KR20170122746A - 솔라 패널을 구비한 모바일 장치용 충전 스테이션 - Google Patents

솔라 패널을 구비한 모바일 장치용 충전 스테이션 Download PDF

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KR20170122746A
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알타 디바이씨즈, 인크.
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Abstract

모바일 장치 상에 통합된 솔라 셀을 통해 모바일 장치를 충전하도록 구성되는 충전 장치가 개시된다. 충전 장치는 솔라 셀에 의해 흡수될 수 있는, 그래서 모바일 장치의 재충전가능 배터리에 저장을 위한 전기로 변환될 수 있는, 광 에너지로 벽체 전력을 변환한다. 충전 장치는 솔라 셀의 스펙트럼 응답에 맞게 조정된 스펙트럼을 가진 광 빔을 방출하도록 구성되는 광원을 포함한다. 충전 장치는 충전 장치 하우징 내 모바일 장치의 존재를 검출하기 위한, 그리고, 이에 응답하여, 광원의 활성화를 신호하기 위한, 근접 센서를 포함한다. 충전 장치는 모바일 장치와 무선 통신을 위한, 그리고, 다양한 스테이지 및 형태로 충전 프로세스를 제어하기 위한 로직을 포함한다. 광원은 모바일 장치에 광 통신 신호를 송신하도록 또한 기능하는 LED일 수 있다.

Description

솔라 패널을 구비한 모바일 장치용 충전 스테이션
상호참조
본 출원은 2015년 1월 22일자로 출원된 미국특허가출원 제62/106,636호("LIGHT CHARGING DOCK FOR CHARGING MOBILE DEVICE WITH SOLAR CELL")의 우선권 및 이익을 주장하며, 그 전체 내용이 본원에 포함된다
기술 분야
본 발명은 일반적으로 모바일 장치 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모바일 장치용 충전 액세서리에 관한 것이다.
집적 회로 소자의 밀도 및 속도는 수십년 동안 꾸준히 및 기하 급수적으로 증가하여, 스마트 폰, 태블릿, 미디어 플레이어, GPS(위성 위치 확인 시스템) 및 PDA(개인용 정보 단말기)와 같은 모바일 전자 장치의 보다 빠른 처리 속도, 더 큰 데이터 처리 능력, 증가하는 저장 용량 및 보다 작은 물리적 치수를 가능하게 한다. 컴퓨터 네트워크에서 사용할 수 있는 정보의 양뿐만 아니라 모바일 장치의 처리 능력 및 데이터에 대한 액세스 기능을 통해 사용자는 원하는 임의의 위치에서 장기간 모바일 장치를 사용하는 데 익숙해졌다.
무선 충전은 유도 충전 및 솔라 충전과 같이, 모바일 장치 제조 산업으로부터 주목을 받고 있다. 종래의 유선 충전기와 대조적으로, 무선 충전기는 충전기로부터 충전 중인 모바일 장치로 전력을 전달하기 위해 금속 결합 메커니즘(예를 들어, 소켓상의 전극)을 필요로하지 않는다. 따라서 무선 충전 기법은 잠재적으로 방수 모바일 장치의 개발을 가능하게 한다.
솔라 셀과 통합된 모바일 장치는 솔라 셀이 태양 광 또는 다른 주변 광에 노출될 때 충전될 수 있다. 솔라 충전은 무선형의, 깨끗하고 비용 효율적이며 편리한 충전 방법을 제공한다. 그러나, 솔라 충전 효율은 주변 광선에 대한 노출 및 노출 시간에 크게 좌우되며, 때로는 가령, 비가 오는 날이나 흐린 날이나 밤에, 안정적이고 일관된 충전에 대한 사용자의 요구를 충족시킬 수 없다. 현재, 솔라 셀을 갖는 모바일 장치는, 특히 주변 광 강도가 솔라 충전을 위해 불충분할 때, 급속 충전을 위한 유선 충전 기능을 보존해야 한다. 유선 충전은 벽면 전원에 연결하기 위해 전극 인터페이스에 대한 사용자의 접근성을 요구하며, 이는 장치의 방수 하우징을 만들기 위한 노력을 복잡하게 할 수 있다.
주변 광이 제한되거나 가용하지 않을 때에도 솔라 셀을 구비한 모바일 장치의 무선 충전 메커니즘이 여기서 제공된다.
