KR20180000895A - 공진기의 코일을 이용한 전압 생성 방법, 및 이를 수행하는 장치들 - Google Patents

공진기의 코일을 이용한 전압 생성 방법, 및 이를 수행하는 장치들 Download PDF

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Abstract

공진기의 코일을 이용한 전압 생성 방법, 및 이를 수행하는 장치들이 개시된다. 일 실시예에 따른 전압 컨버터는 고전압을 생성하기 위한 승압 회로와, 상기 고전압의 빌드-업 요청에 응답하여 에너지를 공진기에 포함된 인덕터를 경유하여 상기 승압 회로로 전송하기 위한 스위치 배열 회로를 포함한다.

Description

공진기의 코일을 이용한 전압 생성 방법, 및 이를 수행하는 장치들{METHOD OF GENERATING A VOLTAGE USING A COIL OR A RESONATOR, AND APPARATUSES PERFORMING THE SAME}
아래 실시예들은 공진기의 코일을 이용한 전압 생성 방법, 및 이를 수행하는 장치들에 관한 것이다.
무선 전력을 수신하기 위한 수신부는 비교적 낮은 피크로 형성된 AC 전압을 수신하고, 이를 정류한다. 정류된 수신 전압은 일반적으로 커패시터에 충전되어 직접 사용되거나, 배터리 충전 등을 위해 전압이 충분하지 않은 경우 승압 과정을 거쳐 사용된다.
이때, 수신부에서 높은 전압을 필요로 하는 경우, 수신 전압은 다음과 같은 방법을 통해 승압된다.
첫째, 수신 전압은 승압형 컨버터(boost type converter)를 통해 승압된다. 승압형 컨버터는 인덕터와 두 개의 스위치로 구성되어, 입력 대비 출력 전압을 높여 주는 기능을 한다. 예를 들어, 승압형 컨버터는 스위치의 듀티 사이클(duty cycle)을 조절하여 인덕터에 빌드업(build-up)되는 에너지를 조절하여, 출력 전압을 조절한다.
둘째, 수신 전압은 스위치드 커패시터 컨버터(switched capacitor converter)를 통해 승압된다. 스위치드 커패시터 컨버터는 인덕터를 사용하지 않고, 커패시터의 직렬 및/또는 병렬 구조의 스위칭을 이용하여 전압을 높여 준다.
다만, 승압형 컨버터를 이용하는 경우에는 추가적인 외부 소자인 인덕터를 필요로 한다. 또한, 스위치드 커패시터 컨버터를 이용하는 경우에는 일반적으로 한 스테이지에서 승압할 수 있는 비율이 정해져 있어, 입력 대비 큰 출력 전압을 얻기 위해서는 여러 스테이지가 필요하므로, 복수의 큰 커패시터들을 필요로 한다.
상술한 소자들이 수신부의 칩 내부에 들어갈 경우에는 큰 면적을 차지하며, 칩 외부로 배치할 경우에는 외부 소자가 늘어난다는 문제가 있다.
실시예들은 공진기의 내부 인덕터를 이용하여 고전압을 생성하는 기술을 제공할 수 있다.
이에, 실시예들은 승압을 위한 추가적인 외부 소자를 줄이고, 상기 외부 소자로 인한 점유 면적 또한 줄일 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 전압 컨버터는 고전압을 생성하기 위한 승압 회로와, 상기 고전압의 빌드-업 요청에 응답하여 에너지를 공진기에 포함된 인덕터를 경유하여 상기 승압 회로로 전송하기 위한 스위치 배열 회로(switch arrangement circuit)를 포함할 수 있다.
상기 스위치 배열 회로는 상기 승압 회로에 저장된 전압이 상기 고전압에 도달하도록 상기 에너지를 반복적으로 상기 승압 회로로 전송할 수 있다.
상기 승압 회로는 상기 에너지를 전송하기 위한 다이오드와, 상기 에너지를 저장하기 위한 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 전압 컨버터는 상기 공진기의 공진에 의해 생성된 공진 전압을 저장하기 위한 제1 커패시터를 더 포함하고, 상기 에너지는 상기 공진 전압에 대응하는 에너지 및 배터리에 충전된 에너지 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 스위치 배열 회로는 상기 배터리에 충전된 에너지를 상기 제1 커패시터 및 상기 배터리에 충전된 에너지를 저장하기 위한 제2 커패시터 중에서 적어도 하나와 상기 인덕터를 경유하여 상기 승압 회로로 전송할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 장치는 공진하여 공진 전압을 생성하는 공진기와, 고전압을 출력하기 위한 빌드-업 요청에 응답하여 상기 공진기에 포함된 인덕터를 통해 에너지를 저장함으로써 상기 고전압을 생성하는 전압 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 전압 컨버터는 상기 고전압을 생성하기 위한 승압 회로와, 상기 에너지를 상기 인덕터를 경유하여 상기 승압 회로로 전송하기 위한 스위치 배열 회로(switch arrangement circuit)를 포함할 수 있다.
상기 스위치 배열 회로는 상기 승압 회로에 저장된 전압이 상기 고전압에 도달하도록 상기 에너지를 반복적으로 상기 승압 회로로 전송할 수 있다.
상기 승압 회로는 상기 에너지를 전송하기 위한 다이오드와, 상기 에너지를 저장하기 위한 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 전압 컨버터는 상기 공진 전압을 저장하기 위한 제1 커패시터를 더 포함하고, 상기 에너지는 상기 공진 전압에 대응하는 에너지 및 배터리에 충전된 에너지 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 스위치 배열 회로는 상기 배터리에 충전된 에너지를 상기 제1 커패시터 및 배터리에 충전된 에너지를 저장하기 위한 제2 커패시터 중에서 적어도 하나와 상기 인덕터를 경유하여 상기 승압 회로로 전송할 수 있다.
