KR20180058557A - 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치 - Google Patents

무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 무선 전력 송신의 인버터와 무선 전력 수신의 정류기를 공유하여 하드웨어의 사이즈를 줄이며, 전력 소모의 대부분을 차지하는 무선 전력 수신부의 전력 소모를 줄일 수 있으며, MST Coil 제품생산 과정상의 산포와 환경조건에서 발생될 수 있는 과전류를 평활(OCP Regulation) 하여 데이터 송신 오류를 줄이며, 인버터의 초기 구동에서 발생 될 수 있는 과전류 유입에 의한 셧 다운(Shut-Down)을 방지하면서 정류 기능과 인버터 기능 두 가지 기술을 동시에 구현하여 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 하였다.

Description

무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치{Electronic Apparatus Including Wireless Power Receiver and Wireless Power Transmitter}
본 발명은 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 전력 전송 기술과 무선 전력 수신 기술을 동시 구현할 수 있는 신호 송/수신 회로를 원 칩으로 구성함으로써, 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 제공하는 전자장치에 관한 것이다.
일반적으로 무선 전력 전송(Wireless Power Transfer : WPT) 기술은 2000년 초부터 다양한 응용 처를 모색하기 시작했으며, 최근 휴대용 제품에 활발하게 적용되기 시작했다.
기술적으로는 코일(Coil)을 통한 전자기 형태의 에너지를 송/수신하는 형태의 기술이며, 특히, 휴대용 제품에는 무선 전력 수신기술과 MST(Magnetic Secure Transmission) 기술을 이용한 신용카드 결제에 사용되는 무선 전력 송신기술은 기술적으로 동일선상에 있으며, 이를 하나의 장치에 포함시키는 시장의 요구가 있고, 최근 그러한 제품이 개발되고 있다.
그런데 상술한 바와 같이, 무선 전력 전송 기술에는 다양한 소자들의 배치가 필요하며, 또한 MST 기술 역시 다양한 소자들의 배치가 필요하다.
그러나 휴대용 제품의 경우 크기가 제한적이고, 디자인 등의 목적으로 슬림화가 추구되기 때문에 무선 전력 전송 기술과 MST 기술의 채용이 어려운 상태이며, 종래의 인버터 기술에서 사용되는 코일은 제조상의 산포를 가지며, 코일의 전류는 코일의 내부 저항에 의해서 제한되게 되는데, 제조상 산포 또는 환경조건(특히 온도)에 가장 영향을 받는 것이 코일의 내부 저항 값이다.
따라서 코일의 피크(Peak) 전류 값이 정해진 전류 제한 값을 넘어서는 경우, 인버터를 셧 다운(Shut Down)을 시키는 구조가 사용되고 있으나, MST 응용상 데이터 오류를 유발하여, 사용자에게 큰 불편을 야기하는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2016-0061228호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전력 소모 시간의 대부분을 차치하는 전력 수신에서의 전력 소모를 최소화하고, 인버터와 정류기의 공유에 따른 MST 구동 시점에서의 원활한 인버터 동작을 구현 및 과도한 초기 전류를 최소화하고, MST 구동 상에서 발생될 수 있는 과전류(Over Current) 상태를 정상 전류 상태로 유지하게 하여 무선 전력 송신 시 데이터 오류가 없는 전자장치를 제조할 수 있도록 하는 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치는, 외부로부터 무선으로 전력을 수신하고, 지정된 신호를 무선으로 외부 송신하는 코일과, 상기 코일과 전기적으로 연결되어 상기 코일을 통해 입력된 전력을 정류하는 정류기 기능과, 외부로 송신할 신호를 변환하는 인버터 기능을 수행하는 복수의 MOSFET 스위치로 구성된 신호변환회로를 포함하는 스위칭부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치에 있어서, 상기 전자장치의 하드웨어 사이즈가 축소되도록, 무선 신호 송신의 인버터 기능과 무선 전력 수신의 정류기 기능을 공유하여 회로를 구성하고; 상기 코일의 저항변화로 일정범위를 벗어나는 전류를 평활하여 무선 송신 신호의 데이터 오류를 감소시키는 과전류 평활회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
인버터 기능의 초기 구동 시에 발생될 수 있는 과전류 유입에 의한 셧 다운을 방지하는 전류제어기를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전자장치는 인버터 기능에서 배터리의 전원을 코일로 공급하는 회로와, 정류기 기능에서 입력되는 전원을 배터리로 공급하는 회로는 서로 공유되지 않고 별개로 구성될 수 있다.
그리고 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치는, 외부로부터 무선으로 전력을 수신하고, 지정된 신호를 무선으로 외부 송신하는 코일과, 상기 코일과 전기적으로 연결되어 상기 코일을 통해 입력된 전력을 정류하는 정류기 기능 및 외부로 송신할 신호를 변환하는 인버터 기능을 수행하는 복수의 MOSFET 스위치로 구성된 신호변환회로를 포함하는 스위칭부; 상기 스위칭부가 정류기 기능으로 동작이 이루어질 때, 상기 스위칭부로부터 전달받은 정류기 전압이 배터리로 충전 되도록 작동시키는 MOSFET 스위치를 포함하여 구성된 전원제어부; 상기 스위칭부가 인버터 기능으로 동작이 이루어질 때, 배터리 전원이 스위칭부로 전달되도록 작동시키거나 또는 상기 스위칭부가 정류기 기능으로 동작이 이루어질 때 슬립 상태로 작동시키는 선택적 동작을 수행하는 MOSFET 스위치를 포함하여 구성된 로드부; 및 상기 스위칭부를 통한 전력의 수신 또는 스위칭부로부터 신호의 송신을 위한 스위칭부를 구성하는 복수의 MOSFET 스위치 상태를 제어하는 드라이버를 포함하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 스위칭부가 정류기 기능으로 동작이 이루어질 때, 상기 스위칭부로부터 전달받은 정류기 전압이 배터리로 충전되도록 작동시키거나 또는 상기 스위칭부가 인버터 기능으로 동작이 이루어질 때 슬립 상태로 작동시키는 선택동작을 수행하는 MOSFET 스위치를 포함하여 구성된 전원제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 신호변환회로는 인버터 기능과 정류기 기능을 위해 브릿지 형태로 연결된 복수의 MOSFET 스위치를 포함하여 구성되며; 상기 복수의 MOSFET 스위치는 정류전압 라인을 공통 라인으로 하는 한 쌍의 하이사이드 MOSFET 스위치와, 접지 라인을 공통 라인으로 하는 한 쌍의 로우사이드 MOSFET 스위치로 구성되고; 상기 하이사이드 MOSFET 스위치와 로우사이드 MOSFET 스위치 사이에 코일이 형성될 수 있다.