본 개시의 실시예는 모바일 장치 상에 설치된 솔라 셀(또는 광기전 셀)에 의해 흡수될 수 있는, 그리고, 모바일 장치의 재충전가능 배터리에 저장을 위한 전기로 변환될 수 있는, 광 에너지로 벽체 전력을 변환하도록 구성되는 충전 장치를 제공한다. 충전 장치는 솔라 셀의 스펙트럼 응답에 맞게 조율된 스펙트럼을 가진 광 빔을 방출하도록 구성되는 광원을 포함하여, 주변 광에 의한 솔라 충전의 효율을 넘는 광기전 효율을 실현한다. 광원의 세기는 주변광에 비해, 광기전 셀에 의해 수신되는 광의 출력 밀도(power density)를 증가시키도록 또한 증가될 수 있다. 충전 장치의 하우징은 광원과 면하는 솔라 셀을 갖도록 내부에 배치되는 모바일 장치를 수용하도록 설계된다. 충전 장치는 충전 장치의 하우징 내 모바일 장치의 존재를 검출하기 위한, 그리고, 광원의 활성화를 트리거링하도록 대응 신호를 전송하기 위한, 근접 센서를 포함한다. 충전 장치는 모바일 장치와 무선 통신하기 위한, 그리고 다양한 스테이지 및 형태로 충전 프로세스를 제어하기 위한, 로직을 구비한다. 일부 실시예에서, 광원은 수신 모바일 장치 상의 솔라 셀과 동일 또는 유사 물질로 구성되는 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 이러한 LED 광원은 수신 모바일 장치와 통신하기 위한 광 신호를 생성하도록 또한 작동가능할 수 있다.
충전 장치가 모바일 장치 상의 솔라 셀로 지향되는, 그리고 솔라 셀에 알맞게 조율되는, 광 빔을 제공하기 때문에, 모바일 장치는 기존 유선 충전에 필적할만한 속도 및 효율로 충전될 수 있다. 추가적으로, 무선 충전 프로세스는 주변광 가용도 또는 세기에 의해 제한받지 않기 때문에 신뢰할만하고 일관된 특성을 가진다. 따라서, 모바일 장치의 유선 충전을, 모바일 장치 하우징 상의 금속 결합 메커니즘이 더이상 필요치 않은, 무선 충전으로 대체될 수 있다. 모바일 장치 하우징 상의 금속 접촉부를 제거함으로써, 모바일 장치는 방수 기능을 갖도록 보다 쉽게 설계될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 충전 장치는 솔라 셀을 가진 모바일 장치를 수용하도록 구성되는 하우징, 광원, 및 벽체 전력 어댑터를 포함한다. 광원은 하우징에 연결되고, 솔라 셀을 조명하기 위한 광 빔을 방출하도록 구성된다. 솔라 셀은 광 빔을, 모바일 장치의 재충전가능 배터리에 저장하기 위한 전기로 변환하도록 작동가능하다. 벽체 전력 어댑터는 광원에 공급되는 전압으로 벽체 전력을 변환하도록 구성된다.
위는 단지 예시에 지나지 않으며, 많은 변형예들이 발명의 사상 및 범위 내에서 가능하다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따라 모바일 장치에 통합된 솔라 셀을 복사하기 위한 광을 생성할 수 있는 일례의 충전 장치의 구조를 도시하는 블록도이고,
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라, 지향광으로 충전하기 위해 모바일 장치와 결합된 일례의 충전 도크를 도시하며,
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 충전 도크를 이용하는 일례의 충전 프로세스를 나타내는 순서도다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명 될 것이나, 이들 실시예는 본 발명을 이들 실시예로 제한하려는 것이 아니다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 대안, 변형 및 등가물을 포함하도록 의도된다. 또한, 본 발명의 실시예에 대한 이하의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 특정 세부 사항들없이 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 예들에서, 본 발명의 실시예의 양태들을 불필요하게 불명료하게하지 않도록 잘 알려진 방법들, 절차들, 구성 요소들 및 회로들은 상세히 설명되지 않았다. 방법이 명료성을 위해 일련의 번호가 매겨진 단계로 묘사될 수 있지만, 이러한 번호 매김이 반드시 단계의 순서를 지시하지는 않는다. 일부 단계는 스킵되거나, 병렬로 수행되거나, 엄격한 순서의 시퀀스를 유지할 필요없이 수행 될 수 있음을 알아야 한다. 본 발명의 실시예를 도시하는 도면은 반(절반)-도식적이고 비율에 맞지 않는 것이고, 특히 치수의 일부는 제시의 명료성을 위한 것이고 도면에서 과장되게 도시되어있다. 유사하게, 설명의 용이함을 위해 도면에서의 뷰가 일반적으로 유사한 방향을 나타내지만, 도면에서의 이러한 묘사는 대부분 부분적으로 임의적이다. 일반적으로, 본 발명은 임의의 방향으로 동작 될 수 있다.
명명법 및 표기법 :
그러나, 이들 및 유사한 용어들 모두는 적절한 물리적 양과 연관되어야하고 단지 이러한 양에 적용되는 편리한 라벨일 뿐이라는 것을 명심해야 한다. 다음의 논의로부터 명백한 바와 같이, 달리 명시하지 않는 한, "처리", "액세스" 또는 "실행" 또는 "저장" 또는 "렌더링"등과 같은 용어를 사용하는 논의는 컴퓨터 시스템의 레지스터 및 메모리 및 다른 컴퓨터 판독 가능 매체 내의 물리적 (전자) 량으로서 표현된 데이터를, 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 다른 그러한 정보 저장, 전송 또는 디스플레이 장치 내의 물리적 양으로 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작 및 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 다른 유사한 전자 컴퓨팅 장치의 작용 및 프로세스를 지칭한다. 하나의 구성 요소가 여러 실시예들에서 나타날 때, 동일한 참조 번호의 사용은 그 구성 요소가 원래의 실시예에서 설명 된 것과 동일한 구성 요소임을 의미한다.
