되도록 선택되는 무선 전력 수신기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인덕터 및 상기 커패시터는 상기 스위치가 상기 폐쇄 모드에 있을 때 중거리(mid-range) 무선 전력 공급기와 효율적으로 연결되도록 선택되는 무선 전력 수신기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보조 수신기는 상기 스위치가 상기 폐쇄 모드에 있을 때 상기 폐쇄 공진 루프에 효율적으로 연결되도록 선택된 커패시터를 포함하는 무선 전력 수신기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스위치는 기준(reference)의 양측에 직렬로 배열된 한 쌍의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 무선 전력 수신기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 주 수신기 회로는 정류기를 포함하는 무선 전력 수신기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보조 수신기 회로는 정류기를 포함하는 무선 전력 수신기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 보조 수신기 회로는 커패시터를 포함하고, 상기 보조 수신기 회로의 인덕터 및 상기 보조 수신기 회로의 커패시터는 탱크 회로를 형성하고, 상기 보조 수신기 회로는 상기 탱크 회로의 양쪽 단부에 걸쳐 연결된 스위치를 포함하는 무선 전력 수신기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어기는 상기 보조 수신기 회로의 탱크 회로에 유도된 전력이 상기 전력 출력으로 전달되는 개방 모드 및 상기 스위치가 상기 보조 수신기 회로의 탱크 회로 내에 폐쇄 공진 루프를 생성하는 폐쇄 모드에서 상기 보조 수신기 회로의 스위치를 선택적으로 동작함으로써, 상기 보조 수신기 회로가 공진기로서 기능하도록 구성되는 무선 전력 수신기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 주 수신기 회로 및 상기 보조 수신기 회로 중 적어도 하나는 선택적인 커패시터를 포함하는 무선 전력 수신기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 주 수신기 회로 및 상기 보조 수신기 회로 중 적어도 하나는 선택적인 인덕터를 포함하는 무선 전력 수신기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 주 수신기 회로는 복수의 정류 스위치들을 갖는 액티브 정류기를 포함하고, 상기 주 수신기 회로의 스위치는 상기 정류 스위치들 중 적어도 두 개를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 정류 스위치들 중 적어도 두 개를 선택적으로 동작시켜 상기 탱크 회로 내에 폐쇄 공진 루프를 생성하도록 구성되는 무선 전력 수신기.
  13. 탱크 회로를 갖는 제1 수신기 회로 - 상기 제1 회로는 상기 탱크 회로가 전력 출력에 연결된 근접 연결 구성 및 상기 탱크 회로가 상기 전력 출력과 전기적으로 연결 해제/분리되어 폐쇄 공진 루프를 형성하는 공진기 구성을 가짐 - ; 및
    상기 전력 출력에 연결된 인덕터를 갖는 제2 수신기 회로 - 상기 제2 수신기 회로는 상기 폐쇄 공진 루프와 연결되도록 구성됨 -
    를 포함하는, 근접 연결 및 중거리 무선 전력 공급기에 사용하도록 구성가능한 무선 전력 수신기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 수신기 회로는 상기 탱크 회로의 양쪽 단부에 걸쳐 연결된 스위치를 포함하고, 상기 스위치는 상기 탱크 회로가 상기 폐쇄 공진 루프를 형성하도록 선택적으로 폐쇄될 수 있는 수신기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 스위치를 선택적으로 동작하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 수신기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 스위치는 기준의 양측에 직렬로 배열된 한 쌍의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 수신기.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제1 수신기 회로는 정류기를 포함하는 수신기.
  18. 제13항에 있어서, 상기 제2 수신기 회로는 정류기를 포함하는 수신기.
  19. 제13항에 있어서, 상기 제2 수신기 회로는 커패시터를 더 포함하고, 상기 제2 수신기 회로의 인덕터 및 상기 제2 수신기 회로의 커패시터는 탱크 회로를 형성하며, 상기 제1 회로는 상기 제2 수신기 회로의 탱크 회로가 전력 출력에 연결된 근접 연결 구성 및 상기 제2 수신기 회로의 탱크 회로가 상기 전력 출력과 전기적으로 연결 해제/분리되어 폐쇄 공진 루프를 형성하는 공진기 구성을 갖는 수신기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 수신기 회로는 상기 제2 수신기 회로의 탱크 회로의 양쪽 단부에 걸쳐 연결된 스위치를 포함하는 수신기.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제2 수신기 회로의 스위치를 선택적으로 동작시키도록 구성된 수신기.