상기 로드부는 상기 신호변환회로의 하이사이드 MOSFET 스위치의 공통라인인 정류전압 라인과 배터리 사이에 연결되고, 2개의 MOSFET 스위치로 구성되어 더블러부에 의해 제어될 수 있다.
상기 제어부에는 인버터 기능으로 구동될 시 코일의 양단에서의 전압 또는 전류를 검출하는 센서부가 구비되며, 상기 센서부를 통해 센싱된 전압 값 및 전류 값은 데드타임부로 입력될 수 있다.
상기 데드타임부는 일측의 하이사이드 MOSFET 스위치 및 일측의 로우사이드 MOSFET 스위치가 동시에 온 상태로 되지 않도록 하거나 또는 타측의 하이사이드 MOSFET 스위치 및 타측의 로우사이드 MOSFET 스위치가 동시에 온 상태로 되지 않도록 제어할 수 있다.
상기 로드부는 2개의 MOSFET 스위치가 서로 마주보는 형태로 구성되며, 일측의 MOSFET 스위치 및 타측의 MOSFET 스위치에는 게이트와 소스 간 전압이 영 볼트 이하의 전압이 되도록 온 상태를 유지시키는 스위치가 구비될 수 있다.
상기 로드부는 인버터 기능의 구동 초기에는 일측의 MOSFET 스위치 및 타측의 MOSFET 스위치의 게이트와 소스 간 전압이 영 볼트 이하의 전압이 되도록 온 상태를 유지시키는 스위치가 각각 오프 상태로 전환되도록 할 수 있다.
상기 로드부는 일측의 MOSFET 스위치 및 타측의 MOSFET 스위치의 게이트와 소스 간 전압이 영 볼트 이하의 전압이 되도록 온 상태를 유지시키는 스위치가 각각 오프 상태로 전환된 시점부터 더블러부가 동작하여 일측의 MOSFET 스위치 및 타측의 MOSFET 스위치의 게이트 전압을 배터리 전압보다 높은 전압으로 상승시킬 수 있다.
상기 로드부는 타측의 MOSFET 스위치의 양단에는 일측의 MOSFET 스위치 및 타측의 MOSFET 스위치보다 작은 저항성의 MOSFET 스위치가 연결될 수 있다.
상기 코일에는 인버터 기능의 구동 초기 및 인버터 기능의 완료 시점에서 발생되는 자연 발진을 제어하는 감쇄 수단이 구비될 수 있다.
상기 스위칭부가 인버터 기능으로 동작이 이루어질 때, 코일의 산포 또는 외부 온도변화로 인해 코일 내부의 저항 값 변동에 의한 코일에 흐르는 전류가 일정 범위를 벗어나면 이를 정해진 전류 값으로 제한하는 과전류 평활기를 구비할 수 있다.
상기 스위칭부가 인버터 기능으로 동작이 이루어질 때, 초기 구동 전류의 상승 시간이 지연되도록 제어하는 전류제어기를 구비할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치에 따르면, 무선 전력 송신의 인버터와 무선 전력 수신의 정류기를 공유하여 하드웨어의 사이즈를 줄이고, 전력 소모의 대부분을 차지하는 무선 전력 수신부의 전력 소모를 줄이며, MST 코일 제품 산포와 환경 조건에서 발생될 수 있는 과전류를 평활(OCP Regulation)하여 데이터 송신 오류를 줄이며, 인버터의 초기 구동 상에서 발생될 수 있는 과전류 유입에 의한 셧 다운(Shut Down)을 방지하면서 정류 기능과 인버터 기능 두 가지 기술을 동시에 구현하여 사용자가 휴대용 전자장치를 편리하게 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치를 나타낸 회로도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치를 이루는 정류기의 동작을 설명하는 회로도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치를 이루는 인버터의 동작을 설명하는 회로도이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치를 이루는 부트스트랩 동작과 하이사이드 N-MOSFET 게이트 드라이버의 동작을 설명하는 도면이며,
도 5는 일반적인 데드타임 제어기의 동작을 설명하는 도면이며,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치를 이루는 데드타임 제어기의 동작을 설명하는 도면이며,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치를 이루는 승압기, Inrush 제어기 및 감쇄기의 동작을 설명하는 회로도이며,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치에서 MST 동작을 위한 순서도를 나타내는 도면이며,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치에서 MST 동작을 위한 순서를 실시하기 위한 실시예를 나타낸 도면이며,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치에서 MST 동작상 과전류 평활을 위한 실시예를 나타낸 회로도이며,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치에서 MST 초기 구동시 발생하는 피크 전류의 흐름을 제어하는 실시예를 나타낸 도면이며,
도 12는 종래의 무선 전력수신을 위한 정류기의 동작을 설명하는 회로도이며,
도 13은 종래의 무선 전력송신을 위한 인버터의 동작을 설명하는 회로도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 종래 기술의 신호 송/수신 회로는 도 12에 나타낸 정류기(AC-to-DC 변환기) 모드와 도 13에 나타낸 인버터(DC-to-AC 변환기) 모드로 구분하여 나타낼 수 있다.
