KR20170037303A - 무선 전력 송신기 - Google Patents

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KR20170037303A
KR20170037303A KR1020150136716A KR20150136716A KR20170037303A KR 20170037303 A KR20170037303 A KR 20170037303A KR 1020150136716 A KR1020150136716 A KR 1020150136716A KR 20150136716 A KR20150136716 A KR 20150136716A KR 20170037303 A KR20170037303 A KR 20170037303A
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삼성전자주식회사
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Abstract

무선 전력 송신기는, 차동 신호를 생성하는 신호 생성부, 상기 차동 신호를 기설정된 이득으로 증폭하는 증폭기, 상기 증폭된 차동 신호를 이용하여, 전자기파를 생성하여 방사하는 공진부 및 상기 공진부의 입력단에서의 상기 증폭된 차동 신호의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하고, 상기 센싱 결과에 기초하여 상기 신호 생성부로부터 출력되는 상기 차동 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정하는 신호 조정부를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 송신기{WIRELESS POWER TRANSMITTER}
본 발명은 무선 전력 송신기에 관한 것으로, 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기에 관한 것이다.
휴대전화 또는 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 이동 단말기는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리로 구동되며, 이러한 배터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전 장치를 이용하여 이동단말기의 배터리에 전기 에너지를 공급한다. 통상적으로 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서 이를 서로 접촉시켜 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.
하지만, 이와 같은 접촉식 충전방식은 접촉 단자가 외부에 돌출되어 있으므로, 이물질에 의한 오염이 쉽고 이러한 이유로 배터리 충전이 올바르게 수행되지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 또한 접촉 단자가 습기에 노출되는 경우에도 충전이 올바르게 수행되지 않을 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자 기기에 활용되고 있다.
이러한 무선충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 일반적으로 무선 전동 칫솔이나 무선 전기 면도기 등으로 일반인들에게 알려져 있다. 이러한 무선충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 다가오는 전기차 시대에도 관련 기술이 크게 발전할 것으로 전망된다.
이러한 무선 충전 기술에는 크게 코일을 이용한 전자기 유도방식과, 공진(Resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation) 방식이 있다.
현재까지는 전자기 유도를 이용한 방식이 주류를 이루고 있으나, 최근 국내외에서 마이크로파를 이용하여 수십 미터 거리에서 무선으로 전력을 전송하는 실험에 성공하고 있어, 가까운 미래에는 언제 어디서나 전선 없이 모든 전자제품을 무선으로 충전하는 세상이 열릴 것으로 보인다.
전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 1차 코일과 2차 코일 간의 전력을 전송하는 방식이다. 코일에 자석을 움직이면 유도 전류가 발생하는데, 이를 이용하여 송신단에서 자기장을 발생시키고 수신단에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 낸다. 이러한 현상을 자기 유도 현상이라고 일컬으며 이를 이용한 전력 전송 방법은 에너지 전송 효율이 뛰어나다.
공진 방식은, 2005년 MIT의 Soljacic 교수가 Coupled Mode Theory로 공진 방식 전력 전송 원리를 사용하여 충전장치와 몇 미터(m)나 떨어져 있어도 전기가 무선으로 전달되는 시스템을 발표했다. MIT팀의 무선 충전시스템은 공명(resonance)이란 소리굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 물리학 개념을 이용한 것이다. 연구팀은 소리를 공명시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시켰다. 공명된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기는 차동 신호를 생성하여 각 소자간 입출력시킬 수 있다. 차동 신호를 이용하는 경우에, 차동 신호를 구성하는 2개의 신호 사이의 180도 위상 차이가 유지되어야 하며, 신호의 밸런스(balance)가 일정하게 유지될 것이 요구된다. 하지만, 종래의 무선 충전 시스템에서는, 각 노드 별로 차동 신호의 밸런스 유지를 위하여 로스(loss)가 큰 어댑티브 스위치(adaptive switch)가 이용된다. 뿐만 아니라, 무선 전력 수신기의 위치가 변경되는 경우에 공진 임피던스의 변화가 발생할 수 있다. 이 경우, 공진 임피던스의 변화에 따라 차동 신호의 파형이 왜곡될 수 있으며, 밸런스가 깨질 수 있다. 밸런스가 깨짐에 따라서, EMI가 증가할 뿐만 아니라, 충전 효율이 저하될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 의하여 두 개의 신호 사이의 위상 차이가 유지되도록 차동 신호를 보정하는 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기와 차동 신호 보정 회로가 제공될 수 있다. 아울러, 본 발명은 싱글-엔디드 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정할 수 있는 무선 전력 송신기를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는, 차동 신호를 생성하는 신호 생성부; 상기 차동 신호를 기설정된 이득으로 증폭하는 증폭기; 상기 증폭된 차동 신호를 이용하여, 전자기파를 생성하여 방사하는 공진부; 및 상기 공진부의 입력단에서의 상기 증폭된 차동 신호의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하고, 상기 센싱 결과에 기초하여 상기 신호 생성부로부터 출력되는 상기 차동 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정하는 신호 조정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는, 싱글-엔디드(single-ended) 신호를 생성하는 신호 생성부; 상기 싱글-엔디드 신호를 기설정된 이득으로 증폭하는 증폭기; 상기 증폭된 싱글-엔디드 신호를 이용하여, 전자기파를 생성하여 방사하는 공진부; 및 상기 공진부의 입력단에서의 상기 증폭된 싱글-엔디드 신호의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하고, 상기 센싱 결과에 기초하여 상기 신호 생성부로부터 출력되는 상기 싱글-엔디드 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정하는 신호 조정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 의하여 무선 전력 송신기로부터 출력되는 차동 신호의 대칭성이 보장되어, 무선 충전 효율이 증가하며, EMI가 감소할 수 있다.
아울러, 본 발명의 다양한 실시예에 의하여 무선 전력 송신기로부터 출력되는 싱글-엔디드 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나가 제어됨에 따라서, 무선 충전 효율이 증가할 수 있다.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 변조부의 블록도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다양한 위상 제어부의 개념도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 딜레이 소자의 개념도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 딜레이 소자의 개념도를 도시한다.
도 9a는 위상 차이의 제어에 따른 차동 출력 전압 각각의 크기 변화를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 9b는 구동 전압의 진폭에 따라 증폭기의 효율이 변경됨을 도시하는 그래프이다.
도 10a 내지 10g는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 PA 드라이버의 회로도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 PA 드라이버를 통한 잡음 제거 전과 후의 신호의 파형을 도시한다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기 상에서의 무선 전력 수신기의 위치 변화를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13a 내지 도 13c는 비교 예에 의한 신호 파형을 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기 상에서의 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치를 벗어난 상태임을 알리는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 차동 구조의 전류 감지 회로에 대한 구성도이다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 전류 감지 회로에 연결되는 증폭부 회로에 대한 구성도이다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정류 회로부에 대한 구성도이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)를 포함한다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 무선으로 각각 전력(1-1,1-2,1-n)을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 전자기장 또는 자기장을 방사함으로써, 무선 전력을 송신할 수 있다. 여기에서, 무선 전력 송신기(100)는 유도 방식 또는 공진 방식에 근거하여 무선 전력을 송신할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 아웃밴드 방식으로 통신하는 경우에, 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1, 2-2, 2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 무선 전력 수신기는 특히, 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰, 웨어러블 전자 장치 등으로 구현될 수 있다. 인밴드 방식으로 통신하는 경우에, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 로드 변조를 수행할 수 있으며, 무선 전력 송신기(100)는 로드 변경을 검출함에 따라서 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)의 보고를 획득할 있다.
무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신기(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 사이의 거리는 실내 환경에서 동작하는 거리일 수 있다. 또한 무선 전력 송신기(100)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다.
무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호나, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100) 제어 정보 등을 무선 전력 송신기(100)에 송신할 수 있다.
또한 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 각각의 충전상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 인밴드 방식 또는 아웃밴드 방식으로 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시수단을 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212) 및 통신 모듈(213)을 포함할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신 모듈(253)을 포함할 수 있다.
전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 형태로 전력을 공급하면서 이를 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 형태로 공급할 수도 있다. 전력 송신부(211)는 일정한 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.
아울러, 전력 송신부(211)는 교류 파형을 무선 전력 수신기(250)로 제공할 수 있다. 전력 송신부(211)는 추가적으로 공진회로 또는 유도회로를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 소정의 전자기파를 송신 또는 수신할 수 있다. 전력 송신부(211)가 공진회로로 구현되는 경우, 공진회로의 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경 가능 할 수도 있다. 한편 전력 송신부(211)는 전자기장 또는 자기장을 송신할 수 있는 수단이라면 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212) 또는 프로세서(252)는 메모리(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 애플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200) 또는 무선 전력 수신기(250)의 동작 전반을 제어할 수 있다.
통신 모듈(213)은 무선 전력 수신기(250) 또는 또 다른 전자 장치와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신 모듈(213)은 무선 전력 수신기(250)의 통신 모듈(253)과 NFC(near field communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신, 블루투스 통신, BLE(bluetooth low energy) 방식, 및 MST(magnetic secure transfer) 방식 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 한편, 상술한 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본 발명의 실시 예들은 통신 모듈(213)에서 수행하는 특정 통신 방식으로 그 권리범위가 한정되지 않는다.
전력 수신부(251)는 전력 송신부(211)로부터 유도 방식 또는 공진 방식에 기초하여 무선 전력을 수신할 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
도 3a를 참조하면, 무선 전력 송신기(300)는 신호 조정부(310), 증폭기(320), 매칭부(330) 및 공진부(340)를 포함할 수 있다.
신호 조정부는 전류 센싱 회로(311), 전압 센싱 회로(312), ADC(313, 314), 제어부(315), 변조부(316), PA(power amplifier) 드라이버(317) 및 신호 생성부(318)를 포함할 수 있다. 신호 조정부(310)는 IC(integrated circuit)로 구현될 수 있으나, 그 구현 종류에는 제한이 없다.
도 3a의 실시예에서, 신호 조정부는 신호 생성부(318)을 이용하여 차동 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 차동 신호를 증폭기(320)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 신호 생성부(318)는 싱글-엔디드(single-ended) 신호를 생성할 수 있는 전력 제공 수단을 포함할 수 있다. 전력 제공 수단은 무선 전력 송신기(300)에 포함된 배터리로 구현될 수 있거나 또는 외부로부터 전력을 수신하는 전력 인터페이스로 구현될 수도 있다. 전력 제공 수단이 배터리로 구현된 경우, 신호 생성부(318)는 배터리로부터 출력되는 DC 전력을 AC로 변환하는 인버터를 더 포함할 수 있다. 전력 제공 수단이 전력 인터페이스로 구현되는 경우에, 전력 제공 수단은 외부로부터 AC의 전력을 수신할 수 있거나, 또는 DC의 전력을 수신하여 AC로 변환할 수도 있으며, 이 경우에는 인버터를 더 포함할 수도 있다.
