KR20170044120A - 무선 전력 전달 - Google Patents

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KR20170044120A
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Abstract

입사 RF 파들로부터 DC 전력을 생성하는 방법은, DC 전력을 생성하는 디바이스에 의해 수신되는 전력량을 측정하는 단계, 및 측정된 전력에 따라 다수의 RF 송신기들에 의해 송신되는 RF 파들의 위상들을 제어하는 단계를 부분적으로 포함한다. 프로그래밍 가능 테스트 로드는 선택적으로, 수신된 전력을 측정하기 위해 디바이스에서 사용된다. 디바이스는 선택적으로, 안테나, DC 전력을 생성하기 위한 RF-DC 변환기, 임피던스 매칭/변형 회로 및 RF 로드/매칭 회로를 포함한다.

Description

무선 전력 전달{WIRELSS POWER TRANSFER}
관련 출원에 대한 교차-참조
[0001] 본 출원은 2014년 8월 19일 출원되고 발명의 명칭이 "Method for Wireless Power Transfer"인 미국 가특허 출원 제62/039,321호를, 35§U.S.C 119(e) 하에서 우선권으로 주장하며, 그의 내용은 그 전체가 인용에 의해 본원에서 포함된다.
[0002] 본 출원은 다음의 미국 출원들:
· 2013년 11월 12일 출원되고 발명의 명칭이 "Smart RF Lensing: Efficient, Dynamic And Mobile Wireless Power Transfer"인 출원 번호 제14/078,489호,
· 2014년 11월 24일 출원되고 발명의 명칭이 "Active CMOS Recovery Units For Wireless Power Transmission"인 출원 번호 제14/552,249호, 및
· 2014년 11월 24일 출원되고 발명의 명칭이 "Generator Unit For Wireless Power Transfer"인 출원 번호 제14/552,414호와 관련되며, 이들 출원 모두의 내용은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0003] 본 발명은 무선 통신에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 무선 전력 전달에 관한 것이다.
[0004] 전자 디바이스들에 전력을 공급하는데 사용되는 전기 에너지는 대부분은 유선 소스들로부터 비롯된다. 종래의 무선 전력 전달은 서로 아주 가깝게 배치된 2개의 코일들 사이의 자기 유도 효과에 의존한다. 그의 효율을 증가시키기 위해, 코일 크기는 방사된 전자기파의 파장보다 작게 선택된다. 전달되는 전력은 소스와 충전 디바이스 사이의 거리가 증가함에 따라 크게 감소한다.
[0005] 본 발명의 일 실시예에 따라, 라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛은, RF 전력을 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나, DC 전력을 생성하도록 적응된 RF-DC 변환기, 안테나와 RF-DC 변환기 사이에 배치되고 안테나와 RF-DC 변환기 간의 임피던스 매칭을 제공하도록 적응된 임피던스 매칭/변형 회로, 및 RF-DC 변환기에 커플링되고 RF 전력이 RF-DC 변환기의 출력 단자에 도달하는 것을 차단하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로를 부분적으로 포함한다.
[0006] 일 실시예에서, 복원 유닛은 RF-DC 변환기의 출력 단자에 커플링되는 DC-DC 변환기를 부분적으로 더 포함한다. 일 실시예에서, 복원 유닛은 진폭/전력 검출기를 부분적으로 더 포함한다. 일 실시예에서, 진폭/전력 검출기는 적어도 하나의 안테나의 출력 단자에 커플링된다. 일 실시예에서, 진폭/전력 검출기는 RF-DC 변환기의 입력 단자에 커플링된다. 일 실시예에서, 진폭/전력 검출기는 RF-DC 변환기의 출력 단자에 커플링된다.
[0007] 일 실시예에서, 복원 유닛은 DC-DC 변환기의 입력 단자에 커플링된 프로그래밍 가능 로드를 부분적으로 더 포함한다. 일 실시예에서, 복원 유닛은 DC-DC 변환기의 출력 단자에 커플링된 프로그래밍 가능 로드를 부분적으로 더 포함한다. 일 실시예에서, 복원 유닛은 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하고 DC 전력을 수신하는 디바이스에 통신/제어 신호들을 제공하도록 적응된 디지털 제어 블록, 및 진폭/전력 검출기의 출력을 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 변환기를 부분적으로 더 포함한다. 일 실시예에서, 복원 유닛은 복원 유닛에 대한 제어 신호를 생성하도록 적응된 디지털 제어 블록 및 DC 전력을 수신하는 디바이스와 통신하도록 적응된 트랜시버를 부분적으로 더 포함한다.
[0008] 본 발명의 일 실시예에 따라, 라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛은, 서로 병렬로 커플링되는 다수의 복원 엘리먼트들, 다수의 복원 엘리먼트들 각각의 출력 단자에 커플링되는 DC-DC 변환기, DC-DC 변환기의 출력에 커플링되는 진폭/전력 검출기, 및 DC-DC 변환기의 출력에 커플링되는 프로그래밍 가능 로드를 부분적으로 포함한다. 각각의 복원 엘리먼트는, RF 전력을 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나, RF-DC 변환기, 적어도 하나의 안테나와 RF-DC 변환기 사이에 배치되고 안테나와 RF-DC 변환기 간의 임피던스 매칭을 제공하도록 적응된 임피던스 매칭/변형 회로, 및 RF-DC 변환기에 커플링되고 RF 전력이 RF-DC 변환기의 출력 단자에 도달하는 것을 차단하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로를 부분적으로 포함한다.
[0009] 일부 실시예들에서, 복원 유닛은 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하고 DC 전력을 수신하는 디바이스에 통신/제어 신호들을 제공하도록 적응된 디지털 제어 블록, 및 진폭/전력 검출기의 출력을 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 변환기를 부분적으로 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 복원 유닛은 복원 유닛에 대한 제어 신호를 생성하도록 적응된 디지털 제어 블록 및 DC 전력을 수신하는 디바이스와 통신하도록 적응된 트랜시버를 부분적으로 더 포함한다.
[0010] 본 발명의 일 실시예에 따라, 라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛은, 다수의 복원 엘리먼트들, 및 각각이 다수의 복원 엘리먼트들 중 상이한 하나의 출력에 커플링되고 이와 연관되는 다수의 DC-DC 변환기들을 부분적으로 포함한다. DC-DC 변환기들의 출력 단자들은 공통 노드에 커플링된다. 복원 유닛은 공통 노드에 커플링된 진폭/전력 검출기 및 공통 노드에 커플링된 프로그래밍 가능 테스트 로드를 부분적으로 더 포함한다.
[0011] 각각의 복원 엘리먼트는, RF 전력을 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나, RF-DC 변환기, 안테나와 RF-DC 변환기 사이에 배치되고 안테나와 RF-DC 변환기 간의 임피던스 매칭을 제공하도록 적응된 임피던스 매칭/변형 회로, 및 RF-DC 변환기에 커플링되고 RF 전력이 RF-DC 변환기의 출력 단자에 도달하는 것을 차단하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로를 부분적으로 포함한다.
[0012] 일부 실시예들에서, 복원 유닛은 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하고 DC 전력을 수신하는 디바이스에 통신/제어 신호들을 제공하도록 적응된 디지털 제어 블록, 및 진폭/전력 검출기의 출력을 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 변환기를 부분적으로 더 포함한다.
[0013] 일부 실시예들에서, 복원 유닛은 복원 유닛에 대한 제어 신호를 생성하도록 적응된 디지털 제어 블록 및 DC 전력을 수신하는 디바이스와 통신하도록 적응된 트랜시버를 부분적으로 더 포함한다.
[0014] 본 발명의 일 실시예에 따라, 라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛은, 다수의 복원 엘리먼트들, 각각이 다수의 복원 엘리먼트들 중 상이한 하나의 출력에 커플링되고 이와 연관되는 다수의 DC-DC 변환기들, 각각이 다수의 복원 엘리먼트들 중 상이한 하나의 출력에 커플링되고 이와 연관되는 다수의 진폭/전력 검출기들, 및 다수의 DC-DC 변환기들의 출력 단자들을 서로 연결하는 공통 노드에 커플링되는 프로그래밍 가능 테스트 로드를 부분적으로 포함한다. 각각의 복원 엘리먼트는, RF 전력을 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나, RF-DC 변환기, 안테나와 RF-DC 변환기 사이에 배치되고 안테나와 RF-DC 변환기 간의 임피던스 매칭을 제공하도록 적응된 임피던스 매칭/변형 회로, 및 RF-DC 변환기에 커플링되고 RF 전력이 RF-DC 변환기의 출력 단자에 도달하는 것을 차단하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로를 부분적으로 더 포함한다.
[0015] 일 실시예에 따른 복원 유닛은 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하고 DC 전력을 수신하는 디바이스에 통신/제어 신호들을 제공하도록 적응된 디지털 제어 블록, 및 진폭/전력 검출기의 출력을 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 변환기를 부분적으로 더 포함한다. 일 실시예에 따른 복원 유닛은 복원 유닛에 대한 제어 신호를 생성하도록 적응된 디지털 제어 블록 및 DC 전력을 수신하는 디바이스와 통신하도록 적응된 트랜시버를 부분적으로 더 포함한다.
[0016] 본 발명의 일 실시예에 따라, 라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛은, 서로 직렬로 커플링되는 다수의 복원 엘리먼트들, 직렬로 연결된 복원 엘리먼트들의 마지막 하나의 출력 단자에 커플링되는 DC-DC 변환기, DC-DC 변환기의 출력에 커플링되는 진폭/전력 검출기, 및 DC-DC 변환기의 출력에 커플링되는 프로그래밍 가능 테스트 로드를 부분적으로 포함한다. 각각의 복원 엘리먼트들은, RF 전력을 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나, RF-DC 변환기, 안테나와 RF-DC 변환기 사이에 배치되고 안테나와 RF-DC 변환기 간의 임피던스 매칭을 제공하도록 적응된 임피던스 매칭/변형 회로, 및 RF-DC 변환기에 커플링되고 RF 전력이 RF-DC 변환기의 출력 단자에 도달하는 것을 차단하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로를 부분적으로 더 포함한다.
[0017] 일 실시예에 따른 복원 유닛은, 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하고 DC 전력을 수신하는 디바이스에 통신/제어 신호들을 제공하도록 적응된 디지털 제어 블록, 및 진폭/전력 검출기의 출력을 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 변환기를 부분적으로 더 포함한다. 일 실시예에 따른 복원 유닛은, 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하도록 적응된 디지털 제어 블록 및 DC 전력을 수신하는 디바이스와 통신하도록 적응된 트랜시버를 부분적으로 더 포함한다.
[0018] 본 발명의 일 실시예에 따라 RF 전력을 이용하여 DC 전력을 생성하는 방법은, DC 전력을 생성하는 디바이스에 의해 수신되는 전력량을 측정하는 단계; 및 측정된 전력에 따라 다수의 RF 송신기들에 의해 송신되는 RF 파들의 위상들을 제어하는 단계를 부분적으로 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 수신된 전력을 측정하거나 수신된 전력이 측정되는 동적 범위를 증가시키기 위해 디바이스에서 프로그래밍 가능 로드를 변동시키는 단계를 부분적으로 더 포함한다.