  22. 제13항에 있어서, 상기 제1 수신기 회로는 선택적인 커패시터를 포함하는 수신기.
  23. 제13항에 있어서, 상기 제1 수신기 회로는 선택적인 인덕터를 포함하는 수신기.
  24. 제14항에 있어서, 상기 제1 수신기 회로는 복수의 정류 스위치들을 갖는 액티브 정류기를 포함하고, 상기 제1 수신기 회로의 스위치는 상기 정류 스위치들 중 적어도 두 개를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 정류 스위치들 중 적어도 두 개를 선택적으로 동작시켜 상기 제1 수신기 회로의 탱크 회로 내에 폐쇄 공간 루프를 선택하도록 구성되는 수신기.
  25. 근접 연결 모드에서 전력 공급기 회로로서 및 중거리 모드에서 공진기로서 동작하도록 구성될 수 있는 제1 수신기 회로를 제공하는 단계;
    중거리 모드에서 전력 공급 회로로서 동작할 수 있는 제2 수신기 회로를 제공하는 단계 - 제2 수신기 회로는 제1 수신기 회로가 공진기로서 동작하도록 구성되었을 때 제1 수신기 회로와 효율적으로 연결되도록 조정됨 - ;
    무선 전력 공급기가 근접 연결 무선 전력 공급기인지 중거리 무선 전력 공급기인지를 판단하는 단계;
    무선 전력 공급기가 근접 연결 무선 전력 공급기라고 판단되면, 제1 수신기 회로를 전력 공급 회로로서 동작하도록 구성하는 단계; 및
    무선 전력 공급기가 중거리 무선 전력 공급기라고 판단되면, 제1 수신기 회로를 공진기로서 동작하도록 구성하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 수신기 회로를 제공하는 단계는 상기 제1 수신기 회로에 탱크 회로, 및 탱크 회로를 폐쇄 공진 루프에 선택적으로 단락시키도록 구성된 스위치를 제공하는 것을 포함하고,
    상기 제1 수신기 회로가 전력 공급 회로로서 동작하도록 구성하는 단계는 상기 스위치를 개방시키는 것을 포함하는 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 제1 수신기 회로를 제공하는 단계는 상기 제1 수신기 회로에 탱크 회로, 및 탱크 회로를 폐쇄 공진 루프에 선택적으로 단락시키도록 구성된 스위치를 제공하는 것을 포함하고,
    상기 제1 수신기 회로가 공진기로서 동작하도록 구성하는 단계는 상기 스위치를 폐쇄하는 것을 포함하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 스위치는 한 쌍의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 방법.
  29. 제27항에 있어서, 제1 수신기 회로는 선택적인 커패시터를 포함하고,
    선택적인 커패시터를 제1 수신기 회로로 선택적으로 전환하는 단계를 더 포함하는 방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 판단 단계는,
    무선 전력 공급기가 근접 연결 무선 전력 공급기인지 중거리 무선 전력 공급기인지를 나타내는 무선 통신을 무선 전력 공급기로부터 얻고,
    무선 전력 공급기가 근접 연결 무선 전력 공급기인지 중거리 무선 전력 공급기인지를 통신의 함수로 판단하는 것을 포함하는 방법.
  31. 제27항에 있어서, 상기 판단 단계는,
    제1 수신기 회로 및 제2 수신기 회로 중 적어도 하나에서 전력 특성을 측정하고,
    무선 전력 공급기가 근접 연결 무선 전력 공급기인지 중거리 무선 전력 공급기인지를 측정된 특성의 함수로 판단하는 것을 포함하는 방법.
  32. 제27항에 있어서, 상기 판단 단계는,
    제1 수신기 회로의 전력 특성을 측정하고,
    제2 수신기 회로의 전력 특성을 측정하고,
    무선 전력 공급기가 근접 연결 무선 전력 공급기인지 중거리 무선 전력 공급기인지를 측정된 특성의 함수로 판단하는 것을 포함하는 방법.
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