한편, 신호 생성부(318)는 싱글-엔디드 신호로부터 차동 신호를 생성할 수 있다. 신호 생성부(318)는, 예를 들어 싱글-엔디드 신호를 수신하는 레일에 병렬로 연결되는 분기 레일을 포함할 수 있으며, 분기 레일 상에 위치하는 인버터 등의 반전 신호 생성부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 신호 생성부(318)의 하나의 레일에서는 싱글-엔디드 신호와 동일한 위상을 가지는 제1 신호가 출력될 수 있으며, 분기 레일에서는 반전 신호 생성부를 통하여 싱글-엔디드 신호와 180도 위상 차이를 가지는 제2 신호가 출력될 수 있다. 이에 따라, 신호 생성부(318)는 서로 180도의 위상 차이를 가지는 제1 신호 및 제2 신호로 구성되는 차동 신호를 생성할 수 있다.
변조부(316)는 차동 신호 중 적어도 하나의 신호를 조정할 수 있다. 변조부(316)는 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 하나의 실시예에서, 변조부(316)는 차동 신호 중 적어도 하나의 신호를 지연(delay)시킴으로써, 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 위상을 조정할 수 있다. 변조부(316)는 DC/DC 컨버팅 수단 또는 전압 분배기 등을 포함할 수 있으며, 이에 따라 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 진폭을 조정할 수 있다. 한편, 다른 실시예에서는, 변조부(316)가 아닌, 증폭기(320)의 구동 전압(VDD)이 조정됨으로써 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 진폭이 조정될 수도 있다. 이 경우에는, 증폭기(320)의 구동 전압(VDD)이 인가되는 레일에 DC/DC 컨버팅 수단 또는 전압 분배기 등이 배치될 수 있다.
PA 드라이버(317)는 변조부(316)로부터 출력되는 차동 신호에 대하여 전류 펌핑(pumping)을 수행할 수 있으며, 이에 따라 증폭기(320)의 입력신호의 On/Off Delay 시간이 단축되며, 입력신호의 잡음이 제거되고, 상기 잡음이 제거된 입력 신호가 기설정된 이득으로 증폭될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 입력 신호는 차동 신호 또는 싱글-엔디드 신호가 될 수 있다.
하나의 실시 예에서, 증폭기(320)는 D-클래스 또는 E-클래스의 증폭기로 구현될 수 있다. 이 경우, 증폭기(320)에 입력되는 신호의 전압이 상대적으로 클 것이 요구되며, PA 드라이버(317)는 변조부(316)로부터 출력되는 차동 신호를 D-클래스 또는 E-클래스의 증폭기에서 이용이 가능한 수준으로 증폭할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서, PA 드라이버(317)는 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다. 인덕터는 전류에 대한 급작스러운(abrupt) 변경을 방지할 수 있으며, 이에 따라 PA 드라이버(17)는 입력되는 차동 신호에 피크(peak)가 포함된 경우, 피크(peak)를 제외시켜 출력할 수 있다. 더욱 상세하게 후술할 것으로, 무선 전력 수신기의 무선 전력 송신기에 대한 상대적인 위치는 변경될 수 있다. 무선 전력 수신기 또한 인덕터를 포함할 수 있기 때문에, 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기는 회로적으로 커플링될 수 있으며, 이에 따라 상대적인 위치 변경에 의한 임피던스가 변경될 수 있다. 임피던스 변경에 따라 PA 드라이버(317)로 입력되는 차동 신호에 피크가 포함될 수 있으며, PA 드라이버(317)에 포함된 인덕터에 의하여 피크 발생이 방지될 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기가, 예를 들어 A4WP 표준 방식에 기초하여 동작하는 경우에는, 6.78MHz의 상대적으로 높은 주파수를 공진 주파수로 이용할 수 있다. 또는, 공진부, 안테나 또는 부하의 임피던스에 따라 성능이 변경되는 경우에도, 인덕터를 포함한 PA 드라이버(317)는 변경에 강인한 특성을 가지게 되어, 보다 안정적인 신호 증폭이 가능할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, PA 드라이버(317)는 인덕터뿐만 아니라 추가적으로 커패시터 또는 FET 소자를 더 포함할 수도 있으며, 다양한 실시예에 대하여서는 도 10a 내지 10g를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
증폭기(320)는, PA 드라이버(317)로부터 출력되는 차동 신호를 기설정된 이득으로 증폭할 수 있다. 증폭기(320)는, 예를 들어 클래스-D 또는 클래스-E의 증폭기로 구현될 수 있다. 증폭기(320)는 구동 전압(VDD)을 이용하여 증폭을 수행할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 하나의 실시예에서는, 구동 전압(VDD)이 변경될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(300)는 증폭기(320)에 구동 전압(VDD)을 제공하는 레일 상에 배치되는 DC/DC 컨버터 또는 전압 분배기 등의 전압을 변경할 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기(300)는 증폭기(320)로부터 출력되는 차동 신호의 진폭을 조정할 필요가 있다고 판단된 경우에, DC/DC 컨버터 또는 전압 분배기를 동작시켜, 증폭기(320)의 이득을 변경할 수 있어 출력되는 차동 신호의 진폭을 조정할 수 있다.
매칭부(330)는 임피던스 매칭을 위한 다양한 소자, 예를 들어 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 무선 전력 수신기의 무선 전력 송신기에 대한 상대적인 위치는 가변적이며, 이에 따라 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기 상에 배치된 경우에, 다양한 임피던스를 가질 수 있다. 무선 전력 송신기(300)는 임피던스 매칭을 통하여, 무선 충전 효율을 높일 수 있다.
공진부(340)는 증폭기(320)로부터의 차동 신호를 이용하여 전자기장을 생성하여 외부로 방사시킬 수 있다. 무선 전력 송신기(300)가 A4WP 방식에 기초하여 동작하는 경우에, 공진부(340)는 6.78MHz의 공진 주파수를 가지도록 설계될 수 있으며, 공진 주파수를 가지는 전자기장을 생성하여 외부로 방사시킬 수 있다. 공진부(340)는 공진 회로를 구성하는 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
전류 센싱 회로(311)는 공진부(340)의 제 1 입력단에서의 제 1 신호의 전기적인 특성, 예를 들어 전류값을 센싱할 수 있다. 전압 센싱 회로(312)는 공진부(340)의 제 2 입력단에서의 제 2 신호의 전기적인 특성, 예를 들어 전압값을 센싱할 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 전류 센싱 회로(311)가 공진부(340)의 제 2 입력단에 연결되고, 전압 센싱 회로(312)가 공진부(340)의 제 1 입력단에 연결될 수도 있다. 아울러, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 두 개의 전류 센싱 회로 각각이 공진부(340)의 제 1 입력단 및 제 2 입력단 각각에 연결될 수도 있으며, 두 개의 전압 센싱 회로 각각이 공진부(340)의 제 1 입력단 및 제 2 입력단 각각에 연결될 수도 있다.
ADC(313)는 전류 센싱 회로(311)에서 센싱된 전류값의 아날로그값을 디지털값으로 변환하여 제어부(315)로 출력할 수 있다. ADC(314)는 전압 센싱 회로(312)에서 센싱된 전압값의 아날로그값을 디지털값으로 변환하여 제어부(315)로 출력할 수 있다.
제어부(315)는 제 1 신호의 전류값 및 제 2 신호의 전압값을 이용하여 신호의 변조 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(315)는 제 1 신호의 전류값 및 제 2 신호의 전압값을 이용하여 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이를 판단할 수 있다. 제어부(315)는, 예를 들어 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이가 183도인 것으로 판단할 수 있다. 제어부(315)는 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이를 180도로 유지시키기 위한 신호의 변조 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(315)는 제 2 신호를 t만큼 딜레이시키는 변조 정보를 결정할 수 있다. 제어부(315)는 결정된 변조 정보에 대응하는 제어 신호를 변조부(316)로 출력할 수 있다. 변조부(316)는 입력된 제어 신호에 기초하여 제 2 신호를 t만큼 딜레이시킬 수 있으며, 이에 따라 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이가 기 설정된 수치, 예를 들어 180도로 유지될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제어부(315)는 예를 들어 제 2 신호의 진폭이 A'인 것을 ADC(314)로부터의 디지털 값으로부터 판단할 수 있다. 제어부(315)는 제 2 신호의 진폭을 A로 조정할 수 있도록 하는 변조 정보를 결정하여, 이에 대응하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 변조부(316)가 진폭을 조정하는 경우에는, 제어부(315)는 변조부(316)로 진폭을 조정하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 또 다른 예에서, 증폭기(320)가 진폭을 조정하는 경우에는, 제어부(315)는 증폭기(320)의 구동 전압이 인가되는 레일 상에 배치되는 DC/DC 컨버터, 전압 분배기 등의 장치로 제어 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 임피던스의 변경, 또는 차동 신호의 부정합, 또는 신호의 왜곡등을 실시간으로 모니터링하여 제어할 수 있어, 충전 효율이 증가하고, EMI가 감소할 수 있다.
상술한 바에 따라서, 변조부(316)는 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이가 기설정된 수치를 유지하거나 또는 제 1 신호 및 제 2 신호 중 적어도 하나의 진폭이 기설정된 수치를 유지하도록, 차동 신호를 조정할 수 있다. 이에 따라, 차동 신호를 구성하는 제 1 신호 및 제 2 신호는 임피던스 변경에도 불구하고 기설정된 위상 차이를 가지면서, 왜곡되지 않은 파형을 가짐으로써, 상대적으로 낮은 EMI 및 높은 충전 효율이 창출될 수 있다.