솔라 패널을 갖춘 모바일 장치용 충전 스테이션
전반적으로, 본 개시의 실시예는 전기 라인을 통해 벽 전력을 끌어당기고, 복수의 PV 셀을 갖는 광기전 (PV) 패널을 통해 모바일 장치를 충전하도록 지향된 광 빔을 생성하도록 구성된 충전 스테이션을 제공한다. 충전 스테이션의 광원은 높은 PV 효율을 달성하기 위해 솔라 셀의 특성에 따라 선택됩니다. 충전 스테이션은 다양한 모바일 장치 제품에 대해 범용이도록 또는 특정 모델에 전용이도록 설계될 수 있다. 충전 스테이션은 내부에 배치된 모바일 장치와의 통신에 기초하여 충전 프로세스를 자동 제어하기 위해 사용되는 통신 및 제어 로직을 포함한다. 일부 실시예에서, 충전 스테이션은 충전을 위한 광원으로서 작용할 수 있는 발광 다이오드 (LED) 및/또는 수신 모바일 장치와 통신하기 위한 광 신호 발생기를 구비한다.
여기에서, "솔라 패널" 및 "광기전(PV) 패널"이라는 용어는 상호혼용하여 사용되고, "솔라 셀" 및 "PV 셀"은 상호혼용하여 사용되며, "충전기", "충전 스테이션", "충전 장치", 및 "충전 도크"는 상호혼용하여 사용된다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따라 모바일 장치(120) 상에 통합된 솔라 셀(121)을 조명하기 위한 광 빔을 생성할 수 있는 일례의 충전기(110)의 구조를 도시하는 블록도다. 모바일 장치(120)는 솔라 셀(121), 재충전가능 배터리(122), 선택적인 벽체 전력 어댑터(124), 제어 회로(123), 및 충전 통신 회로(125)를 포함한다. 제어 회로(123) 및 충전 통신 회로(125)는 모바일 장치(120)의 메인 보드에 연결된다. 솔라 셀(121)은 솔라 패널 내로 조립되고, 모바일 장치(120)의 하우징 상에 설치된다. 충전기(110)는 벽체 전력 어댑터(111), 광원(112), 제어 회로(113), 및 충전 통신 회로(114)를 포함한다. 모바일 장치(120) 및 충전기 장치(110)는 광원(112)에 의해 제공되는 광 에너지의 전달을 용이하게 하기 위해 광원(112)에 면하도록 솔라 셀(112)과 서로 인접하여 위치한다.
충전 과정 중, 충전기(110)의 벽체 전력 어댑터(111)는 벽체 전력(130)을 광원(112)에 공급되는 적절한 전력으로 변환한다. 광원(112)은 솔라 셀(112)에 지향되는 광 빔(101)을 생성한다. 솔라 셀(121)은 입사광을, 저장을 위해 재충전가능 배터리(122)에 공급되는 전류로 변환한다.
본 개시는 광 빔을 생성하기 위한 무선 충전기 내 광원의 유형, 구조, 또는 전기적 성질에 의해 제한되지 않으며, 광원에 의해 생성되는 파장, 치수, 또는 광 세기에 의해 제한되지도 않는다. 본 개시에 따른 충전기는 결정질 실리콘 솔라 셀, 박막 솔라 셀, 멀티-정션 솔라 셀, 등을 통한 충전에 사용될 수 있다. 모바일 장치는 전화, 전역 위치 확인 시스템(GPS), 손목시계, 태블릿 또는 터치패드, 미디어 플레이어, 원격 제어 장치, PDA, 또는 솔라 패널을 갖춘 임의의 다른 적절한 전자 장치일 수 있다.
일부 실시예에서, 충전기(110) 및 그 광원(112)은 특정 유형의 모바일 장치에 맞춤화된다. 높은 에너지 변환 효율을 실현하기 위해, 광 빔 스펙트럼이 솔라 셀(121)의 재료 및 구조적 특성에 기초하여 선택되는 것이 바람직하며, 솔라 셀(121)의 스펙트럼 응답에 맞도록 조정되는 것이 선호된다. 일 실시예에서, 광원(112)은 2W~5W 전력 범위의 광을 출력한다.
