KR20150074393A - 무선 전력 전송 장치 및 에너지 충전 장치 - Google Patents

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Abstract

무선 전력 전송 장치가 개시된다. 실시예들에 따른 장치는 인덕터로 유입되는 목표 전류량을 동적으로 설정하고, 목표 전류량에 기초하여 인덕터로 유입되는 실제 전류량을 제어한다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 에너지 충전 장치{WIRELESS POWER TRANSFER DEVICE AND ENERGY CHARGING DEVICE}
아래 실시예들은 무선으로 전력을 전송하는 기술 및 인덕터에 에너지를 충전하는 기술에 관한 것이다.
무선 전력 전송에 대한 연구는 휴대용 단말을 포함한 다양한 전기기기의 폭발적 증가로 인한 유선 전력 공급의 불편 증가 및 기존 배터리(battery) 용량의 한계 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. 이러한 근거리 무선 전력 전송에는 고립 공진 시스템이 이용된다. 공진 특성을 이용하는 고립 공진 시스템은 전력을 공급하는 소스와 전력을 공급받는 타겟을 포함할 수 있다. 최근에는 보다 효율적으로 전력을 전송하기 위한 연구가 계속되고 있다.
일 측에 따른 무선 전력 전송 장치는 타겟 공진기와의 공진을 통하여 전력을 전송하는 소스 공진기; 전원과 상기 소스 공진기 사이를 연결하는 스위치; 상기 소스 공진기로 유입되는 목표 전류량을 동적으로 설정하는 설정부; 및 상기 목표 전류량에 기초하여 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함한다.
이 때, 상기 무선 전력 전송 장치는 상기 소스 공진기로 유입되는 실제 전류량을 센싱하는 센싱부를 더 포함한다. 여기서, 상기 제어부는 상기 실제 전류량과 상기 목표 전류량을 비교함으로써 상기 스위치를 제어할 수 있다.
또한, 상기 설정부는 상기 타겟 공진기로 전송할 데이터에 기초하여 상기 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 설정부는 상기 소스 공진기의 충방전 사이클에 따라 상기 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 설정부는 제1 심볼 구간에서 제1 데이터에 대응하는 목표 전류량을 설정하고, 제2 심볼 구간에서 제2 데이터에 대응하는 목표 전류량을 설정할 수 있다. 여기서, 상기 제1 심볼 구간은 상기 송신 공진기의 제1 충방전 사이클에 대응하고, 상기 제2 심볼 구간은 상기 송신 공진기의 제2 충방전 사이클에 대응할 수 있다.
또한, 상기 설정부는 상기 소스 공진기로 유입되는 실제 전류량에 기초하여 상기 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 설정부는 상기 소스 공진기로 유입되는 실제 전류량에 기초하여 상기 타켓 공진기의 존재여부, 상기 타켓 공진기의 전력 수신상태, 및 상기 소스 공진기의 잔존 에너지량 중 적어도 하나를 분석할 수 있다.
또한, 상기 설정부는 상기 소스 공진기의 공진 파형에 기초하여 상기 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 설정부는 상기 소스 공진기의 공진 파형에 기초하여 상기 타겟 공진기로부터 전송된 피드백을 분석할 수 있다.
또한, 상기 설정부는 상기 타겟 공진기로 전송할 데이터, 상기 소스 공진기로 유입되는 실제 전류량, 및 상기 소스 공진기의 공진 파형 중 적어도 둘에 기초하여 상기 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다.
다른 일 측에 따른 에너지 충전 장치는 에너지를 저장하는 인덕터; 전원과 상기 인덕터 사이를 연결하는 스위치; 상기 인덕터에 저장되는 목표 에너지량을 동적으로 설정하는 설정부; 및 상기 목표 에너지량에 기초하여 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함한다.
이 때, 상기 인덕터로 유입되는 전류량을 센싱하는 센싱부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전류량과 상기 목표 에너지량에 대응하는 목표 전류량을 비교함으로써 상기 스위치를 제어할 수 있다. 또한, 상기 설정부는 상기 인덕터를 통해 전송될 데이터, 상기 인덕터로 유입되는 전류량, 및 상기 인덕터의 양단에 걸리는 전압의 파형 중 적어도 하나에 기초하여 상기 목표 에너지량을 동적으로 설정할 수 있다.
또 다른 일 측에 따른 타겟 공진기와의 공진을 통하여 전력을 전송하는 소스 공진기를 포함하는 무선 전력 전송 장치의 제어 방법은 상기 타겟 공진기로 전송할 데이터, 상기 소스 공진기로 유입되는 실제 전류량, 및 상기 소스 공진기의 공진 파형 중 적어도 하나의 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 적어도 하나의 정보에 기초하여 상기 소스 공진기로 유입되는 목표 전류량을 동적으로 설정하는 단계; 및 상기 소스 공진기의 충방전 사이클에 따라 상기 소스 공진기로 전류를 유입시킬지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
도 1 및 도 2는 실시예들에 따른 무선 전력 전송 시스템의 등가회로를 나타낸 도면.
도 3a 내지 도 3c는 실시예들에 따른 충방전 사이클에 해당하는 심볼 구간 동안 무선 전력 전송 장치 내부의 회로 동작을 설명하기 위한 도면.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 블록도.
도 5a 내지 도 5e는 실시예들에 따른 소스 공진기와 직렬로 연결된 센싱부를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 설명하기 위한 도면.
도 6a 내지 도 9b는 센싱부가 소스 공진기와 직렬로 연결되는 경우 설정부의 입력을 변형하는 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면.
도 10a 내지 도 10e는 실시예들에 따른 소스 공진기와 병렬로 연결된 센싱부를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 설명하기 위한 도면.
도 11a 내지 도 14b는 센싱부가 소스 공진기와 병렬로 연결되는 경우 설정부의 입력을 변형하는 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
무선 전력 전송 시스템은 무선으로 전력을 필요로 하는 다양한 시스템에 응용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템은 모바일 디바이스 또는 무선 TV(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.
무선 전력 전송 시스템은 적은 전력으로 동작하고, 적은 전력의 소모가 요구되는 저전력 센서 등의 디바이스에 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. 무선 전력 전송 시스템은 고립 공진 시스템(Resonator Isolation: RI) 시스템이라고 정의될 수 있다.
도 1 및 도 2는 실시예들에 따른 무선 전력 전송 시스템의 등가회로를 나타낸 도면이다. 도 1은 고립 공진 시스템의 예로서, CC(Capacitive Charging) 방식을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 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 입력부(110), 전력 전송부(120) 및 스위칭부(130)를 포함한다. 전력 입력부(110)는 전원 공급 장치를 이용하여 캐패시터에 에너지를 저장한다. 스위칭부(130)는 캐패시터에 에너지가 저장되는 동안에는 전력 입력부(110)에 캐패시터를 연결하고, 스위칭부(130)는 캐패시터에 저장된 에너지를 방전하는 동안에는 캐패시터를 전력 전송부(120)에 연결한다. 다시 말해, 스위칭부(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. 여기서, 상호 인덕턴스 M은 상호 유도 작용에서 1차측 전류의 시간 변동분과 2차측에 유도되는 전압의 비례 계수로, 단위는 헨리(H)일 수 있다.
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, 스위칭부(130)는 적어도 하나의 스위치로 모델링 될 수 있다. 캐패시터(C1)는 스위칭부(130)의 동작에 따라 전력 입력부(110)에 속하기도 하고, 전력 전송부(120)에 속하기도 한다. 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 스위칭부(160)를 포함한다. 수신부(140)는 전력 전송부(120)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 수신부(140)는 수신한 전자기 에너지를 연결된 캐패시터들에 저장한다. 스위칭부(160)는 수신부(140)에 캐패시터를 연결하여 캐패시터에 에너지를 저장하고, 스위칭부(160)는 캐패시터를 전력 출력부(150)에 연결하여 캐패시터에 저장된 에너지를 부하에 전달할 수 있다. 스위칭부(160)는 캐패시터가 동시에 수신부(140) 및 전력 출력부(150)에 연결되지 않도록 한다. 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, 스위칭부(160)는 적어도 하나의 스위치로 모델링 될 수 있다. 캐패시터(C2)는 스위칭부(160)의 동작에 따라 수신부(140)에 속하기도 하고, 전력 출력부(150)에 속하기도 한다. 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 차이점이 있다. 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 에너지 전송 시스템으로의 확장이 용이하다.