증폭기(320)가 클래스 D, E 또는 F의 스위칭 방식을 채택한 경우에는, 증폭기(320)는 입력 신호로 전력 소자를 온/오프할 수 있는 구형파의 신호를 이용할 수 있다. 구형파의 차동 신호는 두 개의 신호가 단조, 연속적인 위상차를 유지하여야 한다. 가변하고자 하는 위상차의 최대범위와 위상차의 최소 변화폭에 따라 디지털 제어의 비트수가 달라지게 된다. 최대범위가 크고 최소변화폭이 매우 작고 정교한 경우는 많은 위상 스텝이 많아져 제어비트수가 많고 반대로 최대범위는 작으면서 최소변화폭은 비교적 큰 경우는 제어 비트가 적게 필요하게 된다. 위상의 제어는 연속적이면서도 단조증가 혹은 단조감소로 이루어져야 한다. 단조로 변하여야 디지털 제어시 코드의 조정을 통해 위상차 제어를 할 때 불연속점이나 제어불안정의 상태가 발생하지 않게 된다. 그러면서도 위상제어를 위하여, 증폭기(320)의 입력단을 충분히 구동할 수 있는 능력을 가지면서도 전체 송신부의 전력효율을 위해 저전력 회로로 설계가 되어야 한다. 따라서 저전력의 특성을 위해 디지털 회로들만으로 위상을 제어하면서 위상의 제어가 연속적이면서 단조증가 형태로 제어가 되는 구형파를 출력하는 신호 조정부(310)가 제공될 수 있다. 그리고 추가로 증폭기(320)의 효율에 큰 영향을 주는 입력 신호인 PWM신호의 진폭을 PWM생성을 하는 인버터 등의 logic회로의 전원을 조절하여 증폭기(320) 효율을 극대화하는 신호 조정부(310)가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 증폭기(320), 매칭부(330) 및 공진부(340)는 신호 조정부 외부에 배치될 수 있다. 아울러, 전력 제공부(318) 또한 실시예에 따라 신호 조정부 외부에 배치되거나 또는 신호 조정부에 포함될 수 있다. 더욱 상세하게, 전력 제공부(318)가 배터리로 구현된 경우에는, 전력 제공부(318)는 신호 조정부 외부에 배치될 수 있다. 전력 제공부(318)가 전력 인터페이스로 구현된 경우에는, 전력 제공부(318)는 신호 조정부에 포함될 수 있다. 신호 조정부의 외부에 배치되는 소자는 아날로그 소자로 구현될 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는 공진부(340)의 입력단 뿐만 아니라, 다양한 위치에서의 전류값 및 전압값을 센싱할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 싱글-엔디드 신호를 이용하는 무선 전력 송신기의 블록도를 도시한다.
도 3b를 참조하면, 무선 전력 송신기(300)는 신호 조정부(350), 증폭기(360), 매칭부(370) 및 공진부(380)를 포함할 수 있다.
신호 조정부(350)는 센싱 회로(351), ADC(353), 제어부(355), 변조부(356), PA(power amplifier) 드라이버(357) 및 신호 생성부(358)를 포함할 수 있다.
도 3b의 실시예에서, 신호 조정부(350)는 싱글-엔디드 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 싱글-엔디드 신호를 증폭기(360)로 출력할 수 있다. 신호 생성부(358)는 싱글-엔디드 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 생성부(358)는 싱글-엔디드 신호를 생성할 수 있는 전력 제공 수단을 포함할 수 있다. 전력 제공 수단은 무선 전력 송신기(300)에 포함된 배터리로 구현될 수 있거나 또는 외부로부터 전력을 수신하는 전력 인터페이스로 구현될 수도 있다. 전력 제공 수단이 배터리로 구현된 경우, 신호 생성부(358)는 배터리로부터 출력되는 DC의 전력을 AC로 변환하는 인버터를 더 포함할 수도 있다. 전력 제공 수단이 전력 인터페이스로 구현되는 경우에, 전력 제공 수단은 외부로부터 AC의 전력을 수신할 수 있거나, 또는 DC의 전력을 수신하여 AC로 변환할 수도 있으며, 이 경우에는 인버터를 더 포함할 수도 있다.
변조부(356)는 싱글-엔디드 신호를 조정할 수 있다. 변조부(356)는 싱글-엔디드 신호의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 하나의 실시예에서, 변조부(356)는 싱글-엔디드 신호를 지연(delay)시킴으로써, 싱글-엔디드 신호의 위상을 조정할 수 있다. 변조부(356)는 DC/DC 컨버팅 수단 또는 전압 분배기 등을 포함할 수 있으며, 이에 따라 싱글-엔디드 신호의 진폭을 조정할 수 있다. 한편, 다른 실시예에서는, 변조부(356)가 아닌, 증폭기(360)의 구동 전압(VDD)이 조정됨으로써 싱글-엔디드 신호의 진폭이 조정될 수도 있다. 이 경우에는, 증폭기(360)의 구동 전압(VDD)이 인가되는 레일에 DC/DC 컨버팅 수단 또는 전압 분배기 등이 배치될 수 있다.
PA 드라이버(357)는 변조부(356)로부터 출력되는 차동 신호에 대하여 전류 펌핑(pumping)을 수행할 수 있으며, 이에 따라 증폭기(360)의 입력신호의 On/Off Delay 시간이 단축되며, 입력신호의 잡음이 제거되고, 상기 잡음이 제거된 입력 신호가 기설정된 이득으로 증폭될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 입력 신호는 차동 신호 또는 싱글-엔디드 신호가 될 수 있다.
하나의 실시예에서, 증폭기(360)는 D-클래스 또는 E-클래스의 증폭기로 구현될 수 있다. 이 경우, 증폭기(360)에 입력되는 신호의 전압이 상대적으로 클 것이 요구되며, PA 드라이버(357)는 변조부(356) 로부터 출력되는 싱글-엔디드 신호를 D-클래스 또는 E-클래스의 증폭기에서 이용이 가능한 수준으로 증폭할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, PA 드라이버(357)는 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다. 인덕터는 전류에 대한 급작스러운(abrupt) 변경을 방지할 수 있으며, 이에 따라 PA 드라이버(357)는 입력되는 차동 신호에 피크(peak)가 포함된 경우, 피크(peak)를 제외시켜 출력할 수 있다.
증폭기(360)는, PA 드라이버(357)로부터 출력되는 싱글-엔디드 신호를 기설정된 이득으로 증폭할 수 있다. 증폭기(360)는, 예를 들어 클래스-D 또는 클래스-E의 증폭기로 구현될 수 있다. 증폭기(360)는 구동 전압(VDD)을 이용하여 증폭을 수행할 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 하나의 실시예에서는, 구동 전압(VDD)이 변경될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(300)는 증폭기(360)에 구동 전압(VDD)을 제공하는 레일 상에 배치되는 DC/DC 컨버터 또는 전압 분배기 등의 전압을 변경할 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기(300)는 증폭기(360)로부터 출력되는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 조정할 필요가 있다고 판단된 경우에, DC/DC 컨버터 또는 전압 분배기를 동작시켜, 증폭기(360)의 이득을 변경할 수 있어 출력되는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 조정할 수 있다.
매칭부(370)는 임피던스 매칭을 위한 다양한 소자, 예를 들어 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 무선 전력 수신기의 무선 전력 송신기에 대한 상대적인 위치는 가변적이며, 이에 따라 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기 상에 배치된 경우에, 다양한 임피던스를 가질 수 있다. 무선 전력 송신기(300)는 임피던스 매칭을 통하여, 무선 충전 효율을 높일 수 있다.
공진부(380)는 증폭기(360)로부터의 싱글-엔디드 신호를 이용하여 전자기장을 생성하여 외부로 방사시킬 수 있다. 무선 전력 송신기(300)가 A4WP 표준 방식에 기초하여 동작하는 경우에, 공진부(380)는 6.78MHz의 공진 주파수를 가지도록 설계될 수 있으며, 공진 주파수를 가지는 전자기장을 생성하여 외부로 방사시킬 수 있다. 공진부(380)는 공진 회로를 구성하는 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
센싱 회로(351)는 공진부(380)의 입력단에서의 싱글-엔디드 신호의 전기적인 특성, 예를 들어 전류값 및 전압값 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다.
ADC(353)는 전류 센싱 회로(351)에서 센싱된 전류값 및 전압값 중 적어도 하나의 아날로그값을 디지털값으로 변환하여 제어부(355)로 출력할 수 있다.
제어부(355)는 싱글-엔디드 신호의 전류값 및 전압값 중 적어도 하나를 이용하여 신호의 변조 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(355)는 싱글-엔디드 신호의 전류값 및 전압값 중 적어도 하나를 이용하여 싱글-엔디드 신호의 위상을 판단할 수 있다. 제어부(355)는 싱글-엔디드 신호의 위상을 기설정된 값을 유지하도록 하기 위한 신호의 변조 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(355)는 싱글-엔디드 신호를 t만큼 딜레이시키는 변조 정보를 결정할 수 있다. 제어부(355)는 결정된 변조 정보에 대응하는 제어 신호를 변조부(356)로 출력할 수 있다. 변조부(356)는 입력된 제어 신호에 기초하여 싱글-엔디드 신호를 t만큼 딜레이시킬 수 있으며, 이에 따라 싱글-엔디드 신호의 위상이 기설정된 값으로 유지될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제어부(355)는 예를 들어 싱글-엔디드 신호의 진폭이 A'인 것을 ADC(354)로부터의 디지털값으로부터 판단할 수 있다. 제어부(355)는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 A로 조정할 수 있도록 하는 변조 정보를 결정하여, 이에 대응하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 변조부(356)가 진폭을 조정하는 경우에는, 제어부(355)는 변조부(356)로 진폭을 조정하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 또 다른 예에서, 증폭기(360)가 진폭을 조정하는 경우에는, 제어부(355)는 증폭기(360)의 구동 전압이 인가되는 레일 상에 배치되는 DC/DC 컨버터, 전압 분배기 등의 장치로 제어 신호를 출력할 수 있다.
상술한 바에 따라서, 변조부(356)는 싱글-엔디드 신호의 위상이 기설정된 수치를 유지하거나 또는 싱글-엔디드 신호의 진폭이 기설정된 수치를 유지하도록, 싱글-엔디드 신호를 조정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 증폭기(360), 매칭부(370) 및 공진부(380)는 신호 조정부(350) 외부에 배치될 수 있다. 아울러, 신호 생성부(358) 또한 실시예에 따라 신호 조정부(350) 외부에 배치되거나 또는 신호 조정부(350)에 포함될 수 있다. 더욱 상세하게, 전력 제공부(358)가 배터리로 구현된 경우에는, 전력 제공부(358)는 신호 조정부(350) 외부에 배치될 수 있다. 전력 제공부(358)가 전력 인터페이스로 구현된 경우에는, 전력 제공부(358)는 신호 조정부(350)에 포함될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 변조부의 블록도를 도시한다.