상기 장치는 상기 무선 전력 장치가 고전압이 필요한 경우, 상기 빌드-업 요청을 생성하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전압 생성 방법은 고전압을 출력하기 위한 빌드-업 요청에 응답하여 고전압 빌드-업 동작 모드로 진입하는 단계와, 상기 고전압 빌드-업 동작 모드 동안 공진기에 포함된 인덕터를 통해 에너지를 저장함으로써 상기 고전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 생성하는 단계는 상기 고전압이 생성되도록 상기 에너지를 반복적으로 상기 인덕터를 경유하여 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 에너지는 상기 공진기에 의해 생성된 공진 전압에 대응하는 에너지 및 배터리에 충전된 에너지 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 생성하는 단계는 상기 배터리에 충전된 에너지를 상기 공진 전압을 저장하기 위한 제1 커패시터 및 상기 배터리에 충전된 에너지를 저장하기 위한 제2 커패시터 중에서 적어도 하나와 상기 인덕터를 경유하여 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 고전압이 필요한 경우, 상기 빌드-업 요청을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 다른 무선 전력 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 수신기의 개략적인 블록도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 스위치 소자의 일 예를 나타낸다.
도 3b는 도 2에 도시된 스위치 소자의 동작을 설명하기 위한 타이밍도를 나타낸다.
도 4은 도 2에 도시된 전압 컨버터의 일 예의 개략적인 회로도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 스위치 배열 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 도 4에 도시된 스위치 배열 회로의 동작에 따라 형성되어 전달되는 에너지 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 전압 컨버터의 다른 예의 개략적인 회로도이다.
도 8a 및 도 8b은 도 7에 도시된 스위치 배열 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 9는 도 2에 도시된 전압 컨버터의 또 다른 예의 개략적인 회로도이다.
도 10a 및 도 10b는 도 9에 도시된 스위치 배열 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 11은 도 2에 도시된 전압 컨버터의 또 다른 예의 개략적인 회로도이다.
도 12a 내지 도 12d는 도 11에 도시된 스위치 배열 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 13은 도 2에 도시된 전압 컨버터의 또 다른 예의 개략적인 회로도이고,
도 14a 내지 도 14d는 도 13에 도시된 스위치 배열 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 15는 도 4에 도시된 전압 컨버터의 동작의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 16은 도 15에서 설명되는 전압 컨버터의 동작에 따라 형성되어 전달되는 에너지 관계를 설명하기 위한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 다른 무선 전력 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 시스템(wireless power system; 10)은 무선 전력 전송 장치(wireless power transmission device; 100) 및 무선 전력 수신 장치(wireless power reception device; 200)를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는 무선 전력 수신 장치(200)로 무선 전력을 공급할 수 있다. 즉, 무선 전력 전송 장치(100)는 무선 전력을 공급하는 장치를 의미하고, 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력을 공급받는 장치를 의미할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)는 서로 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)는 서로 신호(또는 데이터)를 주고 받을 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200) 각각은 PC(personal computer), 데이터 서버, 패드, 의료 장치, 전기 자동차(electric vehicle), 또는 휴대용 전자 장치 등일 수 있다.
휴대용 전자 장치는 랩탑(laptop) 컴퓨터, 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC, 모바일 인터넷 디바이스(mobile internet device(MID)), PDA(personal digital assistant), EDA(enterprise digital assistant), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), PMP(portable multimedia player), PND(personal navigation device 또는 portable navigation device), 휴대용 게임 콘솔(handheld console), e-북(e-book), 또는 스마트 디바이스(smart device)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 스마트 디바이스는 스마트 와치(smart watch) 또는 스마트 밴드(smart band)로 구현될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(100)는 컨트롤러(controller; 110), 전력 송신기(power transmitter; 130), 및 통신 모듈(communication module; 150)을 포함할 수 있다.
컨트롤러(110)는 무선 전력 전송 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(110)는 적어도 하나의 코어를 포함하는 프로세서, 즉 CPU(central processing unit)로 구현될 수 있다.
전력 송신기(130)는 무선 전력을 무선 전력 수신 장치(200)로 전송할 수 있다.
통신 모듈(150)은 신호(또는 데이터)를 무선 전력 수신 장치(200)과 서로 주고받을 수 있다. 예를 들어, NFC(Near Field Communication) 모듈, WiFi 모듈, 블루투스(Bluetooth) 모듈, 블루투스 저에너지(Bluetooth low energy) 모듈, RFID(Radio Frequency Identification) 모듈, 적외선 통신(Infrared Data Association(IrDA)) 모듈, UWB(Ultra Wideband) 모듈, Zigbee 모듈 등으로 구현될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는 컨트롤러(controller; 210), 전력 수신기(power receiver; 230), 및 통신 모듈(communication module; 250)을 포함할 수 있다.
컨트롤러(210)는 무선 전력 수신 장치(200)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(210)는 적어도 하나의 코어를 포함하는 프로세서, 즉 CPU(central processing unit)로 구현될 수 있다.
전력 수신기(230)는 무선 전력을 무선 전력 전송 장치(100)로부터 수신할 수 있다. 이때, 전력 수신기(230)는 수신된 무선 전력을 이용하여 정상 전압 및/또는 저전압을 출력할 수 있다. 또한, 전력 수신기(230)는 고전압의 빌드-업 요청에 응답하여 에너지를 전력 수신기(230)에 포함된 공진기의 내부 인덕터를 경유하여 저장함으로써 고전압을 생성할 수 있다.
통신 모듈(250)은 신호(또는 데이터)를 무선 전력 전송 장치(100)와 서로 주고받을 수 있다. 예를 들어, NFC(Near Field Communication) 모듈, WiFi 모듈, 블루투스(Bluetooth) 모듈, 블루투스 저에너지(Bluetooth low energy) 모듈, RFID(Radio Frequency Identification) 모듈, 적외선 통신(Infrared Data Association(IrDA)) 모듈, UWB(Ultra Wideband) 모듈, Zigbee 모듈 등으로 구현될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)가 고전압이 필요한 경우, 무선 전력 수신 장치(200)는 이미 존재하는 공진기의 내부 인덕터를 이용하여 고전압을 생성함으로써, 승압을 위한 추가적인 외부 소자, 예를 들어 인덕터 및/또는 커패시터를 필요로 하지 않을 수 있다. 이에, 무선 전력 수신 장치(200)는 외부 소자를 줄일 수 있으며, 외부 소자로 인한 점유 면적 또한 줄일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 수신기의 개략적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전력 수신기(230)는 공진기(231) 및 전압 컨버터(power converter; 233)를 포함한다. 또한, 전력 수신기(230)는 스위칭 컨트롤러(235)를 더 포함할 수 있다.