도 2는 고립 공진 시스템의 다른 예로서, 인덕티브 차징(Inductive Charging; IC) 방식을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 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 충전부(210), 스위칭부(220) 및 전송부(230)를 포함한다. 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. 스위칭부(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 인가된다. 소스 공진기가 정상 상태에 도달하게 되면, 캐패시터(C1)에 인가되는 전압은 0이 되고, 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 Vin/ Rin의 값을 갖는다. 정상 상태에서는 인덕터(L1)에 인가되는 전류를 통하여 인덕터(L1)에 전력이 충전된다.
스위칭부(220)는 정상 상태에서 소스 공진기에 충전된 전력이 미리 정해진 값에 도달하면, 스위치를 오프(OFF)할 수 있다. 미리 정해진 값에 대한 정보는 스위칭부(220)에 미리 설정될 수 있다. 일 예로, 전송부(230)에 유입되는 전류가 미리 정해진 목표 전류와 같아지는 경우, 스위칭부(220)는 스위치를 오프할 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. 또한, 상호 인덕턴스 M(270)의 영향을 받는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진을 통하여, 소스 공진기에 저장된 에너지는 타겟 공진기로 전달될 수 있다. 여기서, 상호 인덕턴스 M(270)은 상호 유도 작용에서 1차측 전류의 시간 변동분과 2차측에 유도되는 전압의 비례 계수로, 단위는 헨리(H)일 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 수학식 1을 통해서 계산될 수 있다.
Figure pat00001
무선 전력 수신 장치는 충전부(240), 스위칭부(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. 스위칭부(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. 스위칭부(250)는 타겟 공진기에 충전된 전력이 미리 정해진 값에 도달하면, 스위치를 온(ON)할 수 있다. 미리 정해진 값에 대한 정보는 스위칭부(250)에 미리 설정될 수 있다. 스위치가 온 되면, 캐패시터(CL)이 연결되어, 타겟 공진기의 공진 주파수가 수학식 2와 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.
스위칭부(250)는 타겟 공진기에 충전된 전력이 미리 정해진 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 감소가 예방될 수 있다.
도 1의 CC 방식에 비해, 도 2의 IC 방식은 타겟 공진기에 저장된 에너지의 채득(capture) 시점을 제어하는 것이 좀 더 용이하다. 도 1의 CC 방식에서는 무선 전력 수신 장치가 캐패시터에 충전된 에너지를 채득(capture) 할 수 있지만, 도 2의 IC 방식은 타겟 공진기의 인덕터 및 캐패시터에 저장된 에너지를 채득하므로, 에너지의 채득 시점에 대한 자유도가 향상된다.
고립 공진 시스템의 송신단은 전력을 전송하거나 데이터를 전송하기 위해, 스위치의 연결을 통해 소스 공진기에 에너지의 충전과 방전을 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 제어한다.
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.
고립 공진 시스템은 정보를 전달하기 위하여, 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진 현상을 이용한다. 보다 구체적으로, 송신단은 미리 정해진 시간 구간 동안 전원으로부터 소스 공진기로 에너지를 주입하거나/주입하지 않는 동작을 통해 해당 시간 구간 동안 상호 공진을 일으키거나/일으키지 아니하는 상태(state)를 스위칭할 수 있다. 보다 구체적으로는, 소스 공진기와 전원의 연결을 스위칭하여, 상호 공진 현상을 스위칭할 수 있다. 상호 공진이 일어나는 상태 및 상호 공진이 일어나지 않는 상태 각각에 정보를 할당(assign)할 수 있다. 예를 들면, 송신단은 상호 공진이 일어나는 상태에 비트 1을, 상호 공진이 일어나지 않는 상태에 비트 0을 할당할 수 있다. 여기서 상기 미리 정해진 시간 구간은 예를 들면, 하나의 심볼로 정의될 수 있다.
수신단은 상기 시간 구간 동안, 타겟 공진기의 공진주파수를 소스 공진기의 공진주파수와 맞추거나(tune)/맞추지 아니하는(de-tune) 동작으로 상호 공진이 일어나는/일어나지 않는 상태를 스위칭할 수 있다. 이때, 수신단은 각각의 현상에 정보를 할당(assign)할 수 있다. 예를 들면, 수신단은 상호 공진이 일어나는 상태에 비트 1을, 상호 공진이 일어나지 않는 상태에 비트 0을 할당할 수 있다.
심볼 단위로 정보를 전달하는 방법에 있어서, 심볼의 동기를 맞추는 작업이 선행되어야 한다. 심볼의 동기를 맞추기 위해 수신단 또는 송신단에서 동기 정합 작업을 수행할 수 있다. 동기 정합 작업이 이루어지면, 사전에 정해진 프로토콜에 의해 송신단과 수신단 간에 양방향 데이터 전송이 이루어질 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 실시예들에 따른 충방전 사이클에 해당하는 심볼 구간 동안 무선 전력 전송 장치 내부의 회로 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 3a는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치에서의 스위치의 동작에 따른 충전 효율을 설명한다. 여기서, 도 3a는 인덕티브 차징(IC) 방식에 따른 고립 공진 시스템을 고려한다.
도 3a를 참조하면, 식별부호(310)는 무선 전력 전송 장치에서의 스위치의 온/오프 동작에 따른 에너지 충전 구간을 나타낸다. 무선 전력 전송 장치는 충전(charging)과 방전(discharging) 과정의 반복을 통해 무선 전력 수신 장치로 에너지를 전송한다. 한 번의 에너지의 충전과 방전 과정은 하나의 심볼로 정의될 수 있다. 무선 전력 전송 장치의 스위치가 온 상태일 때, 소스 공진기는 에너지를 충전할 수 있고, 무선 전력 전송 장치의 스위치가 오프 상태일 때, 소스 공진기의 에너지는 방전될 수 있다.
식별부호(320)는 식별부호(310)의 에너지 충전 구간 내에서의 시간에 따른 전류 및 전압의 양을 나타낸다. 충전이 시작되면, 무선 전력 전송 장치의 소스 공진기에서 전압은 급격히 감소하고, 소스 공진기가 정상 상태(steady state)에 도달하게 되면, 소스 공진기의 캐패시터에 인가되는 전압은 0이 된다. 충전이 시작되면, 무선 전력 전송 장치의 소스 공진기에서 전류는 급격히 증가하고, 소스 공진기가 정상 상태에 도달하게 되면, 소스 공진기의 인덕터에 흐르는 전류는 일정한 값(예를 들어, IL = Vin/Rin)에 도달하게 된다. 정상 상태에서는 인덕터에 인가되는 전류를 통하여 LIL 2/2 의 에너지가 충전될 수 있다. 여기서, L은 소스 공진기 인덕터의 인덕턴스 값이다.
식별부호(330)는 에너지 충전 구간 내에서의 에너지 충전 효율을 나타낸다. 여기서, 에너지 충전 효율은 (충전되는 에너지의 양) / (공급되는 총 에너지의 양)으로 정의될 수 있다. 인덕터에 충전되는 에너지의 양은 LIL 2/2 이며, 입력 전압(Vin)이 일정한 경우 IL은 입력 저항(Rin)의 함수이므로, 충전되는 에너지의 양은 입력 저항(Rin)의 함수이다. 또한, 공급되는 총 에너지의 양은 충전되는 에너지의 양과 손실되는 에너지의 양의 합으로 계산될 수 있다. 에너지는 주로 입력 저항(Rin)에서 열 에너지의 형태로 손실되며, 이로 인하여 손실되는 에너지 또한 입력 저항(Rin)의 함수이다. 다시 말해, 에너지 충전 구간 내에서 에너지 충전 효율은 입력 저항(Rin)의 함수이다.
식별부호(330)을 참조하면, 에너지 충전이 시작되면 인덕터에 흐르는 전류가 증가함에 따라 충전되는 에너지가 증가하고, 에너지 충전 효율이 상승한다. 소스 공진기가 정상 상태에 도달하게 되면, 인덕터에 흐르는 전류가 더 이상 증가하지 않으므로 소스 공진기에 충전되는 에너지량은 더 이상 증가하지 않는다. 다만, 공진기가 정상 상태에 도달하더라도, 입력 저항(Rin)에는 전류가 계속 흐르므로 전력 손실은 계속해서 발생될 수 있다. 이로 인하여, 시간의 흐름에 따라 에너지 충전 효율은 최고점에 도달한 후, 점점 감소한다.