변조부(410)는, 전압 조정부(411), 진폭 제어부(412) 및 위상 제어부(413)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 변조부(410)는 차동 신호의 위상을 디지털 방식으로 제어할 수 있어, MCU나 FPGA를 통한 다양한 디지털 제어 알고리즘의 적용이 가능할 수 있고, 보정 및 위상 변화의 연속성이 보장될 수 있다.
위상 제어부(413)는 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 위상을 조정할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 위상 제어부(413)는 적어도 하나의 신호를 딜레이시킬 수 있는 딜레이 소자를 포함할 수 있다. 위상 제어부(413)는 제어부로부터의 제어 신호에 기초하여 결정된 딜레이 타임 동안 적어도 하나의 신호를 딜레이시킬 수 있다. 예를 들어, 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다. 도 5를 참조하면, 위상 제어부(500)는 복수 개의 딜레이 소자(511 내지 515)를 포함할 수 있다. 복수 개의 딜레이 소자(511 내지 515) 중 일부 딜레이 소자가 온 상태로 제어될 수 있으며, 딜레이 시간(Δt)만큼 신호가 지연될 수 있다. 제어부는 딜레이 시간(Δt)을 결정할 수 있으며, 결정된 딜레이 시간(Δt)에 기초하여 온 상태로 제어할 딜레이 소자의 개수를 결정하여, 제어 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 제어부(413)는 상기 복수 개의 딜레이 소자(511 내지 515) 중 상기 결정된 딜레이 소자의 개수에 대응하는 제1 딜레이 소자를 결정할 수 있다. 상기 위상 제어부(413)는 상기 제1 딜레이 소자의 출력을 출력함으로써 상기 결정된 딜레이 시간(Δt)만큼 상기 신호를 딜레이 시켜 상기 신호의 위상을 조정할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 위상 제어부(413)는 제 1 신호 또는 제 2 신호 중 적어도 하나의 신호를 딜레이시킬 수 있으며, 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 위상 차이가 180도로 유지될 수 있다.
또는, 무선 전력 송신기가 차동 신호가 아닌 싱글-엔디드 신호를 이용하는 경우에는, 제어부가 싱글-엔디드 신호의 위상이 기설정된 수치를 가지도록 하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 위상 제어부(413)는 제어 신호에 기초하여 딜레이 소자의 적어도 일부를 온 상태로 제어할 수 있어, 싱글-엔디드 신호를 딜레이 시간(Δt)만큼 지연시켜, 싱글-엔디드 신호가 기설정된 수치의 위상을 가지도록 할 수 있다.
진폭 제어부(413)는 전압 조정부(411)로부터 입력되는 구동 전압을 이용하여 상기 차동 신호의 적어도 하나의 신호의 진폭을 조정할 수 있다. 예를 들어, 상기 진폭 제어부(413)는 상기 전압 조정부(411)로부터 입력되는 구동 전압의 크기에 기초하여, 차동 신호의 적어도 하나의 신호의 진폭을 조정할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 적어도 하나의 신호의 진폭이 기설정된 수치와 차이를 가짐을 판단할 수 있으며, 이에 따라 적어도 하나의 신호의 진폭이 기설정된 수치를 가지도록 하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 전압 조정부(411)는 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 기초하여 진폭 제어부(412)의 구동 전압을 조정함으로써, 진폭 제어부(412)로부터 출력되는 차동 신호 또는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 조정할 수 있다.
상술한 바에 따라서, 변조부(410)는 차동 신호 또는 싱글-엔디드 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.
증폭기(420)는, 예를 들어 클래스 D 또는 E의 증폭기로 구현될 수 있으며, 도시된 바와 같이, 인덕터(421,422) 및 FET(423,424)를 포함할 수 있다. FET(423)의 게이트에는 변조부(410)로부터 변조된 제 1 신호가 입력될 수 있으며, FET(414)의 게이트에는 변조부(410)로부터 변조된 제 2 신호가 입력될 수 있다. 증폭기(420)의 출력단에는 인덕터(421,422)가 연결될 수 있으며, 인덕터(421,422) 각각은 FET(423,424) 각각의 드레인에 연결될 수 있다.
도 4에서는 변조부(410)에 입력되는 차동 신호의 위상이 위상 제어부(413)를 통해 조정된 후, 위상이 조정된 차동 신호의 진폭이 진폭 제어부(412)를 통해 조정되는 것으로 도시되었으나 이는 설명의 목적을 위한 일 예일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 변조부(410)에 입력되는 차동 신호의 진폭이 진폭 제어부(412)를 통해 조정된 후, 진폭이 조정된 차동 신호의 위상이 위상 제어부(413)를 통해 조정될 수도 있다. 상기 변조부(410)를 통하여 위상 및 진폭 중 적어도 하나가 조정된 차동 신호에 포함된 신호들 각각은 증폭기(420)의 입력단으로 출력될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 신호 생성부 및 위상 제어부의 개념도를 도시한다.
도 6을 참조하면, 위상 제어부는 제1 위상 지연 회로(630), 제2 위상 지연 회로(631), 제1 버퍼(640) 및 제2 버퍼(641)를 포함할 수 있다. 상기 위상 제어부에 차동 신호를 출력하는 신호 생성부는 차동 신호 생성부(610), 제1 비교기(620) 및 제2 비교기(621)를 포함할 수 있다.
차동 신호 생성부(610)는 싱글-엔디드 신호를 입력받아 차동 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 차동 신호 생성부(610)는 single to differential(S2D)회로를 포함할 수 있으며, S2D 회로를 이용하여 차동 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 차동 신호를 구성하는 제1 신호 및 제2 신호는 180도의 위상 차이를 가질 수 있다.
생성된 차동 신호를 구성하는 제1 신호 및 제2 신호 각각은 제1 비교기(comparator)(620) 및 제2 비교기(621)를 거쳐 구형파의 형태로 바뀌게 될 수 있다. 입력되는 신호가 180도의 차이를 갖는 차동 신호이므로 두 개의 비교기(620,621)의 출력은 위상이 180도 차이가 나는 차동의 구형파가 된다.
상기 위상 제어부는 상기 차동 신호를 공급하는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 각각의 위상을 조정하기 위한 제1 위상 제어부 및 제2 위상 제어부로 구성될 수 있다. 상기 제1 위상 제어부는 제1 위상 지연 회로(630) 및 제1 버퍼(640)를 포함하고, 상기 제2 위상 제어부는 제2 위상 지연 회로(631) 및 제2 버퍼(641)를 포함할 수 있다.
상기 제1 위상 지연 회로(630) 및 상기 제2 위상 지연 회로(631)는 각각 적어도 하나의 딜레이 소자가 직렬로 연결되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 위상 지연 회로(630)는 상기 위상 제어부에 포함되는 복수 개의 딜레이 소자들 중 적어도 하나의 제1 딜레이 소자가 직렬로 연결되어 구성되고, 상기 적어도 하나의 제1 딜레이 소자를 통해 상기 제1 신호의 위상을 지연시켜 상기 제1 신호의 위상을 조정할 수 있다. 상기 제2 위상 지연 회로(631)는 상기 위상 제어부에 포함되는 복수 개의 딜레이 소자들 중 적어도 하나의 제2 딜레이 소자가 직렬로 연결되어 구성되고, 상기 적어도 하나의 제2 딜레이 소자를 통해 상기 제2 신호의 위상을 지연 시켜 상기 제2 신호의 위상을 조정할 수 있다.
제1 위상 지연 회로(630) 및 제2 위상 지연 회로(631)는 제1 신호의 구형파 및 제2 신호의 구형파 중 적어도 하나를 딜레이시킬 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 제1 위상 지연 회로(630) 및 제2 위상 지연 회로(631)는 디지털 차원에서 구동될 수 있으며, 외부의 디지털 제어입력에 따라 연속적, 단조증감의 형태로 신호의 위상을 제어할 수 있다. 도 6의 실시예에서, 제1 위상 지연 회로(630) 및 제2 위상 지연 회로(631)는 아날로그 스위치를 포함한 구조로 구현될 수 있다. 아날로그 스위치가 연결되는 위치에 따라, 제1 위상 지연 회로(630) 및 제2 위상 지연 회로(631) 각각에서 온 상태로 동작하는 딜레이 소자의 개수가 결정될 수 있으며, 이에 따라 딜레이 시간(td)이 결정될 수 있다.
제1 버퍼(640) 및 제2 버퍼(641)는 위상이 조정된 제1 신호 및 제2 신호 각각을 임시 저장한 후에 출력할 수 있다. 상기 위상이 조정된 제1 신호 및 제2 신호 각각은 증폭기의 입력단으로 출력되거나, 차동 신호의 진폭을 조정하기 위한 진폭 제어부로 출력될 수 있다.
한편, 비교기(620,621)의 비교 전압인 Vref전압을 조절하면 '1'의 전압과 '0'의 전압으로 이동하는 기준 전압이 달라져 구형파의 듀티 사이클(duty cycle)의 조절이 가능할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 위상 제어부(710)는 적어도 하나의 인버터(711,712,713) 및 멀티플렉서(multiplexer:MUX)(720)를 포함할 수 있다. 인버터(711,712,713)의 개수가 N개이면, 멀티플렉서의 채널의 개수는 N-1개일 수 있다. 멀티플렉서(720)는 입력되는 제어 신호에 기초하여 온 상태로 제어할 인버터를 결정하고, 상기 결정된 인버터의 온 상태로 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다.
이하에서는 제1 신호는 제1 위상 제어부에 의해 조정되고, 제2 신호는 제2 위상 제어부에 조정되는 것으로 상정하도록 한다. 상기 제1 위상 제어부는 적어도 하나의 제1 인버터 및 제1 멀티 플렉서를 포함하고, 상기 제2 위상 제어부는 적어도 하나의 제2 인버터 및 제2 멀티 플렉서를 포함할 수 있다. 또한, 제1 위상 제어부는 제어 신호에 기초하여 m 번째 제1 인버터까지 온 상태로 제어하고, 제2 위상 제어부는 제어 신호에 기초하여 n 번째 제2 인버터까지 온 상태로 제어하는 것으로 상정하도록 한다.
제1 인버터 및 제2 인버터 각각의 지연시간을 td라고 할 때, m번째 제1 인버터의 출력은 입력 신호 대비 m × td 의 시간지연을 갖는 신호가 된다. 상기 제1 신호는 m 개의 인버터를 통과함으로써, 상기 제1 신호가 m × td 의 시간지연을 가지게 될 수 있다. 또한, m × td 의 시간이 지연된 제1 신호에 대응하는 상기 m번째 인버터의 출력이 멀티 플렉서를 통해 출력될 수 있다.