공진기(231)는 인덕터(LRX)와 커패시터(CRX)를 포함할 수 있다. 공진기(231)는 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송되는 무선 전력을 이용하여 공진 전압을 생성할 수 있다. 예를 들어, 공진 전압은 커패시터(CRX)에 형성될 수 있다. 이때, 공진 전압은 공진 형태의 AC 전압이고, 일정 피크 전압에서 유지될 수 있다.
전압 컨버터(233)는 스위칭 컨트롤러(235)의 제어에 따라 정상 동작 모드 또는 고전압 빌드-업 동작 모드로 동작할 수 있다. 정상 동작 모드 동안, 전압 컨버터(233)는 커패시터(CRX)에 형성된 전압을 이용하여 제1 전압(LV)을 생성하고, 제1 전압(LV)을 출력할 수 있다. 고전압 빌드-업 동작 모드 동안, 전압 컨버터(233)는 인덕터(LRX)를 이용하여 제2 전압(HV)을 생성하고, 제2 전압(HV)을 출력할 수 있다.
예를 들어, 제1 전압(LV)은 정상 전압(normal voltage) 및/또는 저전압(low voltage)을 포함하고, 제2 전압(HV)은 고전압(high voltage)을 포함할 수 있다. 즉, 정상 동작 모드는 무선 전력 수신 장치(200)가 정상 전압 및/또는 저전압이 필요한 경우이고, 고전압 빌드-업 동작 모드는 무선 전력 수신 장치(200)가 고전압이 필요한 경우일 수 있다.
전압 컨버터(233)는 커패시터(Cout), 스위치 배열 회로(switch arrangement circuit; 233-1), 및 승압 회로(boosting circuit; 233-3)를 포함할 수 있다.
커패시터(Cout)는 무선 전력 전송 장치(100)로부터 전송되는 무선 전력에 대응하는 에너지를 전압의 형태로 저장할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(Cout)에는 공진기(231)의 공진에 의해 커패시터(CRX)에 형성된 공진 전압이 저장될 수 있다. 이때, 공진 전압은 스위치 배열 회로(233-1)를 통해 정류될 수 있다.
스위치 배열 회로(233-1)는 스위칭 컨트롤러(235)의 제어에 따라 정상 동작 모드로 동작할 수 있다.
이때, 스위치 배열 회로(233-1)는 커패시터(CRX)에 형성된 공진 전압을 정류하여 커패시터(Cout)로 전송할 수 있다. 이후에, 커패시터(Cout)에 저장된 전압(vout)은 제1 전압(LV)으로 출력될 수 있다. 즉, 스위치 배열 회로(233-1)는 정류 동작을 수행할 수 있다.
또한, 스위치 배열 회로(233-1)는 스위칭 컨트롤러(235)의 제어에 따라 고전압 빌드-업 동작 모드로 동작할 수 있다.
이때, 스위치 배열 회로(233-1)는 에너지를 인덕터(LRX)를 경유하여 승압 회로(233-3)의 커패시터(Chigh)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 스위치 배열 회로(233-1)는 에너지를 인덕터(LRX)로 전송(또는 빌드-업)하는 에너지 빌드-업 동작, 인덕터(LRX)에 전송된 에너지를 승압 회로(233-3)의 커패시터(Chigh)로 전송하는 에너지 릴리즈 동작을 수행할 수 있다. 또한, 스위치 배열 회로(233-1)는 에너지를 인덕터(LRX)로 전송하기 전 저장 소자에 저장하기 위한 에너지 트랜스퍼 동작도 수행할 수 있다.
커패시터(Chigh)에 저장된 에너지, 즉 전압(vhigh)이 기 설정된 값, 예를 들어 고전압에 대응될 때까지, 스위치 배열 회로(231)는 에너지를 인덕터(LRX)를 경유하여 반복적으로 커패시터(Chigh)에 전송할 수 있다. 이후에, 커패시터(Chigh)에 저장된 전압(vhigh)은 제2 전압(HV)으로 출력될 수 있다.
승압 회로(233-3)는 다이오드(Dhigh) 및 커패시터(Chigh)를 포함할 수 있다. 커패시터(Chigh)는 다이오드(Dhigh)를 통해 인덕터(LRX)를 경유하여 전송되는 에너지를 저장할 수 있다.
스위칭 컨트롤러(235)는 전압 컨버터(233), 예를 들어 스위치 배열 회로(233-1)의 동작을 제어할 수 있다. 도 2에서는 스위칭 컨트롤러(235)가 컨트롤러(210)의 외부에 구현된 것으로 도시되어 있지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 실시예에 따라 스위칭 컨트롤러(235)는 컨트롤러(210)의 내부에 구현될 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 수신 장치(200)가 고전압이 필요한 경우를 제외하고, 스위칭 컨트롤러(235)는 스위치 배열 회로(233-1)가 정상 동작 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 다만, 무선 전력 수신 장치(200)가 정상 전압 및/또는 저전압이 필요한 경우, 컨트롤러(210)는 정상 동작 모드를 위한 정상 동작 모드 신호를 스위칭 컨트롤러(235)로 전송할 수 있다. 이에, 스위칭 컨트롤러(235)는 정상 동작 모드 신호에 응답하여 스위칭 컨트롤러(235)가 정상 동작 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다.
다른 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(200)가 고전압이 필요한 경우, 스위칭 컨트롤러(235)는 컨트롤러(210)의 제어에 따라 스위치 배열 회로(233-1)가 고전압 빌드-업 동작 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 이때, 컨트롤러(210)는 고전압의 빌드-업 요청을 위한 고전압 빌드-업 모드 신호를 생성하고, 고전압 빌드-업 모드 신호를 스위칭 컨트롤러(235)로 전송할 수 있다.