종래의 정류기 모드의 기술에서, 정류기의 MOSFET 스위치의 스위칭 동작과 인덕터 코일로 펌핑(Pumping)된 상기 코일의 전류를 커패시터를 이용하여 정류전압(VRECT)으로 변환하며, 상기 정류전압을 2개의 MOSFET을 백-투-백(Back to Back)으로 연결된 패스 트랜지스터를 이용한 LDO의 출력을 파워매니저 IC에 공급하고, 상기 파워 매니저 IC는 내부의 스위치를 통해 필요한 전압으로 휴대 제품 내부의 전원을 제공한다.
또한, 종래의 인버터 모드 기술에서, 인버터의 MOSFET 스위치의 스위칭 동작과 인덕터 코일을 이용하여, 코일의 전류 방향을 제어신호에 따라서 변경하며, 상기 인버터에 전원은 2개의 MOSFET을 백-투-백(Back to Back)으로 연결된 패스 트랜지스터를 LDO의 부분이 아닌 로드 스위치(Load Switch)로서의 역할로 전환하며, 파워매니저 IC에서 공급된 전력을 인버터의 전원으로 공급하는 구조로 되어 있다.
상술한 종래의 인버터 기술과 정류기 기술에서 어떤 모드든 상기 두개의 패스 트랜지스터를 통해 송/수신된 전력이 전달되게 되어 있어 배터리와 정류전압 간의 직접적인 충돌이 없다는 점이 장점이다.
하지만, 도 12에 나타낸 바와 같이, 종래 기술의 정류기 모드의 동작을 보면, 정류전압 라인과 최종 휴대 제품의 전원 입력까지 존재하는 전력 손실 요소로 LDO에 있는 2개의 직렬 연결된 MOSFET 스위와 파워매니저 IC에 있는 전력 스위치에서 발생되는 저항에 의한 것들이다.
따라서 전력 송신의 인버터 모드와 전력 수신의 정류기 모드에서 같은 구조의 스위치 회로를 공유하기 위한 상기 종래의 기술에서의 가장 문제는 정류기 모드 동작에서의 전력 손실이 크게 증가 한다는 것이다.
그 이유는 MST 동작과 같은 신용카드 결제는 항상 일어나는 것이 아니고, 매우 짧은 시간에서만 동작하지만, 재충전 배터리의 충전에 필요한 전력 수신 동작은 장시간 이루어진다는 점에서 전력 수신시의 전력 손실이 중요하다는 것이다.
상기 종래의 인버터 모드 기술에서 하이사이드 MOSFET 스위치(도 13의 135, 137)는 일반적으로 N-형 MOSFET으로 구성되며, N-형 MOSFET을 낮은 온저항 상태로 구동시키기 위해서는 드레인이 연결되는 VRECT 라인(도 13의 112) 전압 보다 높은 게이트 전압을 요구한다.
이를 위해서 사용되는 것이 부트스트랩(도 13의 104) 장치를 이용하는 것이다.
부트스트랩장치는 도 4의 (104)와 같은 형태로 구성이 되며, 이 장치는 도 4의 (113), (113_1)에서의 하이사이드 드라이버의 "+" 전원을 공급하며, 상기 하이사이드 드라이버의 "-" 전원은 AC1/2 단자에서 공급한다.
종래 기술의 인버터 모드에서 초기 구동 시작점에서의 AC1, AC2 단자는 플로팅(Floating) 상태이며, 상기의 부트스트랩의 커패시터(Cbst1, Cbst2)에는 저장된 전하(Charge)가 없으므로, 도 4의 (113)의 하이사이드 드라이버(도 4의 113, 113_1)를 구동할 수 없는 상태가 된다.
특히 인버터나 정류기의 스위칭 MOSFET의 제어에서, VRECT와 GND가 직접 연결되는 구간을 없애기 위하여, 데드타임 제어기(도 5)와 같은 피드백 구조의 데드타임 제어기를 사용하게 되는데, 상술된 바와 같이 MST 구동 시작점에서 하이사이드 드라이버에 공급되는 에너지가 없기 때문에, 데드타임 제어기(도 5)의 하이사이드 드라이버(도 5의 604, 608) 출력은 "Low" 상태가 된다.
따라서 데드타임 제어기(도 5)의 앤드 로직(도 5의 601, 609)의 하나의 입력은 "Low" 가 되므로, 스위칭 입력 신호에 반응하지 못하는 문제가 발생하게 된다.
종래의 인버터 모드에서 인버터의 전원은 파워 매니저 IC(도 13의 500) 와 로드 스위치(도 13의 401, 402)를 통하여 VRECT(도 13의 112)에 공급된다.
상기 인버터가 처음 구동하게 되었을 경우, 커패시터(도 13의 128(Crect))의 초기 값이 "0" 상태로 출발하기 때문에 도 11의 (A) 경우와 같이 커패시터(VC)에 VBAT 전압으로 순간적인 충전이 이루어지는데, 그 전류의 피크(Peak) 값은 도 11의 (A) 의 로드 스위치(MNS1, MNS2)의 온저항/VBAT 값이 되며, 이 전류는 수십 암페어(A)에 이를 수 있고, 이런 조건에서 상기의 파워 매니저 IC(도12의 500) 혹은 배터리 자체의 보호 장치가 구동되어 순간적인 셧 다운(Shut Down)을 유발할 수 있는 문제가 있다.
그리고 종래의 인버터 모드에서 사용되는 코일(도 13의 141)은 제조상의 산포를 가지며, 상기 코일에 흐르는 전류는 상기 코일의 내부 저항에 의해서 제한되게 되는데, 제조상 산포 또는 환경조건(특히 온도)에 가장 영향을 받는 것이 코일의 내부 저항 값이다.
