KR20150066070A - System and method for wireless power transmission - Google Patents

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KR20150066070A
KR20150066070A KR1020130151151A KR20130151151A KR20150066070A KR 20150066070 A KR20150066070 A KR 20150066070A KR 1020130151151 A KR1020130151151 A KR 1020130151151A KR 20130151151 A KR20130151151 A KR 20130151151A KR 20150066070 A KR20150066070 A KR 20150066070A
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power transmission
wireless power
power
resonance
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KR1020130151151A
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서동욱
이형수
이재호
김재영
이수인
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한국전자통신연구원
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    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching

Abstract

A wireless power transmission system according to the present invention includes: an antenna coil unit and a resonance switching unit; an input unit which can change resonance frequency; an impedance matching unit which matches an impedance to correspond to the changed resonance frequency; a power supplying unit which converts a received signal into power; and a power receiving unit which receives the power output from the power supplying unit. Meanwhile, the wireless power transmitting method according to the present invention includes: a step of changing the resonance frequency by adjusting the resonance switching unit; a step of matching the impedance to correspond to the changed resonance frequency; a step of converting the received signal into the power; and a step of outputting the converted power.

Description

무선전력 전송 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION}[0001] SYSTEM AND METHOD FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION [0002]

본 발명은 무선전력 전송 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 코일을 사용하여 무선전력전송과 아웃밴드 무선통신을 수행할 수 있는 무선전력 전송 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wireless power transmission system and method, and more particularly, to a wireless power transmission system and method capable of performing wireless power transmission and out-band wireless communication using a single coil.

현재 출시되고 있는 무선전력전송 시스템은 배터리 관리, 센서신호 전송 등을 위하여 무선통신 시스템과 결합된 구조가 주로 사용된다. 무선전력전송 시스템이 통신시스템과 결합된 구조는 크게 2가지이다. Currently, wireless power transmission system is mainly used in combination with wireless communication system for battery management and sensor signal transmission. There are two major structures of a wireless power transmission system combined with a communication system.

첫째, 무선전력전송 시스템과 동일한 주파수에 OOK(on-off keying)과 같은 간단한 변조신호를 무선전력전송 송전용 공진기에 실어 보내고 수전용 공진기로 수신하여 무선통신을 하는 인밴드(in-band) 통신이다. 다른 하나는 무선전력전송 시스템과 다른 주파수에 다양한 변조신호를 무선통신용 송신안테나에 실어 보내고 수신 안테나를 통해 무선통신을 하는 아웃밴드(out-band) 통신이 있다. First, a simple modulated signal, such as on-off keying (OOK), is sent to a resonator with the same power as that of the wireless power transmission system. to be. And the other is out-band communication in which various modulated signals are transmitted to a transmission antenna for wireless communication at a frequency different from that of the wireless power transmission system and wireless communication is performed through the reception antenna.

인밴드 통신은 수신부에서 하나의 무선충전용 공진기를 통해 무선전력과 무선통신을 수행하며, 아웃밴드 통신은 서로 다른 주파수 대역을 사용함에 따라 수신부에 무선전력을 위한 공진기와 무선통신을 위한 안테나가 각각 필요하다. 인밴드 통신을 사용하는 무선전력전송 시스템은 높은 무선충전 효율을 위해 공진기의 Q-factor가 높아야 하며, 높은 Q-factor를 가진 공진기를 통해 통신을 하기 때문에 무선통신의 대역폭이 협소해진다. 따라서 무선전력 전송을 위한 공진기가 무선통신 안테나 역할을 하는 대신에, 데이터율(Data rate)가 낮은 단점이 있다. The in-band communication performs wireless communication with the wireless power through a single wireless charging resonator. In the out-band communication, since a different frequency band is used, a resonator for wireless power and an antenna for wireless communication need. In the wireless power transmission system using in-band communication, the Q-factor of the resonator must be high for high wireless charging efficiency, and the bandwidth of the wireless communication is narrowed because the communication is performed through a resonator having a high Q-factor. Therefore, a resonator for wireless power transmission has a disadvantage of low data rate instead of serving as a wireless communication antenna.