상술한 스위치 배열 회로(233-1)의 정류 동작, 에너지 빌드-업 동작, 에너지 릴리즈 동작, 및/또는 에너지 트랜스퍼 동작은 스위칭 컨트롤러(235)가 스위치 배열 회로(233-1)에 포함된 하나 이상의 스위치 소자(SW)의 동작을 제어함으로써 수행될 수 있다. 이하에서는 스위치 컨트롤러(235)에 의해 제어되는 스위치 소자(SW)의 동작을 상세히 설명한다.
도 3a는 도 2에 도시된 스위치 소자의 일 예를 나타내고, 도 3b는 도 2에 도시된 스위치 소자의 동작을 설명하기 위한 타이밍도를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 스위치 소자(SW)는 복수의 논리 회로들, 트랜지스터, 및 비교기를 포함할 수 있다. 다만, 스위치 소자(SW)는 반드시 이에 한정되지 않으며, 다양한 회로 및/또는 방법으로 구현될 수 있다.
스위치 소자(SW)는 스위칭 컨트롤러(235)로부터 생성된 제어 신호들(CTRL1 및 CTRL2)에 응답하여 동작할 수 있다. 제어 신호들(CTRL1 및 CTRL2)의 제1 레벨은 하이 레벨 또는 로직 1이고, 제2 레벨은 로우 레벨 또는 로직 0일 수 있다.
일 예로, 스위치 소자(SW)는 제어 신호들(CTRL1 및 CTRL2)에 응답하여 능동 다이오드(active diode)로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 제어 신호(CTRL1)가 제2 레벨이고, 제2 제어 신호(CTRL2)가 제1 레벨일 때, 스위치 소자(SW)는 다이오드 동작을 수행할 수 있다.
다른 예로, 스위치 소자(SW)는 제어 신호들(CTRL1 및 CTRL2)에 응답하여 턴-온되거나 턴-오프될 수 있다. 예를 들어, 제1 제어 신호(CTRL1)가 제1 레벨일 때, 스위치 소자(SW)는 턴-온될 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 제어 신호(CTRL1)가 제2 레벨이고, 제2 제어 신호(CTRL2)가 제2 레벨일 때, 스위치 소자(SW)는 턴-오프될 수 있다.
즉, 하나 이상의 스위치 소자(SW)의 다이오드 동작, 턴-온 동작, 및/또는 턴-오프 동작이 제어됨으로써, 스위치 배열 회로(233-1)는 정류 동작, 에너지 빌드-업 동작, 에너지 릴리즈 동작, 및/또는 에너지 트랜스퍼 동작을 수행할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 14d를 참조하여 공진기(231)의 인덕터(LRX)를 이용하여 고전압이 승압 회로(233-3)의 커패시터(Chigh)에 형성되는 다양한 예에 대해서 설명한다.
도 4 내지 도 8b에서는 스위치 배열 회로(233-1)가 정류 동작을 통해 커패시터(Cout)에 저장된 에너지를 인덕터(LRX)를 경유하여 승압 회로(233-3)의 커패시터(Chigh)로 전송함으로써 전압 컨버터(233)가 커패시터(Chigh)에 형성된 고전압(vhigh)을 제2 전압(HV)으로 출력하는 경우에 대해서 설명한다.
도 4은 도 2에 도시된 전압 컨버터의 일 예의 개략적인 회로도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 스위치 배열 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이고, 도 6은 도 4에 도시된 스위치 배열 회로의 동작에 따라 형성되어 전달되는 에너지 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 스위치 배열 회로(233-1)는 복수의 스위치 소자들(SW1~SW4)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제4 스위치 소자(SW4)의 구조 및 동작은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된 스위치 소자(SW)의 구조 및 동작과 실질적으로 동일할 수 있다. 제3 스위치 소자(SW3)는 다이오드로 구현될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 전압 컨버터(233)가 정상 동작 모드로 동작하여 커패시터(Cout)에는 무선 전력에 의해 커패시터(CRX)에 형성된 공진 전압이 정류되어 DC 전압의 형태로 저장되어 있는 것으로 가정한다. 즉, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제4 스위치 소자(SW4)는 다이오드로 동작하고 있다.
스위칭 컨트롤러(235)는 고전압 빌드-업 모드 신호에 응답하여 전압 컨버터(233)가 고전압 빌드-업 동작 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
에너지 빌드-업 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1)와 제4 스위치 소자(SW4)를 턴-온시키고, 제2 스위치 소자(SW2)를 턴-오프시킬 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 커패시터(Cout)에 전압의 형태로 저장된 에너지는 전류의 형태로 인덕터(LRX)에 전송(또는 빌드-업)될 수 있다. 커패시터(Cout)의 커패시턴스가 커패시터(CRX)의 커패시턴스보다 큰 때, 인덕터(LRX)에 전송되는 에너지는 커패시터(Cout)와 인덕터(LRX)의 공진 형태로 전송될 수 있다.
에너지 릴리즈 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1)를 턴-오프시키고, 제4 스위치 소자(SW4)를 다이오드로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, 스위칭 컨트롤러(235)는 제2 스위치 소자(SW2)의 턴-오프 상태를 유지할 수 있다. 이때, 커패시터(Cout)에 저장된 에너지가 기 설정된 값만큼 인덕터(LRX)로 전달되는 경우, 스위칭 컨트롤러(235)는 에너지 릴리즈 동작을 시작할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 인덕터(LRX)의 에너지는 제3 스위치 소자(SW3)와 다이오드(Dhigh)를 통하여 커패시터(Chigh)로 전송될 수 있다.
인덕터(LRX)의 에너지가 모두 커패시터(Chigh)로 전달되면, 스위칭 컨트롤러(233)는 정류 동작을 위해 복수의 스위치 소자들(SW1, SW2, 및 SW4)이 다이오드로 동작하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 컨트롤러(233)는 제1 스위치 소자(SW1)와 제2 스위치 소자(SW2)를 다이오드로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, 스위칭 컨트롤러(233)는 제4 스위치 소자(SW4)의 다이오드 동작 상태를 유지할 수 있다. 이에, 공진기(231)의 공진을 통해 커패시터(CRX)에 형성된 공진 전압이 복수의 스위치 소자들(SW1~SW4)을 통해 정류되어 DC 전압의 형태로 다시 커패시터(Cout)에 저장될 수 있다. 커패시터(Cout)에 저장된 에너지는 에너지 빌드-업 동작과 에너지 릴리즈 동작을 통해 다시 커패시터(Chigh)에 전송될 수 있다.