식별부호(310) 내지 (330)을 고려하면, 입력 저항(Rin)을 감소시키거나, 에너지 충전 구간의 시간을 단축시키거나, 무선 전력 전송 장치의 스위치를 정밀하게 제어할 수 있을 때, 에너지 충전 효율은 향상될 수 있다.
도 3b 및 도 3c는 에너지 수신단의 유무에 따른 충전 전류량 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 3b를 참조하면, 스위치 신호(340)가 온(ON) 되면, 전류량(350)이 급격히 증가하다가 Vin/Rin으로 수렴한다. 스위치 신호(340)가 온(ON)인 구간에서, 전류량(350)은 도 2의 스위칭부(220)가 온(ON)인 경우 전송부(230)에 포함된 인덕터(L1)에 흐르는 전류의 양일 수 있다. 스위치 신호(340)가 오프(OFF) 되면, 전류량(350)은 공진 주파수 및 위아래 진폭을 가지고 공진을 시작한다. 이 때, 전류량의 포락선(envelop)(355)은 Vin/Rin에서 0으로 서서히 감소한다. 스위치 신호(340)가 오프(OFF)인 구간에서, 전류량(350)은 도 2의 스위칭부(220)가 오프(OFF)인 경우 전송부(230)에 포함된 인덕터(L1)에 흐르는 전류의 양일 수 있다.
도 3c를 참조하면, 소스 공진기와 커플링된 타켓 공진기가 존재하는 경우 전송단에 주입되는 에너지의 형태가 달라질 수 있다. 예를 들어, 스위치 온(ON) 구간에서, 전류량(360)이 Vin/Rin로 수렴하는 속도는 전류량(350)이 Vin/Rin로 수렴하는 속도보다 느릴 수 있다. 타켓 공진기와 커플링 되는 경우, 소스 공진기의 충전 속도가 느려질 수 있기 때문이다. 이 경우, 전류량(360)은 동일한 스위치 온(ON) 기간 동안 Vin/Rin보다 작은 값(361)에 도달할 수 있다. 이로 인하여, 소스 공진기에 의도한 만큼의 에너지가 충전되지 못할 수 있다. 스위치 신호(340)가 오프(OFF) 되면, 전류량(360)은 공진 주파수 및 위아래 진폭을 가지고 공진을 시작한다. 이 때, 전류량의 포락선(365)은 Vin/Rin보다 작은 값(361)에서 0으로 서서히 감소한다.
실시예들에 따른 장치는 입력 저항(Rin)과 같은 수동 소자가 아닌 능동 소자를 이용하여 소스 공진기에 유입되는 전류량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 실시예들에 따른 장치는 정교하게 제어되는 스위치를 이용하여 소스 공진기에 유입되는 전류량을 제어할 수 있다. 실시예들에 따른 장치는 입력 저항(Rin)에 의한 에너지 손실을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 나아가, 실시예들에 따른 장치는 다양한 정보에 기초하여 소스 공진기에 유입되기를 원하는 목표 전류량을 동적으로(dynamically) 설정함으로써, 소스 공진기에 충전되는 에너지량을 동적으로 제어할 수 있다. 실시예들에 따른 장치는 소스 공진기에 충전되는 에너지량을 동적으로 제어함으로써, 타켓 공진기로 전력뿐 아니라 데이터도 전송할 수 있다. 또한, 실시예들에 따른 장치는 소스 공진기로 실제 유입되는 전류량을 피드백 받아 더욱 정교하게 스위치를 제어할 수 있다. 또한, 실시예들에 따른 장치는 타켓 공진기로부터 피드백 되는 정보를 수신하고, 피드백 된 정보를 이용하여 소스 공진기를 동적으로 제어할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(400)를 나타낸 블록도이다. 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(400)는 소스 공진기(430), 스위치(420), 제어부(440), 및 설정부(450)를 포함한다. 소스 공진기(430)는 타켓 공진기와의 상호 공진을 통하여 전력을 전송한다. 스위치는 전원(410)과 소스 공진기(430) 사이를 연결할 수 있다. 전원(410)은 소스 공진기(430)로 전력을 공급할 수 있다. 전원(410)은 직류 전압원 또는 직류 전류원 중 어느 하나일 수 있다. 전원(410)은 스위치(420)를 통하여 소스 공진기(430)와 연결되는 경우에 전력을 공급할 수 있다. 스위치(420)는 전원(410)와 소스 공진기(430)를 연결할 수 있다. 스위치(420)는 제어부(440)의 제어에 따라 온(ON) 또는 오프(OFF) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 전원(410)과 소스 공진기(430)는 연결되고, 오프 상태에서, 전원(410)과 소스 공진기(430)의 연결은 끊어진다.
설정부(450)는 소스 공진기로 유입되는 목표 전류량을 동적으로 설정하며, 제어부(440)는 설정부(450)에 의해 설정된 목표 전류량에 기초하여 스위치(420)를 제어한다. 예를 들어, 제어부(440)는 설정부(450)에 의해 설정된 목표 전류량이 소스 공진기(430)로 유입되도록 스위치(420)를 제어할 수 있다. 설정부(450)는 다양한 정보에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 설정부(450)는 타겟 공진기로 전송할 데이터에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 또는, 설정부(450)는 소스 공진기로 실제 유입되는 전류량에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 또는, 설정부(450)는 소스 공진기의 공진 파형에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 또는, 설정부(450)는 둘 이상의 정보를 조합하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 제어부(440)와 설정부(450)의 동작에 대한 보다 상세한 설명은 도 5a 내지 도 14b를 참조하여 후술한다.
도 5a 내지 도 5e는 실시예들에 따른 소스 공진기와 직렬로 연결된 센싱부를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 5a를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 센싱부(510)를 더 포함할 수 있다. 센싱부(510)는 전원(410)과 소스 공진기(430) 사이에 직렬로 배치될 수 있다. 센싱부(510)는 소스 공진기(430)로 유입되는 실제 전류량을 센싱할 수 있다. 또한, 센싱부(510)는 스위치(420)와 소스 공진기(430) 사이에 직렬로 배치될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 센싱부(510)가 스위치(420) 전단에 위치하는 경우를 예로 들어 설명하나, 실시예들은 센싱부(510)는 스위치(420) 뒷단에 위치하는 경우에도 그대로 적용될 수 있다. 제어부(440)는 소스 공진기(430)로 유입되는 전류량에 따라 스위치(420)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(510)에 의해 센싱된 실제 전류량과 설정부(450)에 의해 설정된 목표 전류량을 비교함으로써 스위치(420)를 제어할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 일 실시예에 따른 소스 공진기(430)는 IC 방식으로, 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)로 구성될 수 있다. 스위치(420)는 트랜지스터(SW1)로 구성될 수 있다. 도 5e를 참조하여 후술하겠지만, 스위치(420)는 트랜지스터와 다이오드의 조합으로 구성될 수 있다. 스위치(420)가 오프(OFF)되면, 스위치(420)는 정방향의 전류 또는 전압뿐 아니라 역방향의 전류 또는 전압도 차단할 수 있다. 센싱부(510)는 센싱 저항(Rin)으로 구성될 수 있다. 센싱부(510)는 센싱 저항 양단에 발생하는 전위치를 통하여 센싱 저항을 통해 흐르는 전류량을 센싱할 수 있다. 여기서, 전력 손실을 방지하기 위하여 센싱 저항(Rin)의 저항 값은 매우 작게 설정될 수 있다. 센싱 저항을 작게 설정하는 경우, 센싱 저항에서 소비되는 전력은 감소될 수 있고, 에너지 충전 효율은 향상될 수 있다.