또한, 상기 제2 신호는 n 개의 인버터를 통과함으로써, 상기 제2 신호가 n × td의 시간 지연을 가지게 될 수 있다. n × td의 시간이 지연된 제2 신호에 대응하는 상기 n번째 인버터의 출력이 멀티 플렉서를 통해 출력될 수 있다. 이 경우, m 번째 인버터의 출력인 제1 위상 제어부의 출력(Vout,p)과 n 번째 인버터의 출력인 제2 위상 제어부의 출력(Vout,n)의 시간차이는 위상차 180도에 의한 T/2의 시간차이 외에도 (n-m) × td 의 시간차가 합쳐진 T/2 + (n-m) td 의 시간차가 될 수 있다 즉 위상으로 계산하면 180° + ((n-m)td/T) × 360°의 위상차를 갖는 제1 신호 및 제2 신호로 구성된 차동 신호의 생성 가능하다. 이때 디지털 제어로 n과 m을 제어하면 연속적으로 단조 증감하는 위상차의 차동 신호가 생성될 수 있다. 여기서 위상제어의 최대범위는 제1 위상 제어부의 출력을 최소의 지연으로, 그리고 제2 위상 제어부의 출력을 최대의 지연으로 한 경우와 그 반대의 경우의 차이이므로 (2Ntd/T) × 360°가 최대로 제어할 수 있는 위상차 제어범위이다. 여기에서 N은 위상 제어부에 포함되는 인버터의 개수이고, 상기 제1 위상 제어부 및 상기 제2 위상 제어부 각각에 포함된 인버터의 개수는 동일하게 N개인 것으로 상정하도록 한다. 상기 제1 위상 제어부 및 상기 제2 위상 제어부 각각에 포함된 인버터의 개수가 상이한 경우에도 동일한 방식으로 최대로 제어할 수 있는 위상차 제어 범위가 결정될 수 있다.
그리고 제어할 수 있는 최소의 위상차 제어 정밀도는 제어의 경우 인버터의 개수를 많이 하면 위상제어 정밀도가 높아지게 되며 td/T × 360° 가 된다. 즉 인버터의 시간지연을 조절하여 위상제어 정밀도를 결정할 수 있고 인버터의 개수를 조절하여 최대 위상제어 범위를 조절할 수 있다. N개의 제어를 하기 위해 외부에서 디지털제어로 k bit의 제어신호를 멀티플레서에 입력해 주면 된다. 그러면 각 인버터들의 N개의 출력을 멀티플레서를 통해 선택적으로 출력할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 위상 제어부의 개념도를 도시한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 위상 제어부는 적어도 하나의 인버터(810,811)를 포함할 수 있다. 도 8의 위상 제어부는 인버터(810)의 출력 단 및 인버터(811)의 입력단과 그라운드 단자 사이에 배치되는 커패시터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인버터(810)와 인버터(811) 사이에 일단이 연결되며, 타단이 접지되는 커패시터(820)를 포함할 수 있다. 커패시터(820)는 충전 및 방전을 수행할 수 있어, 신호를 추가적으로 딜레이시킬 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 커패시터(820)는 가변 커패시터로 구현될 수도 있다.
상기 커패시터의 커패시턴스는 제어부에서 생성되는 제어 신호에 기초하여 조정될 수 있다. 상기 위상 제어부는 상기 제어 신호에 기초하여 적어도 하나의 인버터 중 하나의 인버터를 결정하고, 상기 결정된 인버터의 출력을 출력함과 더불어, 상기 커패시터의 커패시턴스를 조정하여 차동 신호의 위상을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
도 9a는 6.78Mhz의 공진 주파수에서, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 CMOS 공정의 소자들을 포함하는 무선 전력 송신기에서의 구형파의 시간 지연, 즉 위상 지연의 변화를 도시한다.
도 9a는 6.78 MHz의 공진 주파수에서, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 CMOS공정의 소자들을 포함하는 무선 전력 송신기에서의 구형파의 시간지연, 즉 위상지연의 변화를 도시한다. 증폭기의 효율은 증폭기의 전원 VDD와 위상뿐만 아니라 증폭기의 입력신호인 PWM신호의 진폭에 의하여서도 영향을 받음을 확인할 수 있다.
도 9a는 위상 차이의 제어에 따른 차동 출력 전압 각각의 크기 변화를 나타내는 그래프를 도시한다. 도 9a에서는, 위상 차 제어 코드와, 차동의 출력 전압들인 VTXP와 VTXN (P는 positive, N은 negative를 의미함) 사이의 상관 관계가 도시된다. 여기에서, 위상 차 제어 코드는, 차동의 출력 사이의 위상 차이를 제어할 수 있는 디지털 코드를 의미할 수 있다.
도 9a를 참조하면, 위상 차 제어 코드가 증가할수록, VTXP가 증가하고 VTXN은 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 위상 차 제어 코드가 감소할수록 VTXP가 감소하고 VTXN은 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 VTXP와 VTXN의 크기를 센싱하고, 제어부가 각각의 크기에 따라 위상 차 제어를 수행함으로써, 출력되는 차동 신호의 대칭성이 보장될 수 있다.
도 9b는, 도 9a를 설명하기 위한 측정 결과를 도시한다. 도 9b를 참조하면, PWM의 진폭이 3V/3.2V/3.4V 로 바뀜에 따라 증폭기의 효율이 변화하는 것을 볼 수 있다. 따라서 PWM신호의 진폭을 제어하여 전력효율을 최적화할 필요가 있다. 이를 구현하기 위해 일반적으로 전력증폭기의 PWM신호를 만들기 위해 invertor나 EXOR등의 논리 회로를 사용할 수 있는데 이들 논리 회로의 전원인 VDD를 DC-DC 컨버터등으로 제어함으로써 최적화하여 전력증폭기의 효율을 극대화할 수 있다. 즉 위상제어와 동시에 로직 회로의 전원도 함께 제어하여 전력증폭기의 효율을 최적화한다.
도 9b는 구동 전압의 진폭에 따라 증폭기의 효율이 변경됨을 도시하는 그래프이다. 도 9b를 참조하면, 상대적으로 높은 전력 효율을 얻기 위한 최적의 진폭이 존재하므로, 무선 전력 송신기는 최적의 진폭을 가지도록 신호를 처리할 수 있다. 더욱 상세하게, 제어부는 검출된 신호의 진폭이 최적의 진폭에 대응되지 않는 경우, 진폭 제어를 수행함으로써 출력되는 차동 신호 또는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 조정할 수 있다.
도 10a 내지 도 10g는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 PA 드라이버의 회로도를 도시한다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기에서 순간적인 피크 전류가 높은 고조파가 생성되는 경우에, 인덕터에서 감쇄하여 EMI방사가 감소하도록 할 수 있다. 또한, MOS또는 BJT의 회로가 무선 전력 송신기에 포함되는 경우, 전류원 회로의 gate-drain, 또는 base-collector간에 커패시터가 배치되어, 피드백(feedback)이 가능하여, 고조파의 피크 전류가 완화될 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는, CMOS와 같은 상보성소자를 포함할 수도 있으며, NMOS와 PMOS의 상보성 소자에 의하여 저전력에서 동작이 가능할 수 있다. 예를 들어, 인버터(inverter) 구조의 출력 또는 구동회로를 구성하여 신호가 입력되지 않은 경우에는, 전류가 흐르지 않게 하여 저전력에서의 동작이 가능할 수 있다.
도 10a를 참조하면, PA 드라이버는 복수 개의 트랜지스터들(1010,1011,1020,1021)과 인덕터(1030,1031)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 P-MOSFET(1011)의 드레인 단은 상기 제1 N-MOSFET(1010)의 드레인 단과 연결되고 제1 N-MOSFET(1010)과 제1 P-MOSFET(1011)은 각각의 게이트를 통해 차동 신호 중 제 1 신호를 입력받을 수 있다. 또한, 제1 N-MOSFET(1010)과 제1 P-MOSFET(1011)은 상기 제1 신호를 처리하여 V0+의 전압을 가진 신호를 출력할 수 있다.
제2 P-MOSFET(1021)의 드레인 단은 상기 제2 N-MOSFET(1020)의 드레인 단과 연결되고, 제2 N-MOSFET(1020)과 제2 P-MOSFET(1021)은 각각의 게이트를 통해 차동 신호 중 제 2 신호 입력받을 수 있다. 제2 N-MOSFET(1020)과 제2 P-MOSFET(1021)은 상기 제2 신호를 처리하여 V0-의 전압을 가진 신호를 출력할 수 있다.
또한, 제1 P-MOSFET(1011)의 소스 및 제2 P-MOSFET(1021)의 소스 에는 제2 인덕터(1031)가 연결될 수 있으며, 제1 N-MOSFET(1010)의 소스 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스에는 제2 인덕터(1030)가 연결될 수 있다.
일반적으로 무선 전력 송신기는 상대적으로 큰 전력을 송출하므로, 무선 전력 송신기 내에서는 상대적으로 큰 전압스윙 및 전류스윙이 발생할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기 내에 순간적으로 큰 AC 전류가 흐르게 되며 이로 인해 높은 주파수의 큰 잡음신호가 방사되거나 전도되는 문제가 발생할 수 있다. 특히 무선 전력 송신기가 스위칭으로 동작하는 클래스 D 또는 E 증폭기 등을 사용할 경우 전압신호가 구형파로 0V에서 VDD, 혹은 VDD에서 0V로 전이되므로, 상대적으로 큰 크기를 가지는 피크 전류가 발생할 수 있다. 발생된 피크 전류는 PA 드라이버의 접지를 위한 그라운드 단자 또는 구동 전력 입력단으로 흐르면서 전원잡음이 발생할 수 있고, 전원 잡음이 다른 회로 및 기판을 타고 전달되어 잡음문제가 심화될 수 있다.
복수 개의 트랜지스터들(1010,1011,1020,1021)의 소스 또는 에미터 단자가 서로 연결되어 공통이 되므로 입력전압의 순간 전이에서 상반된 부호의 피크 전류가 발생하고 이들이 상쇄될 수 있으므로, 피크 전류의 잡음 신호가 PA 드라이버의 그라운드 단자 또는 구동 전력 입력단자로 전달되는 것이 차단될 수 있다. PA 드라이버의 그라운드 단자 및 구동 전력 입력 단자 각각에 직렬로 연결되는 인덕터(1030,1031)에 의하여 피크 전류가 제거될 수 있다.
