KR20150055971A - 전력 생성 장치, 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 시스템 - Google Patents

전력 생성 장치, 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20150055971A
KR20150055971A KR1020130138604A KR20130138604A KR20150055971A KR 20150055971 A KR20150055971 A KR 20150055971A KR 1020130138604 A KR1020130138604 A KR 1020130138604A KR 20130138604 A KR20130138604 A KR 20130138604A KR 20150055971 A KR20150055971 A KR 20150055971A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
level signal
transistor
power
signal
wireless power
Prior art date
Application number
KR1020130138604A
Other languages
English (en)
Inventor
배수호
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020130138604A priority Critical patent/KR20150055971A/ko
Publication of KR20150055971A publication Critical patent/KR20150055971A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H04B5/79—

Abstract

전력 생성 장치는 교류 신호에 따라 제1 하이 레벨 신호 및 로우 레벨 신호 중 하나의 신호를 출력하는 드라이버와, 로우 레벨 신호를 생성하여 드라이버로 공급하는 로우 레벨 신호 생성부와, 출력된 하나의 신호에 따라 제2 하이 레벨 신호 및 그라운드 신호 중 하나의 신호를 전력으로서 출력하는 증폭기를 포함한다. 로우 레벨 신호는 적어도 그라운드 신호보다 크다.

Description

전력 생성 장치, 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 시스템 {POWER GENERATOR, APPARATUS FOR TRANSMITTING WIRELESS POWER AND SYSTEM FOR TRANSFERRING WIRELESS POWER}
실시예는 무선전력 전송 기술에 관한 것이다.
최근 들어, 무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)이 활발하게 연구 개발되고 있다.
이러한 무선전력 전송기술을 이용하기 위해 무선전력을 송신하기 위한 송신단과 송신된 무선전력을 수신하기 위한 수신단이 구비될 수 있다.
송신단의 무선전력을 효율적으로 송신하기 위해서는 내부에 불필요하게 흐르는 전류를 최소화해야 한다.
실시예는 낭비되거나 소비되는 전류를 최소화할 수 있는 전력 생성 장치를 제공한다.
실시예는 무선전력 전송 효율을 향상시킬 수 있는 전력 생성 장치를 제공한다.
실시예는 전력 생성 장치를 포함하는 무선전력 송신장치를 제공한다.
실시예에 따르면, 전력 생성 장치는, 교류 신호에 따라 제1 하이 레벨 신호 및 로우 레벨 신호 중 하나의 신호를 출력하는 드라이버; 상기 로우 레벨 신호를 생성하여 상기 드라이버로 공급하는 로우 레벨 신호 생성부; 및 상기 출력된 하나의 신호에 따라 제2 하이 레벨 신호 및 그라운드 신호 중 하나의 신호를 전력으로서 출력하는 증폭기를 포함한다. 상기 로우 레벨 신호는 적어도 그라운드 신호보다 크다.
실시예에 따르면, 무선전력 송신장치는, 상기 전력 생성 장치; 및 상기 전력 생성 장치의 전력을 송신하는 송신 코일을 포함한다. 상기 송신 코일의 일단에 상기 증폭기의 상기 제5 트랜지스터에 연결되고, 상기 송신 코일의 타단에 상기 증폭기의 상기 제6 트랜지스터에 연결된다.
실시예에 따르면, 무선전력 전송 시스템은, 무전 전력을 생성하는 상기 무선전력 송신장치; 및 상기 무선전력 수신장치의 무선 전력을 수신하여 부하단에 전달하는 무선전력 수신장치를 포함한다.
실시예에 따르면, 그라운드 신호 대신에 로우 레벨 신호를 방전 전압으로 사용함으로써, 드라이버에서 로우 레벨 신호가 증폭기로 인가될 때, 증폭기의 트랜지스터에 충전된 충전량이 그라운드 신호가 아닌 로우 레벨 신호로 방전되어, 증폭기의 트랜지스터에 충전된 충전량과의 차이를 최소화하여 그 차이의 최소화에 의해 소비되는 전류 또한 최소화될 수 있다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 송신 유도 코일의 등가 회로도이다.
도 3은 실시예에 따른 전력 소스와 무선전력 송신장치의 등가 회로도이다.
도 4는 실시예에 따른 무선전력 수신장치의 등가 회로도이다.
도 5는 실시예에 따른 무선전력 송신장치를 도시한 블록도이다.
도 6은 전력 생성부를 도시한 블록도이다.
도 7은 교류 전력 생성부를 도시한 블록도이다.
도 8은 교류 전력 생성부를 도시한 회로도이다.
도 9는 증폭기에 포함된 MOSFET의 등가 회로도이다.
도 10은 제1 실시예에 따른 로우 레벨 신호 생성부를 도시한 회로도이다.
도 11은 제2 실시예에 따른 로우 레벨 신호 생성부를 도시한 회로도이다.
도 12는 제1 반주기의 정극성 사인파의 교류 신호 인가시 전력 생성을 보여주는 도면이다.
도 13은 제2 반주기의 부극성 사인파의 교류 신호 인가시 전력 생성을 보여주는 도면이다.
도 14는 교류 전력 생성부에서 생성되는 신호 파형도이다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
먼저 무선단말 거치대를 설명하기 전에, 무선전력을 전송하는 전반적인 개념을 반영한 시스템을 살펴보기로 한다.
도 1은 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템은 전력 소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300) 및 부하단(400)를 포함할 수 있다.
실시예에서 전력 소스(100)는 무선전력 송신장치(200)에 포함될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
무선전력 송신장치(200)는 송신 유도 코일(210) 및 송신 공진 코일(220)을 포함할 수 있다.
무선전력 수신장치(300)는 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320) 및 정류부(330)를 포함할 수 있다.
전력 소스(100)의 양단은 송신 유도 코일(210)의 양단과 연결될 수 있다.
송신 공진 코일(220)은 송신 유도 코일(210)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
수신 공진 코일(310)은 수신 유도 코일(320)과 일정한 거리를 두고 배치될 수 있다.
수신 유도 코일(320)의 양단은 정류부(330)의 양단과 연결될 수 있고, 부하단(400)는 정류부(330)의 양단과 연결될 수 있다. 실시예에서 부하단(400)는 무선전력 수신장치(300)에 포함될 수 있다.
전력 소스(100)에서 생성된 전력은 무선전력 송신장치(200)로 전달되고, 무선전력 송신장치(200)로 전달된 전력은 공진 현상에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 무선전력 수신장치(300)로 전달될 수 있다.
이하에서는 보다 구체적으로 전력전송 과정을 설명한다.
전력 소스(100)는 소정 주파수를 갖는 교류 전력을 생성하여 무선전력 송신장치(200)에 전달할 수 있다.
송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)은 유도 결합되어 있을 수 있다. 즉, 송신 유도 코일(210)은 전력 소스(100)로부터 공급받은 교류 전력에 의해 교류 전류가 발생되고, 이러한 교류 전류에 의한 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격 되어 있는 송신 공진 코일(220)에도 교류 전류가 유도될 수 있다.
그 후, 송신 공진 코일(220)로 전달된 전력은 공진에 의해 무선전력 송신장치(200)와 주파수 공진 방식을 이용하여 동일한 공진 주파수를 갖는 무선전력 수신장치(300)로 전달될 수 있다.
임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 사이는 공진에 의해 전력이 전송될 수 있다. 이와 같은 공진에 의한 전력 전송은 전자기 유도 방식에 의한 전력 전송보다 더 먼 거리까지 더 높은 전송 효율로 전력 전달이 가능하게 한다.