따라서 상기 코일(도 13의 141)의 Peak 전류 값이 정해진 전류 제한 값을 넘어서는 경우, 상기 인버터를 셧 다운(Shut Down)을 시키는 구조가 사용되고 있으나, MST 응용상 데이터 오류를 유발하여, 사용자에게 큰 불편을 야기하는 문제가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 인버터 기능(도 1의 103)과 정류기 기능(도 1의 103)의 MOSFET 스위치를 공유하며, 한 쌍의 하이사이드(High Side) MOSFET 스위치(도 1의 135, 137)의 공통라인은 VRECT(도1-122)이며, 한 쌍의 로우사이드(Low Side) MOSFET 스위치(도 1의 136, 138)의 공통라인은 그라운드(GND)이다.
상기 일측의 하이사이드 MOSFET 스위치(135)와 일측의 로우사이드 MOSFET 스위치(136) 사이에 코일(Coil)(도 1의 141)의 일단이 연결되고, 타측의 하이사이드 MOSFET 스위치(137)와 타측의 로우사이드 MOSFET 스위치(138) 사이에 코일(Coil)(도 1의 141)의 타단이 연결되며, 상기 하이사이드 MOSFET 스위치의 공통라인인 VRECT(122)에는 커패시터(도 1의 128, Crect)가 연결된다.
상기 하이사이드 MOSFET 스위치의 공통라인인 VRECT(122)과 배터리(도 1의 129) 사이에는 두 개의 MOSFET을 직렬 연결한 로드(Load) 스위치(도 1의 130, 131)가 구비되며, 상기 로드 스위치를 열어주는 각각의 더블러(Doubler)(도 1의 106, 107)가 로드 스위치(130, 131)의 게이트에 연결되어 구비된다.
상기 하이사이드 MOSFET 스위치(135, 137)의 게이트에는 하이사이드 MOSFET 스위치(135, 137)를 열어주는 하이사이드 드라이버(도 1의 113)가 연결되어 구비되고, 상기 로우사이드 MOSFET 스위치(136, 138)의 게이트에는 로우사이드 MOSFET 스위치(136, 138)를 열어주는 로우사이드 드라이버(도 1의 114)가 연결되어 구비된다.
상기 로우사이드 MOSFET 스위치(136, 138)와 하이사이드 MOSFET 스위치(135, 137)를 제어하는 데드타임 제어기(도 1의 115)가 하이사이드 드라이버(113) 및 로우사이드 드라이버(114)에 연결되어 구비되고, 상기 데드타임 제어기(115)가 초기에 동작할 수 있게 하는 시동 제어기(도 1의 100)가 데드타임 제어기(115)에 연결되어 구비된다.
상기 하이사이드 드라이버(113)에 승압된 전압을 공급하는 부트스트랩(도 1의 104)이 하이사이드 드라이버(113)에 연결되어 구비되고, 부트스트랩(104)에 일정한 전압을 공급하는 전원 공급기(도 1의 105)가 부트스트랩(104)에 연결되어 구비된다.
상기 로드(Load) 스위치(도 1의 130, 131)를 이루는 일측의 MOSFET 스위치(130)와 타측의 MOSFET 스위치(131)의 사이에 인버터 기능에서의 하이사이드 MOSFET 스위치(135, 137) 및 로우사이드 MOSFET 스위치(136, 138)로 유입되는 과전류를 제어하는 과전류 평활기(도 1의 108, OCP Regulator)가 연결되어 구비된다.
인버터 기능에서의 초기 구동 전류를 제어하는 초기 전류제어기(도 1의 111, Inrush Control)가 시동제어기(100)로부터 연결되어 구비되며, 인버터 기능에서의 코일(141)의 자연 발진(Natural Oscillation)을 제어하는 감쇄기(도 1의 112, Damper Control)가 코일(141)의 양단이 단락되도록 구비된 스위치(140)에 연결되어 구비된다.
또는 상기 스위치(140)를 별도로 구비하지 않고, 스위치 136 및 138을 ON 상태가 되도록 하여도 된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 인버트 기능을 위한 무선 신호 송신과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 정류기 기능을 위한 무선 전력 수신 장치의 하드웨어 구조의 스위치(도 2 및 도 3의 135, 136, 137, 138)의 구조는 매우 유사하지만 기술적으로 송신과 수신이라는 신호의 성격이 다르며, 신호를 공급하는 수단과 전력을 수신하는 수단이 서로 반대의 기능이 요구된다는 점이다.
여기서 무선 전력 수신 장치의 정류(Rectifying)된 전압은 20V 까지 상승할 수 있으며, 만약 동일한 스위치 회로(도 2 및 도 3의 135, 136, 137, 138)를 무선 전력 송신에서 공유할 경우, VRECT(도 2 및 도 3의 112)에 공급해야 할 배터리 전압과 상기 정류된 전압과의 전압 차이가 매우 크므로, 두 개 전압을 분리할 수 있는 수단이 반드시 필요하다.
이러한 수단에는 누설전류(Leakage Current)가 크게 발생할 수 있기 때문에 신중한 설계가 필요하다는 것은 동종의 기술자라면 쉽게 알 수 있는 상황이다.
본 발명의 구체적인 실시 예는 도 1에 도시하였으며, 각 부분의 구체적인 예는 그 외의 도면으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시 예이다.
인버터 기능과 정류기 기능을 가지는 스위칭 회로(도 1의 103)는 4개의 MOSFET으로 이루어져 있으며, M11L(136), M22L(138)로 이루어진 로우사이드 MOSFET 스위치와 M11H(137), M22H(135)로 이루어진 하이사이드 MOSFET 스위치로 구성되며, 상기 인버터가 동작하는 시작점과 인버터가 중지되는 시점에서는 AC1 노드와 AC2 노드가 Floating 상태로 진행되며, 이런 조건에서는 Natural Oscillation이 발생할 수 있는데 이를 방지하기 위한 감쇄기(도 1의 140, Damper)가 있을 수 있다.