또한, 무선전력전송 시스템을 위한 무선전력신호에 무선통신신호를 결합한 형태의 신호를 송수신하기 때문에 가장 간단한 형태의 변조기법을 사용함에 따라 전파환경에 취약한 문제점이 있다.In addition, since a signal in which a wireless communication signal is coupled to a wireless power signal for a wireless power transmission system is transmitted and received, there is a problem in that it is vulnerable to the propagation environment by using the simplest type of modulation technique.

한편, 아웃밴드 통신을 사용하는 무선전력전송 시스템은 무선전력 전송용 공진기와 무선통신용 안테나가 각각 존재하기 때문에 무선통신 시 충분한 데이터율을 확보할 수 있다. 그러나 전자기파를 방출하는 디바이스에 공진기와 안테나가 모두 존재하기 때문에 전체 시스템의 사이즈가 증가되는 문제점이 있다. On the other hand, since a wireless power transmission system using out-band communication has a resonator for wireless power transmission and an antenna for wireless communication, a sufficient data rate can be secured in wireless communication. However, since a resonator and an antenna are both present in a device that emits electromagnetic waves, there is a problem that the size of the entire system increases.

특허등록번호 KR 10-1259509 호Patent Registration No. KR 10-1259509

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무선통신 기능을 위한 안테나와 무선전력 전송을 위한 공진기를 하나의 디바이스로 결합하는 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 단일 코일을 사용하여 무선전력 전송과 다른 주파수 대역을 사용하는 아웃밴드 무선통신을 수행할 수 있는 무선전력 전송 시스템에 관한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a technique for combining an antenna for a wireless communication function and a resonator for wireless power transmission into a single device. More particularly, to a wireless power transmission system capable of performing out-of-band wireless communication using a single frequency band and a wireless power transmission using a single coil.

본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템은 안테나 코일부 및 공진 스위칭부를 포함하며, 공진 주파수의 변경이 가능한 입력부와, 변경된 공진 주파수에 대응하도록 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부와, 수신된 신호를 전력으로 변환하는 전력 공급부와, 전력 공급부로부터 출력되는 상기 전력을 수신하는 전력 수신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A wireless power transmission system according to the present invention includes an input unit including an antenna coil part and a resonance switching unit and capable of changing a resonance frequency, an impedance matching unit matching an impedance to correspond to the changed resonance frequency, And a power receiving unit for receiving the power output from the power supply unit.

또한, 공진 스위칭부는 하나 이상의 병렬 캐패시터 및 스위치를 포함할 수 있다. The resonant switching unit may also include one or more parallel capacitors and a switch.

그리고, 입력부는 스위치가 온(ON) 상태일 경우에 무선전력 전송용 공진기로 사용될 수 있다. 입력부는 스위치가 오프(OFF) 상태일 경우에는 무선통신용 안테나로 사용될 수 있다. And, the input unit can be used as a resonator for wireless power transmission when the switch is ON. The input unit can be used as a wireless communication antenna when the switch is in an OFF state.

또한, 전력 공급부는 수신된 신호를 정류하여 직류 신호를 생성하는 정류부와 상기 직류 신호의 레벨을 조정하여 전력으로 변환하는 변환부를 더 포함할 수 있다. The power supply unit may further include a rectifier for rectifying the received signal to generate a DC signal, and a converter for converting the level of the DC signal to a power.

또한, 전력 제어부는 임피던스 매칭부에 인가된 신호의 정보를 전달하는 통신부와, 통신부로부터 전달받은 신호 정보에 따라 상기 임피던스 매칭부 및 상기 공진 스위칭부를 조절하는 조절부를 더 포함할 수 있다. The power control unit may further include a communication unit that transmits information of a signal applied to the impedance matching unit and an adjustment unit that adjusts the impedance matching unit and the resonant switching unit according to signal information received from the communication unit.