수신 공진 코일(310)은 송신 공진 코일(220)로부터 주파수 공진 방식을 이용하여 전달된 전력을 수신할 수 있다. 수신된 전력으로 인해 수신 공진 코일(310)에는 교류 전류가 흐를 수 있고, 수신 공진 코일(310)로 전달된 전력은 전자기 유도에 의해 수신 공진 코일(310)과 유도 결합된 수신 유도 코일(320)로 전달될 수 있다. 수신 유도 코일(320)로 전달된 전력은 정류부(330)를 통해 정류되어 부하단(400)로 전달될 수 있다.
실시예에서 송신 유도 코일(210), 송신 공진 코일(220), 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320)은 스파이럴(spiral) 또는 헬리컬(helical) 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
송신 공진 코일(220)과 수신 공진 코일(310)은 공진 주파수에서 전력 전달이 가능하도록 공진 결합될 수 있다.
송신 공진 코일(220)과 수신 공진 코일(310)의 공진 결합으로 인해, 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)간 전력 전송 효율은 크게 향상될 수 있다.
이상의 무선전력 전송 시스템은 공진 주파수 방식에 의한 전력 전달을 설명하였다.
실시예는 이러한 공진 주파수 방식 이외에도 전자기 유도 방식에 의한 전력 전달에도 적용될 수 있다.
즉, 실시예에서 무선전력 전송 시스템이 전자기 유도를 기반으로 전력 전송을 수행하는 경우, 무선전력 송신장치(200)에 포함된 송신 공진 코일(220)과 무선전력 수신장치(300)에 포함된 수신 공진 코일(310)이 생략될 수 있다.
무선전력 전송에서 품질 지수(Quality Factor)와 결합계수(Coupling Coefficient)는 중요한 의미를 가질 수 있다. 즉, 전력 전송 효율은 품질 지수 및 결합계수 각각과 비례 관계를 가질 수 있다. 따라서, 품질 지수 및 결합계수 중 적어도 어느 하나의 값이 커질수록 전력 전송 효율이 향상될 수 있다.
품질 지수(Quality Factor)는 무선전력 송신장치(200) 또는 무선전력 수신장치(300) 부근에 축척할 수 있는 에너지의 지표를 의미할 수 있다.
품질 지수(Quality Factor)는 동작 주파수(w), 코일의 형상, 치수, 소재 등에 따라 달라질 수 있다. 품질 지수는 다음의 식 1로 나타내어질 수 있다.
[식 1]
Q=w*L/R
L은 코일의 인덕턴스이고, R은 코일자체에서 발생하는 전력손실량에 해당하는 저항을 의미한다.
품질 지수(Quality Factor)는 0에서 무한대의 값을 가질 수 있고, 품질지수가 클수록 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)간 전력 전송 효율이 향상될 수 있다.
결합계수(Coupling Coefficient)는 송신 측 코일과 수신 측 코일 간 자기적 결합의 정도를 의미하는 것으로 0에서 1의 범위를 갖는다.
결합계수(Coupling Coefficient)는 송신 측 코일과 수신 측 코일의 상대적인 위치나 거리 등에 따라 달라질 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 송신 유도 코일의 등가 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로로 구성될 수 있다.
송신 유도 코일(210)은 인덕터(L1)의 양단이 캐패시터(C1)의 양단에 연결된 등가회로로 구성될 수 있다. 즉, 송신 유도 코일(210)은 인턱터(L1)와 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 등가회로로 구성될 수 있다.
캐패시터(C1)는 가변 캐패시터일 수 있으며, 캐패시터(C1)의 캐패시턴스가 조절됨에 따라 임피던스 매칭이 수행될 수 있다. 송신 공진 코일(220), 수신 공진 코일(310), 수신 유도 코일(320)의 등가 회로도 또한, 도 2에 도시된 것과 동일하거나 유사할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 3은 실시예에 따른 전력 소스와 무선전력 송신장치의 등가 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)은 각각 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L1, L2)와 캐패시터(C1, C2)로 구성될 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 무선전력 수신장치의 등가 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수신 공진 코일(310)과 수신 유도 코일(320)은 각각 인덕턴스 값과 캐패시턴스 값을 갖는 인덕터(L3, L4)와 캐패시터(C3, C4)로 구성될 수 있다.
정류부(330)는 수신 유도 코일(320)로부터 전달받은 교류 전력을 직류 전력을 변환하여 변환된 직류 전력을 부하단(400)에 전달할 수 있다.
구체적으로, 정류부(330)는 도시되지 않았지만 정류기와 평활 회로를 포함할 수 있다. 실시예에서 정류기는 실리콘 정류기가 사용될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 다이오드(D1)로 등가화 될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
정류기는 수신 유도 코일(320)로부터 전달받은 교류 전력을 직류 전력을 변환할 수 있다.
평활 회로는 정류기에서 변환된 직류 전력에 포함된 교류 성분을 제거하여 매끄러운 직류 전력을 출력시킬 수 있다. 실시예에서 평활 회로는 도 4에 도시된 바와 같이, 정류 캐패시터(C5)가 사용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
정류부(330)로부터 전달된 직류 전력은 직류 전압이나 직류 전류일 수 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
부하단(400)는 직류 전력을 필요로 하는 임의의 충전지 또는 장치일 수 있다. 예를 들어, 부하단(400)는 배터리를 의미할 수 있다.
무선전력 수신장치(300)는 휴대폰, 노트북, 마우스 등 전력이 필요한 전자기기에 장착될 수 있다. 이에 따라, 수신 공진 코일(310) 및 수신 유도 코일(320)은 전자기기의 형태에 맞는 형상을 가질 수 있다.
무선전력 송신장치(200)는 무선전력 수신장치(300)와 인밴드(In band) 또는 아웃 오브 밴드(out of band) 통신을 이용하여 정보를 교환할 수 있다.
인밴드(In band) 통신은 무선전력 전송에 사용되는 주파수를 갖는 신호를 이용하여 무선전력 송신장치(200)와 무선전력 수신장치(300)간 정보를 교환하는 통신을 의미할 수 있다. 이를 위해 무선전력 수신장치(300)는 스위치를 더 포함할 수 있고, 스위치의 스위칭 동작을 통해 무선전력 송신장치(200)에서 송신되는 전력을 수신하거나, 수신하지 않을 수 있다. 이에 따라, 무선전력 송신장치(200)는 무선전력 송신장치(200)에서 소모되는 전력량을 검출하여 무선전력 수신장치(300)에 포함된 스위치의 온 또는 오프 신호를 인식할 수 있다.
구체적으로, 무선전력 수신장치(300)는 저항 소자와 스위치를 이용해 저항에서 흡수하는 전력량을 변화시켜 무선전력 송신장치(200)에서 소모되는 전력량을 변경시킬 수 있다. 무선전력 송신장치(200)는 소모되는 전력의 변화를 감지하여 부하단(400)의 상태 정보를 획득할 수 있다. 스위치와 저항 소자는 직렬로 연결될 수 있다. 실시예에서 부하단(400)의 상태 정보는 부하단(400)의 현재 충전량, 충전량 추이에 대한 정보를 포함할 수 있다. 부하단(400)은 무선전력 수신장치(300)에 포함될 수 있다.
더 구체적으로, 스위치가 개방되면, 저항 소자가 흡수하는 전력은 0이 되고, 무선전력 송신장치(200)에서 소모되는 전력도 감소한다.
스위치가 단락되면, 저항 소자가 흡수하는 전력은 0보다 크게 되고, 무선전력 송신장치(200)에서 소모되는 전력은 증가한다. 무선전력 수신장치에서 이와 같은 동작을 반복하면, 무선전력 송신장치(200)는 무선전력 송신장치(200)에서 소모되는 전력을 검출하여 무선전력 수신장치(300)와 디지털 통신을 수행할 수 있다.