[0019] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 입사 전자기파들로부터 디바이스를 충전하도록 적응된 복원 유닛의 블록도이다.
[0020] 도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 도 1의 복원 유닛에 배치된 복원 엘리먼트의 블록도이다.
[0021] 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일부 실시예에 따른 복원 엘리먼트의 예시적인 블록도들이다.
[0022] 도 4는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛의 블록도이다.
[0023] 도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛의 블록도이다.
[0024] 도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛의 블록도이다.
[0025] 도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛의 블록도이다.
[0026] 도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛의 블록도이다.
[0027] 도 9는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛의 블록도이다.
[0028] 도 10은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛의 블록도이다.
[0029] 도 11은 프로그래밍 가능 테스트 로드의 예시적인 실시예의 보다 상세한 개략도이다.
[0030] 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 디바이스에 무선으로 전력을 공급하는 흐름도이다.
[0031] 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 디바이스를 추적하는 흐름도이다.
[0032] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 라디오 주파수(RF) 파들과 같은 입사 전자기파로부터 디바이스를 충전하도록 적응된 복원 유닛(RU)(100)의 블록도이다. RU(100)는, 각각이 라디오 주파수 파들을 수신하기 위한 안테나 및 고주파 전력, 즉 RF 전력을 직류(DC) 전력으로 변환하는 RF-DC 변환기를 포함하는 다수의 복원 엘리먼트들(102)을 포함하는 것으로서 도시된다. 각각의 복원 엘리먼트(102)는 RF 입력으로부터 RF-DC 변환기로의 전력 전달을 개선하고 그리고/또는 RF 전력으로부터 DC 전력으로의 변환 효율을 개선하기 위해 임피던스 매칭 회로(들) 및/또는 임피던스 변환 회로들을 더 포함할 수 있다. 매칭 회로는 DC, RF 주파수 및/또는 그의 고조파에서 나타나는 로드를 변경 및/또는 변환할 수 있다. 출원번호 제14/552,249호의 도 1은 안테나를 통해 수신된 전자기파를 DC 전력으로 변환하도록 적응된 RU 엘리먼트(102)의 보다 상세한 개략도이다.
[0033] 도 2는 본 발명의 일 예시적인 실시예에 따른 복원 엘리먼트(102)의 블록도이다. 복원 엘리먼트(102)는 RF 파들을 수신하는 하나 또는 그 초과의 안테나들(104), 전력 전달 및/또는 RF 전력으로부터 DC 전력으로의 변환 효율을 개선하도록 적응된 임피던스 변형/매칭 엘리먼트(106), RF 전력을 DC 전력으로 변환하도록 적응된 RF-DC 변환기(108) 및 RF 주파수 및/또는 그의 고조파에서 알려진 임피던스를 제공하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로(110)를 포함하는 것으로 도시된다. 각각의 안테나(104)는 Taoglass(www.taoglass.com)로부터 상업적으로 입수 가능한 세라믹 패치 안테나들 WLP.2450.25.4.A.02 또는 WLP.4958.12.4.A.02와 같은 인쇄 회로 보드(PCB) 패치 안테나 또는 다른 적합한 안테나일 수 있다. RF-DC 변환기(108)는, Avago Technologies로부터 상업적으로 입수 가능한, 모델 번호 HSMS-270C-TR1G를 갖는 쇼트키 다이오드들 또는 Skyworks Solutions Inc.로부터 상업적으로 입수 가능한, 모델 번호 SMS3925-079LF를 갖는 쇼트키 다이오드들과 같이 RF 신호를 DC 신호로 변환시키는 임의의 회로일 수 있다. RF 로드 매칭 회로(110)는 RF-DC 변환기(108)의 임피던스를 매칭시키도록 적응된 커패시터들, 인덕터들, 레지스터들을 포함할 수 있다.
[0034] 도 3a는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 엘리먼트(102)의 블록도이다. 복원 엘리먼트(102)는, 도 2와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, RF 파들을 수신하는 하나 또는 그 초과의 안테나들(104), 임피던스 변형/매칭 엘리먼트(106), RF 전력을 DC 전력으로 변환하도록 적응된 RF-DC 변환기(108) 및 RF 로드/매칭 회로(110)를 부분적으로 포함하는 것으로서 도시된다. 도 3a의 복원 엘리먼트(102)는 또한, DC-DC 변환기(120) 및 진폭/전력 검출기(105)를 부분적으로 포함하는 것으로서 도시된다. DC-DC 변환기(120)는 RF-DC 변환기(108)에 의해 공급된 DC 전압 또는 전류를 고정된 또는 가변 값으로 변환하고 제어하도록 적응된다. RF-DC 변환기는 RF 전력을 DC 전력으로 변환하는 임의의 전자 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 쇼트키 또는 다른 다이오드들이 RF 전력을 DC 전력으로 변환하는데 사용될 수 있다.
[0035] 진폭/전력 검출기(105)는 수신된 및/또는 변환된 전력의 측정을 용이하게 하도록 적응된다. 진폭/전력 검출기(105)는, 예를 들어, RF-DC 변환 회로(예를 들어, 다이오드 또는 트랜지스터 혼합 회로)와 함께 측정을 위해 인입하는 전력의 알려진 작은 프랙션(fraction)을 흡수(siphon off)하는 지향성 커플러를 이용하여 구현될 수 있어서, DC 출력 전압의 양은 흡수된 전력 및 이에 따라 인입하는 RF 전력에 관련된다. RF-DC 변환기(120)는, 예를 들어 그의 DC 출력 전압이 측정되고 알려진 DC 로드 저항에 대한 출력 전력으로 변환되는 경우, 전력 검출 기능을 구현하도록 적응될 수 있다. DC 로드 저항은 하나 또는 그 초과의 DC-DC 변환기들(선택적으로 스위치 인(switch in)되거나 스위치 아웃(switch out)될 수 있음)의 입력 저항 및/또는 예를 들어, 스위치들을 통해 RF-DC 변환기 출력에 연결된 레지스터들을 포함하는 선택적인 프로그래밍 가능 테스트 로드들에 의해 제공될 수 있다. DC-DC 변환기는 수신된 전력 의존 DC 출력 전압을, 디바이스에 전력을 공급하기 위한 고정된 출력 전압으로 변환한다. DC-DC 변환기(120)는 모델 번호 ISL9111AEHADJZ 부스트 변환기라는 명목하의 Intersil 또는 모델 번호 TPS61030PWPR 부스트 변환기라는 명목하의 Texas Instruments와 같은 다수의 공급자들로부터 상업적으로 입수 가능하다.
[0036] 도 3b는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 엘리먼트(102)의 블록도이다. 도 3b에 도시된 복원 엘리먼트는, 도 3b에 도시된 복원 엘리먼트가 프로그래밍 가능 테스트 로드 유닛(115)을 포함한다는 것을 제외하고는, 도 3a에 도시된 것과 유사하다. 프로그램 가능한 테스트 로드 유닛(115)은 구동될 최적의 로드 임피던스를 결정하도록 적응되거나 또는 수신된 전력을 측정하기 위한 회로 또는 변환된 전력을 직접 측정하기 위한 회로이다.
[0037] 도 11은 프로그래밍 가능 테스트 로드(115)의 예시적인 실시예의 보다 상세한 개략도이다. 프로그램 가능 테스트 로드(115)는, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 디지털 제어 블록에 의해 생성된 신호 제어[0-3]의 비트 제어[0], 제어[1], 제어[2], 및 제어[3]에 의해 각각 제어되는 4개의 레지스터들(628, 630, 632, 634) 및 4개의 트랜지스터 스위치들(618, 620, 622 및 624)을 포함하는 것으로서 도시된다. 임의의 주어진 시간에 온(on)에 있는 트랜지스터들의 수를 제어함으로써, 노드 A와 접지 전위 간의 저항이 변동될 수 있다. 상이한 로드들에서의 스위칭은, 충분한 전력이 공급되는지(대부분의/모든 트랜지스터들이 스위치 인될 때)를 테스트하는 것뿐만 아니라, 상대적으로 더 작은 전력이 수신될 때(대부분의 트랜지스터들이 스위치 오프될 때)를 검출하는 것을 제공한다.
[0038] 도 3c는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 엘리먼트(102)의 블록도이다. 도 3c에 도시된 복원 엘리먼트는, 도 3c에 도시된 복원 엘리먼트에서, 진폭/전력 검출기(105)가 RF-DC 변환기(108)의 입력에 커플링된다는 것을 제외하면, 도 3b에 도시된 복원 엘리먼트와 유사하다. 도 3c에 도시된 복원 엘리먼트의 다른 실시예들은 프로그래밍 가능 테스트 로드 유닛(115)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
[0039] 도 3d는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 엘리먼트(102)의 블록도이다. 도 3d에 도시된 복원 엘리먼트는, 도 3d에 도시된 복원 엘리먼트에서, 진폭/전력 검출기(105)가 RF-DC 변환기(108)의 출력에 커플링된다는 것을 제외하면, 도 3b에 도시된 복원 엘리먼트와 유사하다. 도 3d에 도시된 복원 엘리먼트의 다른 실시예들은 프로그래밍 가능 테스트 로드 유닛(115)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
[0040] 도 3e는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 엘리먼트(102)의 블록도이다. 도 3e에 도시된 복원 엘리먼트는, 도 3e에 도시된 복원 엘리먼트에서, 프로그래밍 가능 테스트 로드 유닛(115)이 DC-DC 변환기(120)의 출력에 커플링된다는 것을 제외하면, 도 3b에 도시된 복원 엘리먼트와 유사하다. 도 3e에 도시된 복원 엘리먼트의 다른 실시예들에서, 진폭 또는 전력 검출기(105)는 (도 3c에 도시된 바와 같이) RF-DC 변환기(108)의 입력에 또는 (도 3d에 도시된 바와 같이) RF-DC 변환기(108)의 출력에 커플링될 수 있다. 도 3e에 도시된 복원 엘리먼트의 다른 실시예들은 진폭/전력 검출기(105)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
[0041] 다수의 복원 유닛들이 수신된 전력과 복원된 전력을 결합하기 위해 서로 커플링될 수 있다. 복원 유닛들은, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 자신의 전압들을 더하도록 직렬로 또는 그들이 생성하는 전류들을 더하도록 병렬로 서로 커플링될 수 있다.