일부 실시예에서, 광원(112)은 전계발광 물질(electroluminescent material)을 포함한다. 예를 들어, 플라스틱 기판 상에 GaAs 솔라 셀을 구비한 모바일 장치와 관련하여, GaAs-계 발광 다이오드(LED)는 GaAs 솔라 셀에 대한 매칭 스펙트럼을 제공하기 때문에 선호되는 광원이다. 예를 들어, LED 광원은 수신 모바일 장치 상에서 사용되는 GaAs 솔라 셀의 유형과 동일 유형을 이용할 수 있다. 아래 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이러한 LED 광원은 수신 모바일 장치와 통신하기 위한 신호 생성기로 또한 작용할 수 있다.
일부 다른 실시예에서, 충전기(110)는 솔라 셀 물질 및 구조적 성질을 달리하는 모바일 장치에 대해 범용이도록 설계된다. 예를 들어, 적외선광이 생성되어, 대부분의 유형의 솔라 셀에 대해 높은 흡수율과, 사람의 눈에 교란을 일으키지 않는, 그 비가시성으로 인해, 솔라 셀을 조명하는데 사용된다. 충전기(110)로부터 출력되는 적외선 광은 광 충전이 진행 중임을 사용자에게 알리는데 사용되는 가시광과 혼합될 수 있다. 본 개시에 따른 충전기는 예를 들어, 솔라 패널 상의 균일한 복사 분포를 실현하기 위해, 패턴으로 배열되는 광원들의 어레이를 포함할 수 있다. 충전기(110)는 잠재적으로 상이한 효율로 다양한 유형의 솔라 셀을 충전하기 위해 단일 유형의 광원을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광원(112)으로부터 방사되는 광은 800nm~1000nmn 범위 내의 스펙트럼을 가진다.
대안으로서, 광원들의 어레이는 복수의 유형의 광원을 포함할 수 있고, 각각의 유형의 광원은 특정 유형의 솔라 셀의 스펙트럼 응답에 맞게 조율된다. 예를 들어, 모바일 장치(120)가 충전기(110)에 배치되면, 충전기(110)는 모바일 장치(120)와의 통신을 통해 솔라 셀(121)에 관련된 정보를 얻을 수 있다. 따라서, 제어 회로(113)는 최적 변환 효율을 실현하도록 대응하는 광원을 선택적으로 활성화시킨다. 예를 들어, 수신 장치가 GaAs 또는 CdTe 솔라 셀과 함께 설치됨을 검출하면, 800nm ~ 860nm 의 스펙트럼을 가진 광원이 활성화될 수 있다. 수신 장치가 Si 또는 CIGS 솔라 셀과 함께 설치됨을 검출하면, 800nm ~ 1000nm 의 스펙트럼을 가진 광원이 활성화될 수 있다.
아래 설명되는 바와 같이, 제어 회로(113)는 다양한 스테이지 및 형태로 충전 프로세스를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(113)는 최대 전력점 추적(MPPT) 기술을 이용하여 구현된다. 제어 작동은 각자의 통신 회로(114, 125)를 통해 충전기(110)와 모바일 장치(120) 사이의 통신에 기초할 수 있다.
예시되는 예에서, 모바일 장치(120)는 솔라 셀을 통해 충전됨에 추가하여 전기 충전기를 이용하여 충전되는 기능을 보존한다. 모바일 장치(120) 내 재충전가능 배터리(122)는 벽체 전력 어댑터(124)에 연결되어, 벽체 전력 콘센트에 플러깅될 때, 벽체 전력을 이용하여 직접 모바일 장치(120)를 충전하도록 전류를 공급한다. 재충전가능 배터리(122) 및 벽체 전력 어댑터(124)는 당 분야에 잘 알려진 다양한 방식으로 충전 제어 회로(123)에 연결되고 이에 의해 제어된다.
본 개시에 따르면, 충전 장치가 솔라 셀 성질에 맞게 조율되는, 그리고, 인접하여 위치한 모바일 장치의 솔라 셀로 지향되는, 광 빔을 제공하기 때문에, 모바일 장치는 무선 방식으로 신속하고 효율적으로 충전될 수 있다. 모바일 장치가 충전을 위해 충전 장치 상에 배치될 때, 광 빔은 모바일 장치에 의해 대부분 또는 완전히 커버될 수 있고, 따라서, 근처의 사람의 눈에 해를 미치지 않는다. 추가적으로, 무선 충전 프로세스는 주변광 가용도 또는 세기에 의해 제한되지 않기 때문에 신뢰가능하고 일관된 과정이다. 따라서, 모바일 장치를 위한 유선 충전 기능들이 더이상 필요하지 않음이 가능하다. 하우징 상에 전극 인터페이스 제거로, 모바일 장치는 쉽게 방수형으로 설계될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 지향된 광으로 충전하기 위한 모바일 장치(250)와 연결된 일례의 충전 도크(200)를 도시한다. 모바일 장치(250)는 전면측 상에 디스플레이 패널(252)과, 후면(20) 커버 상에 솔라 패널(253)을 가진다. 작동 중, 충전 도크(200)는 연결 케이블(221)을 통해 벽체 전력을 끌어당기고, 벽체 전력을 광원(201)의 어레이 구동에 사용되는 적절한 DC 전력으로 변환한다.