상기 감쇄기는 인버터의 구동 초기와 구동 완료 단계에서 코일(도 1의 141) 의 공진주파수와 에너지를 감안하여, 감쇄 시간과 감쇄기(도 1의 140)의 저항 값을 선택해야 하며, 그의 간단한 실시예는 도 7의 (140)과 같이 감쇄기(도 1의 140)로부터 댐퍼 인에이블(Damper Enable) 신호를 입력받는 MOSFET 스위치로 구성될 수 있다.
그리고 상기 M11L(136)과 M22L(138)을 구동하는 로우사이드 드라이버(도 1의 114)가 있으며, 상기 M11H(137)와 M22H(135)를 구동하는 하이사이드 드라이버(도 1의 113)가 있다.
M11H(137)와 M22H(135)의 경우 일반적으로 온저항(Ron)값 문제로 N-형 MOSFET이 사용되며, 충분한 온저항(Ron)값을 달성하기 위해 부트스트랩(도 1의 104)을 사용한다.
상기 부트스트랩(104)은 커패시터(Cbst1, Cbst2)와 다이오드(D1, D2)를 이용하여 도(1-104)와 같이, D1의 양극 단자와 D2의 양극 단자끼리 연결되고, D1의 음극단자에 Cbst1이 연결되고, Cbst1에 AC1단자가 연결되고, D2의 음극단자에 Cbst2이 연결되고, Cbst2에 AC2단자가 연결되어 구성되며 그의 동작은 도4 와 같다.
상기 부트스트랩 다이오드(D1, D2)의 양극 단자끼리 연결된 공통단자는 전압공급원(일반적으로 3V 혹은 5V, 105)이 연결되어, AC1 또는 AC2의 노드상태가 "0V" 일 때, 전압공급원(도1-105)으로부터 전하(Charge)를 공급받으며, AC1 혹은 AC2 노드 전압이 VRECT까지 상승하면, V(BST1) 및 V(BST2)의 전압이 VRECT + Vc(bst1) 및 VRECT + Vc(bst2) 만큼 상승된 전압을 발생시키는 역할을 한다.
이러한 승압된 전압은 도 4의 (113)과 같은 하이사이드 드라이버(도 4의 113_1)의 "+" 전원으로 공급되고, 상기 하이사이드 드라이버(도 4의 113_1)의 "-" 전원은 AC1 또는 AC2에 연결되어 상기 하이사이드 MOSFET 스위치(M11H, M22H)의 게이트에 인가되는 "High" 상태의 전압이 그의 드레인(Drain)전압인 VRECT 보다 전압공급원(도 1의 105)의 전압만큼 높은 전압으로 공급하며, 상기 하이사이드 MOSFET 스위치(M11H, M22H)의 온저항의 특성을 최대로 낮추어 주는 기능을 담당한다.
상기 AC1과 AC2 사이에 존재하는 코일(도 1의 141)에 Tx AC코일(도 2의 201)에서 유기되는 자장은 AC1과 AC2의 노드전압 혹은 전류를 움직이며, 이런 움직임은 AC1/AC2 Crossing sensor(도 1의 127)내부의 전류검출(도시하지 않음) 혹은 전압검출 수단(도시하지 않음)에 의해서 이루어진다.
상기 AC1/AC2 Crossing sensor(127)는 데드타임 제어기(도 1의 115)입력으로 들어간다.
상기 데드타임 제어기(115)는 VRECT와 GND 사이에서 상기 M11L(136)과 M22H(135)가 동시에 "ON" 되는 것과, 상기 M22L(138)과 M11H(137)가 동시에 "ON" 되는 것이 발생하지 않도록(Non-Overlap) 구성되며, 일반적인 구성은 도 5에 나타낸 바와 같이, 피드백을 가지는 R-S 플립플롭(Reset Set Flip-Flop) 형태의 구조를 가진다.
정류기 동작 또는 인버터 동작상에서 가장 지연이 많은 지점(도 5의 M22H_Gate, M11H_Gate)을 기준으로 피드백(도 5의 606, 607)을 받아서 서로 겹치지 않는 구간을 만든다.
여기서 하이사이드 드라이버(도 5의 604, 608)의 전원은 상술된 바와 같이 부트스트랩 동작의 결과인 V(Bst1) 혹은 V(Bst2) 전압이 되는데, 인버터 초기 구동 상태에서 상기 부트스트랩에 있는 커패시터에는 저장된 에너지가 존재하지 않으므로 하이사이드 드라이버(도 5의 604, 608)의 출력은 "Low" 상태가 됨은 상술 된 바 있다.
따라서 이를 구동하기 위한 데드타임 제어기의 구성은 도6 과 같다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 인버터 동작의 스위칭 입력 데이터(도 6의 SWIN)는 일반적으로 휴대 기기의 AP(Application Processor)에서 전달되며, 초기 데이터 입력의 일부 구간에서 노드 2(도 6의 Node2)와 노드 1(도 6의 Node1) 신호가 AND 게이트(도 6의 601, 612)에 들어가지 않도록 하여, MST 데이터인 상기 SWIN 신호가 로우사이드 드라이버(도 6의 602, 615)를 구동하도록 하였다.
이러한 결과로 상기된 부트스트랩(도 1의 104) 내부의 커패시터(도 1의 Cbst1, Cbst2)에 에너지를 저장하게 하여 하이사이드 드라이버(도 6의 604, 608)가 동작할 수 있게 하며, 초기 인버터 구동을 하도록 하였다.