[0042] 전력 검출을 용이하게 하고 제어하고, 전력 변환 프로세스를 제어하고 그리고/또는 하나 또는 다수의 전력 생성 유닛들(즉, RF 전력 송신기 및 대안적으로 본원에서 GU로서 지칭됨)과의 통신을 용이하게 하기 위해, 디지털 신호 프로세서들, 마이크로제어기들, 마이크로프로세서들, 주문형 집적 회로들(ASIC들), 또는 커스텀(custom) 디지털 로직 회로들, 예컨대 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이들(FPGA들) 및/또는 아날로그-디지털 변환기들이 사용될 수 있다. GU 또는 GU들과 하나 또는 그 초과의 무선 채널들을 통한 통신 프로토콜들은, 존재하거나 미래에 개발될, 대중적인 WiFi 프로토콜들(IEEE 802.11 a/b/g/n/ac 또는 유사), Bluetooth, Zigbee 및/또는 커스텀 프로토콜 등 중 임의의 것을 사용하여 구현될 수 있다.
[0043] 핸드-헬드 태블릿들, 랩톱 컴퓨터들 또는 셀룰러 전화들과 같은 기존의 소비자 전자기기 대부분은 RF 파들을 송신하는 GU(들)와 통신하도록 적응된 회로를 포함한다. 이러한 디바이스는 또한 RU에 배치된 제어기와 디바이스 간의 통신을 설정하는데 사용될 수 있는 범용 직렬 버스(USB)와 같은 통신 인터페이스를 종종 포함한다. 또한, 전력이 공급될 디바이스와 복원 유닛 간의 통신은 USB 포트 또는 디바이스를 충전/전력을 공급하는데 사용되는 임의의 다른 전력 연결을 통해 설정될 수 있다. 애플리케이션 프로그램 또는 운영 체제는 다른 것들 중에서도, GU 및/또는 RU 간의 통신을 설정, 제어 및/또는 연결하는데 사용될 수도 있다. 이에 따라, 일부 실시예들에서, 충전될 디바이스는 RU(들)를 포함한다. 또 다른 실시예들에서, RU는 충전될 디바이스에 USB 포트와 같은 포트를 통해 RF-DC 변환된 전력을 공급할 수 있는 자립형 디바이스이다.
[0044] 도 4는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛(200)의 블록도이다. 복원 유닛(200)은 병렬로 서로 커플링되는 다수의 복원 엘리먼트들(102)을 포함하는 것으로서 도시된다. 각각의 복원 엘리먼트(102)는 GU(들)(도시되지 않음)로부터 무선 전력을 수신하고 수신된 전력을 DC 전력으로 변환한다. 복원 엘리먼트들에 의해 생성된 전류는 서로 더해지고 DC-DC 변환기(120)에 공급되고, 이는 결국 조합된 전류에 대응하는 DC 전압을 원하는 값으로 변환한다.
[0045] DC-DC 변환기의 출력에 커플링되는 프로그래밍 가능 테스트 로드(115)는, 충분한 전력이 출력으로 전달되고 전력 검출기의 감도를 개선하는 것을 보장하기 위해 다양한 테스트 로드들을 연결하는데 사용된다. 예를 들어, 상이한 테스트 로드들은 거의 일정한 전압 또는 전류가 이들에 공급될 때 상이한 양의 전력들을 소산하는 상이한 저항의 레지스터들을 포함할 수 있다. 소량의 소산된 전력은 예컨대, 디바이스가 처음으로 전력을 수신할 때 미약하거나 약한 전력 전달을 검출하도록 허용될 수 있다. 생성 유닛이 디바이스에 전력을 전송하도록 더 잘 적응하기 때문에, 디바이스가 생성 유닛(들)으로부터 더 많은 전력을 수신할 때 상대적으로 더 많은 양의 전력이 소산될 수 있다. 소산될 수 있는 전력의 양은, 충분한 전력이 상이한 요건들 또는 표준들, 예를 들어, 소위 USB 전력 "유닛 로드들"의 수를 만족시키는데 이용 가능하다는 것을 보장하도록 하는 방식으로 결정될 수 있다. 진폭/전력 검출기(105)는 DC-DC 변환기에 의해 생성되고 프로그래밍 가능 테스트 로드에 전달된 출력 전압을 측정하도록 적응된다. 또한, 프로그래밍 가능 테스트 로드(115)에 의해 공급되는 로드의 양을 변동시킴으로써, 최대 전달 가능한 전력이 결정될 수 있다.
[0046] 선택적인 스위치(130)는, RU(200)로부터, 전력이 공급되고 있는 디바이스(250)로의 전력 전달을 제어하도록 적응된다. 일 실시예에서, 각각의 복원 엘리먼트(102)는 하나 또는 그 초과의 안테나들 및 RF-DC 변환기를 갖는다. 또 다른 실시예들에서, 각각의 복원 엘리먼트(102)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나 또는 그 초과의 안테나들, RF-DC 변환기, 임피던스 매칭/변형 회로 및 RF 로드 매칭 회로를 갖는다. 따라서, RU(200)는, 무선으로 전력을 수신하고, 수신된 전력을 미리 정의된 DC 전력으로 변환하고, 전력 검출기 및 테스트 로드들을 사용하여 최대 수신 가능한 전력을 측정하고, (4) 최적 로드 조건들 하에서 수신된 최대량의 전력을 GU(들)에 전달하여 GU(들)가 더 많은 전력을 RU로 지향하는 것을 가능케 하고, 충분한 전력이 이용 가능하며 GU(들)로부터 지향되었다는 것이 결정된 후에 전력이 공급될 디바이스에 연결하도록 적응된다. 도 4에 도시되지는 않았지만, 마이크로제어기, 디지털 신호 프로세서, 커스텀 프로그래밍된 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 중앙 처리 장치(CPU)와 같은 디지털 프로세서는 다른 것들 중에서도, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, RU의 동작들을 제어하는데 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
[0047] 도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛(300)의 블록도이다. 복원 유닛(300)은 병렬로 서로 커플링되는 다수의 복원 엘리먼트들(102)을 포함하는 것으로서 도시된다. 각각의 복원 엘리먼트(102i)(i는 1 내지 N 범위의 정수)는 GU(들)(도시되지 않음)로부터 무선 전력을 수신하고, 수신된 RF 전력을 DC 전력으로 변환하고, 변환된 DC 전력을 연관된 DC-DC 변환기(120i)에 전달한다. 각각의 DC-DC 변환기(120i)는 자신이 수신하는 DC 전력을 변환하고 대응하는 전류를 노드(310)에 전달하도록 적응된다. 이렇게 전달된 전류들은 노드(310)에서 더해지고 충전되는 디바이스(250)에 공급된다. 프로그래밍 가능 테스트 로드(115) 및 진폭/전력 검출기(105)는 위에서 설명된 것과 동일한 방식으로 동작한다. 도시되지 않았지만, 일부 실시예들은 변환기들의 동작을 용이하게 하고, 엘리먼트들 및/또는 변환기들을 서로 격리하거나, 또는 다른 목적을 위해, 다이오드들, 스위치들 또는 다른 적합한 회로와 같은 전력 흐름 제어 엘리먼트들을 더 포함할 수 있다. 이러한 전력 흐름 제어 엘리먼트들은 RU(300)의 노드(310)에 커플링될 수 있다.
[0048] 프로그래밍 가능 테스트 로드들(115) 및 진폭/전력 검출기(105)는 다른 것들 중에서도, 변환된 전력을 최적화하고, GU(들)로 다시 전송될 최대 가용 전력과 같은 적합한 정보를 결정하고, 수신된 전력의 변화들을 결정(예를 들어, 객체들 및/또는 생물들로부터의 간섭의 존재, 출현 및/또는 소멸을 결정)하는데 이용될 수 있다. RU(300)는 또한 전력이 전달될 준비가 되었을 때를 시그널링하는 선택적 Power_Ready 신호를 생성하는 것으로 도시된다. 위에서 설명된 다른 실시예들에서와 같이, 다양한 제어 신호들 및 알고리즘들은 주문형 집적 회로들(ASIC), 상업적으로 입수 가능한 CPU들 및/또는 마이크로제어기들, DSP 유닛들, 또는 이들의 임의의 조합들을 사용하여 구현될 수 있다.
[0049] 도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛(400)의 블록도이다. 복원 유닛(400)은 N개의 복원 엘리먼트들(1021, .., 102N)을 포함하는 것으로서 도시되며, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다. 복원 유닛(400)은 또한, 위에서 설명된 바와 같은 프로그래밍 가능 테스트 로드 유닛(115) 및 스위치(30)를 포함하는 것으로서 도시된다. 각각의 복원 엘리먼트(102i)(i는 1 내지 N로 변하는 인덱스임)는 연관된 DC-DC 변환기(120i) 및 연관된 진폭/전력 검출기(105i)를 갖는다. 따라서, 각각의 복원 엘리먼트에 의해 수신되고 변환된 RF 전력은 물론, 수신된 총 전력이 결정될 수 있다. 이것은 다른 것들 중에서도, 최대 가용 무선 전력의 위치를 결정하고, 무선 전력이 전달되는 영역의 비교적 부근 내에서 RU의 움직임을 검출하고, 간섭하는 객체들 및/또는 생물들이 무선 전력이 전달되는 영역을 가로질러 또는 그 부근 내로 및/또는 그 부근 밖으로 이동할 때 이 간섭하는 객체들 및/또는 생물들의 움직임을 검출하고, 적절한 동작을 개시하기 위해(예를 들어, 전력 손실이 임박했다고 전력이 공급되는 디바이스에 신호를 송신하기 위해, 그리고/또는 무선 전력 전달의 위치를 조정하도록 GU(들)에 신호를 송신하기 위해) 거의 일정한 출력 전압 및/또는 전력을 유지하면서 전력 손실을 검출하는 것과 같은 다수의 이점을 제공한다. 위에서 설명된 바와 같이, 위의 동작들을 제어하는 알고리즘은 디지털 신호 프로세서, CPU들, 마이크로제어기들, 아날로그-디지털 변환기들(ADC들), 디지털-아날로그 변환기들(DAC들) 등을 사용하여 구현될 수 있다.
[0050] 도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛(500)의 블록도이다. 복원 유닛(500)은 N개의 복원 엘리먼트들(1021, .., 102N) 및 DC-DC 변환기(120)를 포함하는 것으로서 도시되며, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다. 복원 유닛(400)은 또한, 프로그래밍 가능 테스트 로드 유닛(115) 및 진폭/전력 검출기(105)를 포함하는 것으로서 도시된다. 복원 엘리먼트(102i)(i는 1 내지 N의 변하는 인덱스임)는 서로 직렬로 커플링된다. 따라서, 예를 들어, 복원 엘리먼트(102N)의 출력은 복원 엘리먼트(102N-1)에 커플링되고, 복원 엘리먼트(102N-1)의 출력은 복원 엘리먼트(102N-2)에 커플링되고, 복원 엘리먼트(1022)의 출력은 복원 엘리먼트(1021)에 커플링된다. 복원 엘리먼트(1021)의 출력 전압은 DC-DC 변환기(120)에 인가된다. 복원 엘리먼트들이 서로 직렬로 커플링되기 때문에, 상대적으로 더 높은 전압이 DC-DC 변환기(120)에 공급된다. 프로그래밍 가능 테스트 로드 유닛(115) 및 진폭/전력 검출기(105)는 위에서 설명된 것과 동일한 방식으로 동작한다.