센싱 저항이 임계값보다 작아지는 경우, 소스 공진기(430)에 유입될 수 있는 임계 전류량보다 많은 전류가 소스 공진기(430)에 인가될 수 있다. 이에 따라, 소스 공진기(430)는 정상적인 동작을 수행하지 못할 수 있다. 센싱부(510)는 소스 공진기(430)에 유입되는 실제 전류량을 센싱할 수 있고, 제어부(440)는 설정부(450)에 의해 설정된 목표 전류량을 기준으로 스위치(420)를 오프 시킬 수 있다. 실시예들에 따르면 목표 전류량보다 작거나 같은 전류만이 소스 공진기(430)에 유입되므로, 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기(430)를 정상적으로 동작시키면서, 에너지 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
제어부(440)는 스위치(420)에 오프 신호를 전송함으로써, 스위치(420)를 오프 시킬 수 있다. 제어부(440)는 센싱된 실제 전류량이 설정된 목표 전류량보다 크거나 같을 경우, 스위치(420)에 오프 신호를 전송함으로써 스위치(420)를 오프 시킬 수 있다. 예를 들어, 스위치(420)의 트랜지스터(SW1)가 피모스인 경우, 피모스의 소스에 인가되는 전압과 피모스의 게이트에 인가되는 전압 사이의 전압 차이가 피모스의 문턱 전압의 크기보다 작을 때 스위치(420)가 오프 된다. 센싱부(510)에서 센싱된 실제 전류량이 설정된 목표 전류량보다 같거나 클 때, 제어부(440)는 (피모스의 소스에 인가되는 전압 - 피모스의 문턱 전압)보다 큰 전압의 제어 신호를 피모스의 게이트에 인가할 수 있다. 이에 따라, 스위치(420)는 전원(410)과 소스 공진기(430)의 연결을 오프 시킬 수 있다.
제어부(440)는 제어 신호를 생성하고, 제어 신호의 진폭 및 주기를 제어할 수 있다. 제어부(440)는 트랜지스터(SW1)의 온 또는 오프 동작에 필요한 크기로 제어 신호의 진폭 및 주기를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(440)는 클락 신호에 반응하여 제어 신호를 제1 상태로 전환하고, 센싱된 실제 전류량과 설정된 목표 전류량과의 비교를 통하여 제어 신호를 제2 상태로 전환할 수 있다. 클락 신호는 도 3a를 통하여 기술한 심볼 구간의 주기(예를 들어, 1 마이크로 초)를 가질 수 있다. 제어부(440)는 클락 신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지에 반응하여 제어 신호를 제1 상태로 전환할 수 있다. 제1 상태의 제어 신호는 트랜지스터(SW1)를 온 시킬 수 있다. 제어부(440)는 센싱된 실제 전류량이 설정된 목표 전류량보다 커지는 경우 제어 신호를 제2 상태로 전환할 수 있다. 제2 상태의 제어 신호는 트랜지스터(SW1)를 오프 시킬 수 있다. 제어부(440)는 클락 신호의 다음 라이징 에지 또는 다음 폴링 에지에 반응하여 제어 신호를 다시 제1 상태로 전환할 수 있다. 제어부(440)는 전술한 과정들을 반복할 수 있다.
도 5c는 일 실시예에 따른 제어부(440) 및 설정부(450)를 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 5c를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(440)는 센싱부(510) 및 스위치(420)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어부(440)는 센싱부(510)에 포함된 센싱 저항의 양단과 연결되고, 센싱 저항의 양단에 걸리는 전압(이하, "센싱 전압"이라고 한다)을 설정부(450)에 의해 설정되는 전압(이하, "설정 전압"이라고 한다)과 비교하는 비교기(441)를 포함할 수 있다. 여기서, 설정부(450)에 의해 설정되는 전압은 목표 전류량에 대응될 수 있다.
제어부(440)는 비교기(441)의 출력 신호에 기초하여 스위치(420)의 게이트에 인가되는 전압을 출력하는 게이트 드라이버(442)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치(420)의 트랜지스터(SW1)가 피모스인 경우, 비교기(441)의 비교 결과 센싱 전압이 설정 전압보다 크거나 같을 때, 게이트 드라이버(442)는 (피모스의 소스에 인가되는 전압 - 피모스의 문턱 전압)보다 큰 전압의 제어 신호를 피모스의 게이트에 인가할 수 있다. 이에 따라, 스위치(420)는 전원(410)과 소스 공진기(430)의 연결을 오프 시킬 수 있다. 또는, 제어부(440)는 클락 신호에 동기화되어 스위치(420)의 게이트에 인가되는 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 동기화된 클락 신호의 주기마다 제어부(440)는 (피모스의 소스에 인가되는 전압 - 피모스의 문턱 전압)보다 작거나 같은 전압의 제어 신호를 피모스의 게이트에 인가할 수 있다. 이에 따라, 스위치(420)는 전원(410)과 소스 공진기(430)의 연결을 온 시킬 수 있다.
설정부(450)는 컨트롤러(451)와 DAC(Digital-to-Analog Converter) (452)로 구성될 수 있다. 컨트롤러(451)는 다양한 정보에 기초하여 소스 공진기(430)에 유입되는 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 제어부(440)는 컨트롤러(451)에 의해 설정된 목표 전류량에 기초하여 스위치(420)를 제어한다. 컨트롤러(451)는 다양한 정보에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(451)는 타겟 공진기로 전송할 데이터, 소스 공진기로 실제 유입되는 전류량, 또는 소스 공진기의 공진 파형에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 컨트롤러(451)는 소프트웨어를 실행시키는 프로세서 또는 하드웨어적으로 특정 기능에 특화된 HWA(Hardware Accelerator) 등으로 구현될 수 있다. 컨트롤러(451)의 동작과 관련된 보다 상세한 설명은 도 6a 내지 도 9b를 참조하여 후술한다. DAC(452)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 장치로, 예를 들어 컨트롤러(451)로부터 출력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 변환된 아날로그 신호는 제어부(440)의 비교기(441)로 입력될 수 있다.
도 5d는 다른 실시예에 따른 제어부(440)와 설정부(450)를 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 5d를 참조하면, 제어부(440)는 논리 게이트(443)를 더 포함할 수 있다. 논리 게이트(443)의 제1 입력에는 비교기(441)의 출력 신호가 인가된다. 논리 게이트(443)의 제2 입력에는 설정부(450)의 컨트롤러(451)의 출력 신호가 인가된다. 컨트롤러(451)는 논리 게이트(443)의 제2 입력으로 인가되는 출력 신호를 이용하여 스위치(420)의 온 구간(ON duration) 및 오프 구간(OFF duration)을 설정할 수 있다. 예를 들어, 논리 게이트(443)는 AND 게이트일 수 있다. 컨트롤러(451)는 AND 게이트의 제2 입력으로 논리적으로 '1'의 값을 지시하는 출력 신호를 인가함으로써, 스위치(420)를 온 구간에서 동작시킬 수 있다. 온 구간에서, 게이트 드라이버(442)는 비교기(441)의 출력 신호에 따라 스위치(420)를 온 또는 오프 시킬 수 있다. 또한, 컨트롤러(451)는 AND 게이트의 제2 입력으로 논리적으로 '0'의 값을 지시하는 출력 신호를 인가함으로써, 스위치(420)를 오프 구간에서 동작시킬 수 있다. 오프 구간에서, 게이트 드라이버(442)는 비교기(441)의 출력 신호에 관계 없이 스위치(420)를 오프 시킬 수 있다.
도 5e는 일 실시예에 따른 스위치(420)를 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 5e를 참조하면, 일 실시예에 따른 스위치(420)는 전원(410)와 소스 공진기(430) 사이에 위치하는 트랜지스터(421) 및 트랜지스터와 직렬로 연결된 다이오드(422)를 포함할 수 있다. 다이오드(422)는 트랜지스터(421)의 전단 또는 후단 어디에나 위치할 수 있다. 트랜지스터(421)는 시모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor: CMOS), 엔모스(N-channel Metal Oxide Semiconductor: NMOS) 및 피모스(P-channel Metal Oxide Semiconductor: PMOS) 중 어느 하나일 수 있다. 스위치(420)가 오프(OFF)되면, 공진기는 양의 진폭 및 음의 진폭을 가지고 공진한다. 이 때, 다이오드(422)는 음의 진폭에 해당하는 전류가 스위치(420) 반대편으로 역류하거나, 음의 진폭에 해당하는 전압이 스위치(420) 반대편으로 인가되는 것을 방지할 수 있다.
트랜지스터(421)는 제어부(440)에서 송신하는 제어 신호에 따라 전원(410)과 소스 공진기(430)의 연결을 온 또는 오프할 수 있다. 트랜지스터의 종류에 따라, 제어 신호의 값이 기준 값보다 작은 경우에 온 동작을 수행하는 경우가 있고, 제어 신호의 값이 기준 값보다 크거나 같은 경우에 온 동작을 수행하는 경우가 있다. 또한, 트랜지스터의 종류에 따라, 제어 신호의 값이 기준 값보다 크거나 같은 경우에 오프 동작을 수행하는 경우가 있고, 제어 신호의 값이 기준 값보다 작은 경우에 오프 동작을 수행하는 경우가 있다. 다이오드(422)는 트랜지스터(421)와 직렬로 연결된다. 트랜지스터(421) 및 다이오드(422)는 온 상태에서 전원(410)의 직류 신호를 통과시키고, 오프 상태에서 소스 공진기(430)로부터 교류 신호의 유입을 차단할 수 있다.