무선전력 송신장치(200)는 위와 같은 동작에 따라 부하단(400)의 상태 정보를 수신하고, 그에 적합한 전력을 송신할 수 있다.
이와는 반대로, 무선전력 송신장치(200) 측에 저항 소자와 스위치를 구비하여 무선전력 송신장치(200)의 상태 정보를 무선전력 수신장치(300)에 전송하는 것도 가능하다. 실시예에서 무선전력 송신장치(200)의 상태 정보는 무선전력 송신장치(200)가 전송할 수 있는 최대공급 전력량, 무선전력 송신장치(200)가 전력을 제공하고 있는 무선전력 수신장치(300)의 개수 및 무선전력 송신장치(200)의 가용 전력량에 대한 정보를 포함할 수 있다.
다음으로, 아웃 오브 밴드 통신에 대해 설명한다.
아웃 오브 밴드 통신은 공진 주파수 대역이 아닌 별도의 주파수 대역을 이용하여 전력 전송에 필요한 정보를 교환하는 통신을 말한다. 무선전력 송신장치(200)및 무선전력 수신장치(300) 각각에 아웃 오브 밴드 통신 모듈가 장착되어 양자 간에 전력 전송에 필요한 정보가 교환될 수 있다. 아웃 오브 밴드 통신 모듈은 전력 소스(100)에 장착될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 실시예에서 아웃 오브 밴드 통신 모듈은 블루투스(BlueTooth), 지그비(Zigbee), 무선랜, NFC(Near Field Communication)와 같은 근거리 통신 방식을 사용할 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
도 5는 실시예에 따른 무선전력 송신장치를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력 송신장치(200)는 전력 생성부(10), 송신 코일(20) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다.
송신 코일(20)은 송신 유도 코일(210)와 송신 공진 코일(220)의 결합이거나 송신 공진 코일(220) 단독일 수 있다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이 송신 코일(20)은 전기기 유도 방식인 경우 송신 유도 코일(210)과 송신 공진 코일(220)을 포함할 수 있다. 송신 코일(20)은 공진 방식인 경우 송신 공진 코일(220)일 수 있다.
제어부(30)는 무선전력 송신장치(200)를 전반적으로 제어할 수 있다. 제어부(30)는 전력 생성부(10)를 제어할 수 있다.
제어부(30)는 무선전력 수신장치(300)의 충전 상태에 따라 전력 생성부(10)를 제어할 수 있다. 예컨대, 무선전력 수신장치(300)에 더 높은 무선 전력이 요구되는 경우, 제어부(30)는 더 높은 무선 전력이 생성되어 무선전력 수신장치(300)로 송신되도록 전력 생성부(10)를 제어할 수 있다. 예컨대, 무선전력 수신장치(300)에 더 낮은 무선 전력이 요구되는 경우, 제어부(30)는 더 낮은 무선 전력이 생성되어 무선전력 수신장치(300)로 송신되도록 전력 생성부(10)를 제어할 수 있다.
무선전력 수신장치(300)의 충전 상태는 무선전력 송신 장치(200)의 요청에 응답하여 무선전력 수신장치(300)로부터 제공될 수도 있다. 또는 임의로 또는 일정 시간 간격으로 무선전력 송신장치(200)로부터 무선전력 수신장치(300)의 충전 상태에 대한 정보가 무선전력 송신장치(200)로 제공될 수도 있다.
전력 생성부(10)는 전력 소스(100)로부터 제공된 전력을 바탕으로 무선전력 수신장치(300)로 송신할 전력을 생성할 수 있다.
전력 생성부(10)는 제어부(30)의 제어 하에 무선 전력 수신장치의 충전 상태를 반영한 전력을 생성할 수도 있다.
전력 생성부(10)는 전력 소스(100)로부터 제공된 전력을 교류 전력으로 변환하여 줄 수 있다.
전력 생성부(10)는 전력 소스(100)로부터 제공된 전력을 증폭시킬 수 있다.
전력 생성부(10)는 전력 소스(100)로부터 제공된 전력을 교류 전력을 변환한 후, 변환된 교류 전력을 증폭시킬 수 있다.
도면에서 전력 생성부(10)는 무선전력 송신장치(200)에 포함되고 있지만, 전력 생성부(10)는 무선전력 송신장치(200)와 별개로 구비될 수 있다. 또는, 전력 생성부(10)는 전력 소스(100)에 포함될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 6에 도시한 바와 같이, 전력 생성부(10)는 직류 전력 생성부(50), 교류 전력 생성부(70) 및 발진기(60)를 포함할 수 잇다.
직류 전력 생성부(50)는 전력 소스(100)로부터 제공된 전력을 바탕으로 제1 직류 전압(VDD1)을 포함하는 제1 직류 전력과 제2 직류 전압(VDD2)을 포함하는 제2 직류 전력을 생성할 수 있다.
제2 직류 전압(VDD2)은 제1 직류 전압(VDD1)보다 적어도 클 수 있다. 제1 직류 전압은 예컨대 5V이고, 제2 직류 전압은 예컨대 12V일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 및 제2 직류 전력은 교류 전력 생성부(70)로 공급될 수 있다.
발진기(60)는 사인파의 교류 신호를 생성할 수 있다. 교류 신호는 예컨대, 6.78MHz의 주파수를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
교류 신호는 다수의 주기를 가질 수 있다. 한 주기는 제1 반주기와 제2 반주기를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 반주기의 교류 신호는 정극성의 사인파를 가질 수 있다. 예컨대 제2 반주기의 교류 신호는 부극성의 사인파를 가질 수 잇다.
다시 말해, 교류 신호는 정극성의 사인파와 부극성의 사인파를 한 주기로 하여 주기적으로 반복되는 신호일 수 있다.
발진기(60)의 교류 신호는 교류 전력 생성부(70)로 공급될 수 있다.
교류 전력 생성부(70)는 발진기(60)의 교류 신호를 바탕으로 직류 전력 생성부(50)의 제1 및 제2 직류 전력으로부터 교류 전력을 생성할 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 교류 전력 생성부(70)는 드라이버(80)와 증폭기(90)를 포함할 수 있다.
드라이버(80)는 발진기(60)의 교류 신호에 따라 제1 하이 레벨 신호(VDD1) 또는 로우 레벨 신호(V)를 출력시킬 수 있다. 예컨대, 드라이버(80)는 발진기(60)의 정극성의 사인파의 교류 신호에 응답하여 제1 하이 레벨 신호(VDD1)를 출력하고, 발진기(60)의 부극성의 사인파의 교류 신호에 응답하여 로우 레벨 신호(V)를 출력시킬 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
증폭기(90)는 드라이버(80)로의 제1 하이 레벨 신호(VDD1) 또는 로우 레벨 신호(V)에 따라 직류 전력 생성부(50)의 제2 하이 레벨 신호(VDD2) 또는 그라운드 신호를 출력시킬 수 있다.
제1 하이 레벨 신호(VDD1)는 제1 직류 전력의 제1 직류 전압이고, 제2 하이 레벨 신호(VDD2)는 제2 직류 전력의 제2 직류 전압일 수 있다.
드라이버(80)는 제1 드라이버(83), 제1 로우 레벨 신호 생성부(87), 인버터(81), 제2 드라이버(85) 및 제2 로우 레벨 신호 생성부(89)를 포함할 수 있다.
제1 로우 레벨 신호 생성부(87)는 제1 로우 레벨 신호(V)를 생성할 수 있다. 제2 로우 레벨 신호 생성부(89)는 제2 로우 레벨 신호(V)를 생성할 수 있다.
예컨대, 제1 로우 레벨 신호(V)와 제2 로우 레벨 신호(V)는 동일한 값을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이하의 설명에서는 제1 로우 레벨 신호(V)와 제2 로우 레벨 신호(V)가 동일한 값을 갖는다는 가정하에 로우 레벨 신호로 명명하기로 한다.