[0051] 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복원 유닛(600)의 블록도이다. 위에서 설명된 복원 유닛들 중 임의의 것에 대응할 수 있는 복원 유닛(600)은 디바이스(650)를 충전하도록 적응된다. RF-DC 변환기 블록(602)은, 위에서 설명된 바와 같이, RF 전력을 DC 전력으로 변환하도록 적응되고, 복원 유닛들의 다양한 실시예들 중 임의의 것을 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 하나의 광석(ore) 안테나, 임피던스 변형/매칭 블록, RF-DC 변환기, DC-DC 변환기, 진폭/전력 검출기, 및 RF 로드 매칭 회로를 포함한다.
[0052] 아날로그-디지털 변환기(ADC)(들)(610)는 RF-DC 변환기 블록(602)에 배치된 진폭/전력 검출기로부터 수신된 정보를 디지털 제어 블록에 의한 사용을 위한 디지털 데이터로 변환하도록 적응되며, 이 디지털 제어 블록은, 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 디지털 신호 프로세서(DSP) 유닛, 마이크로제어기, 커스텀 통합 제어 회로, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 적합한 하드웨어 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 디지털 제어 블록(620)은 RF-DC 변환기(602)에 배치된 프로그래밍 가능 (구성 가능) 테스트 로드 유닛을 제어하여 이용 가능한 수신된 및/또는 변환된 RF 전력의 양을 결정하고 그리고/또는 생성 유닛(들)(GU(들))으로서 본원에서 또한 지칭되는 RF 전력 송신기(들) 그리고/또는 디바이스(650)에 이 정보를 통신하도록 구성된다.
[0053] 디바이스(650)는 휴대용 태블릿 컴퓨터, 스마트폰, 랩톱 컴퓨터 또는 유사한 것과 같은 스마트 디바이스일 수 있다. 디바이스(650)는 무선 인터페이스를 통해 GU(도시되지 않음)와 통신하기 위한 하드웨어/소프트웨어 컴포넌트들을 포함한다. 이러한 인터페이스들의 예들은 WiFi, Bluetooth, Zigbee 및/또는 디바이스가 GU(들)와 무선으로 통신하는 것을 가능하게 하는 미래의 그러한 디바이스들의 일부가 될 수 있는 임의의 다른 커스텀 물리적 무선 하드웨어이다. 이 예시적인 실시예에서, RU(600)는 디바이스(650)를 통해 GU로 정보를 전송하고 이 GU로부터 정보를 수신한다. 또한, RU(600)는, 무선 전력이 RU(600)를 향해 스티어링되는 동안 그리고 무선 수단을 통해 충분한 전력이 이용 가능하게 되기 전에 초기 동작들을 가능케 하기 위해 디바이스(650)로부터 초기에 DC 전력을 수신할 수 있다. 정보 및 전력 흐름 둘 다를 가능하게 하는 인터페이스들의 예들은 USB(Universal-Serial-Bus) 인터페이스 또는 AppleTM의 독점적인 데이터/전력 인터페이스들(예를 들어, Lightning")이지만, 현존하거나 미래에 개발될 다른 인터페이스가 또한 사용될 수 있다.
[0054] 디바이스(650)에 연결된 후, 예시적인 RU(600)는 디바이스(650)로부터 DC 전력을 수신하고, GU가 그의 존재를 인식하도록 하기 위해 신호가 송신되게 하기 시작한다. GU는 그 후, RU(600)가 디바이스(650)를 통해 GU와 계속 통신하는 동안 RU(600) 쪽으로 전력을 지향시킨다. 충분한 양의 전력이 RU(600)에 의해 수신되면, RU(600)는 수신된 전력을 디바이스(650)에 전달하기 시작한다. RU(600)는 수신된 전력을 계속 모니터링하고, 다른 것들 중에서도, 전력의 강하, 간섭하는 객체들 및/또는 생물들의 움직임, 출현 및/또는 소멸과 같이 변하는 상황들에 대해 적응한다. RU(600)는 또한 디바이스(650)에 이러한 정보를 송신할 수 있다. 이러한 적응적 행동은 예를 들어, 생물이 검출될 때 또는 (예를 들어, 간섭하는 객체의 출현으로 인해) 디바이스가 범위를 벗어나는 것으로 간주될 때 전력 전달을 중단시키는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, RU(600)가 디바이스(650)와 인터페이싱하도록, 디바이스(650)는 사용자 개시 애플리케이션 프로그램을 실행하도록 촉구될 수 있다. 대안적으로, 인터페이스 소프트웨어는 위해 디바이스(650)의 운영 체제에서 RU(600)와의 통신을 설정하도록 구현될 수 있다.
[0055] RU(600)와 GU(들) 사이에서 교환될 수 있는 다른 정보는, 식별 정보, 통신 핸드쉐이크들(communication handshakes), 핸드-오프를 용이하게 하기 위해 몇 개의 GU로의 그리고 이로부터의 통신, 동기화된 동작을 설정하기 위한 신호, 타이밍 정보, 객체들 및/또는 생물(들)로부터 검출된 간섭에 관한 정보, 펌웨어 업데이트들 등이다. GU(들)는 또한 WiFi 액세스 포인트로서 역할을 하고 이에 따라 Wi-Fi 가능(enabled) 디바이스들에 라우팅 서비스들을 제공할 수 있다.
[0056] 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복원 유닛(700)의 블록도이다. 복원 유닛(700)은 전력 인터페이스만을 포함하는 디바이스(660)에 전력을 공급하도록 적응된다. RU(700)는 또한, RU(700)가 하나 또는 그 초과의 트랜시버(들)(625), 백-업 전력 유닛(630) 및 스위치(640)를 포함한다는 점을 제외하면, RU(600)와 유사하다. 트랜시버(625)는 전력을 전달하기 위한 인터페이스만을 갖는 디바이스(660)와 통신하도록 적응되는데, 즉 그것은 다른 데이터/커맨드들을 전달하기 위한 인터페이스를 갖지 않는다. 백-업 전력 소스(630)는, RU(700)가 GU로부터 전력을 무선으로 수신하고 그 전력을 디바이스(660)에 전달하기 시작할 때까지 RU(700)에 일시적으로 전력을 공급하도록 적응된다.
[0057] 아날로그-디지털 변환기(ADC)(들)(610)는 RF-DC 변환기 블록(602)에 배치된 진폭/전력 검출기로부터 수신된 정보를 디지털 제어 블록에 의한 사용을 위한 디지털 데이터로 변환하도록 적응되며, 이 디지털 제어 블록은, 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 디지털 신호 프로세서(DSP) 유닛, 마이크로제어기, 커스텀 통합 제어 회로, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 적합한 하드웨어 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 디지털 제어 블록(620)은 RF-DC 변환기(602)에 배치된 프로그래밍 가능 (구성 가능) 테스트 로드 유닛을 제어하여 이용 가능한 수신된 및/또는 변환된 RF 전력의 양을 결정하고 그리고/또는 생성 유닛(들)(GU(들))으로서 본원에서 또한 지칭되는 RF 전력 송신기(들)와 그리고/또는 디바이스(660)에 이 정보를 통신하도록 구성된다.
[0058] 복원 유닛(700)이 충분히 전력을 공급받으면, 백업 전력 소스(630)는 연결해제될 수 있고, RU(700)는 자신이 수신하는 RF 파들로부터 직접 전력을 공급받는다. 백업 전력 소스(630)가 재충전 가능한 경우, 전력 소스(630)와 디바이스(660) 둘 다는 수신된 RF 전력을 사용하여 동시에 재충전될 수 있다.
[0059] RU(600)와 GU(들) 사이에서 교환될 수 있는 다른 정보는, 식별 정보, 통신 핸드쉐이크들(communication handshakes), 핸드-오프를 용이하게 하기 위한 몇 개의 GU들로의 그리고 이로부터의 통신, 동기화된 동작을 설정하기 위한 신호, 타이밍 정보, 객체들 및/또는 생물(들)로부터 검출된 간섭에 관한 정보, 펌웨어 업데이트들 등이다. GU(들)는 또한 WiFi 액세스 포인트로서 역할을 하고 이에 따라 Wi-Fi 가능 디바이스들에 라우팅 서비스들을 제공할 수 있다.
[0060] 도 10은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 복원 유닛(800)의 블록도이다. 복원 유닛(800)은, 복원 유닛(800)이 다른 것들 중에서도, 무선 RF 전력을 RU로 지향시키는 것을 용이하게 하도록 적응된 제 2 트랜시버(635)를 포함한다는 것을 제외하면, 복원 유닛(700)과 유사하다. 트랜시버(635)는 예를 들어, 하나 또는 여러 개의 알려진 주파수들에서 비콘 톤(beacon tone)을 송신하기 위한 비콘으로서 작용함으로써 이를 달성할 수 있다. GU들은 송신 위상들을 보다 신속하게 결정하고 그리고/또는 전력을 RU에 보다 정확하게 지향시키기 위해, 수신된 비콘 톤(들)의 위상 정보를 이용할 수 있다. 또한, 알려진 비콘 전력이 송신되면, GU는 수신된 비콘 전력으로부터, 예를 들어, 전력 전달을 방해하는 객체들 및/또는 생물들이 존재하는지 또는 RU가 근접한지, 멀리 떨어져 있는지, 움직이는지 등을 결정할 수 있다.
[0061] 무선 전력 전달을 제어하기 위한 하나의 방법은, 이전에 교정된 룩업 테이블들, GU 엘리먼트 및 안테나 지오메트리에 기초하여 계산된 값들 등을 이용함으로써 기존의 지식 및/또는 휴리스틱스(heuristics)에 따라 GU 엘리먼트들을 제어하는 것이다. 그러한 기존의 또는 계산된 지식은 무선 전력을 알려진 위치들(교정 동안 사용된 것과 유사한 물리적 환경을 가정함)로 지향시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 공장 또는 최초 사용-케이스 교정은 GU로부터의 거리 및 각도들(예를 들어, 방위각 및 고도)과 같은 기하학적 측정들에 의해 특성화되는, 물리적 환경들의 알려진 위치들에 전력을 집중시킬 GU 엘리먼트 프로그래밍 값들을 제공할 수 있다. GU로부터 RU로 무선 전력을 송신하는 것은 그 후, GPS(global-position system) 좌표로서 비콘들을 통해 또는 다른 적절한 포맷으로 RU가 자신의 위치를 송신하게 함으로써 달성될 수 있고, 이로써 GU는 RU(들)가 그 자신에 대해 위치되는 곳을 결정하고, 알려진 GU 엘리먼트 프로그래밍 값들 및 위상들 중 하나가 RU(들)에 전력을 최상으로 전달하는지를 추가로 결정한다.