충전 도크(200)는 외부 하우징(202)과, 모바일 장치(250)의 물리적 속성에 기초하여 맞춤화되는 리셉터클(251)을 가진다. 리셉터클(251)은 모바일 장치(250)의 기하구조에 등각인 장방형 형상을 가진다. 사용자는 솔라 패드(253)가 광원(201)에 면하도록, 리셉터클(251) 내에 모바일 장치(250)를 단순히 배치시킬 수 있다. 예를 들어, 모바일 장치(250)는 충전 중 광원(201)으로부터 수 센티미터 떨어져 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 리셉터클(251)은 수평 배향으로 모바일 장치(250)를 지지한다. 도시되는 예에서, 모바일 장치(250)는 사용자가 그 배치를 조정할 필요없이 리셉터클 내에 끼워맞춰진다. 그러나, 충전 도크(200)가 다른 임의의 적절한 구조 또는 배향으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 잠금 수단(fastening means)을 이용하여, 모바일 장치(250)를 충전 도크(200)에 느슨하게 내려놓기보다, 충전 도크에 모바일 장치(250)를 고정할 수 있다.
일부 다른 실시예에서, 솔라 셀을 통해 모바일 장치를 충전하기 위한 충전 도크는 조정가능한 리셉터클을 갖고, 상이한 치수의 다양한 모바일 장치를 수용할 수 있다. 충전 도크는 광이 주변 환경으로 누설되는 것을 막는데 사용되는 하우징 커버를 또한 포함할 수 있다. 충전 도크는 충전 도크 상에 배치되는 모바일 장치의 치수를 검출할 수 있다. 검출되는 치수에 기초하여, 제어 회로는 선택된 광원(201)을 온 시킬 수 있다. 예를 들어, 소형 모바일 장치의 경우에, 광원 어레이(201)의 중심 멤버들만이 턴-온되어, 효율적 충전을 위해 전체 솔라 패널을 커버할 수 있고, 나머지 광원들을 에너지 절감을 위해 오프 상태로 머무른다.
광원(201)에 추가하여, 충전 도크는 근접 센서(214), 표시등(215)과, 제어 회로(211), 충전 통신 회로(212), 및 벽체 어댑터(213)를 통합하는 인쇄 회로 보드(PCB)(210)를 포함한다. 광원(201)은 PCB(210)에 연결된다. 벽체 어댑터(213)는 벽체 전력 콘센트와 연결을 위해 전기 케이블(221)에 연결된다. 충전 도크 내 다양한 구성요소들은 당 분야에 잘 알려진 임의의 적절한 방식으로 구현될 수 있다.
모바일 장치(250)가 충전 도크(200) 상에 배치될 때, 근접 센서(214)는 그 존재를 검출하여 신호를 제어 회로(211)에 전송한다. 이에 응답하여, 제어 회로는 광 빔을 생성하도록 광원(201)을 활성화시킨다. 일부 유형의 LED 솔라 셀이 바이어스 전압에 따라 상이한 모드로 작동할 수 있음이 알려져 있다. 특히, 이러한 LED 솔라 셀은 순방향 바이어스될 때 광을 방사할 수 있고, 역방향 바이어스될 때 광을 흡수하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 광원(201)은 전계발광 물질, 가령, GaAs, InGaAs, InGaP, AlGaAs를 개별적으로 또는 조합하여 포함할 수 있고, 다른 III-V족 화합물 물질을 포함할 수도 있다. 따라서, 제어 회로(211)는 충전 중 광원(201) 상에 순방향 바이어스 전압을 인가시킨다.
일부 실시예에서, 장치의 근접도를 검출하는 센서에 추가하여, 충전 도크(200)는 모바일 장치의 부정확한 배치를 검출할 수 있다. 다른 실시예에서, 근접 센서 자체는 모바일 장치의 부정확한 배치를 또한 검출할 수 있다. 예를 들어, 충전 도크는 모든 광원(201)이 모바일 장치에 의해 커버되는 것이 아닌지를 검출할 수 있다. 이러한 상황에서, 충전 도크(200)는 광원(201)의 일부 또는 전부를 비활성화 상태로 남길 수 있다. 이는 광원(201)으로부터의 광 빔이 충전 도크(200)의 하우징으로부터 탈출할 가능성과 관련된 임의의 안정성 위험을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 솔라 패널(253) 자체는 모바일 장치가 정확하게 배치되었는지 여부를 결정하는 센서로 작용한다. 예를 들어, 근접 센서(214)는 모바일 장치의 근접도를 검출할 수 있어서, 광원(201)의 일부 또는 전부를 활성화시킬 수 있다. 모바일 충전 도크는 그 후, 모바일 장치(250) 및 관련 솔라 패널(253)의 성질 변화를 검출할 수 있고, 이를 이용하여 모바일 장치의 배치가 정확한지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 광생성된 전류 또는 전압 또는 솔라 패널에서 생성된 단락 회로 전류는 배치가 정확한지 여부를 표시할 수 있고, 이는 광원(201)에 의해 방출되는 광 빔의 세기 및 스펙트럼은, 외부 양자 효율 및 솔라 패널 크기의 예측가능한 함수다. 다른 실시예에서, 솔라 패널의 상이한 성질을 이용하여, 정확한 배치, 예를 들어, 솔라 패널의 포토루미네슨스(photoluminescence)의 세기 또는 오픈-회로 전압을 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 정확한 배치를 표시하는 감지 기술을 또한 이용하여, 모바일 장치가 충전 도크(200)로부터 제거될 때 광원(201)을 턴오프시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 근접 센서(214)가 이 기능을 제공한다.