이런 초기 인버터 구동에 따른 동작 장치의 예시는 도 6의 (613)과 같은 구성이며, 그의 동작에 따른 타이밍 다이어그램은 도 6의 (614)와 같고, 실시예에서 나타낸 방법으로, MST SWIN 신호 2개의 상승엣지(Rising Edge)까지 상기 데드타임 제어기의 피드백을 차단하고 직접적인 구동을 하도록 하였다.
배터리(도 1의 129)는 인버터 모드(도 1의 103)의 전원으로 공급되지만, 무선 전력을 수신하는 정류기 모드(도 1의 103)에서는 정류된 전압(도 1의 122)이 배터리(도 1의 129)로 직접 전달되는 것을 막아야 된다.
그런 역할을 위해서 두개의 MOSFET이 서로 마주보는 백-투-백(Back-to-Back) 형태로 해야 하며, 그의 형태는 도 1의 (110)과 같으며 이런 동작을 하는 것을 일반적으로 로드 스위치(Load Switch)라 부른다.
상기 로드 스위치(도 1의 110)의 MNS1(도 1의 130)의 게이트-소스(Gate-Source)간 전압은 "0 V" 혹은 "-" 전압이여야 하며, MNS2(도 1의 131)의 게이트-소스(Gate-Source)간 전압도 "0 V" 혹은 "-" 전압이여야 한다.
상기 MNS1(130)과 MNS2(131)의 게이트-소스간 전압을 "0 V" 혹은 "-" 전압으로 만들기 위한 수단으로 SW1(도 1의 132)와 SW2(도 1의 133)가 MNS1(130)과 MNS2(131)의 게이트 단자와 소스단자 사이에 각각 연결되어 구비되며, 그러한 구성은 MNS1(130)과 MNS2(131)의 방향을 대칭으로 바꾼 형태로 하여 게이트 단자와 소스단자 사이에 SW1(도 1의 132)와 SW2(도 1의 133)를 각각 연결시킨 형태(도 1의 150)로도 가능하다.
상기 MNS1(130)과 MNS2(131)의 게이트-소스간 전압을 "0 V" 혹은 "-" 전압인 상태는 MST 구동초기에도 일부 시간동안 유지해야 하며, 그 기간에는 MNS1과 MNS2 보다 작고 적당한 온저항을 가지는 SW3(도 1의 134)가 배터리(도 1의 129)와 VRECT(도 1의 122)사이에 연결되며, 상기 SW3(도 1의 134)는 MST 구동초기 일정 기간동안 혹은 MST가 구동되는 전 구간에서 온(On) 될 수 있다.
하지만 MNS1(도 1의 130)과 MNS2(도 1의 131)는 MST가 구동되는 초기 일부구간에서 반드시 SW1(도 1의 132)와 SW2(도 1의 133)에 의해서 동작이 금지되어야 하며, 그 구간 이상에서는 상기 SW1(132)과 상기 SW2(133)는 오프(Off) 되어야 한다.
상기 SW3(134)의 실시예로서 도 7의 (134)에 나타낸 바와 같이, VBAT에 연결되는 RX(134_1)와, RX에 연결되는 SW30(134_2)가 접지로 연결되고, RX와 SW30 사이에 MOSFET 스위치(134_3)이 연결된 형태로 구비되며, 온(On)이 되어야 하는 구간에서 SW30(도 7의 134_2)이 온(On)되어 배터리로부터 전류가 P-형 MOSFET(도 7의 134_3)을 통해 커패시터(도 7의 128, Crect)를 천천히 충전하는 하도록 한다.
상기 커패시터(128)가 충분히 층전된 상태에서는 상기 SW30(도 7의 134_2) 는 오프(Off)되어야 하며, 상기 P-형 MOSFET(도 7의 134_3)의 게이트와 소스 사이 전압은 "0" 가 되는 구조로 구성되어 있다.
상기 SW1(132)과 상기 SW2(133)가 Off 된 시점부터 더블러(도 1의 106, 107)가 동작을 하여 상기 MNS1(130)과 MNS2(131)의 게이트전압을 배터리(도 1의 129) 전압보다 높은 전압으로 상승시킨다.
상기 더블러(도 1의 106, 107)는 MST 구동 초기부터 동작하게 할 수도 있고, 이 경우에는 상기 MNS1(130)과 MNS2(131)의 게이트와 상기 더블러 사이에 별도의 스위치가 필요하게 될 것이다.
본 발명에서는 상기 더블러(도 1의 106, 107)의 승압된 출력을 상기 MNS1(130)과 MNS2(131)의 게이트로만 연결하여, 상기 더블러를 구성하는 커패시터를 최소화 하였으며, 그의 구성의 실시예의 하나로 도 7에 나타내었다
본 발명에서의 더블러는 전압을 승압하기 위한 어떠한 레벨쉬프터(Level Shifter)도 필요치 않는 구조을 위해 전하 펌핑(Charge Pumping) 구간에 다이오드 D12(도 7의 106_2) 및 D22(도 7의 107_2)를 사용하였으며, CF11(도 7의 106_5) 및 CF22(도 7의 107_5)를 충전하기 위해 SWD12(도 7의 106_8) 및 SWD22를 각각 사용하는데, 상기 SWD12 및 SWD22를 온(On) 시키는 데에는 승압된 전압이 필요 없는 구조이다.
상기된 SW1(도 1의 130)은 SWE12(도 7의 132)와 같으며, 그의 구동전압 역시 승압된 전압이 필요 없는 구조로 되어 있음을 알 수 있다.
또한 SW2(도 1의 133)는 SWE22(도 7의 133)와 같으며, 그의 구동전압 역시 승압된 전압을 필요치 않는다.