제1 드라이버(83)는 발진기(60)의 교류 신호에 따라 제1 하이 레벨 신호(VDD1) 또는 로우 레벨 신호(V)를 출력시킬 수 있다. 제2 드라이버(85)는 발진기(60)의 교류 신호에 따라 제1 하이 레벨 신호(VDD1) 또는 로우 레벨 신호(V)를 출력시킬 수 있다.
예컨대, 제1 드라이버(83)가 제1 하이 레벨 신호(VDD1)를 출력시킬 때, 제2 드라이버(85)는 로우 레벨 신호(V)를 출력시킬 수 있다. 예컨대, 제1 드라이버(83)가 로우 레벨 신호(V)를 출력시킬 때, 제2 드라이버(85)는 제1 하이 레벨 신호(VDD1)를 출력시킬 수 있다.
다시 말해, 제1 드라이버(83)와 제2 드라이버(85)는 서로 상이한 신호를 출력시킬 수 있다.
제1 드라이버(83)는 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)는 양극성 접합 트랜지스터(BJT: Bipolar Junction Transistor)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제1 및 제2 트랜지스터는 직렬 연결될 수 있다.
제1 트랜지스터(Q1)는 npn BJT이고, 제2 트랜지스터(Q2)는 pnp BJT일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 트랜지스터(Q1)는 발진기(60)와 연결되는 베이스 단자, 제1 하이 레벨 신호(VDD1)의 라인에 연결되는 에미터 단자 및 제1 노드(n1)에 연결되는 콜렉터 단자를 포함할 수 있다. 제2 트랜지스터(Q2)는 발진기(60)와 연결되는 베이스 단자, 제1 노드(n1)와 연결되는 에미터 단자 및 제2 노드(n2)와 연결되는 콜렉터 단자를 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자와 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자는 발진기(60)와 공통 연결될 수 있다.
예컨대, 제1 트랜지스터(Q1)는 제1 하이 레벨 신호(VDD1)에 응답하여 턴온되고, 제2 트랜지스터(Q2)는 로우 레벨 신호(V)에 응답하여 턴온될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2) 중 하나가 턴온될 때 다른 하나는 턴오프될 수 있다.
발진기(60)로부터 정극성의 사인파의 교류 신호가 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)로 인가되는 경우, 제1 트랜지스터(Q1)는 턴온되고 제2 트랜지스터(Q2)는 턴오프될 수 있다. 발진기(60)로부터 부극성의 사인파의 교류 신호가 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)로 인가되는 경우, 제1 트랜지스터(Q1)는 턴오프되고 제2 트랜지스터(Q2)는 턴온될 수 있다.
제1 로우 레벨 신호 생성부(87)는 제2 노드(n2)와 연결되어 로우 레벨 신호(V)를 제1 드라이버(83)의 제2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 단자로 공급될 수 있다. 제1 하이 레벨 신호(VDD1)의 라인이 제1 드라이버(83)의 제1 트랜지스터의 에미터 단자와 연결되어 직류 전력 생성부(50)로부터 생성된 제1 직류 전력의 제1 직류 전압(VDD1)이 제1 드라이버(83)의 제1 트랜지스터의 에미터 단자로 공급될 수 있다.
제1 트랜지스터(Q1)가 턴온되고 제2 트랜지스터(Q2)가 턴오프되면 직류 전력 생성부(50)로부터 생성된 제1 직류 전력의 제1 직류 전압(VDD1), 즉 제1 하이 레벨 신호(VDD1)가 증폭기(90)로 출력되고, 제1 트랜지스터(Q1)가 턴오프되고 제2 트랜지스터(Q2)가 턴온되면 제1 로우 레벨 신호 생성부(87)의 로우 레벨 신호(V)가 증폭기(90)로 출력될 수 있다.
제2 드라이버(85) 또한 제1 드라이버(83)와 동일한 구조를 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
하지만, 발진기(60)와 제2 드라이버(85) 사이에 인버터(81)가 연결되어, 인버터(81)에 의해 발진기(60)의 출력 신호, 즉 교류 신호가 극성 반전된 후 제2 드라이버(85)로 공급될 수 있다.
따라서, 제2 드라이버(85)가 제1 드라이버(83)와 동일한 구조를 가지더라도 인버터(81)에 의해 제2 드라이버(85)는 제1 드라이버(83)의 동작과 반대로 동작할 수 있다.
제2 드라이버(85)는 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)는 양극성 접합 트랜지스터(BJT: Bipolar Junction Transistor)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)는 제3 노드(n3)에 직렬 연결될 수 있다.
제1 트랜지스터(Q1)는 npn BJT이고, 제2 트랜지스터(Q2)는 pnp BJT일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 트랜지스터(Q1)는 인버터(81)와 연결되는 베이스 단자, 제1 하이 레벨 신호(VDD1)의 라인에 연결되는 에미터 단자 및 제3 노드(n3)에 연결되는 콜렉터 단자를 포함할 수 있다. 제2 트랜지스터(Q2)는 인버터(81)와 연결되는 베이스 단자, 제3 노드(n3)와 연결되는 에미터 단자 및 제4 노드(n4)와 연결되는 콜렉터 단자를 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자와 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자는 인버터(81)와 공통 연결될 수 있다.
예컨대, 제1 트랜지스터(Q1)는 제1 하이 레벨 신호(VDD1)에 응답하여 턴온되고, 제2 트랜지스터(Q2)는 로우 레벨 신호(V)에 응답하여 턴온될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2) 중 하나가 턴온될 때 다른 하나는 턴오프될 수 있다.
발진기(60)로부터 정극성의 사인파의 교류 신호가 인버터(81)로 공급되고 인버터(81)에 의해 부극성의 사인파의 교류 신호로 극성 반전되어 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)로 인가될 수 있다. 이러한 경우, 제1 트랜지스터(Q1)는 턴오프되고 제2 트랜지스터(Q2)는 턴온될 수 있다. 발진기(60)로부터 부극성의 사인파의 교류 신호가 인버터(81)로 공급되고 인버터(81)에 의해 정극성의 사인파의 교류 신호로 극성 반전되어 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)로 인가될 수 있다. 이러한 경우, 제1 트랜지스터(Q1)는 턴온되고 제2 트랜지스터(Q2)는 턴오프될 수 있다.
제2 로우 레벨 신호 생성부(89)는 제4 노드(n2)와 연결되어 로우 레벨 신호(V)를 제2 드라이버(85)의 제2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 단자로 공급될 수 있다. 제1 하이 레벨 신호(VDD1)의 라인이 제2 드라이버(85)의 제1 트랜지스터Q1)의 에미터 단자와 연결되어 직류 전력 생성부(50)로부터 생성된 제1 직류 전력의 제1 직류 전압(VDD1), 즉 제1 하이 레벨 신호(VDD1)이 제2 드라이버(85)의 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터 단자로 공급될 수 있다.
제1 트랜지스터(Q1)가 턴온되고 제2 트랜지스터(Q2)가 턴오프되면 직류 전력 생성부(50)로부터 생성된 제1 직류 전력의 제1 직류 전압(VDD1), 즉 제1 하이 레벨 신호가 증폭기(90)로 출력되고, 제1 트랜지스터(Q1)가 턴오프되고 제2 트랜지스터(Q2)가 턴온되면 제2 로우 레벨 신호 생성부(89)의 로우 레벨 신호(V)가 증폭기(90)로 출력될 수 있다.