또한, 공진 스위칭부 및 상기 임피던스 매칭부는 상기 전력 제어부에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 조절될 수 있다.Also, the resonance switching unit and the impedance matching unit may be adjusted according to a control signal generated by the power control unit.

한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송 방법은 공진 스위칭부를 조절하여 공진 주파수를 변경하는 단계와, 변경된 공진 주파수에 대응되도록 임피던스를 매칭하는 단계와, 수신된 신호를 전력으로 변환하는 단계와, 변환된 전력을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the meantime, the wireless power transmission method according to the present invention includes the steps of modifying the resonance frequency by adjusting the resonance switching unit, matching an impedance corresponding to the changed resonance frequency, converting the received signal into electric power, And outputting power.

나아가, 공진 주파수를 변경하는 단계에서, 공진 스위칭부가 온(ON) 상태가 되는 경우에는 상기 무선전력 전송 신호를 수신할 수 있다.Further, in the step of changing the resonance frequency, when the resonance switching unit is turned on, the wireless power transmission signal can be received.

또한, 공진 주파수를 변경하는 단계에서, 공진 스위칭부가 오프(OFF) 상태가 되는 경우에는 상기 무선통신 신호를 수신할 수 있다. Further, in the step of changing the resonance frequency, when the resonance switching section is in the OFF state, the wireless communication signal can be received.

본 발명은 하나의 코일을 사용하여 무선통신 및 무선전력전송을 모두 수행함으로써 전체 시스템의 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 인체삽입형 센서와 같은 초소형 센서의 무선통신 및 무선충전 기능을 적용하기 용이한 효과를 제공한다.The present invention can reduce the size of the entire system by performing both wireless communication and wireless power transmission using one coil. Accordingly, it is easy to apply the wireless communication and the wireless charging function of the ultra-small sensor such as the human body type sensor.

또한, 본 발명은 하나의 코일을 사용하면서 아웃밴드 통신이 가능하기 때문에 기존의 인밴드 통신에 비해 넓은 대역폭을 갖는 무선통신이 가능한 효과를 제공한다.In addition, since the present invention enables out-band communication while using one coil, it provides an effect that wireless communication having a wider bandwidth than conventional in-band communication is possible.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템의 입력부를 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템을 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선전력 전송 방법을 도시한 순서도이다. 1 is a block diagram illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram illustrating an input unit of a wireless power transmission system according to the present invention.
3 is a block diagram illustrating a wireless power transmission system according to another embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method according to the present invention.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 전송 시스템을 도시한 구성도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 무선전력 전송 시스템은 입력부(100), 임피던스 매칭부(120), 전력 공급부(130), 전력 제어부(160) 및 전력 수신부(190)를 포함한다. 도시하지는 않았으나, 전원 소스로부터 받은 전력을 송신이 가능한 신호로 변환하고 이를 전송하는 송신부를 더 포함할 수 있다. 1, the wireless power transmission system according to the present invention includes an input unit 100, an impedance matching unit 120, a power supply unit 130, a power control unit 160, and a power receiving unit 190. Although not shown, the apparatus may further include a transmitter for converting the power received from the power source into a transmittable signal and transmitting the signal.

송신부에 의해 송신된 신호를 인가받는 입력부(100)는 안테나 코일부(105) 및 공진 스위칭부(110)로 구성된다. 도 2의 회로도를 참조하여 안테나 코일부(105) 및 공진 스위칭부(110)를 설명하면 다음과 같다. An input unit 100 receiving a signal transmitted by a transmitting unit includes an antenna coil unit 105 and a resonant switching unit 110. The antenna coil unit 105 and the resonance switching unit 110 will be described with reference to the circuit diagram of FIG.

먼저, 안테나 코일부(105)는 무선통신용 안테나로 사용되며, 스파이럴형, 루프형, 헬리컬형 등의 다양한 형태로 구성될 수 있다. 안테나 코일부(105)는 방사저항 Rr, 손실저항 RL, 인덕터 LA , Li및 기생 캐패시터 Cr로 구성된다.First, the antenna coil part 105 is used as a wireless communication antenna, and may be configured in various forms such as a spiral type, a loop type, and a helical type. The antenna coil part 105 has a radiation resistance R r , a loss resistance R L , an inductor L A , L i, and a parasitic capacitor Cr.