충전 도크(200)는 솔라 패널(253)에 효율적으로 그리고 균등하게 광 빔을 안내 및/또는 분배하도록 작동가능한 광학 트레인(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 모바일 장치(250)가 리셉터클(251)로부터 제거될 때, 근접 센서(214)는 출발을 감지하여, 광원(201)을 오프시키기 위해 제어 회로(211)에 다른 신호를 전송한다. 표시등(215)은 리셉터클(215)에 근접하여 설치되어, 충전 상태, 가령, 진행 중, 완료, 또는 거절에 관한 표시를 사용자에게 전송하는 기능을 한다.
통신 회로(212)는 솔라 셀 특성, 모바일 장치의 모델, 모바일 장치 내 배터리의 이용 상태, 생성된 광의 세기 및 스펙트럼, 등과 같이, 충전과 관련하여 모바일 장치(250)와 통신할 수 있다. 이러한 통신에 기초하여, 제어 회로(211)는 도 3과 관련하여 상세히 설명되는 바와 같이, 광원(201)의 작동을 제어한다.
일부 실시예에서, 통신 기능은 모바일 장치와 충전 도크 내 각자의 무선 통신 회로를 이용하여 구현된다. 이러한 경우에, 충전 도크 및 모바일 장치는 블루투스, 광역 네트워크(WAN), 와이파이, 근거리 통신망(LAN), 등을 통해 통신한다.
일부 다른 실시예에서, 충전 도크 내 하나 이상의 광원이 송신기로 구성되어, 모바일 장치에 이진 형태의 광 펄스("온" 및 "오프")의 시퀀스로 인코딩되는 신호를 전송하도록 작동가능하다. 예를 들어, 광원은 역방향 바이어스에 놓일 때 광을 방출하는 LED-유형 솔라 셀(가령, GaAs 솔라 셀)로 구성된다. 통신 회로(212)는 신호 생성을 제어하기 위해 광원에 대한 역방향 바이어스를 제어한다.
모바일 장치 상의 솔라 셀은 역방향 바이어스에 놓일 때에도 광 신호를 방출할 수 있다. 예를 들어, GaAs 솔라 셀은 역방향 바이어스 하에 광을 방출하고, 충전 도크에 이진 형태의 광 펄스들의 시퀀스로 인코딩되는 신호를 또한 전송할 수 있는 신호 송신기로 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 충전 도크와 모바일 장치 간의 양방향 통신이, 양쪽에서 LED-유형 솔라 셀로부터 송신되는 광 신호를 통해 구축된다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 충전 도크를 이용하는 일례의 충전 프로세스(300)를 묘사하는 순서도다. 단계(301)에서, 근접 센서는 충전 도크 상의 모바일 장치의 존재를 검출하고, 충전 도크 내 제어 회로에 대응 신호를 전송한다. 단계(302)에서, 충전 장치는 충전 프로세스와 관련하여 모바일 장치와 통신한다. 예를 들어, 광원은 출력 광 세기, 광 파장, 광원 유형, 등과 관련하여 모바일 장치에 알리는 광 신호를 전송할 수 있다. 모바일 장치는 솔라 셀의 재료 및 구조적 성질, 모바일 장치 모델, 배터리 이용 상태, 등에 관한 메시지를 충전 도크에 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 모바일 장치는 명시된 스펙트럼 및 세기 범위의 광으로부터의 광 충전만을 수용하도록 구성될 수 있다.
충전 도크로부터 도 1의 제어 회로(123)를 통해 전송되는 메시지에 기초하여, 모바일 장치는 충전 도크 내 광원이 인지되지 않는 경우 또는 광원에 의해 제공되는 광 세기가 수용가능 범위를 벗어날 경우 충전을 거절할 수 있다. 모바일 장치가 이미 완전 충전 상태일 경우, 모바일 장치는 충전 도크로부터 충전을 거부한다.
마찬가지로, 모바일 장치로부터 전송되는 메시지에 기초하여, 충전 도크는 단계(303)에서 모바일 장치가 충전할 자격이 있는지 여부를 결정할 수 있다. 단계(304)에서 모바일 장치가 인지되지 않은 모델이거나 충전에 부적격일 경우, 충전 도크는 충전을 거절하고, 충전이 가용하지 않음을 알리는 에러 메시지를 모바일 장치에 전송한다. 적격일 경우, 단계(305)에서, 충전 도크 상의 표시등이 온 상태로 켜져서 충전이 진행 중임을 사용자에게 알린다.