제1 및 제2 드라이버(83, 85)를 함께 설명하면, 발진기(60)로부터 정극성의 사인파의 교류 신호가 제1 및 제2 드라이버(83, 85)로 인가되는 경우, 제1 드라이버(83)의 제1 트랜지스터(Q1)는 턴온되고 제2 트랜지스터(Q2)는 턴오프되어 제1 하이 레벨 신호(VDD1)가 출력되고, 제2 드라이버(85)의 제1 트랜지스터(Q1)는 턴오프되고 제2 트랜지스터(Q2)는 턴온되어 제2 로우 레벨 신호 생성부(89)의 로우 레벨 신호(V)가 출력될 수 있다. 발진기(60)로부터 부극성의 사인파의 교류 신호가 제1 및 제2 드라이버(83, 85)로 인가되는 경우, 제1 드라이버(83)의 제1 트랜지스터(Q1)는 턴오프되고 제2 트랜지스터(Q2)는 턴온되어 제1 로우 레벨 신호 생성부(87)의 로우 레벨 신호(V)가 출력되고, 제2 드라이버(85)의 제1 트랜지스터(Q1)는 턴온되고 제2 트랜지스터(Q2)는 턴오프되어 제1 하이 레벨 신호(VDD1)가 출력될 수 있다.
증폭기(90)는 제1 증폭기(92)와 제2 증폭기(94)를 포함할 수 있다.
제1 증폭기(92)는 제1 트랜지스터(T1)와 제1 인덕터(L11)를 포함할 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)와 제1 인덕터(L11)는 제5 노드(n5)에 직렬 연결될 수 있다. 제2 증폭기(94)는 제2 트랜지스터(T2)와 제2 인덕터(L22)를 포함할 수 있다. 제2 트랜지스터(T2)와 제2 인덕터(L22)는 제6 노드(n6)에 직렬 연결될 수 있다.
제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)는 금속 산화막 실리콘 전계 효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)는 n형 MOSFET일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 따라서, 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2) 각각은 제1 하이 레벨 신호(VDD1)에 응답하여 턴온되고 로우 레벨 신호(V)에 응답하여 턴오프될 수 있다.
제1 드라이버(83)와 제2 드라이버(85)가 서로 반대의 신호를 출력하므로, 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1)와 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2) 중 하나의 트랜지스터는 턴온되고 다른 하나의 트랜지스터는 턴오프될 수 있다. 예컨대, 제1 드라이버(83)가 제1 하이 레벨 신호(VDD1)를 출력하고 제2 드라이버(85)가 로우 레벨 신호(V)를 출력하는 경우, 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1)는 턴온되고 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2)는 턴오프될 수 있다. 이러한 경우, 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1)가 턴온될 때, 송신 코일(20)의 일단이 그라운드 단자의 그라운드 신호, 예컨대 0V으로 방전될 수 있다. 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2)가 턴오프될 때, 제2 증폭기(94)로부터 제2 하이 레벨 신호, 즉 직류 전력 생성부(50)의 제2 직류 전력의 제2 직류 전압(VDD2)이 송신 코일(20)의 타단으로 공급될 수 있다.
제1 및 제2 인덕터(L11, L22)는 전류의 급격한 증가를 방지하고 보다 더 구형파의 출력 신호가 생성되도록 하여 줄 수 있다
송신 코일(20)은 제1 증폭기(92)의 제5 노드(n5)와 제2 증폭기(94)의 제6 노드(n6) 각각에 연결될 수 있다. 즉, 송신 코일(20)의 일단은 제1 증폭기(92)의 제5 노드(n5)와 연결되고 송신 코일(20)의 타단은 제2 증폭기(94)의 제6 노드(n6)와 연결될 수 있다.
예컨대, 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1)가 턴오프되고 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2)가 턴온될 때, 정극성의 교류 전력이 송신 코일(20)로 공급될 수 있다. 예컨대, 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1)가 턴온되고 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2)가 턴오프될 때, 부극성의 교류 전력이 송신 코일(20)로 공급될 수 있다. 이러한 동작이 반복됨으로써, 증폭기(90)에 의해 정극성과 부극성을 한 주기로 하여 이러한 주기가 반복 생성되는 교류 전력이 생성되어 송신 코일(20)로 공급될 수 있다.
제1 증폭기(92)에 포함된 제1 트랜지스터(T1)를 등가회로로 나타내면, 도 9에 도시한 바와 같다.
즉, 제1 트랜지스터(T1)는 스위치(SW), 저항(R) 및 입력 캐패시턴스(Ciss)를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 제2 증폭기(94)에 포함된 제2 트랜지스터(T2) 또한 스위치(SW), 저항(R) 및 입력 캐패시턴스(Ciss)를 포함할 수 있다.
스위치(SW)는 게이트 단자로 인가되는 신호에 따라 턴온/오프될 수 있다.
저항(R)과 입력 캐패시턴스(Ciss)는 내재적으로 형성되는 것으로서, 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2 트랜지스터(T2)를 제조할 때 결정될 수 있다.
게이트 단자로 인가되는 신호는 입력 캐패시턴스(Ciss)에 충전되거나 방전될 수 있다. 게이트 단자로 인가되는 신호는 예컨대, 제1 드라이버(83) 또는 제2 드라이버(85)의 출력 신호로서, 제1 하이 레벨 신호(VDD1) 또는 로우 레벨 신호(V)일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 드라이버(83) 또는 제2 드라이버(85)의 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터 단자로 직류 전력 생성부(50)의 제1 직류 전력의 제1 직류 전압(VDD1)이 제1 하이 레벨 신호로서 공급될 수 있다. 제1 드라이버(83) 또는 제2 드라이버(85)의 제2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 단자로 제1 로우 레벨 신호 생성부(87) 또는 제2 로우 레벨 신호 생성부(89)에서 생성된 로우 레벨 신호(V)가 공급될 수 있다.
로우 레벨 신호(V)는 적어도 그라운드 신호보다 크고 적어도 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 문턱 전압(Vgs)보다 작을 수 있다.
게이트 문턱 전압(Vgs)은 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2 트랜지스터(T2)를 턴온시키기 위해 게이트 단자에 인가되어야 할 최소 전압을 의미할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 제1 드라이버(83) 또는 제2 드라이버(85)로부터 제1 하이 레벨 신호(VDD1)가 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 단자로 공급되고 입력 캐패시턴스(Ciss)에 이러한 제1 하이 레벨 신호(VDD1)가 충전될 수 있다.
이와 반대로, 게이트 문턴 전압(Vgs)보다 작은 로우 레벨 신호(V)가 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2)의 게이트 단자로 공급되는 경우, 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2)의 입력 캐패시턴스(Ciss)의 충전량은 로우 레벨 신호(V)로 방전될 수 있다. 다시 말해, 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2)의 입력 캐패시턴스(Ciss)의 충전량은 로우 레벨 신호(V)로 줄어들게 된다. 방전에 소비되는 전류는 입력 캐패시턴스(Ciss)에 충전된 충전량과 로우 레벨 신호(V) 사이의 차이에 따라 결정될 수 있다. 이러한 차이가 작을 수록, 방전에 소비되는 전류가 줄어들게 된다.
만일 로우 레벨 신호(V) 대신에 로우 레벨 신호(V)보다 작은 그라운드 신호가 사용되는 경우, 입력 캐패시턴스(Ciss)의 충전량과 그라운드 신호 사이의 차이는 입력 캐패시턴스(Ciss)의 충전량과 로우 레벨 신호(V) 사이의 차이보다 커지게 되므로, 방전에 소비되는 전류 또한 증가되게 된다.
예컨대, 제1 증폭기(92)의 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2 증폭기(94)의 제2 트랜지스터(T2)의 입력 캐패시턴스(Ciss)에 게이트 문턱 전압(Vgs)가 충전되고 그 값이 1.5V라고 하며, 그라운드 신호는0V이며, 로우 레벨 신호(V)는 1.2V라고 한다.