커패시터(Chigh)에 저장된 에너지에 대응하는 전압(vhigh)이 고전압에 대응될(또는 도달할) 때까지, 정류 동작, 에너지 빌드-업 동작, 및 에너지 릴리즈 동작은 반복적으로 수행될 수 있다.
이때, 스위치 배열 회로(233-1)의 정류 동작, 에너지 빌드-업 동작, 및 에너지 릴리즈 동작에 따라 형성되어 전달되는 에너지 관계는 도 6에 도시된 바와 같을 수 있다. 예를 들어, 정류 동작 동안, 커패시터(Cout)에 저장된 에너지, 즉 전압(vout)은 유지될 수 있다. 에너지 빌드-업 동작 동안, 커패시터(Cout)에 저장된 에너지가 인덕터(LRX)로 전달되어, 인덕터(LRX)의 에너지, 즉 전류(iL)가 상승할 수 있다. 에너지 릴리즈 동작 동안, 인덕터(LRX)의 에너지는 승압 회로(233-3)의 커패시터(Chigh)로 전달되어, 커패시터(Chigh)에 저장된 에너지, 즉 전압(vhigh)이 상승할 수 있다.
도 7은 도 2에 도시된 전압 컨버터의 다른 예의 개략적인 회로도이고, 도 8a 및 도 8b은 도 7에 도시된 스위치 배열 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7 내지 도 8b을 참조하면, 스위치 배열 회로(233-1)는 복수의 스위치 소자들(SW1~SW4)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제4 스위치 소자(SW4)의 구조 및 동작은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된 스위치 소자(SW)의 구조 및 동작과 실질적으로 동일할 수 있다. 제3 스위치 소자(SW3)는 다이오드로 구현될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 전압 컨버터(233)가 정상 동작 모드로 동작하여 커패시터(Cout)에는 무선 전력에 의해 커패시터(CRX)에 형성된 공진 전압이 정류되어 DC 전압의 형태로 저장되어 있는 것으로 가정한다. 즉, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제4 스위치 소자(SW4)는 다이오드로 동작하고 있다.
스위칭 컨트롤러(235)는 고전압 빌드-업 모드 신호에 응답하여 전압 컨버터(233)가 고전압 빌드-업 동작 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
에너지 빌드-업 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1)와 제4 스위치 소자(SW4)를 턴-온시키고, 제2 스위치 소자(SW2)를 턴-오프 시킬 수 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 커패시터(Cout)에 전압의 형태로 저장된 에너지는 전류의 형태로 인덕터(LRX)에 전송(또는 빌드-업)될 수 있다.
에너지 릴리즈 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제4 스위치 소자(SW4)만을 다이오드로 동작하도록 제어할 수 있다. 즉, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1)의 턴-온 상태를 유지하고, 제2 스위치 소자(SW2)의 턴-오프 상태를 유지할 수 있다. 이때, 커패시터(Cout)에 저장된 에너지가 기 설정된 값만큼 인덕터(LRX)로 전달되는 경우, 스위칭 컨트롤러(235)는 에너지 릴리즈 동작을 시작할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 달리 도 8b에서는, 인덕터(LRX)의 에너지뿐만 아니라 커패시터(Cout)에 저장된 에너지가 함께 다이오드(Dhigh)를 통하여 커패시터(Chigh)로 전달될 수 있다.
인덕터(LRX)의 에너지 및/또는 커패시터(Cout)에 저장된 에너지가 모두 커패시터(Chigh)로 전달되면, 스위칭 컨트롤러(233)는 정류 동작을 위해 복수의 스위치 소자들(SW1, SW2, 및 SW4)이 다이오드로 동작하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1)와 제2 스위치 소자(SW2)를 다이오드로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, 스위칭 컨트롤러(235)는 제4 스위치 소자(SW4)의 다이오드 동작 상태를 유지할 수 있다.
정류 동작을 통해 커패시터(Cout)에 저장된 에너지는 상술한 에너지 빌드-업 동작과 에너지 릴리즈 동작을 통해 다시 커패시터(Chigh)에 전송될 수 있다.
커패시터(Chigh)에 저장된 에너지에 대응하는 전압(vhigh)이 고전압에 대응될(또는 도달할) 때까지, 정류 동작, 에너지 빌드-업 동작, 및 에너지 릴리즈 동작은 반복적으로 수행될 수 있다.
도 9 내지 도 14d에서는 스위치 배열 회로(233-1)가 무선 전력 수신 장치(200)의 내부에 위치하는 배터리(237)에 저장된(또는 충전된) 에너지를 인덕터(LRX)를 경유하여 승압 회로(233-3)의 커패시터(Chigh)로 전송함으로써 전압 컨버터(233)가 커패시터(Chigh)에 형성된 고전압(vhigh)을 제2 전압(HV)으로 출력하는 경우에 대해서 설명한다.
도 9는 도 2에 도시된 전압 컨버터의 또 다른 예의 개략적인 회로도이고, 도 10a 및 도 10b는 도 9에 도시된 스위치 배열 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 9 내지 도 10b를 참조하면, 스위치 배열 회로(233-1)는 복수의 스위치 소자들(SW1~SW5)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제4 스위치 소자(SW4), 및 제5 스위치 소자(SW5)의 구조 및 동작은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된 스위치 소자(SW)의 구조 및 동작과 실질적으로 동일할 수 있다. 제3 스위치 소자(SW3)는 다이오드로 구현될 수 있다.
설명의 편의를 위해, 전압 컨버터(233)가 정상 동작 모드로 동작하여 커패시터(Cout)에는 무선 전력에 의해 커패시터(CRX)에 형성된 공진 전압이 정류되어 DC 전압의 형태로 저장되어 있는 것으로 가정한다. 즉, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제4 스위치 소자(SW4)는 다이오드 동작 상태이고, 제5 스위치 소자(SW5)는 턴-오프 상태이다.