다음으로, 공진 스위칭부(110)는 하나 이상의 병렬 캐패시터 Cp와 스위치 SW를 포함한다. 공진 스위칭부(110)에서는 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 조절하여 병렬 캐패시터의 연결 여부를 결정할 수 있다. 이에 따라 공진 주파수를 변경할 수 있다. Next, the resonant switching unit 110 includes one or more parallel capacitors C p and a switch SW. The resonance switching unit 110 can determine whether or not the parallel capacitor is connected by controlling ON / OFF of the switch. Accordingly, the resonance frequency can be changed.

예컨대, 스위치를 오프(OFF)시키면 병렬 캐패시터가 개방되어 안테나 코일부(105)의 등가회로가 되며, 수학식 1과 같은 공진 주파수에서 방사저항을 통하여 전자기파를 방사하는 무선통신용 안테나로 사용될 수 있다. 여기서, Rr은 방사저항, RL은 안테나 도선에 의한 손실저항을 의미하며, LA 및 Li는 각각 안테나 외부 인덕턴스 및 내부 고주파 인덕턴스 성분을 의미한다. 그리고, Cr은 안테나를 공진시키는데 사용되며 분포성 기생 캐패시터로 안테나의 도체 사이에 생기는 캐패시터 성분을 의미한다.For example, when the switch is turned off, the parallel capacitor is opened to become an equivalent circuit of the antenna coil part 105, and can be used as a radio communication antenna that radiates electromagnetic waves through a radiation resistance at a resonance frequency as shown in equation (1). Where R r is the radiation resistance, R L is the loss resistance due to the antenna lead, and L A And L i denote the external inductance of the antenna and the inductance component of the internal high frequency, respectively. Also, Cr is used to resonate the antenna, and it means a capacitor component generated between the conductors of the antenna by the distributed parasitic capacitor.

Figure pat00001
Figure pat00001

그리고, 무선통신용 안테나의 대역폭의 역수를 의미하는 Q-factor는 다음의 수학식 2와 같다. The Q-factor, which is the reciprocal of the bandwidth of the antenna for wireless communication, is expressed by the following equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

또한, 무선통신용 안테나의 RL와 Rr은 각각 다음의 수학식 3 및 수학식 4와 같이 표현된다. 여기서, ｕ0는 공기중의 투자율, l은 루프안테나 도선의 전체 길이, a는 도선 단면의 반지름, C는 루프안테나의 원주, λ는 파장으로 3X108/f으로 계산할 수 있다.R L and R r of the antenna for wireless communication are expressed by the following equations (3) and (4), respectively. Where u 0 is the permeability in air, l is the total length of the loop antenna conductor, a is the radius of the conductor section, C is the circumference of the loop antenna, and λ is the wavelength, 3 × 10 8 / f.

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

반대로, 스위치를 온(ON)시키면 병렬 캐패시터가 연결되어 무선전력전송용 공진기의 등가회로가 되며, 수학식 5와 같은 공진 주파수를 갖는 무선전력 전송용 공진기로 사용될 수 있다. 무선전력 전송용 공진기의 등가회로는 병렬 캐패시터 Cp 와 공진기용 코일로 구성된다. 공진기용 코일은 일반적인 안테나의 등가회로(도 1의 '105')와 동일하게 방사저항 Rr, 손실저항 RL, 인덕터 LA , Li및 기생 캐패시터 Cr로 구성된다. 이와 같이, 스위치가 온되어 병렬 캐패시터가 연결되면 원하는 충전 주파수에 강제로 공진시킬 수 있다. 특히, 무선전력 전송은 인체 안정성 및 비방사 필드 사용등을 위해 수십 MHz 이하의 주파수 대역을 사용하는데 병렬 캐패시터를 연결하면 낮은 주파수 대역의 무선전력 전송신호를 수신할 수 있다.Conversely, when the switch is turned ON, a parallel capacitor is connected to become an equivalent circuit of the resonator for wireless power transmission, and can be used as a resonator for a wireless power transmission having a resonance frequency as shown in Equation (5). The equivalent circuit of the resonator for wireless power transmission is a parallel capacitor C p And a resonator coil. The resonator coil has a radiation resistance R r , a loss resistance R L , an inductor L A (in FIG. 1) , L i, and a parasitic capacitor Cr. Thus, when the switch is turned on and the parallel capacitor is connected, resonance can be forced to a desired charging frequency. In particular, wireless power transmission uses a frequency band of several tens of MHz or less for human stability and non-radiation field use, and can receive a radio power transmission signal in a low frequency band by connecting a parallel capacitor.