이러한 경우, 입력 캐패시턴스(Ciss)에 충전된 문턴 전압(Vgs)에 의한 전하량이 3nC라고 할 때, 1.2V의 로우 레벨 신호(V)에 의해 입력 캐패시턴스(Ciss)가 방전된 후의 전하량이 2.4nC라고 하면, 입력 캐패시턴스(Ciss)의 전하량은 0.6nC이 변화를 가진다. 이러한 경우, 발진기(60)의 6.78MHz의 주파수를 적용하면, 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2 트랜지스터(T2)의 입력 캐패시턴스(Ciss)의 방전에 필요한 초당 전하량은 0.6*10-9*6.78*106=4.068*10-3으로서, 이는 곧 4.068mA이다. 따라서, 제1 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2) 모두에서 소비되는 전류는 9.136mA이다.
이에 반해, 로우 레벨 신호(V) 대신에 그라운드 신호가 사용되는 경우, 입력 캐패시턴스(Ciss)의 전하량은 3nC(3nC-0C)의 변화를 가진다. 이러한 경우, 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2 트랜지스터(T2)의 입력 캐패시턴스(Ciss)의 방전에 필요한 초당 전하량은 3*10-9*6.78*106=20.34*10-3으로서, 이는 곧 20.34mA이다. 따라서, 제1 트랜지스터(T1)와 제2 트랜지스터(T2) 모두에서 소비되는 전류는 40.68mA이다.
따라서, 그라운드 신호 대신에, 실시예와 같이 로우 레벨 신호(V)가 사용되는 경우, 방전에 소비되는 전류가 거의 1/5 정도로 줄어들 수 있다.
로우 레벨 신호(V)를 생성하는 제1 로우 레벨 신호 생성부(87) 또는 제2 로우 레벨 신호 생성부(89)는 적어도 하나 이상의 다이오드(D1, D2)(도 10)나 다이오드형 금속 산화막 실리콘 전계 효과 트랜지스터(T3)(도 11)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 10에 도시한 다이오드(D1, D2)의 문턱 전압이 0.6V인 경우, 직렬 연결된 2개의 다이오드가 사용될 수 있다.
도 11에 도시한 다이오드형 금속 산화막 실리콘 전계 효과 트랜지스터(T3)의 문턱 전압이 1.0V로 설계되는 경우, 단지 하나의 다이오드형 금속 산화막 실리콘 전계 효과 트랜지스터가 사용될 수 있다.
실시예는 그라운드 신호 대신에 로우 레벨 신호(V)를 방전 전압으로 사용함으로써, 증폭기(90)의 동작시 소비되는 전류를 최소화할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 예컨대, 제1 하이 레벨 신호(VDD1)에 응답하여 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2트랜지스터(T2)의 스위치(SW)가 턴온되고, 스위치(SW)의 턴온에 의해 그라운드 신호가 제1 증폭기(92) 또는 제2 증폭기(94)에서 출력될 수 있다. 이러한 경우 제1 하이 레벨 신호(VDD1)는 입력 캐패시턴스(Ciss)에 충전될 수 있다.
예컨대, 로우 레벨 신호(V)에 응답하여 제1 트랜지스터(T1) 또는 제2트랜지스터(T2)의 스위치(SW)가 턴오프되고, 스위치(SW)의 턴오프에 의해 드레인 단자로 인가된 신호, 예컨대 제2 하이 레벨 신호(VDD2)이 제1 증폭기(92) 또는 제2 증폭기(94)에서 출력될 수 있다. 이러한 경우 입력 캐패시턴스(Ciss)에 충전된 전압, 예컨대 제1 하이 레벨 신호(VDD1)는 로우 레벨 신호(V)로 방전될 수 있다.
예컨대, 도 12에 도시한 바와 같이, 발진기(60)의 정극성 사인파의 교류 신호가 드라이버에 인가될 때, 제1 드라이버(83)의 제1 노드(n1)로부터 제1 하이 레벨 신호(VDD1)가 출력되고, 제2 드라이버(85)의 제3 노드(n3)로부터 로우 레벨 신호(V)가 출력될 수 있다. 제1 증폭기(92)는 제1 하이 레벨 신호(VDD1)에 응답하여 제1 트랜지스터(T1)가 턴온되어 그라운드 신호를 출력하고, 제2 증폭기(94)는 로우 레벨 신호(V)에 응답하여 제2 트랜지스터(T2)가 턴오프되어 제2 하이 레벨 신호(VDD2)를 출력시킬 수 있다. 송신 코일(20)의 일단(.가 표시된 부분)에 제1 증폭기(92)가 연결되고 송신 코일(20)의 타단에 제2 증폭기(94)가 연결될 수 있다. 따라서, 송신 코일(20)의 일단으로 그라운드 신호가 공급되고 송신 코일(20)의 타단으로 제2 하이 레벨 신호(VDD2)가 공급되므로, 송신 코일(20)에 마이너스 하이 레벨 신호(-VDD2)을 갖는 교류 전력이 생성될 수 있다.
예컨대, 도 13에 도시한 바와 같이, 발진기(60)의 부극성 사인파의 교류 신호가 드라이버(80)에 인가될 때, 제1 드라이버(83)로의 제1 노드(n1)부터 로우 레벨 신호(V)가 출력되고, 제2 드라이버(85)의 제3 노드(n3)로부터 하이 레벨 신호(VDD1)가 출력될 수 있다. 제1 증폭기(92)는 로우 레벨 신호(V)에 응답하여 제1 트랜지스터(T1)가 턴오프되어 제2 하이 레벨 신호(VDD2)를 출력하고, 제2 증폭기(94)는 제1 하이 레벨 신호(VDD1)에 응답하여 제2 트랜지스터(T2)가 턴온되어 그라운드 신호를 출력시킬 수 있다. 따라서, 송신 코일(20)의 일단으로 제2 하이 레벨 신호(VDD2)가 공급되고 송신 코일(20)의 타단으로 그라운드 신호가 공급되므로, 송신 코일(20)에 플러스 하이 레벨 신호(+VDD2)을 갖는 교류 전력이 생성될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 14를 참조하여, 교류 전력 생성 방법을 설명한다.
전력 소스(100)는 전력을 직류 전력 생성부(50)로 공급할 수 있다.
직류 전력 생성부(50)는 전력을 바탕으로 제1 직류 전력과 제2 직류 전력을 생성할 수 있다. 제1 직류 전력은 제1 직류 전압(VDD1)을 포함하고, 제2 직류 전력은 제2 직류 전압(VDD2)를 포함할 수 있다.
제1 직류 전압(VDD1)과 적어도 제1 직류 전압(VDD1)보다 큰 제2 직류 전압(VDD2)를 생성할 수 있다. 제1 직류 전압(VDD1)은 제1 하이 레벨 신호이고, 제2 직류 전압(VDD2)은 제2 하이 레벨 신호일 수 있다.
제1 및 제2 직류 전력은 제1 및 제2 드라이버(83, 85)로 공급될 수 있다.
제1 로우 레벨 신호 생성부(87) 및 제2 로우 레벨 신호 생성부(89)는 로우 레벨 신호(V)를 생성하여 로우 레벨 신호(V)를 제1 및 제2 드라이버(83, 85)로 공급할 수 있다.
도면에는 제1 로우 레벨 신호 생성부(87)와 제2 로우 레벨 신호 생성부(89)가 드라이버(80)에 포함되고 있지만, 드라이버(80)와 독립적으로 구비될 수도 있다.
한편, 발진기(60)는 사인파의 교류 신호를 생성하여 교류 신호를 제1 및 제2 드라이버(83, 85)로 공급할 수 있다.
제1 드라이버(83)는 교류 신호에 따라 제1 하이 레벨 신호(VDD1) 및 로우 레벨 신호(V) 중 적어도 하나를 출력시킬 수 있다.