도 6a 내지 도 9b는 센싱부가 소스 공진기와 직렬로 연결되는 경우 설정부의 입력을 변형하는 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다. 도 6a를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 데이터 생성부(610)를 더 포함한다. 데이터 생성부(610)는 타겟 공진기로 전송할 데이터를 출력할 수 있다. 설정부(450)는 데이터 생성부(610)의 출력 신호에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치는 온-오프 키(ON-OFF key) 방식으로 데이터를 전송할 수 있다. 설정부(450)는 데이터 생성부(610)의 출력 신호가 논리적으로 '0'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 0으로 설정할 수 있다. 또한, 설정부(450)는 데이터 생성부(610)의 출력 신호가 논리적으로 '1'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 0보다 큰 값으로 설정할 수 있다. 수신단은 수신되는 에너지의 유무에 따라 수신되는 데이터를 디코딩할 수 있다.
또는, 무선 전력 전송 장치는 두 비트 이상의 데이터를 전송할 수 있다. 설정부(450)는 미리 정해진 복수의 목표 전류량 후보들 중 데이터에 대응하는 목표 전류량 후보를 선택할 수 있다. 예를 들어, 설정부(450)는 데이터 생성부(610)의 출력 신호가 '00'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 '00'에 대응하는 제1 목표 전류량 후보를 선택할 수 있다. 설정부는 데이터 생성부(610)의 출력 신호가 '01'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 '01'에 대응하는 제2 목표 전류량 후보를 선택할 수 있다. 설정부는 데이터 생성부(610)의 출력 신호가 '10'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 '10'에 대응하는 제3 목표 전류량 후보를 선택할 수 있다. 설정부는 데이터 생성부(610)의 출력 신호가 '11'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 '11'에 대응하는 제4 목표 전류량 후보를 선택할 수 있다.
설정부(450)는 소스 공진기(430)의 충방전 사이클에 따라 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 도 3a의 식별부호(310)을 참조하면, 한번의 충전 구간과 한번의 방전 구간을 포함하도록 심볼 구간이 정의될 수 있다. 설정부(450)는 심볼 구간을 이용하여 연속적인(sequential) 데이터를 전송할 수 있다. 예를 들어, 설정부(450)는 제1 심볼 구간에서 제1 데이터에 대응하는 목표 전류량을 설정하고, 제2 심볼 구간에서 제2 데이터에 대응하는 목표 전류량을 설정할 수 있다. 수신단은 제1 심볼 구간에서 제1 데이터를 디코딩하고, 제2 심볼 구간에서 제2 데이터를 디코딩할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 일 실시예에 따른 데이터 생성부(610)는 설정부(450)의 컨트롤러(451)에 연결될 수 있다. 데이터 생성부(610)는 타겟 공진기로 전송될 데이터를 포함하는 메모리일 수 있다. 컨트롤러(451)는 데이터 생성부(610)로부터 데이터를 획득하여, 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다.
도 7a를 참조하면, 일 실시예에 따른 설정부(450)는 센싱부(510)와 연결될 수 있다. 설정부(450)는 소스 공진기(430)로 유입되는 실제 전류량에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 도 3c를 참조하면, 소스 공진기와 커플링된 타겟 공진기에 의하여 소스 공진기의 에너지 파형이 달라질 수 있다. 또는, 심볼 단위로 주기적인 에너지 주입 시, 소스 공진기에 남아 있는 잔존 에너지량에 따라 에너지가 주입되는 패턴이 달라질 수 있다. 설정부(450)는 센싱부(510)의 출력 신호를 이용하여 소스 공진기(430)에 실제 유입되는 전류의 양을 모니터링할 수 있다. 설정부(450)는 실제 전류량을 이용하여 목표 전류량을 설정하거나, 기 설정된 목표 전류량을 수정할 수 있다. 예를 들어, 설정부(450)는 소스 공진기와 커플링된 타겟 공진기가 존재하는지 여부를 분석할 수 있다. 설정부(450)는 소스 공진기와 커플링된 타겟 공진기가 소스 공진기와 근거리에 존재하는 경우의 유입 전류량 및 그렇지 않은 경우의 유입 전류량에 대한 정보를 이용할 수 있다. 또는, 설정부(450)는 타겟 공진기의 전력 수신상태, 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 커플링 상태 등을 분석할 수 있다. 설정부는 타겟 공진기의 전력 수신상태나 커플링 상태에 따라 변하는 유입 전류량에 대한 정보를 이용할 수 있다. 또는, 설정부(450)는 소스 공진기의 잔존 에너지량을 분석할 수 있다. 설정부(450)는 소스 공진기의 잔존 에너지량에 영향을 받는 유입 전류량에 대한 정보를 이용할 수 있다. 설정부(450)는 분석된 정보를 이용하여 목표 전류량을 설정하거나, 기 설정된 목표 전류량을 수정할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 일 실시예에 따른 설정부(450)의 컨트롤러(451)는 센싱부(510)의 센스 저항 양단의 전압을 입력 받을 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나, 컨트롤러(451)는 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 통하여 센스 저항 양단의 전압을 입력 받을 수 있다. 컨트롤러(451)는 센스 저항 양단의 전압 차이로부터 소스 공진기(430)로 유입되는 실제 전류량을 분석하고, 분석된 정보를 이용하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다.
도 8a를 참조하면 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 제2 센싱부(810)를 더 포함할 수 있다. 제2 센싱부(810)는 소스 공진기(430)의 공진 파형을 센싱한다. 예를 들어, 제2 센싱부(810)는 시간의 흐름에 따라 변동하는 소스 공진기(430)의 전압(Vtx)을 센싱할 수 있다. 설정부(450)는 제2 센싱부(810)에 의해 센싱되는 소스 공진기(430)의 공진 파형에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다.
설정부(450)는 소스 공진기(430)의 공진 파형에 기초하여 타겟 공진기로부터 전송된 피드백을 분석할 수 있다. 보다 구체적으로, 소스 공진기(430)의 공진 파형은 타겟 공진기로부터 전송된 피드백 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치의 수신단의 응용(application)에 따라, 수신단에서 요구하는 에너지량이 달라질 수 있다. 수신단은 전송 에너지의 양을 증가 또는 감소시킬 것을 요청할 수 있다. 또는, 소스 공진기(430)와 타겟 공진기 사이의 거리에 따라 수신 에너지가 변할 수 있으므로, 수신단은 수신되는 에너지에 대한 정보를 포함하는 피드백을 전송할 수 있다. 설정부(450)는 피드백 정보를 바탕으로 목표 전류량을 동적으로 설정함으로써, 전송 에너지량을 동적으로 제어할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 일 실시예에 따른 제2 센싱부(810)는 데이터 디모듈레이터(812)와 ADC(811)로 구성될 수 있다. ADC(811)는 아날로그 신호인 소스 공진기(430)의 전압을 디지털 신호로 변환하고, 데이터 디모듈레이터(812)는 디지털 신호를 이용하여 데이터를 복조할 수 있다. 경우에 따라, 데이터 디모듈레이터(812)는 설정부(450)의 컨트롤러(451)에 포함되도록 구현될 수 있다. 데이터 디모듈레이터(812)는 복조된 데이터를 컨트롤러(451)로 전달하며, 컨트롤러(451)는 복조된 데이터에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다.