스위칭 컨트롤러(235)는 고전압 빌드-업 모드 신호에 응답하여 전압 컨버터(233)가 고전압 빌드-업 동작 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
에너지 빌드-업 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1)와 제2 스위치 소자(SW2)를 턴-오프시키고, 제4 스위치 소자(SW4)와 제5 스위치 소자(SW5)를 턴-온 시킬 수 있다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 배터리(237)에 저장된 에너지는 전류의 형태로 인덕터(LRX)에 전송(또는 빌드-업)될 수 있다.
에너지 릴리즈 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제4 스위치 소자(SW4)만을 다이오드로 동작하도록 제어할 수 있다. 즉, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1)와 제2 스위치 소자(SW2)의 턴-오프 상태를 유지하고, 제5 스위치 소자(SW5)의 턴-온 상태를 유지할 수 있다. 이때, 배터리(237)에 저장된 에너지가 기 설정된 값만큼 인덕터(LRX)로 전달되는 경우, 스위칭 컨트롤러(235)는 에너지 릴리즈 동작을 시작할 수 있다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 인덕터(LRX)의 에너지뿐만 아니라 배터리(237)에 저장된 에너지도 다이오드(Dhigh)를 통하여 커패시터(Chigh)로 전송될 수 있다.
즉, 이 경우는 고전압 빌드-업 모드에서 배터리(237), 인덕터(LRX), 제4 스위치 소자(SW4), 다이오드(Dhigh), 및 커패시터(Chigh)로 구성된 승압 컨버터(boost converter) 형태일 수 있다.
커패시터(Chigh)에 저장된 에너지에 대응하는 전압(vhigh)이 고전압에 대응될(또는 도달할) 때까지, 에너지 빌드-업 동작, 및 에너지 릴리즈 동작은 반복적으로 수행될 수 있다.
도 11은 도 2에 도시된 전압 컨버터의 또 다른 예의 개략적인 회로도이고, 도 12a 내지 도 12d는 도 11에 도시된 스위치 배열 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 11 내지 도 12d를 참조하면, 스위치 배열 회로(233-1)는 복수의 스위치 소자들(SW1~SW6)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 스위치 소자들(SW1~SW6)의 구조 및 동작은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된 스위치 소자(SW)의 구조 및 동작과 실질적으로 동일할 수 있다.
설명의 편의를 위해, 전압 컨버터(233)가 정상 동작 모드로 동작하여 커패시터(Cout)에는 무선 전력에 의해 커패시터(CRX)에 형성된 공진 전압이 정류되어 DC 전압의 형태로 저장되어 있는 것으로 가정한다. 즉, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3), 및 제4 스위치 소자(SW4)는 다이오드 동작 상태이고, 제5 스위치 소자(SW5)와 제6 스위치 소자(SW6)는 턴-오프 상태이다.
이때, 무선 전력 수신 장치(200)는 배터리(237)의 에너지를 저장하기 위한 커패시터(Cst)를 더 포함할 수 있다.
에너지 트랜스퍼 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제5 스위치 소자(SW5)를 턴-오프시키고, 제4 스위치 소자(SW4) 및 제6 스위치 소자(SW6)를 턴-온시킬 수 있다. 또한, 스위칭 컨트롤러(235)는 제3 스위치 소자(SW3)의 다이오드 동작 상태를 유지할 수 있다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 배터리(237)에 저장된 에너지는 커패시터(Cst)에 전송되어 저장될 수 있다.
에너지 빌드-업 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제5 스위치 소자(SW5)를 턴-온시키고, 제6 스위치 소자(SW6)를 턴-오프시킬 수 있다. 또한, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2)의 턴-오프 상태, 제4 스위치 소자(SW4)의 턴-온 상태, 및 제3 스위치 소자(SW3)의 다이오드 동작 상태를 유지할 수 있다.
도 12b에 도시된 바와 같이, 커패시터(Cst)에 저장된 에너지는 전류의 형태로 인덕터(LRX)에 전달(또는 빌드-업)될 수 있다.
에너지 릴리즈 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제5 스위치 소자(SW5)를 턴-오프시키고, 제4 스위치 소자(SW4)를 다이오드로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제6 스위치 소자(SW6)의 턴-오프 상태를 유지하고, 제3 스위치 소자(SW3)의 다이오드 동작 상태를 유지할 수 있다. 이때, 커패시터(Cst)에 저장된 에너지가 기 설정된 값만큼 인덕터(LRX)로 전달되는 경우, 스위칭 컨트롤러(235)는 에너지 릴리즈 동작을 시작할 수 있다.
도 12c에 도시된 바와 같이, 인덕터(LRX)의 에너지는 제3 스위치 소자(SW3)와 다이오드(Dhigh)를 통하여 커패시터(Chigh)로 전송될 수 있다.
또한, 에너지 릴리즈 동작시, 스위칭 컨트롤러(235)는 에너지 트랜스퍼 동작도 같이 수행될 수 있도록 제어할 수 있다. 도 12d에 도시된 바와 같이, 스위칭 컨트롤러(235)가 추가로 제6 스위치 소자(SW6)를 턴-온시킴으로써, 인덕터(LRX)의 에너지가 제3 스위치 소자(SW3)와 다이오드(Dhigh)를 통하여 커패시터(Chigh)로 전송될 때, 배터리(237)에 저장된 에너지는 커패시터(Cst)에 전달되어 저장될 수 있다.
커패시터(Chigh)에 저장된 에너지에 대응하는 전압(vhigh)이 고전압에 대응될(또는 도달할) 때까지, 에너지 트랜스퍼 동작, 에너지 빌드-업 동작, 및 에너지 릴리즈 동작은 반복적으로 수행될 수 있다.
도 13은 도 2에 도시된 전압 컨버터의 또 다른 예의 개략적인 회로도이고, 도 14a 내지 도 14d는 도 13에 도시된 스위치 배열 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 13 내지 도 14d를 참조하면, 스위치 배열 회로(233-1)는 복수의 스위치 소자들(SW1~SW6)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 스위치 소자들(SW1~SW6)의 구조 및 동작은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명된 스위치 소자(SW)의 구조 및 동작과 실질적으로 동일할 수 있다.