Figure pat00005
Figure pat00005

그리고, 무선전력 전송용 공진기의 Q-factor는 무선통신용 안테나의 Q-factor인 수학식 2와 동일하게 표현된다. 하지만 무선통신용 안테나의 공진 주파수가 무선전력전송용 공진기의 공진 주파수보다 높은 아웃밴드 통신을 하기 때문에, 같은 Q-factor 수식이더라도 다른 결과를 나타낸다. 수학식 2에 나타낸 Q-factor의 분자 성분은 주파수에 비례하여 증가하지만, 분모 성분 중 손실저항 RL은 주파수의 제곱근에 비례하고, 방사저항 Rr은 주파수의 네제곱에 비례하여 증가한다. 따라서 동일한 디바이스라고 하더라도 주파수가 높을수록 Q-factor는 작아진다. 즉, 낮은 주파수에서 동작하는 무선전력 전송은 높은 전력전송 효율을 위해 높은 Q-factor를 가지고, 높은 주파수에서 동작하는 무선통신용 안테나는 넓은 대역폭을 위해 낮은 Q-factor를 가지도록 한다.The Q-factor of the wireless power transmission resonator is expressed in the same manner as in Equation 2, which is the Q-factor of the antenna for wireless communication. However, since the resonance frequency of the antenna for wireless communication is higher than the resonance frequency of the resonator for the wireless power transmission, the same Q-factor expression shows different results. The molecular component of the Q-factor shown in equation (2) increases in proportion to the frequency, but the loss resistance R L of the denominator component is proportional to the square root of the frequency, and the radiation resistance R r increases in proportion to the fourth square of the frequency. Therefore, the higher the frequency, the smaller the Q-factor. That is, a wireless power transmission operating at a low frequency has a high Q-factor for high power transmission efficiency, and a wireless communication antenna operating at a high frequency has a low Q-factor for a wide bandwidth.

즉, 공진 스위칭부(110)의 스위치를 조절하여 병렬 캐패시터 Cp의 연결여부를 결정함에 따라 무선통신용 안테나와 무선전력 전송용 공진기를 공유할 수 있으며, 다른 주파수 대역을 사용함으로써 무선전력 전송에서는 높은 효율을 얻을 수 있고, 무선통신에서는 넓은 대역폭을 얻을 수 있다. That is, by determining the connection of the parallel capacitor C p by adjusting the switch of the resonant switching unit 110, it is possible to share the antenna for wireless communication and the resonator for wireless power transmission. By using different frequency bands, Efficiency can be obtained, and a wide bandwidth can be obtained in wireless communication.

그리고, 변경된 공진 주파수에 대응하도록 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부(120)를 포함한다. 임피던스 매칭부(120)는 캐패시턴스 값 또는 인덕턴스 값을 변경하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 임피던스 매칭부(120)는 수동 소자로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라 다이오드, 트랜지스터 등과 같은 능동 소자로 구현될 수 있다. And an impedance matching unit 120 for matching the impedances to correspond to the changed resonance frequencies. The impedance matching unit 120 may perform the impedance matching by changing the capacitance value or the inductance value. The impedance matching unit 120 may be implemented as a passive device, and may be implemented as an active device such as a diode, a transistor, or the like according to embodiments.