도 9a를 참조하면, 일 실시예에 따른 설정부(450)는 데이터 생성부(610), 센싱부(510), 및 제2 센싱부(810)와 연결될 수 있다. 설정부(450)는 다양한 조합의 입력 정보를 이용하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 설정부(450)는 센싱부(510)의 센싱 정보를 이용하여 수신단이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 수신단이 존재하지 않는 경우, 설정부(450)는 소모 전력을 감소시키기 위하여 휴지 모드(idle mode)로 동작할 수 있다. 휴지 모드에서 설정부(450)는 에너지를 충전시키지 않을 수 있다. 설정부(450)는 휴지 모드에서 미리 정해진 시간이 경과한 이후 동작 모드로 전환할지 여부를 결정할 수 있다. 일 예로, 설정부(450)는 미리 정해진 시간이 경과한 이후 에너지를 충전시키고, 센싱부(510)의 센싱 정보를 이용하여 커플링된 수신단이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 수신단이 존재한다고 판단되면, 설정부(450)는 데이터 생성부(610)의 데이터를 이용하여 목표 전류량을 설정할 수 있다. 또한, 설정부(450)는 제2 센싱부(810)를 통해 수신단으로부터 피드백된 신호를 수신할 수 있다. 일 예로, 수신단은 타겟 공진기를 이용하여 성공적인 데이터의 수신을 알리는 피드백 신호를 전송할 수 있다. 설정부(450)는 피드백 신호를 수신한 뒤, 다음 데이터가 전송되도록 목표 전류량을 설정할 수 있다. 전술한 동작은 예시적인 사항에 불과할 뿐, 설정부(450)의 동작은 다양하게 확장 또는 변형될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 설정부(450)의 컨트롤러(451)는 데이터 생성부(610), 센싱부(510), 및 제2 센싱부(810)로부터 다양한 입력 정보를 수신할 수 있다. 도 9b에 도시된 모듈들 각각에는 도 1 내지 도 9a를 통하여 전술한 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 10a 내지 도 10e는 실시예들에 따른 소스 공진기와 병렬로 연결된 센싱부를 포함하는 무선 전력 전송 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 10a를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 센싱부(1010)를 더 포함할 수 있다. 센싱부(1010)는 전원(410)과 소스 공진기(430) 사이에 병렬로 배치될 수 있다. 센싱부(1010)는 소스 공진기(430)로 유입되는 실제 전류량을 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(1010)는 스위치(420)를 통해 흐르는 전류가 미러링(mirroring)된 전류를 감지할 수 있다. 미러링된 전류의 양은 실제 전류의 양에 비하여 1/N(예를 들어, N=400)일 수 있다. 센싱부(1010)는 도 5a의 센싱부(510)에 비하여 더 적은 전력을 소모하면서 실제 전류량을 센싱할 수 있다. 제어부(440)는 소스 공진기(430)로 유입되는 전류량에 따라 스위치(420)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(1010)에 의해 센싱된 실제 전류량과 설정부(450)에 의해 설정된 목표 전류량을 비교함으로써 스위치(420)를 제어할 수 있다.
도 10b를 참조하면, 일 실시예에 따른 센싱부(510)는 센싱 트랜지스터(1011)와 센싱 저항(1012)으로 구성될 수 있다. 센싱 트랜지스터(1011)는 스위치(420)의 트랜지스터(SW1)보다 사이즈가 작을 수 있다. 센싱 트랜지스터(1011)의 게이트와 트랜지스터(SW1)의 게이트에는 동일한 게이트 신호가 인가될 수 있다. 또한, 센싱 트랜지스터(1011)의 소스와 트랜지스터(SW1)의 소스에는 동일한 입력 전압이 인가될 수 있다. 센싱 트랜지스터(1011)를 흐르는 전류는 트랜지스터(SW1)를 흐르는 전류의 미러링된 전류로서, 센싱 트랜지스터(1011)를 흐르는 전류량은 트랜지스터(SW1)를 흐르는 전류량의 1/N배일 수 있다. 센싱부(1010)는 센싱 트랜지스터(1011)를 통해 흐르는 전류량을 센싱 저항(1012)의 양단에 걸리는 전압 차이로 출력할 수 있다. 센싱 저항(1012)의 일단은 그라운드(GND)에 연결될 수 있고, 이 경우 센싱부(1010)는 센싱 저항(1012)의 나머지 일단의 전압을 출력할 수 있다.
제어부(440)는 센싱부(1010)의 출력 신호에 기초하여 실제 전류량을 획득할 수 있고, 설정부(450)에 의해 설정된 목표 전류량과 실제 전류량을 비교함으로써 스위치(420)를 제어할 수 있다.
도 10c를 참조하면, 일 실시예에 따른 센싱부(1010)는 전압 보정부(1013)를 더 포함할 수 있다. 전압 보정부(1013)는 차동 증폭기 및 트랜지스터로 구성될 수 있다. 전압 보정부(1013)는 차동 증폭기의 - 입력단에 걸리는 전압(이하, "제1 입력 전압"이라고 한다)과 + 입력단에 걸리는 전압(이하, "제2 입력 전압"이라고 한다)을 실질적으로 동일하게 만들 수 있다. 예를 들어, 전압 보정부(1013)는 제1 입력 전압을 기준으로 제2 입력 전압이 더 낮은 경우 제2 입력 전압을 풀-업(pull-up)시키고, 제1 입력 전압을 기준으로 제2 입력 전압이 더 높은 경우 제2 입력 전압을 풀-다운(pull-down)시킬 수 있다. 센싱부(1010)는 실제 전류량을 더욱 정밀하게 센싱할 수 있다.
도 10d를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(440)는 비교기(441)와 게이트 드라이버(442)로 구성될 수 있다. 또한, 설정부(450)는 컨트롤러(451)와 DAC(452)로 구성될 수 있다. 비교기(441)는 센싱부(1010)의 출력 신호와 설정부(450)의 출력 신호를 비교하고, 게이트 드라이버(442)는 비교기(441)의 출력 신호에 따라 스위치(420)의 트랜지스터(SW1) 및 센싱 트랜지스터(1011)를 제어할 수 있다.
도 10e를 참조하면, 일 실시예에 따른 제어부(440)는 논리 게이트(443)를 더 포함할 수 있다. 논리 게이트(443)의 제1 입력에는 비교기(441)의 출력 신호가 인가되며, 논리 게이트(443)의 제2 입력에는 컨트롤러(451)의 출력 신호가 인가될 수 있다. 컨트롤러(451)는 논리 게이트(443)의 제2 입력으로 인가되는 출력 신호를 이용하여 스위치(420)의 온 구간 및 오프 구간을 설정할 수 있다.
도 11a 내지 도 14b는 센싱부가 소스 공진기와 병렬로 연결되는 경우 설정부의 입력을 변형하는 다양한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다. 도 11a를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 데이터 생성부(1110)를 더 포함한다. 데이터 생성부(1110)는 타겟 공진기로 전송할 데이터를 출력할 수 있다. 설정부(450)는 데이터 생성부(1110)의 출력 신호에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치는 온-오프 키(ON-OFF key) 방식으로 데이터를 전송할 수 있다. 설정부(450)는 데이터 생성부(1110)의 출력 신호가 논리적으로 '0'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 0으로 설정할 수 있다. 또한, 설정부(450)는 데이터 생성부(1110)의 출력 신호가 논리적으로 '1'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 0보다 큰 값으로 설정할 수 있다. 수신단은 수신되는 에너지의 유무에 따라 수신되는 데이터를 디코딩할 수 있다.
또는, 무선 전력 전송 장치는 두 비트 이상의 데이터를 전송할 수 있다. 설정부(450)는 미리 정해진 복수의 목표 전류량 후보들 중 데이터에 대응하는 목표 전류량 후보를 선택할 수 있다. 예를 들어, 설정부(450)는 데이터 생성부(1110)의 출력 신호가 '00'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 '00'에 대응하는 제1 목표 전류량 후보를 선택할 수 있다. 설정부는 데이터 생성부(1110)의 출력 신호가 '01'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 '01'에 대응하는 제2 목표 전류량 후보를 선택할 수 있다. 설정부는 데이터 생성부(1110)의 출력 신호가 '10'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 '10'에 대응하는 제3 목표 전류량 후보를 선택할 수 있다. 설정부는 데이터 생성부(1110)의 출력 신호가 '11'을 지시하는 경우, 목표 전류량을 '11'에 대응하는 제4 목표 전류량 후보를 선택할 수 있다.
설정부(450)는 소스 공진기(430)의 충방전 사이클에 따라 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 도 3a의 식별부호(310)을 참조하면, 한번의 충전 구간과 한번의 방전 구간을 포함하도록 심볼 구간이 정의될 수 있다. 설정부(450)는 심볼 구간을 이용하여 연속적인(sequential) 데이터를 전송할 수 있다. 예를 들어, 설정부(450)는 제1 심볼 구간에서 제1 데이터에 대응하는 목표 전류량을 설정하고, 제2 심볼 구간에서 제2 데이터에 대응하는 목표 전류량을 설정할 수 있다. 수신단은 제1 심볼 구간에서 제1 데이터를 디코딩하고, 제2 심볼 구간에서 제2 데이터를 디코딩할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 일 실시예에 따른 데이터 생성부(1110)는 설정부(450)의 컨트롤러(451)에 연결될 수 있다. 데이터 생성부(610)는 타겟 공진기로 전송될 데이터를 포함하는 메모리일 수 있다. 컨트롤러(451)는 데이터 생성부(1110)로부터 데이터를 획득하여, 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다.