도 10b 내지 10d는 추가적으로 트랜지스터 전류원을 더 포함한 PA 드라이버의 회로도를 도시한다. 도 10b의 실시예에서는, 제3 N-MOSFET(1040)이 1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 N-MOSFET(1040)의 드레인에 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제3 N-MOSFET(1040)의 소스에는 제2 인덕터(1030)가 연결될 수 있다. 도 10c의 실시예에서는, 제3 P-MOSFET(1041)이 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 P-MOSFET(1041)의 드레인에 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 제3 P-MOSFET(1041)의 소스에는 제1 인덕터(1031)가 연결될 수 있다. 도 10d의 실시예에서는, 제3 N-MOSFET(1040)의 드레인에 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제3 N-MOSFET(1040)의 소스에는 제2 인덕터(1030)가 연결될 수 있다. 아울러, 제3 P-MOSFET(1041)의 드레인에 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 제3 P-MOSFET(1041)의 소스에는 제1 인덕터(1031)가 연결될 수 있다.
도 10e 내지 10g는 추가적으로 트랜지스터 전류원 및 커패시터를 더 포함한 PA 드라이버의 회로도를 도시한다. 도 10e의 실시예에서는, 제3 N-MOSFET(1040)의 드레인에 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제3 N-MOSFET(1040)의 소스에는 제2 인덕터(1030)가 연결될 수 있다. 한편, 제1 커패시터(1050)는 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET 각각의 소스와 제3 N-MOSFET(1040) 게이트 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 커패시터(1050)의 일단에는 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제1 커패시터(1050)의 타단에는 제3 MOSFET(1040)의 게이트가 연결될 수 있다. 도 10f의 실시예에서는, 제3 P-MOSFET(1041)의 드레인이 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 제3 P-MOSFET(1041)의 소스에는 제1 인덕터(1031)가 연결될 수 있다. 한편, 제2 커패시터(1051)는 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스와 제3 P-MOSFET의 게이트 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 커패시터(1051)의 일단에는 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 커패시터(1051)의 타단에는 제3 P-MOSFET(1041)의 게이트가 연결될 수 있다. 도 10g의 실시예에서는, 제3 N-MOSFET(1040)의 드레인에 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제3 N-MOSFET(1040)의 소스에는 제2 인덕터(1030)가 연결될 수 있다. 한편, 제1 커패시터(1050)의 일단에는 제1 N-MOSFET(1010) 및 제2 N-MOSFET(1020)의 소스가 연결될 수 있다. 제1 커패시터(1050)의 타단에는 제3 N-MOSFET(1040)의 게이트가 연결될 수 있다. 제3 P-MOSFET(1041)의 드레인에 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 제3 P-MOSFET(1041)의 소스에는 제1 인덕터(1031)가 연결될 수 있다. 한편, 제2 커패시터(1051)의 일단에는 제1 P-MOSFET(1011) 및 제2 P-MOSFET(1021) 각각의 소스에 연결될 수 있다. 제2 커패시터(1051)의 타단에는 제3 P-MOSFET(1041)의 게이트가 연결될 수 있다. 커패시터가 추가적으로 포함됨에 따라서, 피크 전류가 완화될 수 있다.
순간적인 피크 전류는 MOSFET의 드레인 전압을 순간적으로 올릴 수 있으나 이때 게이트의 전압이 같이 올라가면서 MOSFET의 임피던스가 줄어들 수 있다. 이 경우, 회로에 기생하는 저항 또는 커패시터에 의한 전이현상에 의해 순간적인 피크 전류, 전압의 크기가 작아질 수 있어, PA 드라이버의 접지 또는 구동 전력 입력단으로 전달되는 스파이크(spike) 형태의 고조파 전류, 전압 잡음이 감소할 수 있다.
도 10a 내지 도 10g에 도시된 PA 드라이버를 통해 신호가 증폭기로 출력되며, 상기 증폭기는 상기 PA 드라이버를 통해 노이즈가 제거된 신호를 증폭할 수 있다.
또한, 도 10a 내지 도 10g에서는 차동 신호를 위한 PA 드라이버를 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 PA 드라이버는 싱글-엔디드 신호에 적합하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 싱글-엔디드 신호를 대상으로 하는 경우, 도 10a 내지 10g에서 제2 N-MOSFET(1020) 및 제2 P-MOSFET(1021)은 제거될 수 있다.
아울러, 도 10a 내지 도 10g에서는 CMOS 트랜지스터들로 도시되었으나, 이는 설명의 목적을 위한 일 예일 뿐이고, BJT(bipolar junction transistor)와 같은 다른 종류의 트랜지스터를 통해서도 동일한 방식으로 구현 가능함은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 명백하다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 PA 드라이버를 통한 잡음 제거 전과 후의 신호의 파형을 도시한다.
도 11의 (a)에서는 PA 드라이버를 통해 잡음이 제거되기 전의 신호의 파형을 도시한다. 도 11의 (a)에 도시된 신호의 파형과 같이, 무선 전력 송신기는 상대적으로 큰 전력을 송출하므로, 무선 전력 송신기 내에서는 상대적으로 큰 전압스윙 및 전류스윙이 발생할 수 있다. 특히 무선 전력 송신기가 스위칭으로 동작하는 클래스 D 또는 E 증폭기 등을 사용할 경우 전압신호가 구형파로 0V에서 VDD, 혹은 VDD에서 0V로 전이되므로, 상대적으로 큰 크기를 가지는 피크 전류가 도 11의 (a)에 도시된 신호의 파형과 같이 발생할 수 있다.
도 11의 (b)에서는 PA 드라이버를 통해 잡음이 제거되기 전의 신호의 파형을 도시한다. 도 11의 (b)에 도시된 신호의 파형과 같이, 무선 전력 송신기에서 순간적인 피크 전류가 높은 고조파가 생성되는 경우에, 인덕터에서 감쇄하여 EMI방사가 감소하도록 할 수 있다. 또한, MOS또는 BJT의 회로가 무선 전력 송신기에 포함되는 경우, 전류원 회로의 gate-drain, 또는 base-collector간에 커패시터가 배치되어, 피드백(feedback)이 가능하여, 고조파의 피크 전류가 도 11의 (b)에 도시된 신호의 파형과 같이 완화될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기 상에서의 무선 전력 수신기의 위치 변화를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 무선 전력 송신기(1200)는 무선 전력 수신기의 위치 변화를 감지할 수 있다. 무선 전력 송신기(1200)는 무선 전력 수신기와의 상대적인 위치 변경에 의한 공진 임피던스의 변화를 감지할 수 있다. 이와 같이, 무선 전력 송신기(1200)는 공진 임피던스의 변화를 감지하고, 감지된 공진 임피던스의 변화에 기초하여 상기 무선 전력 수신기의 위치 변화를 감지할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 수신기가 제1 위치(1210)에서 제2 위치(1211)로 이동되는 경우, 상기 무선 전력 송신기(1200)는 공진 임피던스의 변화를 감지하고, 상기 감지된 공진 임피던스 변화에 기초하여 무선 전력 송신기가 제1 위치(1210)에서 제2 위치(1211)로 이동되었음을 감지할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c는 비교 예에 의한 신호 파형을 도시한다.
도 13a에서는 증폭기를 통하여 증폭된 차동 신호를 구성하는 제1 신호 및 제2 신호 각각에 대한 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1313)이 도시된다. 제1 신호의 제1 파형(1312)은 구형파의 형태를 가질 수 있으며, 제2 신호의 제2 파형(1313)은 구형파의 형태를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 신호 및 제2 신호는 180도의 위상 차이를 가질 수 있으며, 이에 따라 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1313)은 180도의 위상 차이를 가지는 것과 같이 도시됨을 확인할 수 있다.
한편, 예를 들어 무선 전력 수신기의 위치 변경 등과 같은 공진기 주변의 환경 또는 안테나 주변의 환경에 의하여 무선 전력 송신기의 공진 임피던스가 변화하는 경우, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 위상 차이가 180도를 유지하지 못할 수 있다. 도 13b에서와 같이, 제2 신호에 대응하는 제2 파형(1314)이 도 13a와 비교하여 우측으로 이동한 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1314)은 180도의 위상 차이를 유지하지 못하는 것을 확인할 수 있다. 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1314)이 180도의 위상 차이를 유지하지 못함에 따라서, 제1 파형(1312)의 일부 및 제2 파형(1314)의 일부가 겹치는 부분(1321, 1322, 1323)이 발생할 수 있다. 제1 파형(1312)의 일부 및 제2 파형(1314)의 일부가 겹치는 부분(1321, 1322, 1323)이 발생함에 따라서, EMI가 증가할 수 있으며, 전체 무선 충전 효율이 감소할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신기의 위치 변경 등과 같은 공진기 주변의 환경 또는 안테나 주변의 환경에 의하여 무선 전력 송신기의 공진 임피던스가 변화하는 경우, 제1 신호 및 제2 신호의 진폭의 크기가 상이해질 수 있다. 도 13c에서와 같이, 제2 신호에 대응하는 제2 파형(1331)의 진폭이 도 13a와 비교하여 작아진 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1331)의 진폭이 상이해 진 것을 확인할 수 있다. 제1 신호 및 제2 신호의 진폭에 따라 무선 전력 송신기의 무선 충전 효율이 변화하며, 제1 파형(1312) 및 제2 파형(1331)의 진폭이 상이해짐에 따라서, 전체 무선 충전 효율이 감소할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기 상에서의 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치를 벗어난 상태임을 알리는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12에서 설명한 바와 같이, 무선 전력 송신기(1400)는 무선 전력 수신기의 위치 변화를 감지할 수 있다. 이에 따라서, 무선 전력 송신기(1400)는 무선 전력 수신기의 위치가 무선 충전 효율에 최적화 되도록 기 설정된 위치(1411)를 벗어나는 경우, 사용자에게 알림을 제공할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 벗어나 제1 위치(1412)로 이동되는 경우, 무선 전력 송신기(1400)의 공진 임피던스가 변화하게 되고, 이에 따라 무선 전력 송신기(1400)의 무선 충전 효율이 감소될 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신기(1400)는 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 벗어나는 경우, 사용자에게 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 이탈하였음을 나타내는 알림을 제공하여 사용자가 무선 전력 수신기의 위치를 기 설정된 위치(141)로 이동시키도록 유도할 수 잇다.