그리고, 공진 스위칭부(110)와 임피던스 매칭부(120)를 제어하는 전력 제어부(160)를 포함한다. 전력 제어부(160)는 통신부(170) 및 조절부(180)로 구성된다. And a power control unit 160 for controlling the resonance switching unit 110 and the impedance matching unit 120. The power control unit 160 includes a communication unit 170 and a control unit 180.

통신부(170)는 임피던스 매칭부(120)에 인가된 신호의 정보를 조절부(180)로 전달하는 역할을 한다. 조절부(180)는 통신부(170)로부터 전달받은 신호 정보에 따라 임피던스 매칭부(120) 및 공진 스위칭부(110)를 제어할 수 있다. 공진 스위칭부(110)는 송신부에서의 무선전력 신호와 무선통신 신호의 타임슬롯에 의해 조절된다. 즉, 시 분할로 무선통신과 무선전력 전송으로 동작하는 경우 조절부(180)에서 생성되는 제어 신호에 따라 공진 스위칭부(110)의 온/오프 상태를 결정할 수 있다. The communication unit 170 transmits the information of the signal applied to the impedance matching unit 120 to the controller 180. The controller 180 may control the impedance matching unit 120 and the resonant switching unit 110 according to the signal information received from the communication unit 170. The resonance switching unit 110 is controlled by the time slot of the wireless communication signal and the wireless power signal in the transmitter. That is, when the wireless communication and wireless power transmission operate in the time division mode, the on / off state of the resonance switching unit 110 can be determined according to the control signal generated in the controller 180.

여기서, 입력부(100)의 공진 스위칭부(110) 및 임피던스 매칭부(120)는 조절부(160)에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 동시에 제어되므로, 입력부(100) 및 임피던스 매칭부(120)를 통합하여 설계할 수 있다(도 3 참조). 이와 같이 입력부(100) 및 임피던스 매칭부(120)를 통합하여 설계하면 시스템에 포함되는 소자의 수를 감소시킬 수 있는 장점이 있다. Since the resonance switching unit 110 and the impedance matching unit 120 of the input unit 100 are simultaneously controlled according to the control signal generated by the adjusting unit 160, the input unit 100 and the impedance matching unit 120 (See FIG. 3). If the input unit 100 and the impedance matching unit 120 are integrally designed, the number of elements included in the system can be reduced.

그리고, 전력 공급부(130)는 정류부(140) 및 변환부(150)로 구성된다. 정류부(140)는 입력부(100)에 수신되는 전력의 교류 신호를 정류하여 직류 신호를 생성한다. 즉, 정류부(140)는 교류 전압을 정류함으로써, DC 전압을 생성한다. 변환부(150)는 정류부(140)에서 생성된 직류 신호의 레벨을 조정하여 일정 레벨의 전력을 전력 수신부(170)에 공급한다. 그리고, 전력수신부(170)는 변환부(140)로부터 출력된 전력을 수신한다.The power supply unit 130 includes a rectification unit 140 and a conversion unit 150. The rectifying unit 140 rectifies the AC signal of the power received by the input unit 100 to generate a DC signal. That is, the rectifying section 140 rectifies the AC voltage to generate a DC voltage. The converting unit 150 adjusts the level of the DC signal generated by the rectifying unit 140 to supply the power receiving unit 170 with a predetermined level of power. The power receiving unit 170 receives the power output from the converting unit 140.

상술한 바와 같이, 공진 스위칭부(110)의 스위치를 조절하여 병렬 캐패시터의 연결 여부를 결정하고, 이에 따라 공진 주파수를 변경시킴으로써, 하나의 디바이스에서 2개의 공진 주파수를 사용할 수 있다. 즉, 단일 코일을 사용하여 무선전력 전송과 무선통신을 모두 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. As described above, it is possible to use two resonance frequencies in one device by determining whether or not the parallel capacitor is connected by adjusting the switches of the resonance switching unit 110 and changing the resonance frequency accordingly. That is, it is possible to achieve both the wireless power transmission and the wireless communication by using the single coil.

도 4는 본 발명에 따른 무선전력 전송 방법을 도시한 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method according to the present invention.