제2 드라이버(85)는 교류 신호에 따라 제1 하이 레벨 신호(VDD1) 및 로우 레벨 신호(V) 중 적어도 하나를 출력시킬 수 있다.
제1 드라이버(83)와 제2 드라이버(85)는 동시에 제1 하이 레벨 신호(VDD1) 또는 로우 레벨 신호(V)를 출력시킬 수 없다. 다시 말해, 제1 드라이버(83)와 제2 드라이버(85)는 서로 상이한 신호를 출력시킬 수 있다. 예컨대, 제1 드라이버(83)가 제1 하이 레벨 신호(VDD1)를 출력시킬 때, 제2 드라이버(85)는 로우 레벨 신호(V)를 출력시킬 수 있다. 예컨대, 제1 드라이버(83)가 로우 레벨 신호(V)를 출력시킬 때, 제2 드라이버(85)는 제1 하이 레벨 신호(VDD1)를 출력시킬 수 있다.
제1 드라이버(83)에 제1 증폭기(92)가 연결되고, 제2 드라이버(85)에 제2 증폭기(94)가 연결될 수 있다.
제1 증폭기(92) 또는 제2 증폭기(94)로 직류 전력 생성부(50)에서 생성된 제2 직류 전력의 제2 직류 전압, 즉 제2 하이 레벨 신호(VDD2)가 공급될 수 있다. 또한, 제1 증폭기(92) 또는 제2 증폭기(94)로 그라운드 신호가 공급될 수 있다.
제1 증폭기(92)는 제1 드라이버(83)의 출력 신호, 예컨대 제1 하이 레벨 신호(VDD1) 또는 로우 레벨 신호(V)에 따라 제2 하이 레벨 신호(VDD2) 및 그라운드 신호 중 하나를 출력시킬 수 있다.
제2 증폭기(94)는 제2 드라이버(85)의 출력 신호, 예컨대 제1 하이 레벨 신호(VDD1) 또는 로우 레벨 신호(V)에 따라 제2 하이 레벨 신호(VDD2) 및 그라운드 신호 중 하나를 출력시킬 수 있다.
제1 증폭기(92)와 제2 증폭기(94)는 동시에 제2 하이 레벨 신호(VDD2) 또는 그라운드 신호를 출력시킬 수 없다. 다시 말해, 제1 증폭기(92)와 제2 증폭기(94)는 서로 상이한 신호를 출력시킬 수 있다. 예컨대, 제1 증폭기(92)가 제2 하이 레벨 신호(VDD2)를 출력시킬 때, 제2 증폭기(94)는 그라운드 신호를 출력시킬 수 있다. 예컨대, 제1 증폭기(92)가 그라운드 신호를 출력시킬 때, 제2 증폭기(94)는 제2 하이 레벨 신호(VDD2)를 출력시킬 수 있다.
송신 코일(20)의 일단(.가 표시된 부분)에 제1 증폭기(92)가 연결되고, 송신 코일(20)의 타단에 제2 증폭기(94)가 연결될 수 있다.
예컨대, 발진기(60)에서 정극성의 사인파의 교류 신호가 제1 및 제2 드라이버(83, 85)로 공급되는 경우, 도 12 및 도 14에 도시한 바와 같이 제1 드라이버(83)의 제1 노드(n1)로부터 제1 하이 레벨 신호(VDD1)가 출력되고 제2 드라이버(85)의 제3 노드(n3)로부터 로우 레벨 신호(V)가 출력될 수 있다. 제1 하이 레벨 신호(VDD1)는 제1 증폭기(92)로 공급되고, 로우 레벨 신호(V)는 제2 증폭기(94)로 공급될 수 있다. 제1 증폭기(92)는 제1 하이 레벨 신호(VDD1)에 응답하여 제5 노드(n5)로부터 그라운드 신호를 출력시키고 제2 증폭기(94)는 로우 레벨 신호(V)에 응답하여 제6 노드(n6)로부터 제2 하이 레벨 신호(VDD2)를 출력시킬 수 있다. 제1 증폭기(92)의 로우 레벨 신호(V)는 송신 코일(20)의 일단으로 공급되고 제2 증폭기(94)의 제2 하이 레벨 신호(VDD2)는 송신 코일(20)의 타단으로 공급될 수 있다. 따라서, 송신 코일(20)에 마이너스 제2 하이 레벨 신호(-VDD2)가 생성될 수 있다.
예컨대, 발진기(60)에서 부극성의 사인파의 교류 신호가 제1 및 제2 드라이버(83, 85)로 공급되는 경우, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이 제1 드라이버(83)의 제1 노드(n1)로부터 로우 레벨 신호(V)가 출력되고 제2 드라이버(85)의 제3 노드(n3)로부터 제1 하이 레벨 신호(VDD1)가 출력될 수 있다. 로우 레벨 신호(V)는 제1 증폭기(92)로 공급되고, 제1 하이 레벨 신호(VDD1)는 제2 증폭기(94)로 공급될 수 있다. 제1 증폭기(92)는 로우 레벨 신호(V)에 응답하여 제5 노드(n5)로부터 제2 하이 레벨 신호(VDD2)을 출력시키고 제2 증폭기(94)는 제1 하이 레벨 신호(VDD1)에 응답하여 제6 노드(n6)로부터 그라운드 신호를 출력시킬 수 있다. 제1 증폭기(92)의 제2 하이 레벨 신호(VDD2)는 송신 코일(20)의 일단으로 공급되고 제2 증폭기(94)의 그라운드 신호는 송신 코일(20)의 타단으로 공급될 수 있다. 따라서, 송신 코일(20)에 플러스 제2 하이 레벨 신호(+VDD2)가 생성될 수 있다.
도 14에 도시한 바와 같이, 반주기 단위로 플러스 제2 하이 레벨 신호(+VDD2)에서 마이너스 제2 하이 레벨 신호(-VDD2)로 스윙되며, 교류 전력의 진폭이 제2 하이 레벨 신호(VDD2)의 2배가 될 수 있다. 다시 말해, 실시예는 제2 하이 레벨 신호(VDD2)를 2배로 증폭시켜 줄 수 있으므로, 비교적은 작은 전압으로 큰 교류 전력을 용이하게 만들 수 있다.
예컨대, 정극성의 사인파의 교류 신호는 제1 반주기에 발생되고, 부극성의 사인파의 교류 신호는 제2 반주기에 발생될 수 있다. 제1 반주기와 제2 반주기에 의해 한 주기가 정의될 수 있다.
실시예는 제1 증폭기(92)와 제2 증폭기(94)의 방전시, 그라운드 신호로 방전되도록 하지 않고, 그라운드 신호보다 크고 게이트 문턱 전압(Vgs)보다 작은 로우 레벨 신호(V)로 방전되도록 하여 줌으로써, 방전에 의해 소비되는 전류가 최소화되도록 할 수 있다.