[0062] 미리 결정된 프로그래밍 값들은 또한, 다른 것들 중에서도, RU(들)에 대한 물리적 환경, 객체들 및/또는 생물들과 같은 간섭원들의 스캔을 수행하는데 사용될 수 있다. 스캔은 완전하거나 부분적일 수 있다. RU들이 존재한다면, 그러한 스캔은 무선 전력 전달 효율의 추가 개선을 위한 시작점으로서 또는 (임시) 동작점으로서 GU 프로그래밍 파라미터들의 최상의 또는 충분한 세트를 결정하는데 사용될 수 있다. 이 경우 RU들은 그 후, 수신된 및/또는 변환된 무선 전력에 관한 피드백 신호들을 생성 유닛(들)에 전송할 것이다. GU(들)는 이 정보를 단독으로 사용하거나 또는 다른 파라미터들―예컨대, 송신된 총 전력(이는, 특히 진폭 제어가 이용가능할 경우 변동될 수 있음), 소비된 총 전력(이는 송신된 총 전력보다 더 낮을 수는 없음) 또는 이들의 조합에 대한 지식―과 조합하여 사용하여, 무선 전력 링크에 대한 다양한 FOM(figures-of-merit: 성능 지수), 예컨대 전달 효율에 도달하고 그리고 이들을 사용하여 이 지수들에 기초하는 무선 전력 링크를 최적화시키며 그리고/또는 이 링크가 판단을 위한 토대로서 이 FOM들을 사용하는데 충분한지를 결정할 수 있다.
[0063] 무선 전력을 원하는 위치(들)로 스티어링하기 위한 다른 방법들은, RU들에 의해, GU를 제어하는데 사용되는 스티어링 알고리즘들에 대한 입력으로서, 수신된 및/또는 변환된 전력에 관한 정보를 이용하는 것을 포함한다. 하나의 예시적인 스티어링 알고리즘은, 연속적 및/또는 이산적 방식으로 RU로의 증가된 전력 전달의 경로를 따르도록 GU 엘리먼트들의 위상들을 변동시킴으로써 최적이 아니더라도 양호한 지점에 도달될 수 있다고 가정한다. 이 알고리즘에 대한 시작점은 랜덤으로, 이전의 검색에 기초하여, 예를 들어, 스캔에 의해 또는 다른 또는 동일한 방법에 기초한 이전의 검색의 결과로서 또는 임의의 다른 적합한 수단에 의해 선택될 수 있다. 알고리즘은 그 후, 송신되는 RF 파들의 위상들 또는 다른 프로그래밍 파라미터들에 충분히 작은 변화들을 연속적으로 또는 이산적으로 적용하고 RU에서 수신된 및/또는 변환된 전력의 결과적인 변화를 비교함으로써 RU(들)로의 무선 전력의 스티어링을 개선할 것이다. 이 목적을 위해, RU는, GU가 GU 프로그래밍 파라미터들에 대한 대응하는 변화들에 대해 값들의 변화들을 매칭시키도록 하는 "개루프" 방식으로 또는 RU가 GU 측에 대한 변하는 프로그래밍 파라미터들에 관한 정보를 수신하고 수신된 및/또는 변환된 전력의 변화들에 관한 정보에 응답할 수 있도록 하는 "폐루프" 방식으로, 이러한 정보를 연속적으로 제공한다.
[0064] 프로그래밍 파라미터들에서의 이러한 변화들을 스텝 스루(step through)하기 위한 다수의 방법들이 있다. 충분한 및/또는 최적의 성능 레벨에 도달하기 위해 그러한 결과(들)에 기초하여 이들 파라미터들을 조정하는 것은 임의의 수의 최적화 기술들을 사용하여 수행될 수 있다. 일 예시적인 구현에서, GU 엘리먼트들 중 일부 또는 전부의 위상은 그의 현재 값의 어느 한 방향으로, 작은 양만큼 조정되고, RU에서의 결과적인 수신된 및/또는 변환된 전력은 이에 따라 GU 엘리먼트의 위상을 조정하는데 사용된다. 따라서, 이 알고리즘은 프로그래밍된 GU 파라미터들과 수신된 및/또는 변환된 무선 전력 간의 관계가 일 대 다가 아닌 것(즉, 동일한 GU 파라미터 설정은 동일한 전력 전달을 초래함)으로 가정하여 RU에 대한 무선 전력 전달의 증가된 스티어링의 형태로 파라미터 공간을 횡단한다.
[0065] 특정 인스턴스들에서, 시스템은 메모리를 갖는 것으로 가정될 수 있는데, 즉, 결과적인 무선 전력 전달은 현재는 물론 과거의 프로그래밍 파라미터들의 함수이다. 이러한 경우들에서, 알려진 시작점 및 완전한 프로그래밍 이력은 프로그래밍 파라미터들로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 이러한 경우에서, GU는 출력 전력 없이 시작하여 모든 최대(full) 전력 프로그래밍 파라미터를 사전 프로그래밍하고, 그 후 프로그래밍 파라미터들의 각각의 세트가 시스템 이력의 단일 세트에 대응하도록 미리 결정된 방식으로 GU 엘리먼트 전력을 스위칭 온 및/또는 램핑한다(그리고 전력 공급이 없는 시작 케이스(no-power starting case)는 시스템의 모든 메모리를 삭제하는 것으로 가정함). 유일하게 요구되는 입력으로서 최적화될 파라미터를 사용하는 Nelder-Mead 알고리즘과 같은 다수의 다른 잘 알려진 최적화 알고리즘들이 사용될 수 있다.
[0066] 다른 실시예에서, 알고리즘은 각각의 변화들에 대한 효과, 즉 그들의 그래디언트(gradient)에 관한 정보를 사용하여 수정된다. 이러한 그래디언트 기반 기술들은, 현재 프로그래밍 파라미터들에 관한 변화 레이트에 기초하여 프로그래밍 파라미터들을 조정하고, 이들 중 가장 일반적인 것은 Gradient Descent 알고리즘으로서 지칭된다. 이 알고리즘에 따라, 현재 프로그래밍 파라미터에 관한 변화(즉, 그래디언트)는 각각의 파라미터에 대해 작은 변화들을 구성함으로써 결정된다. 프로그래밍 파라미터들의 다음 세트는 그 후, 그래디언트 강하 알고리즘의 구현 동안 조정될 수 있는 충분히 작은 스텝-크기를 사용하여 가장 가파른 그래디언트(steepest gradient)의 방향으로 현재의 프로그래밍 파라미터들에 대해 변화들을 구성함으로써 결정된다.
[0067] 예를 들어, 도 3b를 참조하면, 프로그래밍 가능 테스트 로드(115)에 의해 선택된 로드의 임의의 값에서 진폭/전력 검출기(105)에 의해 검출된 수신된 및/또는 변환된 전력은 검출된 진폭들의 제곱의 합에 비례한다. 최소 제곱 최적화 문제는 Gauss-Newton 알고리즘, Levenberg-Marquardt 알고리즘 또는 다른 적합한 방법들과 같은 잘 알려진 최소 제곱 최적화 알고리즘들을 사용하여 다뤄질 수 있으며, 이들은 (검출된 전력/제곱 값의 합계의 네거티브를 최소화함으로써) 그래디언트 또는 Jacobian 함수를 사용한다. 이들 알고리즘들 중 임의의 하나는 상이한 시작점들을 사용하여 스티어링 문제에 여러 번 적용될 수 있다. 이러한 알고리즘은, 다수의 로컬 최대치(local maxima)의 존재를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 예컨대, 이전의 스캔에 의해 결정될 수 있는, 최적점에 근접한 시작점이 선택되는 경우 특히 유용하다.
[0068] 또한, 도함수들 또는 이들의 근사치들이 다른 기술들과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 다른 잘 알려진 방법은 목적 함수(수신된/변환된 전력)의 1 차 및 2차 도함수들을 요구하는 Newton-Jacobian 알고리즘이다. 이들은 프로그래밍 파라미터들을 각 방향에서 충분히 작은 양만큼 변화시킴으로써 수신된/변환된 전력의 변화를 사용하여 수치적으로 근사화될 수 있다. 획득된 3개의 값들은 그 후 1차 및 2차 도함수들의 근사치들을 계산하는데 사용될 수 있다.
[0069] 다른 예시적인 알고리즘에 따라, GU 엘리먼트들 중 일부 또는 전부의 진폭은 전력이 GU(들)로부터 RU(들)로 전달되는 효율을 최적화하기 위해 변경된다. 예를 들어, 상이한 편파(polarization)들을 갖는 GU 및/또는 RU 측 상의 엘리먼트 안테나를 사용하면 일부 엘리먼트들이 무선 전력 전달 효율에 거의 기여하지 않게 될 수 있다. 이에 따라, 그러한 안테나들로부터의 송신 전력은 전체 무선 전력 전달 효율을 개선하기 위해 감소되거나 디스에이블될 수 있다. 다른 예에서, 원하지 않는 위치들로 송신되는 전력은 GU 엘리먼트 진폭들을 변경함으로써 감소될 수 있으며, 이는 아포디제이션(apodization)으로서 또한 지칭된다. 또 다른 예에서, GU 엘리먼트들 중 일부 또는 전부의 진폭은 하나 또는 그 초과의 룩업 테이블들에 저장된 값들에 기초하여 또한 변동될 수 있다. 또 다른 예에서, 여러 개의 비선형 최소화 알고리즘들을 사용할 수 있는 MatlabTM 함수 "fmincon"은 RU 쪽으로의 빔 스티어링을 구현하는데 사용될 수 있다.
[0070] 본 발명의 실시예들은 수신된 및/또는 변환된 무선 진폭 및/또는 전력을 이용하여 RU(들) 및/또는 최적점에 더 가깝게 무선 전력 전달의 위치를 스티어링하는 임의의 특정한 최적화 방법으로 제한되지 않는다는 것이 이해된다. 또한, 위의 기술들은 프로그래밍 가능 테스트 로드 블록(115)(예를 들어, 도 3b 참조)에 의해 사용된 테스트 로드에 관한 정보를 통합함으로써 추가로 정제될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 프로그래밍 파라미터 공간의 각 점에서 또는 공간을 통과하는 일련의 단계들 이후에, 테스트-로드는 스티어링 알고리즘의 일부로서 변동될 수 있다.
[0071] 다양한 중단 기준들은 알고리즘을 종결하고 전달된 전력의 이용으로 진행하도록 사용될 수 있다. 알고리즘 검색의 일부 지점에서, 전력이 공급될 디바이스에 전력을 공급하기에 충분한 전력이 사용 가능하며, 이 지점에서 검색이 중단될 수 있고 디바이스가 연결되어 충전이 시작될 수 있다. 대안적으로, 디바이스는 연결될 수 있고, RU쪽으로의 무선 전력의 지속되는 검색/스티어링이 전력을 보다 많이 이용 가능하게 함에 따라 스티어링이 지속될 수 있다. 알고리즘에 대한 다른 중단 기준은 수신된/변환된 전력의 불충분한 변화가 검출될 때 종결하는 것이다. 이러한 조건이 검출될 때, 알고리즘은 목적 함수에서 가능한 다수의 정적인 지점들의 존재를 다루기 위해(즉, 수신된/변환된 무선 전력에 대한 몇 개의 로컬 최대치가 존재할 때) 초기 GU 프로그래밍 파라미터들의 상이한 세트로부터 재차 실행될 수 있다.