도 4를 참조하면, 송신부에 인가된 전원 소스로부터 받은 전력을 송신이 가능한 신호로 변환한 후 수신기 측의 입력부(100)로 송신한다. 4, the power received from the power source applied to the transmitter is converted into a transmittable signal and then transmitted to the input unit 100 on the receiver side.

다음으로, 안테나 코일부(105) 및 공진 스위칭부(110)를 포함하는 입력부(100)에서 신호를 수신한다(S10). 이때, 무선전력 신호 및 무선통신 신호가 결합된 형태의 신호가 수신된다.Next, a signal is received by the input unit 100 including the antenna coil unit 105 and the resonance switching unit 110 (S10). At this time, a signal in which a wireless power signal and a wireless communication signal are combined is received.

그 다음, 공진 주파수를 변경한다(S20). 초기 상태는 무선통신 신호에 해당하는 공진 주파수로 설정되어 있다. 공진 주파수는 입력부(100)에 포함된 공진 스위칭부(110)의 스위치를 조절하여 결정할 수 있다. 공진 스위칭부(110)는 하나 이상의 병렬 캐패시터와 스위치를 포함(도 1 참조.)하며, 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 조절하여 병렬 캐패시터의 연결 여부를 결정할 수 있다. 공진 스위칭부(110)는 송신부에서의 무선전력 신호와 무선통신 신호의 타임슬롯에 의해 조절된다. 즉, 시분할로 무선통신과 무선전력 전송으로 동작하는 경우 조절부(180)에서 생성되는 제어 신호에 따라 공진 스위칭부(110)의 온/오프 상태를 결정할 수 있다. Then, the resonance frequency is changed (S20). The initial state is set to a resonance frequency corresponding to the wireless communication signal. The resonance frequency can be determined by adjusting the switch of the resonance switching unit 110 included in the input unit 100. [ The resonance switching unit 110 includes one or more parallel capacitors and a switch (see FIG. 1). The resonance switching unit 110 can determine whether or not the parallel capacitor is connected by controlling ON / OFF of the switch. The resonance switching unit 110 is controlled by the time slot of the wireless communication signal and the wireless power signal in the transmitter. That is, in case of operating in time division wireless communication and wireless power transmission, the on / off state of the resonance switching unit 110 can be determined according to the control signal generated in the controller 180.

예컨대, 스위치의 오프(OFF) 상태가 유지되면, 병렬 캐패시터가 개방되어 안테나 코일부(105)의 등가회로가 되며, 무선통신 신호에 해당하는 공진 주파수를 유지한다. 이에 따라, 높은 주파수 대역의 무선통신 신호를 수신할 수 있다. For example, when the OFF state of the switch is maintained, the parallel capacitor is opened to become an equivalent circuit of the antenna coil part 105, and the resonance frequency corresponding to the wireless communication signal is maintained. Thus, a wireless communication signal in a high frequency band can be received.

반대로, 스위치가 온(ON) 상태로 변경되면, 병렬 캐패시터가 연결되어 무선전력전송용 공진기의 등가회로가 되며, 무선전력 전송 신호에 해당하는 공진 주파수로 변경된다. 이에 따라, 낮은 주파수 대역의 무선전력 전송신호를 수신할 수 있다.Conversely, when the switch is changed to the ON state, the parallel capacitor is connected to become an equivalent circuit of the resonator for radio power transmission and is changed to a resonance frequency corresponding to the radio power transmission signal. Accordingly, it is possible to receive a radio power transmission signal in a low frequency band.