도 12a를 참조하면, 일 실시예에 따른 설정부(450)는 센싱부(510)와 연결될 수 있다. 설정부(450)는 소스 공진기(430)로 유입되는 실제 전류량에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 도 3c를 참조하면, 소스 공진기와 커플링된 타겟 공진기에 의하여 소스 공진기의 에너지 파형이 달라질 수 있다. 또는, 심볼 단위로 주기적인 에너지 주입 시, 소스 공진기에 남아 있는 잔존 에너지량에 따라 에너지가 주입되는 패턴이 달라질 수 있다. 설정부(450)는 센싱부(510)의 출력 신호를 이용하여 소스 공진기(430)에 실제 유입되는 전류의 양을 모니터링할 수 있다. 설정부(450)는 실제 전류량을 이용하여 목표 전류량을 설정하거나, 기 설정된 목표 전류량을 수정할 수 있다. 예를 들어, 설정부(450)는 소스 공진기와 커플링된 타겟 공진기가 존재하는지 여부를 분석할 수 있다. 설정부(450)는 소스 공진기와 커플링된 타겟 공진기가 소스 공진기와 근거리에 존재하는 경우의 유입 전류량 및 그렇지 않은 경우의 유입 전류량에 대한 정보를 이용할 수 있다. 또는, 설정부(450)는 타겟 공진기의 전력 수신상태, 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 커플링 상태 등을 분석할 수 있다. 설정부는 타겟 공진기의 전력 수신상태나 커플링 상태에 따라 변하는 유입 전류량에 대한 정보를 이용할 수 있다. 또는, 설정부(450)는 소스 공진기의 잔존 에너지량을 분석할 수 있다. 설정부(450)는 소스 공진기의 잔존 에너지량에 영향을 받는 유입 전류량에 대한 정보를 이용할 수 있다. 설정부(450)는 분석된 정보를 이용하여 목표 전류량을 설정하거나, 기 설정된 목표 전류량을 수정할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 일 실시예에 따른 설정부(450)의 컨트롤러(451)는 센싱부(510)의 센스 저항 일단의 전압을 입력 받을 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나, 컨트롤러(451)는 ADC를 통하여 센스 저항 일단의 전압을 입력 받을 수 있다. 컨트롤러(451)는 센스 저항 일단의 전압으로부터 소스 공진기(430)로 유입되는 실제 전류량을 분석하고, 분석된 정보를 이용하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다.
도 13a를 참조하면 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 제2 센싱부(1310)를 더 포함할 수 있다. 제2 센싱부(1310)는 소스 공진기(430)의 공진 파형을 센싱한다. 예를 들어, 제2 센싱부(1310)는 시간의 흐름에 따라 변동하는 소스 공진기(430)의 전압(Vtx)을 센싱할 수 있다. 설정부(450)는 제2 센싱부(1310)에 의해 센싱되는 소스 공진기(430)의 공진 파형에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다.
설정부(450)는 소스 공진기(430)의 공진 파형에 기초하여 타겟 공진기로부터 전송된 피드백을 분석할 수 있다. 보다 구체적으로, 소스 공진기(430)의 공진 파형은 타겟 공진기로부터 전송된 피드백 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치의 수신단의 응용(application)에 따라, 수신단에서 요구하는 에너지량이 달라질 수 있다. 수신단은 전송 에너지의 양을 증가 또는 감소시킬 것을 요청할 수 있다. 또는, 소스 공진기(430)와 타겟 공진기 사이의 거리에 따라 수신 에너지가 변할 수 있으므로, 수신단은 수신되는 에너지에 대한 정보를 포함하는 피드백을 전송할 수 있다. 설정부(450)는 피드백 정보를 바탕으로 목표 전류량을 동적으로 설정함으로써, 전송 에너지량을 동적으로 제어할 수 있다.
도 13b를 참조하면, 일 실시예에 따른 제2 센싱부(1310)는 데이터 디모듈레이터(1312)와 ADC(1311)로 구성될 수 있다. ADC(1311)는 아날로그 신호인 소스 공진기(430)의 전압을 디지털 신호로 변환하고, 데이터 디모듈레이터(1312)는 디지털 신호를 이용하여 데이터를 복조할 수 있다. 경우에 따라, 데이터 디모듈레이터(1312)는 설정부(450)의 컨트롤러(451)에 포함되도록 구현될 수 있다. 데이터 디모듈레이터(1312)는 복조된 데이터를 컨트롤러(451)로 전달하며, 컨트롤러(451)는 복조된 데이터에 기초하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다.
도 14a를 참조하면, 일 실시예에 따른 설정부(450)는 데이터 생성부(1110), 센싱부(510), 및 제2 센싱부(1310)와 연결될 수 있다. 설정부(450)는 다양한 조합의 입력 정보를 이용하여 목표 전류량을 동적으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 설정부(450)는 센싱부(510)의 센싱 정보를 이용하여 수신단이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 수신단이 존재하지 않는 경우, 설정부(450)는 소모 전력을 감소시키기 위하여 휴지 모드로 동작할 수 있다. 휴지 모드에서 설정부(450)는 에너지를 충전시키지 않을 수 있다. 설정부(450)는 휴지 모드에서 미리 정해진 시간이 경과한 이후 동작 모드로 전환할지 여부를 결정할 수 있다. 일 예로, 설정부(450)는 미리 정해진 시간이 경과한 이후 에너지를 충전시키고, 센싱부(510)의 센싱 정보를 이용하여 커플링된 수신단이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 수신단이 존재한다고 판단되면, 설정부(450)는 데이터 생성부(1110)의 데이터를 이용하여 목표 전류량을 설정할 수 있다. 또한, 설정부(450)는 제2 센싱부(1310)를 통해 수신단으로부터 피드백된 신호를 수신할 수 있다. 일 예로, 수신단은 타겟 공진기를 이용하여 성공적인 데이터의 수신을 알리는 피드백 신호를 전송할 수 있다. 설정부(450)는 피드백 신호를 수신한 뒤, 다음 데이터가 전송되도록 목표 전류량을 설정할 수 있다. 전술한 동작은 예시적인 사항에 불과할 뿐, 설정부(450)의 동작은 다양하게 확장 또는 변형될 수 있다.
도 14b를 참조하면, 설정부(450)의 컨트롤러(451)는 데이터 생성부(1110), 센싱부(510), 및 제2 센싱부(1310)로부터 다양한 입력 정보를 수신할 수 있다. 도 14b에 도시된 모듈들 각각에는 도 1 내지 도 14a를 통하여 전술한 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
이상에서, 설명의 편의를 위하여 무선 전력 전송 장치를 예를 들어 설명하였으나, 실시예들은 인덕터에 에너지를 충전하는 장치에 그대로 적용될 수 있다. 이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 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 수행하도록 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 (20)

  1. 타겟 공진기와의 공진을 통하여 전력을 전송하는 소스 공진기;
    전원과 상기 소스 공진기 사이를 연결하는 스위치;
    상기 소스 공진기로 유입되는 목표 전류량을 동적으로 설정하는 설정부; 및
    상기 목표 전류량에 기초하여 상기 스위치를 제어하는 제어부
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스 공진기로 유입되는 실제 전류량을 센싱하는 센싱부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 실제 전류량과 상기 목표 전류량을 비교함으로써 상기 스위치를 제어하는, 무선 전력 전송 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 타겟 공진기로 전송할 데이터에 기초하여 상기 목표 전류량을 동적으로 설정하는, 무선 전력 전송 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 소스 공진기의 충방전 사이클에 따라 상기 목표 전류량을 동적으로 설정하는, 무선 전력 전송 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 설정부는 제1 심볼 구간에서 제1 데이터에 대응하는 목표 전류량을 설정하고, 제2 심볼 구간에서 제2 데이터에 대응하는 목표 전류량을 설정하며, 상기 제1 심볼 구간은 상기 송신 공진기의 제1 충방전 사이클에 대응하고, 상기 제2 심볼 구간은 상기 송신 공진기의 제2 충방전 사이클에 대응하는, 무선 전력 전송 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 소스 공진기로 유입되는 실제 전류량에 기초하여 상기 목표 전류량을 동적으로 설정하는, 무선 전력 전송 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 소스 공진기로 유입되는 실제 전류량에 기초하여 상기 타켓 공진기의 존재여부, 상기 타켓 공진기의 전력 수신상태, 및 상기 소스 공진기의 잔존 에너지량 중 적어도 하나를 분석하는, 무선 전력 전송 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 소스 공진기의 공진 파형에 기초하여 상기 목표 전류량을 동적으로 설정하는, 무선 전력 전송 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 소스 공진기의 공진 파형에 기초하여 상기 타겟 공진기로부터 전송된 피드백을 분석하는, 무선 전력 전송 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 타겟 공진기로 전송할 데이터, 상기 소스 공진기로 유입되는 실제 전류량, 및 상기 소스 공진기의 공진 파형 중 적어도 둘에 기초하여 상기 목표 전류량을 동적으로 설정하는, 무선 전력 전송 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 설정부는 미리 정해진 복수의 목표 전류량 후보들 중 어느 하나의 목표 전류량을 선택하는, 무선 전력 전송 장치.