10: 전력 생성부
20: 송신 코일
30: 제어부
50: 직류 전력 생성부
60: 발진기
70: 교류 전력 생성부
80: 드라이버
81: 인버터
83: 제1 드라이버
85: 제2 드라이버
87, 89: 로우 레벨 신호 생성부
90: 증폭기
100: 전력 소스
200: 무선전력 송신장치
210: 송신 유도 코일
220: 송신 공진 코일
300: 무선전력 수신장치
310: 수신 공진 코일
320: 수신 유도 코일
330: 정류부
400: 부하단
VDD1, VDD2: 직류 전압
Q1, Q2, T1, T2, T3: 트랜지스터
n1, n2, n3, n4, n5, n6: 노드
L11, L22: 인덕터
D1, D2: 다이오드

Claims (18)

  1. 무선전력 수신장치로 송신하기 위한 전력을 생성하는 전력 생성 장치로서,
    교류 신호에 따라 제1 하이 레벨 신호 및 로우 레벨 신호 중 하나의 신호를 출력하는 드라이버;
    상기 로우 레벨 신호를 생성하여 상기 드라이버로 공급하는 로우 레벨 신호 생성부; 및
    상기 출력된 하나의 신호에 따라 제2 하이 레벨 신호 및 그라운드 신호 중 하나의 신호를 전력으로서 출력하는 증폭기를 포함하고,
    상기 로우 레벨 신호는 적어도 그라운드 신호보다 큰 전력 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교류 신호를 생성하는 발진기; 및
    상기 제1 및 제2 하이 레벨 신호를 생성하는 직류 전력 생성부를 더 포함하는 전력 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 드라이버는,
    제1 노드에 직렬 연결되는 제1 및 제2 트랜지스터를 포함하는 제1 드라이버; 및
    제2 노드에 직렬 연결되는 제3 및 제4 트랜지스터를 포함하는 제2 드라이버를 포함하는 전력 생성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발진기는 상기 제1 내지 제4 트랜지스터에 연결되고,
    상기 발진기의 교류 신호의 극성을 반전시키기 위해 상기 발진기와 상기 제3 및 제4 트랜지스터 사이에 연결되는 인버터를 더 포함하는 전력 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 트랜지스터는 양극성 접합 트랜지스터인 전력 생성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트랜지스터 중 하나 그리고 상기 제3 및 제4 트랜지스터 중 하나는 npn 양극성 접합 트랜지스터이고,
    상기 제1 및 제2 트랜지스터 중 다른 하나 그리고 상기 제3 및 제4 트랜지스터 중 다른 하나는 pnp 양극성 접합 트랜지스터인 전력 생성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 로우 레벨 신호 생성부는 상기 제1 및 제2 트랜지스터 중 다른 하나 그리고 상기 제3 및 제4 트랜지스터 중 다른 하나에 연결되는 전력 생성 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기는,
    상기 제1 드라이버에 연결되는 제5 트랜지스터; 및
    상기 제2 드라이버에 연결되는 제6 트랜지스터를 포함하는 전력 생성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제5 및 제6 트랜지스터 각각은 상기 출력된 하나의 신호에 따라 제2 하이 레벨 신호 및 그라운드 신호 중 하나의 신호를 전력으로서 출력하는 전력 생성 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제5 및 제6 트랜지스터는 금속 산화막 실리콘 전계 효과 트랜지스터인 전력 생성 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 로우 레벨 신호는 상기 제5 트랜지스터 또는 상기 제6 트랜지스터의 게이트 문턱 전압보다 작은 전력 생성 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 하이 레벨 신호는 상기 제1 하이 레벨 신호보다 적어도 큰 전력 생성 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 하나의 항에 있어서,
    상기 로우 레벨 신호 생성부는 적어도 하나 이상의 다이오드를 포함하는 전력 생성 장치.
  14. 제1항 내지 제12 중 하나의 항에 있어서,
    상기 로우 레벨 신호 생성부는 다이오드형 금속 산화막 실리콘 전계 효과 트랜지스터인 전력 생성 장치.
  15. 무선전력 수신장치로 무선 전력을 송신하는 무선전력 송신장치로서,
    제1항 내지 제12항 중 하나의 항에 의한 전력 생성 장치; 및
    상기 전력 생성 장치의 전력을 송신하는 송신 코일을 포함하고,
    상기 송신 코일의 일단에 상기 증폭기의 상기 제5 트랜지스터에 연결되고, 상기 송신 코일의 타단에 상기 증폭기의 상기 제6 트랜지스터에 연결되는 무선전력 송신장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 송신 코일이 정극성 교류 전력을 송신하도록 상기 제5 트랜지스터로부터 상기 제2 하이 레벨 신호가 출력되고 상기 제6 트랜지스터로부터 상기 그라운드 신호가 출력되는 무선전력 송신장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 송신 코일이 부극성 교류 전력을 송신하도록 상기 제5 트랜지스터로부터 상기 그라운드 신호가 출력되고 상기 제6 트랜지스터로부터 상기 제2 하이 레벨 신호가 출력되는 무선전력 송신장치.
  18. 무전 전력을 생성하는 제15항에 의한 무선전력 송신장치; 및
    상기 무선전력 수신장치의 무선 전력을 수신하여 부하단에 전달하는 무선전력 수신장치를 포함하는 무선전력 전송 시스템.
KR1020130138604A 2013-11-14 2013-11-14 전력 생성 장치, 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 시스템 KR20150055971A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130138604A KR20150055971A (ko) 2013-11-14 2013-11-14 전력 생성 장치, 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130138604A KR20150055971A (ko) 2013-11-14 2013-11-14 전력 생성 장치, 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150055971A true KR20150055971A (ko) 2015-05-22

Family

ID=53391413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130138604A KR20150055971A (ko) 2013-11-14 2013-11-14 전력 생성 장치, 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150055971A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017131345A1 (ko) * 2016-01-27 2017-08-03 엘지이노텍(주) 무선 전력 공급 방법 및 그를 위한 장치
KR20180083723A (ko) * 2017-01-13 2018-07-23 삼성전기주식회사 이물질 검출 회로 및 그를 이용한 무선 전력 송신 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017131345A1 (ko) * 2016-01-27 2017-08-03 엘지이노텍(주) 무선 전력 공급 방법 및 그를 위한 장치
CN108668523A (zh) * 2016-01-27 2018-10-16 Lg伊诺特有限公司 无线电力供应方法及其装置
EP3410563A4 (en) * 2016-01-27 2019-06-12 LG Innotek Co., Ltd. WIRELESS POWER SUPPLY METHOD AND APPARATUS THEREFOR
KR20180083723A (ko) * 2017-01-13 2018-07-23 삼성전기주식회사 이물질 검출 회로 및 그를 이용한 무선 전력 송신 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10608475B2 (en) Charging control device, charging control method and wireless power receiving device equipped with same
US10566840B2 (en) Wireless power feeding system
US9711974B2 (en) Wireless power transmitting apparatus and method thereof
US9847675B2 (en) Power receiving device and power feeding system
CN108141047B (zh) 无线充电接收器
US9941742B2 (en) Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission method
US20140132077A1 (en) Wireless power transmitter having low noise and high efficiency, and related methods
KR102019064B1 (ko) 무선 전력 송신 장치 및 방법
CN110235348A (zh) 无线电能传输系统
EP2985846A1 (en) Wireless power transmission
KR102008810B1 (ko) 무선 전력 송신 장치 및 방법
JP5324009B2 (ja) 受電装置及びそれを用いた非接触電力伝送システム
KR20150028133A (ko) 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 정보 처리 방법
KR20160106032A (ko) 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법
CN106487105B (zh) 一种变线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输装置
CN110611511A (zh) 一种发射机、接收机以及无线充电系统
KR20150055971A (ko) 전력 생성 장치, 무선전력 송신장치 및 무선전력 전송 시스템
Nagashima et al. Inductively coupled wireless power transfer with class-DE power amplifier
CN206908386U (zh) 无线充电系统
KR102146484B1 (ko) 전력 생성 장치, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 전송 시스템
KR102079152B1 (ko) 스위치를 이용하여 무선 전력을 조정하는 무선 전력 수신기
KR102084427B1 (ko) 스위치를 이용하여 무선 전력을 조정하는 무선 전력 수신기
KR20150084615A (ko) 능동 정류기를 구비한 무선 전력 수신기
Moon et al. Analysis of receiver circuit efficiency for wireless power transfer system according to operating frequency variation
JP2016082782A (ja) ワイヤレス受電装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application