[0072] 중단 기준들의 다른 세트들은, 무선 전력 애플리케이션이 사용되는 환경 또는 환경의 변화들에 기초하여 사용될 수 있다. 예를 들어, GU에 관한 RU의 빠른 움직임 또는 간섭하는 객체들 및/또는 생물들의 움직임의 검출은, 특히 스티어링 알고리즘이 최적(즉, 간섭하는 장애물들을 피하거나 충분한 속도 및/또는 정확도로 움직임을 추적함)인 것으로 예상되지 않을 때, 중단(그리고 아마도 종결) 기준으로서 사용될 수 있다.
[0073] 이러한 알고리즘들을 위해 다수의 시작 기준들이 사용될 수 있다. 시작 기준들의 예들은, (핸드쉐이크 후) 새로운 RU 디바이스의 출현, (예를 들어, "무선 충전" 애플리케이션 또는 앱이 디바이스 상에서 존재할 때) 디바이스를 충전하기 시작하도록 하는 사용자 개시 요청, GU에 관하여 RU의 움직임과 같은 환경의 변화의 검출, 간섭하는 객체들 및/또는 생물들의 출현의 검출 등과 같은(그러나 이것으로 제한되지 않음) 환경의 변화의 검출이다. 검색 알고리즘의 개시는, 다수의 상이한 근거(basis), 예를 들어, 간섭하는 객체들의 회피, 상대적인 움직임의 추적 등을 가질 수 있다.
[0074] 위에서 설명된 바와 같이, 하나 또는 그 초과의 진폭 및/또는 전력 검출기들로부터의 정보, 비콘으로부터의 범위 및/또는 위치 정보 및/또는 이들의 조합은, 최적의 프로그래밍 파라미터들의 세트를 결정하거나, 또는 RU(들)와 GU(들) 간의 상대적 움직임과 같은 다른 상황들 또는 간섭하는 객체들 및/또는 생물들을 검출하는 것 등을 하는데 사용될 수 있다. 다른 정보는 또한 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 감지된 및/또는 수집된 1차 정보로부터 또한 도출될 수 있다.
[0075] RU에 배치된 진폭/전력 검출기들은 지향성 커플러들, 전압계들, 전류계들 및/또는 피크 검출기들을 포함할 수 있다. RU에 배치된 프로그래밍 가능 테스트 로드 회로는 프로그래밍 가능 가변 저항들 및/또는 리액턴스들(reactances)을 포함할 수 있다. 진폭/전력 검출기들로부터의 정보는 다른 정보와 함께 또는 결합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, (GU에 의해 생성된/송신된 전력의 양에 관한 정보를 제공하기 위해) GU에 의해 생성된 진폭/전력 정보와 결합하여, 전력 전달 및/또는 변환 효율은 무선 전력 전달 효율을 최적화하고 강화하도록 계산될 수 있다. 이러한 계산은 또한, 한 번 또는 주기적으로, GU(들) 및 RU(들)의 상대적인 움직임들(예를 들어, 수신된/변환된 전력의 변화 대 송신된 전력의 무변화), 검출된 전달 효율의 증가 또는 강하에 기초한 간섭하는 객체들 및/또는 생물들의 출현 및/또는 소멸 등을 검출하는데 사용될 수 있다(예를 들어, 특정 속도들로 이동하거나 심장 박동들을 갖는 생물들은 임의로, 주기적으로, 또는 다른 방식으로 검출 가능한 방식으로 전달 효율에 영향을 줄 수 있음).
[0076] 위에서 설명된 바와 같이, GU 및/또는 RU 둘 다는 간섭하는 객체들 및/또는 생물들의 존재, 출현, 소멸 및/또는 움직임을 검출하도록 하나 또는 그 초과의 트랜시버들을 사용할 수 있다. 생물들은 특히, 심장 박동, 발열, 호흡 또는 특징적인 움직임과 같은 자신의 생물학적 활동들에 기초하여 검출 가능하게 될 수 있다. 또한, 예를 들어, 생물들의 크기 및/또는 그의 속도와 같은 다른 정보가 생물의 타입(예를 들어, 몇 개만 말하자면, 애완동물, 아기, 어른, 조류 등)을 결정하는데 사용될 수 있다. 시스템은 생물들이 겪는 RF 파들에 대한 노출을 최소화하기 위해 이러한 생물들의 존재 시에 상이하게 반응할 수 있다. 예컨대, 예를 들어, 전달된 전력의 총량을 감소시킴으로써, 특정 방향으로 또는 생물들이 존재하는 위치로 전송되는 전력의 양을 최소화하고 그리고/또는 방지함으로써, 모든 동작들을 차단함으로써, 애완동물들 및 성인들과 같은 감각있는 생물들이 시스템의 동작을 인식하게 하는 경고들을 생성하는 식으로 다수의 상이한 기술들이 이를 달성하는데 사용될 수 있다.
[0077] 다수의 상이한 시스템들이 그러한 생물들의 존재, 속도 및 크기를 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 적외선 카메라는 생물들 그 자체에 의해 및/또는 그들의 호흡들을 통해 생성되는 열 또는 움직임들의 속도 및 타입을 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 이들의 부분들(다른 것들 중에서도, 팔들, 다리들, 머리들 및 꼬리들)의 독립적인 움직임이 무생물들로부터 생물들을 구별하기 위해 사용될 수 있다. 호흡 및/또는 심장박동의 빈도와 같은 특정한 규칙적 특징들은, 검출되고, 변환되고 그리고/또는 반사된 전력이 변하는 빈도에 의해 잠재적으로 검출될 수 있다. 이러한 시스템들은 간섭하는 객체들 및/또는 생물들의 존재, 움직임, 출현 및/또는 소멸을 검출하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따라 무선 전력 전달의 부분으로서 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 GU와 협력하여 요구된 기능들을 제공하기 위해 위에서 설명된 실시예들 중 임의의 것에 따라 RU에 존재할 수 있다.
[0078] 본 발명의 일부 실시예들에서, GU로부터 RU로 RF 전력을 전송하기 전에 RU와 GU 사이에서 핸드쉐이크가 수행된다. 핸드쉐이크는 다른 것들 중에서도, RU의 존재를 GU에 경고하고, 추가 통신을 위해 고유 식별자들을 정의하고(즉, GU가 RU에 고유 식별자를 할당함), 더 나은 무선 전력 서비스를 제공하기 위해 RU의 타입(예를 들어, 몇 개만 말하자면, 스마트 디바이스, 전화, 태블릿 컴퓨터, 범용 전력 소스)과 같은 정보를 제공하고, 필요한/수락 가능한 최소 및/또는 최대 전력을 정의하고, (생성 유닛이 다수의 주파수들에서 동작할 수 있는 경우) 동작의 주파수를 세팅하고, 임의의 주어진 상황들 하에서 적합하고 그리고/또는 최적인 것으로 합의한 통신 채널들/프로토콜들의 가용성을 설정하고, (예를 들어, 펌웨어 및 소프트웨어 프로그램을 업데이트하기 위해) 펌웨어 및 소프트웨어 버전들을 식별하는 등을 할 수 있다. GU, RU 또는 둘 다는 초기에 하나 또는 여러 개의 채널들 상에서 자신의 존재를 브로드캐스트할 수 있으며, 하나 또는 둘 다는 통신을 개시할 수 있다.
[0079] 핸드쉐이크를 개시하고 제어를 제공하고 통신을 수행하기 위해, GU, RU 또는 둘 다는 통상적으로 사용 가능한 프로세싱 및 통신 하드웨어/소프트웨어를 포함하거나 사용한다. 예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이, RU는 전력이 공급될 스마트 디바이스의 통신 능력들을 이용할 수 있다. 유사하게, GU는 통상적으로 위에서 설명된 바와 같이, WiFi, Bluetooth, Zigbee 등과 같은 통신 하드웨어뿐만 아니라 디지털 제어 블록에 의해 제공되는 프로세싱 능력들을 포함한다. 브로드캐스팅 및 핸드쉐이킹 기능성은 WiFi와 같은 잘 알려진 프로토콜들 중 임의의 하나를 사용하여 구현될 수 있다. 무선 전력 스티어링, 조절 동작 또는 다른 관련 작업들을 수행하기 위해 GU(들)와 RU(들) 사이에서 다양한 정보가 교환될 수 있다.
[0080] 초기에, GU(들), RU(들) 및/또는 둘 다는 하나 또는 다수의 미리 결정된 통신 채널들 및 방법들을 통해 그들의 존재를 브로드캐스트할 수 있다. 이러한 방법들은 범위에 있는 블루투스 디바이스들의 자동화된 페어링(블루투스의 경우에 일반적인 본딩(bonding)으로서 지칭됨), WiFi 표준의 경우에 SSID 브로드캐스트(이 경우에 GU(들)은 WiFi 액세스 포인트들로서 역할을 하고, RU(들)는 통신을 설정하기 위해 로그 인함), 예를 들어, (i) 자동으로 또는 사용자 요청 시에, 또는 (ii) 특정한 미리 결정된 시간들에 또는, 초기 핸드쉐이크에 대한 존재 및 요청을 표시하기 위한 채널들은 물론, 간섭하는 객체 및/또는 생물들의 부재와 같은 미리 결정된 조건들의 결과로서 개시될 수 있는 다른 연속적 및/또는 간헐적 브로드캐스트 방법들을 포함한다. 이들 방법들은 필요한 상황들에 의존하여 보안의 다양한 레벨들을 사용할 수 있다. 예를 들어, GU는 승인되지 않은 디바이스들에 의한 공격들을 방지하기 위해 보안 통신 채널들의 사용을 요구할 수 있다. RU들은 (예를 들어, 공격받을 디바이스의 올바른 동작을 방해하기 위해) 적대적인 공격자들이 GU(들)로서 위장하는 것을 방지하기 위해 유사한 방법들을 요구할 수 있다.
[0081] RSA 방법, Diffie-Hellman 키 교환, 사전 공유된 비밀 키 또는 키 스케줄들과 같은 보안 통신을 설정하고 유지하기 위한 다수의 알려진 방법들이 존재한다. 초기 핸드쉐이크 동안, 상이한 시스템들 간의 호환성을 설정하기 위해 GU(들) 및/또는 RU(들)에 의해 사용되는 하드웨어, 펌웨어 및/또는 소프트웨어 버전들, RU(들)에 의한 전력 요건들, GU(들)에 의한 총 가용 전력, 다수의 가용 주파수들은 이용될 무선 주파수의 선택, 후속 통신을 위해 사용될 주파수들, 표준들, 프로토콜들 및/또는 다른 방법들의 선택과 같이 다른 유용한 및/또는 요구되는 정보가 또한 교환될 수 있다.