에너지 트랜스퍼 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 및 제6 스위치 소자(SW3)를 턴-오프시키고, 제4 스위치 소자(SW4) 및 제5 스위치 소자(SW5)를 턴-온시킬 수 있다. 또한, 스위칭 컨트롤러(235)는 제3 스위치 소자(SW3)를 다이오드로로 동작하도록 제어할 수 있다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 배터리(237)에 저장된 에너지는 커패시터(Cout)에 전달되어 저장될 수 있다. 이때, 커패시터(Cout)에는 무선 전력에 의해 커패시터(CRX)에 형성된 공진 전압이 정류되어 DC 전압의 형태로 저장되어 있을 수 있다. 커패시터(Cout)의 전압(vout)이 배터리(237)의 전압(VBAT)까지 올라가더라도, 제6 스위치 소자(SW6)에 연결된 뒤쪽 회로는 제6 스위치 소자(SW6)에 의해 보호될 수 있다.
에너지 빌드-업 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치 소자(SW1)를 턴-온시키고, 제5 스위치 소자(SW5)를 턴-오프시킬 수 있다. 또한, 스위칭 컨트롤러(235)는 제2 스위치 소자(SW2)와 제6 스위치 소자(SW6)의 턴-오프 상태, 제3 스위치 소자의 다이오드 동작 상태, 및 제4 스위치 소자(SW4)의 턴-온 상태를 유지할 수 있다.
도 14b에 도시된 바와 같이, 커패시터(Cout)에 저장된 에너지는 전류의 형태로 인덕터(LRX)에 전달(또는 빌드-업)될 수 있다.
에너지 릴리즈 동작을 위해, 스위칭 컨트롤러(235)는 제1 스위치(SW1)를 턴-오프시키고, 제4 스위치 소자(SW4)를 다이오드로 동작하도록 제어할 수 있다. 또한, 스위칭 컨트롤러(235)는 제2 스위치 소자(SW2), 제5 스위치 소자(SW5), 제6 스위치 소자(SW6)의 턴-오프 상태와 제3 스위치 소자의 다이오드 동작 상태를 유지할 수 있다. 이때, 커패시터(Cout)에 저장된(또는 충전된) 에너지가 기 설정된 값만큼 인덕터(LRX)로 전달되는 경우, 스위칭 컨트롤러(235)는 에너지 릴리즈 동작을 시작할 수 있다.
도 14c에 도시된 바와 같이, 인덕터(LRX)의 에너지는 제3 스위치 소자(SW3)와 다이오드(Dhigh)를 통하여 커패시터(Chigh)로 전송될 수 있다.
에너지 릴리즈 동작시, 스위칭 컨트롤러(235)는 에너지 트랜스퍼 동작도 같이 수행될 수 있도록 제어할 수 있다. 도 14d에 도시된 바와 같이, 스위칭 컨트롤러(235)가 추가로 제5 스위치 소자(SW5)를 턴-온시킴으로써, 인덕터(LRX)의 에너지가 제3 스위치 소자(SW3)와 다이오드(Dhigh)를 통하여 커패시터(Chigh)로 전송될 때, 배터리(237)에 저장된 에너지는 커패시터(Cout)에 전달되어 저장될 수 있다.
커패시터(Chigh)에 저장된 에너지에 대응하는 전압(vhigh)이 고전압에 대응될(또는 도달할) 때까지, 에너지 트랜스퍼 동작, 에너지 빌드-업 동작, 및 에너지 릴리즈 동작은 반복적으로 수행될 수 있다.
도 15는 도 4에 도시된 전압 컨버터의 동작의 일 예를 설명하기 위한 순서도이고, 도 16은 도 15에서 설명되는 전압 컨버터의 동작에 따라 형성되어 전달되는 에너지 관계를 설명하기 위한 도면이다.
설명의 편의를 위해, 전압 컨버터(233)가 정상 동작 모드로 동작하여 커패시터(Cout)에는 무선 전력에 의해 커패시터(CRX)에 형성된 공진 전압이 정류되어 DC 전압의 형태로 저장되어 있는 것으로 가정한다. 즉, 복수의 스위치 소자들(SW1~SW4)은 다이오드로 동작하고 있다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 전압 컨버터(233)는 스위칭 컨트롤러(235)의 제어에 따라 고전압 빌드-업 동작 모드로 진입할 수 있다(1510). 전압 컨버터(233)는 커패시터(Chigh)에 형성되는 전압(vhigh)이 고전압이 될 때까지 고전압 빌드-업 동작 모드로 동작할 수 있다.
스위칭 컨트롤러(235)는 커패시터(Cout)의 전압(vout)과 제1 임계값(VTH1)을 비교할 수 있다(1520).
전압(vout)이 제1 임계값(VTH1)보다 작은 경우, 스위치 배열 회로(233-1)는 정류 동작을 수행할 수 있다(1530). 이때, 복수의 스위치 소자들(SW1~SW4)은 계속해서 다이오드로 동작할 수 있다.
전압(vout)이 제1 임계값(VTH1)보다 크거나 같은 경우, 스위치 배열 회로(233-1)는 에너지 빌드-업 동작을 수행할 수 있다(1540). 이때, 제1 스위치 소자(SW1)와 제4 스위치 소자(SW4)는 턴-온되고, 제2 스위치 소자(SW2)는 턴-오프될 수 있다. 또한, 제3 스위치 소자(SW3)는 다이오드 동작 상태가 유지될 수 있다.
에너지 빌드-업 동작 동안, 스위칭 컨트롤러(235)는 커패시터(Cout)의 전압(vout)과 제2 임계값(VTH2)을 비교할 수 있다(1550).
전압(vout)이 제2 임계값(VTH2)보다 큰 경우, 스위치 배열 회로(233-1)는 에너지 빌드-업 동작을 계속 수행할 수 있다(1540). 즉, 전압(vout)이 제2 임계값(VTH2)보다 작거나 같아질 때까지, 커패시터(Cout)에 저장된 에너지는 인덕터(LRX)로 전달될 수 있다.