이런 동작은 승압된 에너지를 오직 MNS1(130)과 MNS2(131)의 게이트로만 전달하게 하여, 승압 동작 중에 에너지 손실이 최소화가 됨과 동시에 상기 더블러에 사용된 CF(도 7의 106_5 및 107_5)의 크기를 최소화하여 하드웨어 사이즈를 작게 가져갈 수 있게 하였다.
MST 구동에 필요한 코일(도 1의 141)의 제조상의 산포와 환경적 요인에 의한 내부 저항 값 변화에 의한 문제점은 상술된 바 있으며, 이를 해결하기 위한 과전류 평활기(OCP Regulator, 108)의 실시예는 도 10에 나타낸 바와 같다.
인버터의 스위칭소자들은 여러 개로 분리된 형태를 취하며, 도 10의 (135, 136, 137, 138) 형태로 구성되는 것으로 각각 드레인과 소스는 공통이며, 게이트는 분리되어 있다.
각각 게이트 신호는 하이사이드의 경우 VG_HS<8:0>로 명명되어 있고, 로우사이드의 경우 VG_LS<8:0>로 명명되어 있으며, 이들 신호는 기준 전압원(도 10의 251)과 도 10의 (252)에 포함된 비교기에 의해, 현재의 전류 수준을 검사하고, 그 결과를 각각의 D-FF에 저장한다.
상기 전류 신호는 전류검출기(도 10의 250)에서 검출하며, 다양한 검출방법이 있지만 본 발명에서는 구체적인 실시 방법은 나타내지 않는다.
상기의 저장된 D-FF 상태는 제어기(도 10의 253)에 입력되며, 상기 제어기(도 10의 253)는 MST 데이터 입력의 동기(Sync)에 맞추어 MST 구동에 허용된 스위치(M22H과 M11L 중 하나, M22L과 M11H 중 하나)에 대해서만 상기 D-FF의 저장된 값을 반영한다.
MST Coil 전류가 일정 범위를 벗어난 경우에 한하여, 다음에 입력되는 MST 데이터의 비트의 출발점 혹은 끝점에서 반영하여, 전류량 변경으로 인한 MST 데이터의 오류를 방지한다.
상기 조정 방법의 하나로, 빠른 반응을 위해 D-FF에 저장된 값을 한 번에 반영할 수 있고, 입력되는 데이터 비트순서에 따라서 순차적으로 반영할 수도 있다.
상술된 내용에서, 인버터 동작을 구현하는데 필요한 시간적인 요소는 도 8과 같으며 MST 데이터를 유효하게 하기 위한 수단으로 도 8에 나타낸 바와 같이, SLEEP 신호가 사용된다.
실제 MST 데이터는 HD_IN(도 8)이며, 이러한 시간적 조건을 이용하여 SW3(도 1의 134)을 동작시키는 Inrush_EN(도 8), 더블러(도 1의 106, 107)를 동작시키는 Doubler_Start(도 8), MST 데이터를 허용하는 HDvier Enable(도 8), 감쇄기(도 1의 140)를 동작시키는 Damper Enable(도 8)의 신호를 시간 규정으로 나타내는 실시예가 있으며, 이를 구현하기 위한 하드웨어는 도 9에 나타낸 바와 같으며, 각각의 신호 파형을 제공하여 동종 분야의 기술자가 구현 가능하도록 하였다.
최근 무선충전이 가능한 휴대용 제품이 많이 출시되고 있으며, MST 기능이 내장된 제품도 증가하고 있고, 본 발명은 이러한 시장흐름에 맞추어 사용자가 응용하기에 편리하고 오류없는 MST 통신과 전력전달 효율이 높고, 안정적인 동작을 하는 기능을 보장하는 전자장치를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명에 의한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치는 하나의 온 칩으로 제작되어 전자기기에 내장될 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 외부로부터 무선으로 전력을 수신하고, 지정된 신호를 무선으로 외부 송신하는 코일과, 상기 코일과 전기적으로 연결되어 상기 코일을 통해 입력된 전력을 정류하는 정류기 기능과, 외부로 송신할 신호를 변환하는 인버터 기능을 수행하는 복수의 MOSFET 스위치로 구성된 신호변환회로를 포함하는 스위칭부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치에 있어서,
    상기 전자장치의 하드웨어 사이즈가 축소되도록, 무선 신호 송신의 인버터 기능과 무선 전력 수신의 정류기 기능을 공유하여 회로를 구성하고;
    상기 코일의 저항변화로 일정범위를 벗어나는 전류를 평활하여 무선 송신 신호의 데이터 오류를 감소시키는 과전류 평활회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 인버터 기능의 초기 구동 시에 발생될 수 있는 과전류 유입에 의한 셧 다운을 방지하는 전류제어기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 전자장치는 인버터 기능에서 배터리의 전원을 코일로 공급하는 회로와, 정류기 기능에서 입력되는 전원을 배터리로 공급하는 회로는 서로 공유되지 않고 별개로 구성된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  4. 외부로부터 무선으로 전력을 수신하고, 지정된 신호를 무선으로 외부 송신하는 코일과,
    상기 코일과 전기적으로 연결되어 상기 코일을 통해 입력된 전력을 정류하는 정류기 기능 및 외부로 송신할 신호를 변환하는 인버터 기능을 수행하는 복수의 MOSFET 스위치로 구성된 신호변환회로를 포함하는 스위칭부;
    상기 스위칭부가 정류기 기능으로 동작이 이루어질 때, 상기 스위칭부로부터 전달받은 정류기 전압이 배터리로 충전 되도록 작동시키는 MOSFET 스위치를 포함하여 구성된 전원제어부;
    상기 스위칭부가 인버터 기능으로 동작이 이루어질 때, 배터리 전원이 스위칭부로 전달되도록 작동시키거나 또는 상기 스위칭부가 정류기 기능으로 동작이 이루어질 때 슬립 상태로 작동시키는 선택적 동작을 수행하는 MOSFET 스위치를 포함하여 구성된 로드부; 및
    상기 스위칭부를 통한 전력의 수신 또는 스위칭부로부터 신호의 송신을 위한 스위칭부를 구성하는 복수의 MOSFET 스위치 상태를 제어하는 드라이버를 포함하는 제어부를,