모바일 장치는 광 세기의 요망 범위를 충전 도크에 또한 알릴 수 있다. 이에 응답하여, 충전 도크의 제어 회로는 모든 광원에 공급되는 전력을 요청받은 범위로 조정하거나, 요청 세기 레벨을 얻도록 선택된 광원을 활성화시킨다(단계(306)). 단계(307)에서, 모바일 장치는 배터리가 완전 충전 상태일 때 충전 도크에 메시지를 전송한다. 이에 응답하여, 충전 도크의 제어 회로는 광원을 오프시키고, 충전 도크는 스탠바이 또는 아이들 상태로 들어간다. 위 프로세스(301-307)들은 모바일 장치가 충전을 위해 충전 도크에 연결될 때마다 반복된다.
소정의 선호 실시예 및 방법이 여기서 개시되었으나, 이러한 실시예 및 방법의 변형예 및 변화가 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다.

Claims (23)

  1. 솔라 셀과 통합된 모바일 장치의 충전 방법에 있어서, 상기 방법은,
    근접 센서에 의해 충전 도크 상에 위치한 상기 모바일 장치의 존재를 검출하는 단계와,
    광 펄스들의 시퀀스로 인코딩되는 신호를 상기 솔라 셀에 전송하도록 상기 충전 도크의 광원을 구성함으로써 상기 충전 도크와 상기 모바일 장치 간의 양방향 광 신호 통신을 구축하는 단계와,
    상기 광 신호 통신에 기초하여 상기 솔라 셀의 카테고리를 결정하는 단계와,
    상기 카테고리에 기초하여, 상기 솔라 셀을 조명하기 위한 광 빔을 생성하도록 상기 충전 도크의 상기 광원을 활성화시키도록 전력을 끌어당기는 단계 - 상기 솔라 셀은 상기 광 빔을 상기 모바일 장치의 재충전가능 배터리에 저장하기 위한 전기 에너지로 변환하도록 작동가능함 - 를 포함하는
    모바일 장치 충전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모바일 장치로부터 상기 충전 도크로 전송되는 제 1 신호를 수신하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제 1 신호는 상기 솔라 셀의 상기 카테고리를 표시하고, 상기 제 1 신호는 광 펄스들의 시퀀스로 인코딩되며, 상기 제 1 신호는 바이어스 하에 상기 솔라 셀에 의해 생성되는
    모바일 장치 충전 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모바일 장치로부터 상기 충전 도크로 전송되는 제 2 신호를 수신하는 단계 - 상기 제 2 신호는 상기 재충전가능 배터리가 완전 충전 상태임을 표시하고, 상기 제 2 신호는 광 펄스들의 시퀀스로 인코딩되며, 상기 제 2 신호는 바이어스 하에 상기 솔라 셀에 의해 생성됨 - 와,
    상기 제 2 신호에 응답하여 상기 광원을 비활성화시키는 단계를 더 포함하는
    모바일 장치 충전 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 카테고리가 상기 충전 도크에 의한 충전에 부적격임을 결정함에 따라 상기 모바일 장치의 충전을 거절하는 단계를 더 포함하는
    모바일 장치 충전 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 근접 센서는 상기 충전 도크 상에서 모바일 장치의 부재 또는 부정확한 배치를 검출하도록 구성되고, 상기 광원을 비활성화시키기 위한 표시를 생성하도록 구성되는
    모바일 장치 충전 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 근접 센서는 솔라 셀의 포토루미네슨스, 광생성 전류(photogenerated current), 전압 중 적어도 하나를 모니터링함으로써 부정확한 배치를 검출하도록 구성되는
    모바일 장치 충전 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 카테고리에 기초하여 상기 충전 도크의 복수의 광원으로부터 상기 광원을 선택하는 단계를 더 포함하는
    모바일 장치 충전 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 빔의 특성에 관한 신호를 상기 충전 도크로부터 상기 모바일 장치로 전송하는 단계를 더 포함하며, 상기 신호는 상기 상기 광원으로부터 방사되고, 이진 형태로 광 펄스들의 시퀀스로 인코딩되는
    모바일 장치 충전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드(LED) 물질을 포함하고, 상기 솔라 셀은 상기 LED 물질을 포함하는
    모바일 장치 충전 방법.