전압(vout)이 제2 임계값(VTH2)보다 작거나 같은 경우, 스위치 배열 회로(233-1)는 에너지 릴리즈 동작을 수행할 수 있다(1560). 이때, 제1 스위치 소자(SW1)는 턴-오프되고, 제4 스위치 소자(SW4)는 다이오드로 동작할 수 있다. 또한, 제2 스위치 소자(SW2)는 턴-오프 상태가 유지되고, 제3 스위치 소자(SW3)는 다이오드 동작 상태가 유지될 수 있다. 예를 들어, 에너지 릴리즈 동작은 일정 시간 동안 수행될 수 있다. 일정 시간은 인덕터(LRX)의 에너지가 모두 커패시터(Chigh)로 전달될 수 있도록 설정될 수 있다.
스위칭 컨트롤러(235)는 커패시터(Chigh)의 전압(vhigh)과 목표값(Vtarget)을 비교할 수 있다(1570).
전압(vhigh)이 목표값(Vtarget)보다 작은 경우, 스위치 배열 회로(233-1)는 정류 동작을 수행할 수 있다(1580). 이때, 제1 스위치 소자(SW1)와 제2 스위치 소자(SW2)는 다이오드로 동작할 수 있다. 또한, 제3 스위치 소자(SW3)와 세4 스위치 소자(SW4)는 다이오드 동작 상태가 유지될 수 있다.
전압(vhigh)이 목표값(Vtarget)에 도달할 때까지, 1520단계를 시작으로 이후 단계들이 다시 수행될 수 있다.
전압(vhigh)이 목표값(Vtarget)보다 크거나 같은 경우, 전압 컨버터(233)는 정상 동작 모드로 동작할 수 있다(1590). 이때, 고전압 빌드-업 동작모드에서 형성된 전압(vhigh)은 제2 전압(HV)으로 출력될 수 있다.
설명의 편의를 위해 도 15 및 도 16을 참조하여 도 4에 도시된 전압 컨버터의 동작만을 예로 설명하였지만, 도 7, 도 9, 도 11 또는 도 13에 도시된 전압 컨버터의 동작도 상술한 단계와 동일하거나 유사하게 동작할 수 있음이 자명하다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (17)

  1. 고전압을 생성하기 위한 승압 회로; 및
    상기 고전압의 빌드-업 요청에 응답하여 에너지를 공진기에 포함된 인덕터를 경유하여 상기 승압 회로로 전송하기 위한 스위치 배열 회로(switch arrangement circuit)
    를 포함하는 전압 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 배열 회로는,
    상기 승압 회로에 저장된 전압이 상기 고전압에 도달하도록 상기 에너지를 반복적으로 상기 승압 회로로 전송하는 전압 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 승압 회로는,
    상기 에너지를 전송하기 위한 다이오드; 및
    상기 에너지를 저장하기 위한 커패시터
    를 포함하는 전압 컨버터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공진기의 공진에 의해 생성된 공진 전압을 저장하기 위한 제1 커패시터
    를 더 포함하고,
    상기 에너지는 상기 공진 전압에 대응하는 에너지 및 배터리에 충전된 에너지 중에서 적어도 하나를 포함하는 전압 컨버터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스위치 배열 회로는 상기 배터리에 충전된 에너지를 상기 제1 커패시터 및 상기 배터리에 충전된 에너지를 저장하기 위한 제2 커패시터 중에서 적어도 하나와 상기 인덕터를 경유하여 상기 승압 회로로 전송하는 전압 컨버터.
  6. 공진하여 공진 전압을 생성하는 공진기; 및
    고전압을 출력하기 위한 빌드-업 요청에 응답하여 상기 공진기에 포함된 인덕터를 통해 에너지를 저장함으로써 상기 고전압을 생성하는 전압 컨버터
    를 포함하는 무선 전력 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압 컨버터는,
    상기 고전압을 생성하기 위한 승압 회로; 및
    상기 에너지를 상기 인덕터를 경유하여 상기 승압 회로로 전송하기 위한 스위치 배열 회로(switch arrangement circuit)
    를 포함하는 무선 전력 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스위치 배열 회로는,
    상기 승압 회로에 저장된 전압이 상기 고전압에 도달하도록 상기 에너지를 반복적으로 상기 승압 회로로 전송하는 무선 전력 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 승압 회로는,
    상기 에너지를 전송하기 위한 다이오드; 및
    상기 에너지를 저장하기 위한 커패시터
    를 포함하는 무선 전력 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전압 컨버터는,
    상기 공진 전압을 저장하기 위한 제1 커패시터
    를 더 포함하고,
    상기 에너지는 상기 공진 전압에 대응하는 에너지 및 배터리에 충전된 에너지 중에서 적어도 하나를 포함하는 무선 전력 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스위치 배열 회로는 상기 배터리에 충전된 에너지를 상기 제1 커패시터 및 배터리에 충전된 에너지를 저장하기 위한 제2 커패시터 중에서 적어도 하나와 상기 인덕터를 경유하여 상기 승압 회로로 전송하는 무선 전력 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 무선 전력 장치가 고전압이 필요한 경우, 상기 빌드-업 요청을 생성하는 컨트롤러
    를 더 포함하는 무선 전력 장치.
  13. 고전압을 출력하기 위한 빌드-업 요청에 응답하여 고전압 빌드-업 동작 모드로 진입하는 단계; 및
    상기 고전압 빌드-업 동작 모드 동안 공진기에 포함된 인덕터를 통해 에너지를 저장함으로써 상기 고전압을 생성하는 단계
    를 포함하는 전압 생성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는,
    상기 고전압이 생성되도록 상기 에너지를 반복적으로 상기 인덕터를 경유하여 전송하는 단계
    를 포함하는 전압 생성 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 에너지는 상기 공진기에 의해 생성된 공진 전압에 대응하는 에너지 및 배터리에 충전된 에너지 중에서 적어도 하나를 포함하는 전압 생성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는,
    상기 배터리에 충전된 에너지를 상기 공진 전압을 저장하기 위한 제1 커패시터 및 상기 배터리에 충전된 에너지를 저장하기 위한 제2 커패시터 중에서 적어도 하나와 상기 인덕터를 경유하여 전송하는 단계
    를 포함하는 전압 생성 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 고전압이 필요한 경우, 상기 빌드-업 요청을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 전압 생성 방법.
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