  12. 에너지를 저장하는 인덕터;
    전원과 상기 인덕터 사이를 연결하는 스위치;
    상기 인덕터에 저장되는 목표 에너지량을 동적으로 설정하는 설정부; 및
    상기 목표 에너지량에 기초하여 상기 스위치를 제어하는 제어부
    를 포함하는 에너지 충전 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 인덕터로 유입되는 전류량을 센싱하는 센싱부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전류량과 상기 목표 에너지량에 대응하는 목표 전류량을 비교함으로써 상기 스위치를 제어하는, 에너지 충전 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 인덕터는 타겟 공진기와의 공진을 통하여 전력을 전송하는 소스 공진기를 구성하는, 에너지 충전 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 인덕터를 통해 전송될 데이터에 기초하여 상기 목표 에너지량을 동적으로 설정하는, 에너지 충전 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 인덕터로 유입되는 전류량에 기초하여 상기 목표 에너지량을 동적으로 설정하는, 에너지 충전 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 인덕터의 양단에 걸리는 전압의 파형에 기초하여 상기 목표 에너지량을 동적으로 설정하는, 에너지 충전 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 설정부는 상기 인덕터를 통해 전송될 데이터, 상기 인덕터로 유입되는 전류량, 및 상기 인덕터의 양단에 걸리는 전압의 파형 중 적어도 둘에 기초하여 상기 목표 에너지량을 동적으로 설정하는, 에너지 충전 장치.
  19. 타겟 공진기와의 공진을 통하여 전력을 전송하는 소스 공진기를 포함하는 무선 전력 전송 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 타겟 공진기로 전송할 데이터, 상기 소스 공진기로 유입되는 실제 전류량, 및 상기 소스 공진기의 공진 파형 중 적어도 하나의 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 적어도 하나의 정보에 기초하여 상기 소스 공진기로 유입되는 목표 전류량을 동적으로 설정하는 단계; 및
    상기 소스 공진기의 충방전 사이클에 따라 상기 소스 공진기로 전류를 유입시킬지 여부를 결정하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 장치의 제어 방법.
  20. 제19항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022055114A1 (ko) * 2020-09-14 2022-03-17 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송 장치의 제어 방법 및 무선 전력 시스템

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016007674A1 (en) * 2014-07-08 2016-01-14 Witricity Corporation Resonator balancing in wireless power transfer systems
JP2016067076A (ja) * 2014-09-22 2016-04-28 キヤノン株式会社 給電装置、制御方法及びプログラム
US10164600B2 (en) * 2015-10-12 2018-12-25 Nxp B.V. NFC or RFID device RF detuning detection and driver output power regulation
JP6632326B2 (ja) * 2015-10-29 2020-01-22 キヤノン株式会社 送電装置、送電装置の制御方法及びプログラム
KR102432496B1 (ko) * 2015-12-11 2022-08-12 삼성전자주식회사 반도체 장치
CN105656215B (zh) * 2016-03-25 2018-08-21 浙江大学 一种高压输电线非接触供电的无线能量传输装置及其方法
KR102554457B1 (ko) * 2016-09-20 2023-07-11 주식회사 위츠 무선 전력 송신 장치 및 그의 제어 방법
US10224873B1 (en) 2016-09-22 2019-03-05 Apple Inc. Voltage collection bootstrap circuit
WO2018184230A1 (zh) 2017-04-07 2018-10-11 Oppo广东移动通信有限公司 无线充电系统、装置、方法及待充电设备
JP6729814B2 (ja) * 2017-10-12 2020-07-22 株式会社村田製作所 高周波電源装置
US11133845B2 (en) * 2019-12-05 2021-09-28 Assa Abloy Ab Detuning detection and compensation for inductive coupling systems
CN113315258B (zh) * 2021-06-04 2023-08-18 内蒙古工业大学 基于lcl-lcl-s混合自切换谐振式的充电方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010200594A (ja) * 2009-01-27 2010-09-09 Panasonic Electric Works Co Ltd 非接触電力伝送システム
KR20130025485A (ko) * 2011-09-02 2013-03-12 삼성전자주식회사 무선 전력을 이용한 통신 시스템
KR20130031765A (ko) * 2011-09-21 2013-03-29 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 시스템

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07229928A (ja) 1994-02-17 1995-08-29 Nissan Motor Co Ltd 電流検出装置
EP1432097A1 (en) 2003-10-06 2004-06-23 Siemens Aktiengesellschaft Charging apparatus and method for contactless charging of a mobile unit
KR20070104777A (ko) 2006-04-24 2007-10-29 엘에스전선 주식회사 과전류 감지 수단을 구비하는 무선 충전 장치
KR100976161B1 (ko) 2008-02-20 2010-08-16 정춘길 무접점충전시스템 및 그의 충전제어방법
JP5417907B2 (ja) * 2009-03-09 2014-02-19 セイコーエプソン株式会社 送電制御装置、送電装置、受電制御装置、受電装置、電子機器および無接点電力伝送システム
US8450997B2 (en) * 2009-04-28 2013-05-28 Brown University Electromagnetic position and orientation sensing system
DE102009053564B4 (de) * 2009-11-18 2020-03-19 Trinamic Motion Control Gmbh & Co. Kg Verfahren und Schaltungsanordnung zur Stromregelung bei Motoren
KR101161836B1 (ko) 2009-12-10 2012-07-03 정관옥 무접점 전력전송장치, 무접점 충전장치, 무접점 충전 시스템 및 이를 이용한 무선 전력전송방법
KR101672768B1 (ko) * 2010-12-23 2016-11-04 삼성전자주식회사 무선 전력 및 데이터 송수신 시스템
KR101198006B1 (ko) 2011-03-23 2012-11-05 삼성전기주식회사 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송수신 장치
KR101968601B1 (ko) 2011-06-01 2019-04-15 삼성전자주식회사 무선 전력 전송의 제어를 위한 방법 및 장치
KR101971998B1 (ko) 2011-06-02 2019-04-24 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 장치 및 방법
KR20120135885A (ko) * 2011-06-07 2012-12-17 삼성전자주식회사 무선 전력 송수신 시스템에서의 송신기 및 수신기 간의 양방향 통신 방법 및 상기 장치들
US9728997B2 (en) 2011-09-21 2017-08-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transmission system
US20130127405A1 (en) * 2011-11-17 2013-05-23 Helmut Scherer Wireless charging system and apparatus, and control method thereof
EP2852025B1 (en) 2012-05-14 2020-07-22 LG Electronics, Inc. Wireless power transfer device and wireless charging system having same
US20140084688A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Samsung Electronics Co. Ltd Method and apparatus for wireless power transmission

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010200594A (ja) * 2009-01-27 2010-09-09 Panasonic Electric Works Co Ltd 非接触電力伝送システム
KR20130025485A (ko) * 2011-09-02 2013-03-12 삼성전자주식회사 무선 전력을 이용한 통신 시스템
KR20130031765A (ko) * 2011-09-21 2013-03-29 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022055114A1 (ko) * 2020-09-14 2022-03-17 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 전송 장치의 제어 방법 및 무선 전력 시스템

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