  10. 솔라 셀을 구비한 모바일 장치의 충전을 위한 충전 장치에 있어서,
    상기 솔라 셀을 가진 상기 모바일 장치를 수용하도록 구성되는 하우징과,
    상기 하우징에 연결되고, 상기 솔라 셀을 조명하기 위한 광 빔을 방출하도록 구성되는 광원 - 상기 솔라 셀은 상기 모바일 장치의 재충전가능 배터리에 저장을 위한 전기로 상기 광 빔을 변환하도록 작동가능함 - 과,
    벽체 전력을 상기 광원에 공급되는 전압으로 변환하도록 구성되는 벽체 전력 어댑터와,
    광 펄스들의 시퀀스로 인코딩되는 신호를 상기 광원으로 하여금 상기 솔라 셀에 전송하게 하기 위해, 상기 충전 도크와 상기 모바일 장치 간의 양방향 광 신호 통신을 구축하도록 상기 광원을 제어하도록 구성되는 제어 로직을 포함하는
    충전 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 솔라 셀의 조명은 광 충전이 진행 중임을 사용자에게 알리기 위한 가시광과 적외선광의 혼합을 포함하는
    충전 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광원은 GaAs-계 발광 다이오드(LED)를 포함하고, 상기 솔라 셀은 GaAs 솔라 셀을 포함하는
    충전 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 하우징 내 상기 모바일 장치의 존재를 검출하도록 구성되는 센서를 더 포함하며,
    상기 제어 로직은 상기 센서에 연결되고, 상기 센서로부터 전송되는 신호에 응답하여 상기 광원을 턴-온시키도록 구성되며,
    상기 센서는 상기 모바일 장치와 상기 하우징의 분리를 검출하도록 또한 구성되고, 상기 제어 로직은 상기 센서로부터 전송되는 신호에 응답하여 상기 광원을 턴-오프시키도록 또한 구성되는
    충전 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 신호 통신은 상기 모바일 장치의 제품 모델, 상기 솔라 셀의 유형, 재충전가능 배터리 이용 상태, 상기 광원으로부터의 출력광 세기, 또는 상기 모바일 장치의 요청받는 충전 전력 중 하나 이상에 관한 정보를 상기 모바일 장치로부터 수신하는 단계를 포함하는
    충전 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 로직에 연결되어, 충전 진행 상태에 관한 표시를 사용자에게 전송하도록 구성되는 인디케이터를 더 포함하는
    충전 장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    무선 네트워크를 통해 상기 모바일 장치와 통신하도록 작동가능한 네트워크 인터페이스를 더 포함하는
    충전 장치.
  17. 솔라 셀을 구비한 모바일 장치의 충전을 위한 충전 액세서리에 있어서, 상기 충전 액세서리는,
    상기 솔라 셀을 가진 상기 모바일 장치를 수용하도록 구성되는 하우징과,
    상기 하우징에 연결되고, 상기 솔라 셀을 조명하기 위한 광 빔을 방출하도록 구성되는 광원 - 상기 솔라 셀은 상기 모바일 장치의 재충전가능 배터리에 저장을 위한 전기로 상기 광 빔을 변환하도록 작동가능함 - 과,
    상기 모바일 장치와 통신하도록 구성되는 통신 인터페이스와,
    광 펄스들의 시퀀스로 인코딩되는 신호를 상기 광원으로 하여금 상기 솔라 셀에 전송하게 하기 위해, 상기 충전 액세서리와 상기 모바일 장치 간의 양방향 광 신호 통신을 구축하도록 상기 광원을 제어하도록 구성되는 제어 로직 - 상기 제어 로직은 적어도 상기 광 신호 통신에 기초하여 상기 광원을 제어하도록 또한 구성됨 - 과,
    벽체 전력을 상기 광원에 공급되는 전압으로 변환하도록 구성되는 벽체 전력 어댑터를 포함하는
    충전 액세서리.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 광원은 상이한 유형의 솔라 셀에 적합한 광 빔을 생성하도록 구성되고, 상기 하우징은 가변 치수의 모바일 장치에 적응가능한
    충전 액세서리.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 솔라 셀은 GaAs 솔라 셀을 포함하고, 상기 광원은 GaAs-계 발광 다이오드(LED)를 포함하며, 상기 GaAs-계 LED는 상기 모바일 장치와 상기 광 신호 통신을 위해 광 신호를 송신하도록 구성되는
    충전 액세서리.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어 로직에 연결되고, 상기 하우징 내 상기 모바일 장치의 존재를 검출하도록 구성되는 근접 센서를 더 포함하는
    충전 액세서리.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 도크는 상기 광원을 포함한 복수의 광원을 갖는
    모바일 장치 충전 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 카테고리는 상기 솔라 셀이 GaAs 또는 CdTe 솔라 셀을 포함하는 제 1 유형의 솔라 셀인지, 또는, Si 또는 CIGS 솔라 셀을 포함하는 제 2 유형의 솔라 셀인지 여부를 표시하고, 상기 광원은 상기 카테고리에 의해 표시되는 상기 제 1 유형 또는 상기 제 2 유형의 솔라 셀에 대응하도록 상기 복수의 광원으로부터 선택적으로 활성화되는
    모바일 장치 충전 방법.
  23. 제 1 항에 있어서,
    광원을 구성하는 과정은, 상기 광원의 바이어스를 제어하는 과정을 포함하는
    모바일 장치 충전 방법.
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