[0082] 사인 오프(sign-off) 프로토콜들이 초기 페어링의 반대(opposite)를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 이들은, 사용자가 개시했는지 또는 간섭하는 객체들 및/또는 생물들의 출현 및/또는 소멸, 움직임의 검출 또는 다른 변화들과 같은 하나 또는 그 초과의 환경적 상황들에 의해 결정되었든지 간에, (예를 들어, 유닛들이 범위를 벗어나게 됐을 때) GU(들)와 RU(들) 간의 상호작용 없이 또는 합의된 사인 오프 프로토콜의 부분으로서 개별 유닛들 상에서 수행될 수 있다.
[0083] 따라서, GU(들) 및/또는 RU(들)는 이용 가능한 무선 전력 자산들/타겟들의 기록을 획득 및 유지하고, 무선 충전에 대한 필요성이 검출될 때 추가 정보를 제공한다. 예를 들어, RU(들)에 의한 무선 전력에 대한 요청들은, 조건적으로, 예컨대, 배터리 전력 레벨이 특정 레벨 아래로 떨어질 때 또는 충전 경로에 있는 것으로 검출된 객체들 및/또는 생물들이 사라졌거나 시각(time-of-day)과 같은 특정한 다른 이벤트들이 도달되었을 때 발행될 수 있다. 이는, GU(들)가 RU(들)와의 통신을 허용하는 다양한 대기 모드들에서 동작하지만, 전력 소비를 절감하기 위해 간섭하는 객체 검출과 같은 다른 기능을 디스에이블하도록 허용한다.
[0084] GU(들)로부터 RU(들)로 무선으로 전력을 스티어링하는 것은 전력 전달에 대한 요청으로 시작한다. 일부 실시예들에서, 요청은 무선 전력을 스티어링하는데 사용되는 방법에 관한 부가적인 정보를 포함할 수 있다. 그러한 방법들의 예는, 전력이 제 1 시간 동안 RU 쪽으로 지향될 필요가 있는지, 연속적인 추적이 요청되는지(즉, 모바일 RU의 경우에) 등에 관계없이, 상이한 최적화 알고리즘들 중 임의의 하나를 사용할 수 있는, 위에서 설명한 래스터 스캔을 포함한다. 요청은 초기 통신 핸드쉐이크에 존재할 수 있다. 사용되는 특정 무선 전력 전달은 RU(들)의 특정 능력들 및/또는 환경적 조건들에 의해 정의될 수 있다. 일부 실시예들에 따라, 피드백 신호는 GU로부터 RU로의 전력 전달에 관한 정보를 제공하기 위해 RU(들)로부터 GU(들)로 또는 그 역으로 송신된다. 다음은 GU로부터 RU로의 무선 전력을 스티어링하는 알고리즘 또는 프로토콜의 예이다.
· 통신은 RU의 요청 시에 RU와 GU 사이에서 설정된다. GU는 또한 무선 네트워크 라우터로서 역할을 한다. RU는 GU에 의해 제공되는 WiFi 액세스 포인트에 접속(log onto)한다.
· GU는 후속 통신에 사용될 식별자를 RU에 제공한다.
· RU 쪽으로의 무선 전력 스티어링은 RU 측 상의 다른 사용자 요청에 의해 개시되고 WiFi 인터페이스를 통해 GU에 통신된다
· GU는 이용 가능한 테스트 로드들 중 하나를 사용하도록 RU에 지시한다.
· GU는 개별 GU 엘리먼트 프로그래밍 세팅들에 대한 프로그래밍 파라미터들을 변경한다.
· RU는 수신된 전력과 변환된 전력의 측정을 GU에 제공한다. 수신된 전력은 RF-DC 변환 엘리먼트들 각각의 출력들에서 하나 또는 여러 개의(이것은 구성 가능함) 변환된 DC 전압들을 판독함으로써 정의된다. 대안적인 구현에서, 수신된 전력에 대한 측정은 이러한 전압들의 제곱을 계산함으로써 획득된다.
· GU 알고리즘은 전력 전달 효율을 증가시키도록 상이한 프로그래밍 세팅들을 스텝 스루한다. GU는 유익한 것으로 간주되면, 스티어링 절차 동안 다양한 지점들에서 다른 테스트 로드로 스위칭하라는 커맨드를 RU에 발행할 것이다.
· 전력 스티어링이 더 이상 개선될 수 없다고 결정되면, GU 알고리즘은 종결된다. 대안적으로, 알고리즘은 최소 수락 가능한 전력 레벨이 달성되면 종결될 수 있다. 최소 이용 가능한 전력 측정은 알려진 테스트 로드를 사용하여 생성된 전력에 의해 정의된 RU 상에서 사용 가능하다.
[0085] 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 디바이스에 무선으로 전력을 공급하는 흐름도(900)이다. 902에서 프로세스를 시작한 후에, GU 및 RU는 904에서 초기화된다. 다음으로, 전력 전달 최적화 프로세스를 시작하기 위해, 초기 위상은 GU 송신기 어레이에 배치된 각각의 GU 엘리먼트(송신기 안테나들)에 의해 송신된 RF 파에 대해 선택된다. 906에서, GU 전류 엘리먼트와 연관된 위상이 주목된다. 다음으로, 908에서 임의의 다른 GU 엘리먼트의 위상이 먼저 변동되었다고 결정되면, 디바이스를 충전하는 RU에서 수신된 RF 전력이 기록된다(910). 수신된 RF 전력은 선택적으로 912에서 디지털 포맷으로 변환된다. 다음으로, 914에서, GU 엘리먼트의 위상은 1 단계만큼 증분되고(예를 들어, 2π 위상은 18개의 동일한 단계들로 분할될 수 있음), 수신된 전력은 916에서 기록된다. 수신된 RF 전력은 선택적으로 918에서 디지털 포맷으로 변환된다. 다음으로 920에서, GU 엘리먼트의 위상은 2단계들 만큼 감소되고, 수신된 전력은 922에서 기록된다. 수신된 RF 전력은 선택적으로 924에서 디지털 포맷으로 변환된다. 다음으로, 926에서, 이전 3번의 조정들로부터 가장 높은 전력 전달을 달성하는 위상이 수신 조정된 RU(현재의 RU)에 프로그래밍된다. 928에서, 현재 RU의 위상이 그의 이전 세팅으로부터 변경되었다고 결정되면, 930에서, 현재 엘리먼트가 식별되고 908 동안 평가에 사용하기 위해 변경된 것으로서 마킹된다. 다음으로, 932에서, 평가 및 가능한 조정을 위해 GU 내의 다음 엘리먼트가 선택되고, 프로세스는 그 후 906으로 이동한다. 928에서 현재 RU의 위상이 그의 이전 세팅으로부터 변경되지 않았다고 결정되면, 932에서 GU의 다음 엘리먼트가 평가 및 가능한 조정을 위해 선택되고 프로세스는 그 후 906으로 이동한다. 디바이스에 무선으로 전력을 공급하는 또 다른 실시예들에서, GU 엘리먼트들의 위상들은 2π 위상이 분할되는 이용 가능한 단계들의 일부 또는 전부 만큼 증분(또는 감소)된다. 예를 들어, 2π 위상이 18개의 균등한 단계들로 분할되면, GU 엘리먼트들의 위상들은 명목상 π/9(즉, 20도) 위상만큼 매회마다 18회 증분(또는 감소)된다.
[0086] 908에서 다른 GU 엘리먼트들의 위상이 먼저 변동되지 않았다는 결정이 내려지면, RF-DC 변환기의 출력에서 공급되는 로드의 양은 934에서 변동된다. 다음으로, 936에서, 로드의 최종 값(예를 들어, 가장 낮은 저항성 로드)이 아직 도달되지 않았다고 결정되면, 프로세스는 906으로 이동한다. 936에서, 로드의 최종 값에 도달되었다고 결정되면, 938에서, 테스트 로드들이 938에서 스위치 오프(즉, RU로부터 연결해제)되고 전력이 공급될 디바이스는 940에서 스위치 인(RU에 연결)된다. 전력 레벨이 비교적 안정된 채로 유지되고 현저하게 강하하지 않는 한, 디바이스는 942에서 현재의 세팅으로 계속해서 전력이 공급된다. 그러나, 942에서 RU에서의 전력량의 강하가 있는 경우, 프로세스는 GU 엘리먼트들에 대한 새로운 위상 세팅을 결정하기 위해 906으로 다시 이동한다.
[0087] 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 디바이스를 추적하는 흐름도(1000)이다. 1002에서 프로세스를 시작한 후, 초기 위상은 GU 송신기 어레이에 배치된 각각의 GU 엘리먼트(송신기 안테나들)에 의해 송신된 RF 파에 대해 선택된다. 1006에서, GU 전류 엘리먼트와 연관된 위상이 주목된다. 다음으로, 1008에서 임의의 다른 GU 엘리먼트의 위상이 먼저 변동되었다고 결정되면, 디바이스를 충전하는, RU에서 수신된 RF 전력이 기록된다(1010). 수신된 RF 전력은 선택적으로 1012에서 디지털 포맷으로 변환된다. 다음으로, 1014에서, GU 엘리먼트의 위상은 1단계만큼 증분되고(예를 들어, 2π 위상은 18개의 동일한 단계들로 분할될 수 있음), 수신된 전력은 1016에서 기록된다. 수신된 RF 전력은 선택적으로 1018에서 디지털 포맷으로 변환된다. 다음으로, 1020에서, GU 엘리먼트의 위상은 2단계들 만큼 감소되고, 수신된 전력은 1022에서 기록된다. 수신된 RF 전력은 선택적으로 1024에서 디지털 포맷으로 변환된다. 다음으로, 1026에서, 가장 높은 전력 전달을 달성하는 위상은 수신 조정된 RU(현재의 RU)에 프로그래밍된다. 1028에서, 현재 RU의 위상이 그의 이전 세팅으로부터 변경되었다고 결정되면, 1030에서, 현재 엘리먼트가 식별되고 1008 동안 평가에 사용하기 위해 변경된 것으로서 마킹된다. 다음으로, 1032에서, 평가 및 가능한 조정을 위해 GU 내의 다음 엘리먼트가 선택되고, 프로세스는 그 후 1006으로 이동한다. 1028에서 현재 RU의 위상이 그의 이전 세팅으로부터 변경되지 않았다고 결정되면, 1032에서 GU의 다음 엘리먼트가 평가 및 가능한 조정을 위해 선택되고 프로세스는 그 후 1006으로 이동한다.