도 14a와 같이, 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 벗어나는 경우 무선 전력 송신기(1400)는 LED 램프 등과 같이 무선 전력 송신기(1400)에 포함된 표시부(1401)를 통하여 사용자에게 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 이탈하였음을 나타내는 알림을 제공할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(1400)는 LED 램프(1401)를 특정 색으로 점등하거나, LED 램프(1401)를 점멸시킴으로써, 사용자에게 알림을 제공할 수 있다.
또한, 도 14b와 같이, 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 벗어나는 경우 무선 전력 송신기(1400)는 무선 전력 수신기가 기 설정된 위치(1411)를 이탈하였음을 나타내는 신호를 상기 무선 전력 수신기로 송신할 수 있다. 무선 전력 수신기는 상기 신호를 수신하는 경우, 디스플레이와 같은 표시부를 통해 사용자에게 무선 전력 수신기의 위치가 기 설정된 위치(1411)를 이탈하였음을 나타내는 알림을 제공할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(1400)는 상기 신호를 상기 무선 전력 수신기로 송신함과 동시에, 상기 무선 전력 송신기(1400)에 포함된 표시부(1401)를 통해서도 사용자에게 알림을 제공할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 차동 구조의 전류 감지 회로에 대한 구성도이다.
도 15를 참조하면, 전류 감지 회로는 크게 전력 증폭기(1500), 제1전류 검출용 저항(1530), 제2전류 검출용 저항(1535) 및 부하 검출을 위한 부하 저항(1505)을 포함할 수 있다. 도 15의 전류 감지 회로는 전력 증폭기(1500)로부터 출력되는 또는 공진기로 전달되는 AC/RF 전류를 측정하기 위한 신호 경로에 직렬로 전류 검출용 저항을 배치하고, 그 전류 검출용 저항 양단에 걸리는 전압의 차이를 측정하는 방식이다. 특히 차동 구조에서 포지티브(positive), 네거티브(negative)에 동일하게 2개의 전류 검출용 저항을 배치하여 그 전류 검출용 저항들의 양단 즉, 4 군데의 전압을 서로 크로스하여 샘플링하는 방식이다. 이때, 크로스 방식은 공통 모드(common mode)가 줄어들고 비대칭의 효과가 상쇄되도록 구성된 것이다.
전력 증폭기(1500)는 제1출력 전압을 부하(1505)의 일단에 인가하며, 상기 제1출력 전압과는 상반된 제2출력 전압을 상기 부하(1505)의 다른 일단에 인가한다. 이때, 제2출력 전압은 상기 제1출력 전압의 극성과는 반대인 것을 나타낸다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전력 증폭기(1500)는 클래스 D 또는 E 증폭기일 수 있다. 여기서, 부하(1505)는 안테나 또는 공진기에 대응하는 부하일 수 있다.
부하 저항(1505)은 'RL'로 표기될 수 있으며, 차동 회로 관점에서 비대칭을 표현하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 제1저항 및 제2저항으로 구현될 수 있다. 이때, 제1저항과 제2저항은 서로 ΔRL 만큼 차이가 있으며, 이러한 경우 제1저항은 '0.5RL +ΔRL'이며, 제2저항은 '0.5RL - ΔRL'로 표현될 수 있다. 이러한 제1저항과 제2저항의 중간이 접지가 된다.
제1전류 검출용 저항(1530) 및 제2전류 검출용 저항(1535)은 각각 'RS'로 표기될 수 있다. 전류 감지 회로는 제1전류 검출용 저항(1530)의 양단에 걸리는 전압 'VRS'를 구하기 위한 것이다. 이러한 'VRS'를 구하게 되면 전류 감지 회로에 연결되는 회로에서 증폭되어 전류 크기를 감지하는 데 이용될 수 있다. 하지만, 하나의 전류 검출용 저항이 배치된 전류 감지 회로의 경우에는 그 저항의 양단에 걸리는 전압 간의 차이가 매우 커서 공통 모드의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 감지하고자 하는 신호의 전압 스윙이 매우 큰 경우, 내부 회로의 공통 모드, 비대칭에 의한 문제 등에 영향을 받지 않도록 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전류 감지 회로는 2개의 전류 검출용 저항이 배치된다.
이러한 2개의 전류 검출용 저항(1530, 1535)은 전력 증폭기(1500)로부터 출력되는 전압, 전류 신호가 안테나 혹은 공진기와 같은 부하 예컨대, 부하(1505)에 인가될 때 부하 임피던스가 변함에 따라 변경되는 전류 신호(IRF)를 측정하여 연산 증폭기를 제어하는 이용될 수 있다.
먼저, 제1전류 검출용 저항(1530)은 전력 증폭기(1500)의 제1출력과 상기 부하(1505) 사이에 배치되며, 제2전류 검출용 저항(1535)은 상기 전력 증폭기(1500)의 제2출력과 상기 부하(1505) 사이에 배치될 수 있다.
제1전압(V1)(1510)은 상기 제1전류 검출용 저항(1530)의 앞단에 인가되는 전압이며, 제2전압(V2)(1515)는 제1전류 검출용 저항(1530)의 뒷단에 인가되는 전압이다. 제3전압(V3)(1520)는 제2전류 검출용 저항(1535)의 앞단에 인가되는 전압이며, 제4전압(V4)(1525)는 제2전류 검출용 저항(1535)의 뒷단에 인가되는 전압이다.
전류 감지 회로는 하기 수학식 1 및 수학식 2를 기반으로 도 16의 연산 증폭기(1600)로 입력되는 전압들을 구할 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 수학식 1, 2에서 VP 및 VN는 각각 부하(1505)의 양단에 걸리는 신호 전압의 포지티브와 네거티브의 전압이며, 본 발명의 다양한 실시 예에서는 VP 를 제1기준 전압이라고 칭하며, VN를 제2기준 전압이라고 칭할 수 있다. 또한, 상기 수학식 1, 2에서 상기 VRS는 제1전류 검출용 저항(1530) 및 제2전류 검출용 저항(1535) 각각에 걸리는 전압이다. 이러한 VRS는 감지하고자 하는 전류(IRF)와 저항(RS)값의 곱으로써, 매우 작은 전압이다. 즉, VRS는 하기 수학식 3에서와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00003
한편, 상기 수학식 1에 따르면, 제1전압(V1)(1510)과 제4전압(V4)(1525)를 합하여 제5전압(V5)이 구해질 수 있다. 또한, 수학식 2에 따르면, 제2전압(V2)(1515)과 제3전압(V3)(1520)를 합하여 제6전압(V6)이 구해질 수 있다.
이를 회로로 구현하면 도 16에 도시된 바와 같다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 전류 감지 회로에 연결되는 증폭부 회로에 대한 구성도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 도 15의 제1전류 검출용 저항(1530) 및 제2전류 검출용 저항(1535) 각각의 양단에 걸리는 전압들(V1 , V2, V3, V4)들은 전압 분배기를 통해 서로 크로스 형태로 합산되어 제5전압(V5) 및 제6전압(V6) 형태로 출력될 수 있다. 여기서, 제1전압 분배기는 상기 제1전류 검출용 저항(1530)의 앞단에 걸리는 제1전압(V1)과 상기 제2전류 검출용 저항(1535)의 뒷단에 걸리는 제4전압(V4)을 합하는 역할을 할 수 있다. 또한, 제2전압 분배기는 상기 제1전류 검출용 저항(1530)의 뒷단에 걸리는 제2전압(V2)과 상기 제2전류 검출용 저항(1535)의 앞단에 걸리는 제3전압(V3)을 합하는 역할을 할 수 있다. 이러한 제1전압 분배기 및 제2전압 분배기는 연산 증폭기(1600)의 앞단에 연결될 수 있다.
이에 따라 제5전압(V5) 및 제6전압(V6)은 연산 증폭기(1600)로 입력되며, 이러한 연산 증폭기(1600)를 통해 제5전압(V5) 및 제6전압(V6) 간의 차이가 구해질 수 있다. 이러한 연산 증폭기(1600)를 이용한 뺄셈 회로를 통해 얻어지는 출력 전압(VO)은 하기 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. 이때, 연산 증폭기(1600)는 제5전압(V5) 및 제6전압(V6) 간의 차이에 이득 A만큼 증폭을 수행하는 역할을 한다.
Figure pat00004
상기 수학식 4에서 A는 기 설정된 이득으로 연산 증폭기(1600)에서의 이득을 나타낸다.
상기 수학식 4에 따르면, 연산 증폭기(1600)로부터 출력되는 출력 전압(VO)은 VP , VN에 영향을 받지 않으며 즉, 부하(1505)인 'RL'에 영향을 받지 않는 전압으로써 출력될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 부하(1505)인 'RL'의 변화에 영향을 받지 않는 출력 전압(VO)인 2A * VRS를 구할 수 있다.
게다가 차동 구조의 비대칭에 비해 VP 와 VN의 크기가 서로 다른 경우에도 상기 수학식들을 적용할 수 있어, 비대칭에 의한 감지 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 공통 모드 문제도 연산 증폭기(1600)의 입력에서 볼 때 V5나 V6은 VP - VN으로 표현되는 것이므로, 비대칭이 심하지 않은 경우 즉, VP 와 VN의 크기 차이가 미리 정해진 범위 이내에 속할 경우 부하의 전압 스윙인 VP 와 VN의 절대 크기보다 상당히 줄어든 크기가 공통 모드로 인가되어 공 통모 드신호의 출력크기에 의해 원하는 신호가 보이지 않는 문제를 해결할 수 있다.
한편, 연산 증폭기(1600)로부터 출력되는 출력 전압(VO)은 제어부 및 통신부(312, 313)로 입력되기 위해 교류 형태의 신호에서 다시 직류 형태의 일정한 전압으로의 변환이 필요하다. 이를 위해 도 17에 도시된 바와 같이 직류 레벨화하는 정류 회로부(1700)가 구현될 수 있다.