다음으로, 변경된 공진 주파수에 대응되도록 임피던스를 매칭한다(S30). 공진 스위칭부(110)의 스위치가 오프(OFF)된 무선통신용 안테나와 공진 스위칭부(110)의 스위치가 온(ON)된 무선전력 전송용 공진기는 입력 임피던스가 상이하기 때문에 조절부(180)를 통해 임피던스를 매칭하는 단계를 진행한다. 여기서, 입력부(100)의 공진 스위칭부(110) 및 임피던스 매칭부(120)는 조절부(180)에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 제어된다. 조절부(180)는 통신부(170)로부터 전달받은 신호 정보에 따라 임피던스 매칭부(120) 및 공진 스위칭부(110)를 제어하는 신호를 생성한다. Next, the impedance is matched to correspond to the changed resonance frequency (S30). The radio communication antenna in which the switch of the resonance switching unit 110 is turned off and the radio power transmission resonator in which the switch of the resonance switching unit 110 is turned on have different input impedances, The impedance matching process is performed. Here, the resonant switching unit 110 and the impedance matching unit 120 of the input unit 100 are controlled in accordance with a control signal generated by the adjusting unit 180. The control unit 180 generates a signal for controlling the impedance matching unit 120 and the resonance switching unit 110 according to the signal information received from the communication unit 170.

그 다음, 정류부(140)는 입력부(100)에 수신되는 무선전력 신호를 정류하여 직류 신호를 생성한다. 즉, 정류부(140)는 교류 전압을 정류함으로써, DC 전압을 생성한다.Next, the rectifying unit 140 rectifies the wireless power signal received by the input unit 100 to generate a DC signal. That is, the rectifying section 140 rectifies the AC voltage to generate a DC voltage.

다음으로, 전력 수신부(190)에서 생성된 DC 전압을 전달받아 전력을 소비한다. 전력 수신부(190)는 텔레비전, 노트북, 배터리 충전기 등이 될 수 있다.Next, the DC voltage generated by the power receiving unit 190 is received and power is consumed. The power receiving unit 190 may be a television, a notebook, a battery charger, or the like.

상술한 바와 같이, 공진 스위칭부(110)의 스위치를 조절하여 병렬 캐패시터의 연결 여부를 결정하고, 이에 따라 공진 주파수를 변경시킴으로써, 하나의 디바이스에서 2개의 공진 주파수를 사용할 수 있다. 즉, 단일 코일을 사용하여 무선전력 전송과 무선통신을 모두 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. As described above, it is possible to use two resonance frequencies in one device by determining whether or not the parallel capacitor is connected by adjusting the switches of the resonance switching unit 110 and changing the resonance frequency accordingly. That is, it is possible to achieve both the wireless power transmission and the wireless communication by using the single coil.

또한, 공진기와 안테나를 공유하면서 다른 주파수 대역을 사용함으로써 무선전력 전송에서는 높은 효율을 얻을 수 있고, 무선통신에서는 넓은 주파수 대역폭을 제공하는 효과를 얻을 수 있다. In addition, by using different frequency bands while sharing resonators and antennas, high efficiency can be obtained in wireless power transmission, and a wide frequency bandwidth can be provided in wireless communication.

100 : 입력부 105 : 안테나 코일부
110 : 공진 스위칭부 120 : 임피던스 매칭부
130 : 전력 공급부 140 : 정류부
150 : 변환부 160 : 전력 제어부
170 : 통신부 180 : 조절부
190 : 전력 수신부100: input unit 105: antenna coil part
110: Resonance switching unit 120: Impedance matching unit
130: electric power supply unit 140:
150: conversion unit 160: power control unit
170: communication unit 180:
190:

Claims (1)

안테나 코일부 및 공진 스위칭부를 포함하며, 공진 주파수의 변경이 가능한 입력부;
상기 변경된 공진 주파수에 대응하도록 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부;
상기 수신된 신호를 전력으로 변환하는 전력 공급부; 및
상기 전력 공급부로부터 출력되는 상기 전력을 수신하는 전력 수신부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 시스템.An antenna coil part and a resonance switching part, the input part being capable of changing the resonance frequency;
An impedance matching unit for matching an impedance corresponding to the changed resonance frequency;
A power supplier for converting the received signal into power; And
A power receiving unit for receiving the power output from the power supply unit,
Wherein the wireless power transmission system comprises:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4142108A4 (en) * 2020-05-19 2023-12-27 Huawei Technologies Co., Ltd. Terminal device and control method therefor

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