[0088] 1008에서, 다른 GU 엘리먼트들의 위상이 먼저 변경되지 않고 추적이 지속되는 것으로 결정이 내려지면, 프로세스는 1006으로 이동한다. 1008에서, 다른 GU 엘리먼트들의 위상이 먼저 변경되지 않고 추적이 지속되지 않는 것으로 결정이 내려지면, 프로세스는 1036으로 종료한다.
[0089] 일부 실시예들에서, RU에 배치된 로직 제어 블록은 DC-DC 변환기들의 동작을 모니터링한다. DC-DC 변환기의 동작에 관한 정보 또는 GU(들) 및/또는 RU의(들) 동작 상태에 관한 다른 정보는, 무선 전력 시스템의 동작을 최적화하고 그리고/또는 다른 동작 이점들을 획득하기 위해 RU(들)와 GU(들) 사이에서 중계될 수 있다.
[0001] 일부 실시예들에서, RU는 GU의 올바른 프로그래밍 세팅들을 결정하기 위해 하나 또는 그 초과의 비콘 톤들을 전송할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 전력 전달의 개시 시에, GU는 RU에 의해 전송되도록 이용 가능한 하나 또는 다수의 상이한 종류들의 하나 또는 그 초과의 비콘 톤들을 요청할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, RU는 명백한 초기 요청 없이, 그러나 미리 결정되고 합의된 무선 전력 전달 프로토콜에 기초하여 비콘 송신을 개시할 수 있다.
[0090] 일부 실시예들에서, RU는 그의 글로벌 포지션 시스템(GPS) 좌표들 또는 등가의 정보를 GU에 전송할 수 있다. GU는 다른 것들 중에서도, 프로그래밍 파라미터들의 최적의 세트를 결정하기 위해 RU의 포지션에 관한 정보는 물론, 그 자신의 포지션, 그의 배향 및 그의 엘리먼트의 레이아웃에 관한 정보를 사용할 수 있다. 이 경우에, 전력 전달의 개시 시에, 그러한 정보는 GU-RU 통신 채널에 걸쳐 중계된다.
[0091] 본 발명의 위의 실시예들은 예시적이며 제한적이지 않다. 본 발명의 위의 실시예들은 복원 유닛에 배치된 복원 엘리먼트들의 수 또는 타입에 의해 제한되지 않는다. 본 발명의 위의 실시예들은 복원 유닛에 배치될 수 있는 임피던스 변형/매칭 블록, 진폭/전력 검출기, RF 로드 매칭 회로, RF-DC 변환기, 프로그래밍 가능 테스트 로드 블록, DC-DC 변환기 및 디지털 제어 블록 제어에 의해 제한되지 않는다. 본 발명의 위의 실시예들은 복원 유닛을 형성하는데 사용될 수 있는 집적 회로들 또는 반도체 기판들의 수에 의해 제한되지 않는다. 다른 수정들 및 변동들이 당업자들에게 자명할 것이며, 첨부된 청구항들의 범위의 내에 속하는 것으로 의도된다.

Claims (24)

  1. 라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛으로서,
    상기 RF 전력을 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나;
    상기 DC 전력을 생성하는 RF-DC 변환기;
    상기 적어도 하나의 안테나와 상기 RF-DC 변환기 사이에 배치되고 상기 안테나와 상기 RF-DC 변환기 간의 임피던스 매칭을 제공하도록 적응된 임피던스 매칭/변형 회로(impedance matching/transformation circuit); 및
    상기 RF-DC 변환기에 커플링되고 상기 RF 신호가 상기 RF-DC 변환기의 출력 단자에 도달하는 것을 차단하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로를 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF-DC 변환기의 출력 단자에 커플링되는 DC-DC 변환기를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    진폭/전력 검출기를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 진폭/전력 검출기는 상기 적어도 하나의 안테나의 출력 단자에 커플링되는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 진폭/전력 검출기는 상기 RF-DC 변환기의 입력 단자에 커플링되는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 진폭/전력 검출기는 상기 RF-DC 변환기의 출력 단자에 커플링되는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  7. 제 3 항에 있어서,
    DC-DC 변환기의 입력 단자에 커플링되는 프로그래밍 가능 로드를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  8. 제 3 항에 있어서,
    DC-DC 변환기의 출력 단자에 커플링되는 프로그래밍 가능 로드를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하고 상기 DC 전력을 수신하는 디바이스에 통신/제어 신호들을 제공하도록 적응된 디지털 제어 블록; 및
    상기 진폭/전력 검출기의 출력을 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하도록 적응된 디지털 제어 블록; 및
    상기 DC 전력을 수신하는 디바이스와 통신하도록 적응된 트랜시버를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  11. 라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛으로서,
    서로 병렬로 커플링되는 복수의 복원 엘리먼트들 ― 각각의 복원 엘리먼트는,
    상기 RF 전력을 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나;
    RF-DC 변환기;
    상기 적어도 하나의 안테나와 상기 RF-DC 변환기 사이에 배치되고 상기 안테나와 상기 RF-DC 변환기 간의 임피던스 매칭을 제공하도록 적응된 임피던스 매칭/변형 회로; 및
    상기 RF-DC 변환기에 커플링되고 상기 RF 신호가 상기 RF-DC 변환기의 출력 단자에 도달하는 것을 차단하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로를 포함함 ― ;
    상기 복수의 복원 엘리먼트들 각각의 출력 단자에 커플링되는 DC-DC 변환기;
    상기 DC-DC 변환기의 출력에 커플링되는 진폭/전력 검출기; 및
    상기 DC-DC 변환기의 출력에 커플링되는 프로그래밍 가능 로드를 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하고 상기 DC 전력을 수신하는 디바이스에 통신/제어 신호들을 제공하도록 적응된 디지털 제어 블록; 및
    상기 진폭/전력 검출기의 출력을 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하도록 적응된 디지털 제어 블록; 및
    상기 DC 전력을 수신하는 디바이스와 통신하도록 적응된 트랜시버를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  14. 라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛으로서,
    복수의 복원 엘리먼트들 ― 각각의 복원 엘리먼트는,
    RF 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나;
    RF-DC 변환기;
    상기 적어도 하나의 안테나와 상기 RF-DC 변환기 사이에 배치되고 상기 안테나와 상기 RF-DC 변환기 간의 임피던스 매칭을 제공하도록 적응된 임피던스 매칭/변형 회로; 및
    상기 RF-DC 변환기에 커플링되고 상기 RF 신호가 상기 RF-DC 변환기의 출력 단자에 도달하는 것을 차단하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로를 포함함 ― ;
    각각이 상기 복수의 복원 엘리먼트들 중 상이한 하나의 출력에 커플링되고 이와 연관되는 복수의 DC-DC 변환기들 ― 상기 복수의 DC-DC 변환기들의 출력 단자들은 공통 노드에 커플링됨 ― ;
    상기 공통 노드에 커플링된 진폭/전력 검출기; 및
    상기 공통 노드에 커플링된 프로그래밍 가능 로드를 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하고 상기 DC 전력을 수신하는 디바이스에 통신/제어 신호들을 제공하도록 적응된 디지털 제어 블록; 및
    상기 진폭/전력 검출기의 출력을 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하도록 적응된 디지털 제어 블록; 및
    상기 DC 전력을 수신하는 디바이스와 통신하도록 적응된 트랜시버를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  17. 라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛으로서,
    복수의 복원 엘리먼트들 ― 각각의 복원 엘리먼트는,
    상기 RF 전력을 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나;
    RF-DC 변환기;
    상기 적어도 하나의 안테나와 상기 RF-DC 변환기 사이에 배치되고 상기 안테나와 상기 RF-DC 변환기 간의 임피던스 매칭을 제공하도록 적응된 임피던스 매칭/변형 회로; 및
    상기 RF-DC 변환기에 커플링되고 상기 RF 신호가 상기 RF-DC 변환기의 출력 단자에 도달하는 것을 차단하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로를 포함함 ― ;
    각각이 상기 복수의 복원 엘리먼트들 중 상이한 하나의 출력에 커플링되고 이와 연관되는 복수의 DC-DC 변환기들 ― 상기 복수의 DC-DC 변환기들의 출력 단자들은 공통 노드에 커플링됨 ― ;
    각각이 상기 복수의 복원 엘리먼트들 중 상이한 하나의 출력에 커플링되고 이와 연관되는 복수의 진폭/전력 검출기들; 및
    상기 공통 노드에 커플링된 프로그래밍 가능 로드를 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하고 상기 DC 전력을 수신하는 디바이스에 통신/제어 신호들을 제공하도록 적응된 디지털 제어 블록; 및
    상기 진폭/전력 검출기의 출력을 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하도록 적응된 디지털 제어 블록; 및
    상기 DC 전력을 수신하는 디바이스와 통신하도록 적응된 트랜시버를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  20. 라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛으로서,
    서로 직렬로 커플링되는 복수의 복원 엘리먼트들 ― 각각의 복원 엘리먼트는,
    상기 RF 전력을 수신하기 위한 적어도 하나의 안테나;
    RF-DC 변환기;
    상기 적어도 하나의 안테나와 상기 RF-DC 변환기 사이에 배치되고 상기 안테나와 상기 RF-DC 변환기 간의 임피던스 매칭을 제공하도록 적응된 임피던스 매칭/변형 회로; 및
    상기 RF-DC 변환기에 커플링되고 상기 RF 신호가 상기 RF-DC 변환기의 출력 단자에 도달하는 것을 차단하도록 적응된 RF 로드/매칭 회로를 포함함 ― ;
    상기 복수의 복원 엘리먼트들의 마지막 하나의 출력 단자에 커플링되는 DC-DC 변환기;
    상기 DC-DC 변환기의 출력에 커플링되는 진폭/전력 검출기; 및
    상기 DC-DC 변환기의 출력에 커플링되는 프로그래밍 가능 로드를 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하고 상기 DC 전력을 수신하는 디바이스에 통신/제어 신호들을 제공하도록 적응된 디지털 제어 블록; 및
    상기 진폭/전력 검출기의 출력을 디지털 신호로 변환하도록 적응된 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 복원 유닛에 대한 제어 신호들을 생성하도록 적응된 디지털 제어 블록; 및
    상기 DC 전력을 수신하는 디바이스와 통신하도록 적응된 트랜시버를 더 포함하는,
    라디오 주파수(RF) 전력을 수신하고 응답으로 DC 전력을 생성하도록 적응된 복원 유닛.
  23. RF 파들로부터 DC 전력을 생성하는 방법으로서,
    상기 DC 전력을 생성하는 디바이스에 의해 수신되는 전력량을 측정하는 단계; 및
    측정된 전력에 따라 복수의 RF 송신기들에 의해 송신되는 RF 파들의 위상들을 제어하는 단계를 포함하는,
    RF 파들로부터 DC 전력을 생성하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    수신된 전력을 측정하거나 측정의 동적 범위를 증가시키도록 상기 디바이스에서 프로그래밍 가능 로드를 변동시키는 단계를 더 포함하는,
    RF 파들로부터 DC 전력을 생성하는 방법.

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