    포함하여 구성된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 스위칭부가 정류기 기능으로 동작이 이루어질 때, 상기 스위칭부로부터 전달받은 정류기 전압이 배터리로 충전되도록 작동시키거나 또는 상기 스위칭부가 인버터 기능으로 동작이 이루어질 때 슬립 상태로 작동시키는 선택적 동작을 수행하는 MOSFET 스위치를 포함하여 구성된 전원제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 신호변환회로는 인버터 기능과 정류기 기능을 위해 브릿지 형태로 연결된 복수의 MOSFET 스위치를 포함하여 구성되며; 상기 복수의 MOSFET 스위치는 정류전압 라인을 공통 라인으로 하는 한 쌍의 하이사이드 MOSFET 스위치와, 접지 라인을 공통 라인으로 하는 한 쌍의 로우사이드 MOSFET 스위치로 구성되고; 상기 하이사이드 MOSFET 스위치와 로우사이드 MOSFET 스위치 사이에 코일이 형성된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 로드부는 상기 신호변환회로의 하이사이드 MOSFET 스위치의 공통라인인 정류전압 라인과 배터리 사이에 연결되고, 2개의 MOSFET 스위치로 구성되어 더블러부에 의해 제어되는 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 제어부에는 인버터 기능으로 구동될 시 코일의 양단에서의 전압 또는 전류를 검출하는 센서부가 구비되며, 상기 센서부를 통해 센싱된 전압 값 및 전류 값은 데드타임부로 입력되는 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 데드타임부는 일측의 하이사이드 MOSFET 스위치 및 일측의 로우사이드 MOSFET 스위치가 동시에 온 상태로 되지 않도록 하거나 또는 타측의 하이사이드 MOSFET 스위치 및 타측의 로우사이드 MOSFET 스위치가 동시에 온 상태로 되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  10. 청구항 4에 있어서, 상기 로드부는 2개의 MOSFET 스위치가 서로 마주보는 형태로 구성되며, 일측의 MOSFET 스위치 및 타측의 MOSFET 스위치에는 게이트와 소스 간 전압이 영 볼트 이하의 전압이 되도록 온 상태를 유지시키는 스위치가 구비된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  11. 청구항 4에 있어서, 상기 로드부는 인버터 기능의 구동 초기에는 일측의 MOSFET 스위치 및 타측의 MOSFET 스위치의 게이트와 소스 간 전압이 영 볼트 이하의 전압이 되도록 온 상태를 유지시키는 스위치가 각각 오프 상태로 전환되도록 하는 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  12. 청구항 4에 있어서, 상기 로드부는 일측의 MOSFET 스위치 및 타측의 MOSFET 스위치의 게이트와 소스 간 전압이 영 볼트 이하의 전압이 되도록 온 상태를 유지시키는 스위치가 각각 오프 상태로 전환된 시점부터 더블러부가 동작하여 일측의 MOSFET 스위치 및 타측의 MOSFET 스위치의 게이트 전압을 배터리 전압보다 높은 전압으로 상승시키는 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  13. 청구항 4에 있어서, 상기 로드부는 타측의 MOSFET 스위치의 양단에는 일측의 MOSFET 스위치 및 타측의 MOSFET 스위치보다 작은 저항성의 MOSFET 스위치가 연결된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  14. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 코일에는 인버터 기능의 구동 초기 및 인버터 기능의 완료 시점에서 발생되는 자연 발진을 제어하는 감쇄 수단이 구비된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  15. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 스위칭부가 인버터 기능으로 동작이 이루어질 때, 코일의 산포 또는 외부 온도변화로 인해 코일 내부의 저항 값 변동에 의한 코일에 흐르는 전류가 일정 범위를 벗어나면 이를 정해진 전류 값으로 제한하는 과전류 평활기를 구비한 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  16. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 스위칭부가 인버터 기능으로 동작이 이루어질 때, 초기 구동 전류의 상승 시간이 지연되도록 제어하는 전류제어기를 구비한 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16항 중 어느 한 항에 의한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치는 하나의 온 칩으로 구성된 것을 특징으로 한 무선 전력 수신 기능 및 무선 신호 송신 기능을 포함하는 전자장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210113366A (ko) * 2019-01-25 2021-09-15 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 무선 충전 수신기 및 무선 충전 방법
WO2024034816A1 (ko) * 2022-08-09 2024-02-15 삼성전자 주식회사 전력을 무선으로 송신하고 수신하는 전자 장치 및 그 동작 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160061228A (ko) 2014-11-21 2016-05-31 삼성전자주식회사 신호 송수신 회로 및 이를 포함하는 전자 장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3925989B2 (ja) * 1997-07-01 2007-06-06 高周波熱錬株式会社 インバータ装置の制御装置
JP2004072918A (ja) * 2002-08-07 2004-03-04 Sony Corp スイッチング電源回路
JP2010207074A (ja) * 2009-02-09 2010-09-16 Nec Corp 無接点充電制御システム、無接点充電制御装置および無接点充電制御方法
KR102195109B1 (ko) * 2013-11-20 2020-12-24 삼성전자주식회사 무선 충전 장치 및 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160061228A (ko) 2014-11-21 2016-05-31 삼성전자주식회사 신호 송수신 회로 및 이를 포함하는 전자 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210113366A (ko) * 2019-01-25 2021-09-15 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 무선 충전 수신기 및 무선 충전 방법
WO2024034816A1 (ko) * 2022-08-09 2024-02-15 삼성전자 주식회사 전력을 무선으로 송신하고 수신하는 전자 장치 및 그 동작 방법

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