이에 따라 무선 전력 송신기의 제어부 및 통신부는 센싱 회로로부터 제공되는 출력 전압(VO)을 기반으로 제어 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 신호 생성부는 제어부로부터 제공된 제어 신호를 근거로 전원을 발생시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 센싱 회로는 상기 도 15 및 도 16을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제어부 및 통신부로 상기 출력 전압(VO)이 제공될 수 있도록 도 17의 정류 회로부(1700)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
만일 상기 센싱 회로가 상기 도 15 및 도 16의 구성을 포함하도록 구현될 경우, 상기 센싱 회로는 제1출력 전압을 부하의 일단에 공급하며, 상기 제1출력 전압과는 상반된 제2출력 전압을 상기 부하의 다른 일단에 공급하는 제1증폭기와, 상기 제1증폭기의 제1출력과 상기 부하 사이에 배치되는 제1전류 검출용 저항과, 상기 제1증폭기의 제2출력과 상기 부하 사이에 배치되는 제2전류 검출 저항과, 상기 제1전류 검출 저항의 앞단에 걸리는 제1전압과 상기 제2전류 검출 저항의 뒷단에 걸리는 제4전압을 합한 제5전압과, 상기 제1전류 검출 저항의 뒷단에 걸리는 제2전압과 상기 제2전류 검출 저항의 앞단에 걸리는 제3전압을 합한 제6전압을 구한 후, 상기 제5전압과 상기 제6전압과의 차이에 비례하는 출력 전압을 출력하는 제2증폭기를 포함할 수 있다.
도 18은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법의 흐름도를 도시한다.
1810 동작에서, 무선 전력 송신기는, 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 전류값 및 전압값 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는, 싱글-엔디드 신호의 전류값 및 전압값 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다.
1820 동작에서, 무선 전력 송신기는, 차동 신호의 비대칭성을 계산할 수 있다. 더욱 상세하게, 무선 전력 송신기는, 차동 신호를 구성하는 두 개의 신호 사이의 위상 차이가 기설정된 수치에 대응하는지 여부를 판단할 수 있으며, 판단 결과에 기초하여 차동 신호의 비대칭성을 계산할 수 있다. 한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는, 싱글-엔디드 신호의 위상이 기설정된 수치에 대응하는지 여부를 판단할 수도 있다.
1830 동작에서, 무선 전력 송신기는 위상 차 코드를 계산할 수 있다. 도 9a에서 설명한 바와 같이, 위상차 코드와 출력 전압의 크기는 비교적 선형적으로 비례하는 직선방정식에 근사될 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 위상 차 코드를 변경함으로써, 코드제어 시간을 최소화하면서 최적의 코드를 찾아 전압의 대칭성을 획득할 수 있다. 1840 동작에서, 무선 전력 송신기는 계산된 위상차 코드에 기초하여 위상차 제어를 수행할 수 있다. 1850 동작에서, 무선 전력 송신기는 차동 신호가 대칭성을 회복하는지를 판단할 수 있으며, 차동 신호가 대칭성을 회복하지 못한 경우에는, 차동 신호의 센싱 내지 위상 차 제어 과정을 반복할 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는 싱글-엔디드 신호의 위상을 조정하기 위한 위상차 코드를 결정하여, 위상을 제어할 수 있다. 무선 전력 송신기는 센싱 및 위상 제어 과정을 피드백 과정으로 반복함으로써, 싱글-엔디드 신호의 위상이 기설정된 값에 대응되도록 제어할 수 있다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 제어 방법의 흐름도를 도시한다.
1910 동작에서, 무선 전력 송신기는 증폭기의 DC 전압 및 전류를 센싱할 수 있다. 1920 동작에서, 무선 전력 송신기는 증폭기의 출력 AC 전류를 센싱할 수 있다. 1930 동작에서, 무선 전력 송신기는 증폭기의 출력 AC 전압을 센싱할 수 있다. 1940 동작에서, 무선 전력 송신기는 DC 전압 및 전류와, AC 전류 및 전압에 기초하여 전력 효율을 계산할 수 있다.
1950 동작에서, 무선 전력 송신기는 계산된 전력 효율에 기초하여 차동 신호의 적어도 하나의 신호 또는 싱글-엔디드 신호의 진폭을 제어할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 무선 전력 송신기는 구동 전압의 진폭 제어 회로의 제어 코드를 변경함으로써 진폭을 조정할 수 있다. 도 9b에서 상술한 바와 같이, 진폭이 증가할수록 전력 효율이 증가하다가 최적의 진폭를 도과하면 전력 효율이 다시 감소할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 최적의 진폭으로 신호의 진폭을 조정할 수 있다. 예를 들어, 1960 동작에서, 무선 전력 송신기는 제어된 진폭에서의 전력 효율이 제어 이전의 전력 효율보다 큰지 여부를 판단할 수 있다. 제어된 진폭에서의 전력 효율이 제어 이전의 전력 효율보다 크면, 무선 전력 송신기는 진폭 제어를 반복할 수 있다. 제어된 진폭에서의 전력 효율이 제어 이전의 전력 효율 이하이면, 1970 동작에서, 무선 전력 송신기는 제어 이전의 전력 효율에서의 진폭으로 무선 충전을 수행할 수 있다.

Claims (29)

  1. 무선 전력 송신기에 있어서,
    차동 신호를 생성하는 신호 생성부;
    상기 차동 신호를 기설정된 이득으로 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭된 차동 신호를 이용하여, 전자기파를 생성하여 방사하는 공진부; 및
    상기 공진부의 입력단에서의 상기 증폭된 차동 신호의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하고, 상기 센싱 결과에 기초하여 상기 신호 생성부로부터 출력되는 상기 차동 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정하는 신호 조정부
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 조정부는,
    상기 차동 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나의 조정 정보를 포함하는 제어 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 제어 신호에 기초하여, 상기 차동 신호의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정하는 변조부
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변조부는,
    상기 차동 신호를 구성하는 두 개의 신호 사이의 위상 차가 기설정된 값에 대응되도록, 상기 차동 신호 중 적어도 하나의 신호의 위상을 조정하는 위상 제어 회로
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 위상 제어 회로는,
    상기 차동 신호를 구성하는 제 1 신호의 위상을 제어하는 제 1 위상 제어 회로; 및
    상기 차동 신호를 구성하는 제 2 신호의 위상을 제어하는 제 2 위상 제어 회로
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 위상 제어 회로는,
    상기 차동 신호의 적어도 하나의 신호를 딜레이시키는 복수 개의 딜레이 소자를 포함하는 무선 전력 송신기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 신호는, 상기 복수 개의 딜레이 소자 중 온(on) 상태로 제어할 딜레이 소자의 개수에 대한 정보를 포함하는 무선 전력 송신기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상 제어 회로는,
    상기 온 상태로 제어할 딜레이 소자에 온 상태로 제어하는 신호를 출력하고, 나머지 딜레이 소자에 오프 상태로 제어하는 신호를 출력하는 멀티플렉서
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 위상 제어 회로는,
    상기 복수 개의 딜레이 소자 사이에 연결되는 커패시터
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 커패시터는 가변 커패시터이며,
    상기 제어 신호는 상기 가변 커패시터의 커패시턴스에 대한 정보를 포함하는 무선 전력 송신기.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 변조부는,
    상기 차동 신호의 진폭을 조정하는 진폭 제어부
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 조정부는,
    상기 차동 신호의 노이즈를 제거하고, 상기 노이즈가 제거된 차동 신호를 상기 증폭기로 전달하는 PA(power amplifier) 드라이버
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 PA 드라이버는,
    상기 차동 신호를 처리하기 위한 적어도 하나의 제 1 MOSFET 및 상기 제 1 MOSFET에 연결되는 인덕터
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 PA 드라이버는,
    상기 제 1 MOSFET 및 상기 인덕터 중 적어도 하나에 연결되는 제 2 MOSFET
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 PA 드라이버는,
    상기 제 1 MOSFET 및 상기 제 2 MOSFET에 연결되는 커패시터
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 조정부는,
    상기 공진부의 입력단의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하는 센싱 회로; 및
    상기 센싱 결과를 ADC하여 출력하는 ADC부
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  16. 무선 전력 송신기에 있어서,
    싱글-엔디드(single-ended) 신호를 생성하는 신호 생성부;
    상기 싱글-엔디드를 기설정된 이득으로 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭된 싱글-엔디드를 이용하여, 전자기파를 생성하여 방사하는 공진부; 및
    상기 공진부의 입력단에서의 상기 증폭된 싱글-엔디드의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하고, 상기 센싱 결과에 기초하여 상기 신호 생성부로부터 출력되는 상기 싱글-엔디드의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정하는 신호 조정부
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 신호 조정부는,
    상기 싱글-엔디드의 위상 및 진폭 중 적어도 하나의 조정 정보를 포함하는 제어 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 제어 신호에 기초하여, 상기 싱글-엔디드의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정하는 변조부
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 변조부는,
    상기 싱글-엔디드의 위상이 기설정된 값에 대응되도록, 상기 싱글-엔디드 신호의 위상을 조정하는 위상 제어 회로
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 싱글-엔디드 신호를 딜레이시키는 복수 개의 딜레이 소자를 포함하는 무선 전력 송신기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어 신호는, 상기 복수 개의 딜레이 소자 중 온(on) 상태로 제어할 딜레이 소자의 개수에 대한 정보를 포함하는 무선 전력 송신기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 위상 제어 회로는,
    상기 온 상태로 제어할 딜레이 소자에 온 상태로 제어하는 신호를 출력하고, 나머지 딜레이 소자에 오프 상태로 제어하는 신호를 출력하는 멀티플렉서
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 위상 제어 회로는,
    상기 복수 개의 딜레이 소자 사이에 연결되는 커패시터
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 커패시터는 가변 커패시터이며,
    상기 제어 신호는 상기 가변 커패시터의 커패시턴스에 대한 정보를 포함하는 무선 전력 송신기.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 변조부는,
    상기 싱글-엔디드의 진폭을 조정하는 진폭 제어부
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  25. 제 16 항에 있어서,
    상기 신호 조정부는,
    상기 싱글-엔디드의 노이즈를 제거하고, 상기 노이즈가 제거된 싱글-엔디드를 상기 증폭기로 전달하는 PA(power amplifier) 드라이버
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 PA 드라이버는,
    상기 싱글-엔디드를 처리하기 위한 적어도 하나의 제 1 MOSFET 및 상기 제 1 MOS에 연결되는 인덕터
    를 포함하는 무선 전력 송신기.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 PA 드라이버는,
    상기 제 1 MOSFET 및 상기 인덕터 중 적어도 하나에 연결되는 제 2 MOSFET
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 PA 드라이버는,
    상기 제 1 MOSFET 및 상기 제 2 MOSFET에 연결되는 커패시터
    를 더 포함하는 무선 전력 송신기.
  29. 제 17 항에 있어서,
    상기 신호 조정부는,
    상기 공진부의 입력단의 전류 및 전압 중 적어도 하나를 센싱하는 센싱 회로; 및
    상기 센싱 결과를 ADC하여 출력하는 ADC부
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