KR20180070745A - 무선 전력 송수신 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 전력 송수신 시스템 및 방법에 관한 것으로, 무선 전력을 송신하는 전력 송신부, 무선 전력을 수신하여 부하에 전력을 공급하는 전력 수신부, 및 전력 수신부에서 수신한 무선 전력을 이용해 전력 수신부의 동작을 위한 클록 신호를 생성하는 클록 생성부를 포함하며, 이를 통해 전력 수신부에 전원이 존재하지 않는 경우에도 전력 수신부의 동작을 위한 클록을 생성함으로써 전력 수신부가 전력 송신 초기부터 안정적으로 동작할 수 있다.

Description

무선 전력 송수신 시스템 및 방법 {Wireless power transmission and reception system and method}

본 발명은 무선 전력을 송수신하는 기술과 관련한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 수신부에서 수신한 무선 전력을 이용해 전력 수신부의 동작을 위한 클록을 생성하는 무선 전력 송수신 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전기·전자·정보통신 기술의 발전으로 최근 몇 년간 스마트폰, 태블릿PC(personal computer), 웨어러블 기기 등 모바일 기기의 확산이 급속하게 이루어졌다. 모바일기기를 이용한 IT(Information Technology) 서비스가 비약적으로 증가함에 따라 사용자들은 언제 어디서나 편리하게 다양한 서비스를 이용할 수 있게 되었고, 모바일 기기는 생활의 한 부분을 차지할 만큼 필수품이 되어 버렸다.

이로 인하여 사용자들이 모바일 기기를 사용하는 시간이 많아지고, 배터리 용량의 한계로 인해서 충전을 하는 빈도가 늘어나고 있다. 그러나 전력 공급을 위한 잦은 배터리 교체 및 충전은 모바일 기기를 사용하는 편의성을 떨어트리는 주된 요인이 되고 있다. 이에 따라 모바일 기기와 같은 전자 기기의 충전 편의성을 높이기 위한 방법으로 무선 충전 기술을 적용하는 사례가 늘고 있다.

무선 충전 시스템에서 전력을 송신하는 파트는 안정적인 전원이 항상 공급되기 때문에 안정적인 송신 시스템 설계 및 동작이 가능하지만, 전력을 수신하는 파트는 안정적인 전원 공급 및 동작 클록 생성을 위해 배터리가 필요하다. 그런데 전력 수신 파트의 배터리가 방전되었거나, 나아가 배터리가 없는 시스템의 경우 초기에 클록을 생성하지 못하여 동작이 어려운 문제가 있다.

공개특허공보 제10-2014-0012937호 (2014년 02월 04일 공개)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전력 수신부에 전원이 공급되지 않는 상태에서도 전력 송신부에서 송신한 전력을 이용해 클록을 생성하여 전력 수신부가 전력 송신 초기에 안정적으로 동작하도록 하는 무선 전력 송수신 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 전력 송수신 시스템은, 무선 전력을 송신하는 전력 송신부, 무선 전력을 수신하여 부하에 전력을 공급하는 전력 수신부, 및 상기 전력 수신부에서 수신한 무선 전력을 이용해 상기 전력 수신부의 동작을 위한 클록 신호를 생성하는 클록 생성부를 포함한다.

본 발명의 무선 전력 송수신 시스템에 있어서, 상기 전력 수신부는, 상기 전력 송신부에서 송신한 무선 전력을 수신하는 수신 안테나, 상기 수신 안테나로부터 교류 전력을 전달받아 직류 전력으로 변환하는 정류기, 상기 정류기로부터 전달된 직류 전력을 이용해 부하에 전력을 공급하는 전력 변환기, 및 상기 정류기와 상기 전력 변환기의 동작 제어를 위한 수신 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무선 전력 송수신 시스템에 있어서, 상기 클록 생성부는, 상기 수신 안테나로부터 상기 정류기로 전달되는 교류 전력 신호에서 영-교차점(zero-crossing point)을 검출하는 교차점 검출기, 및 상기 교차점 검출기의 출력 신호를 이용해 클록 신호를 생성하여 상기 수신 제어기로 전달하는 클록 분배기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무선 전력 송수신 시스템에 있어서, 상기 교차점 검출기는, 상기 정류기의 출력 전력을 이용해 동작하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 전력 송수신 방법은, 수신 안테나가 전력 송신부에서 송신된 무선 전력을 수신하여 정류기로 교류 전력을 전달하는 단계, 교차점 검출기가 상기 수신 안테나로부터 상기 정류기로 전달되는 교류 전력 신호에서 영-교차점(zero-crossing point)을 검출하는 단계, 및 클록 분배기가 상기 교차점 검출기의 출력 신호를 이용해 클록 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 무선 전력 송수신 방법에 있어서, 상기 교차점 검출기는, 상기 정류기의 출력 전력을 이용해 동작하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무선 전력 송수신 시스템 및 방법에 따르면, 전력 수신부의 배터리가 방전되었거나 배터리가 없어 전력이 공급되지 못하는 상황에서도, 전력 송신부에서 송신한 전력을 이용해 전력 수신부의 동작을 위한 클록을 생성함으로써 전력 수신부가 전력 송신 초기부터 안정적으로 동작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 방법의 과정을 나타낸 도면이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 무선 전력을 송수신하는 시스템과 관련한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 무선 전력 송수신 시스템(100)은 전력 송신부(10), 전력 수신부(20) 및 클록 생성부(30)를 포함하여 구성된다.

전력 송신부(10)는 전력 수신부(20)로 무선 전력을 송신하는 역할을 한다.

전력 송신부(10)는 전원(11), 무선 전력 송신기(12), 임피던스 매칭기(13), 송신 안테나(14)를 포함하여 구성된다.

전원(11)은 전력 수신부(20)로 전송하는 무선 전력을 제공하는 전력원으로서, 전력 수신부(20)의 동작을 위한 전력을 공급한다.

무선 전력 송신기(12)는 전원(11)으로부터 공급된 전력을 이용하여, 송신 안테나(14)를 통해 전력 수신부(20)에 포함된 수신 안테나(21)로 무선 전력을 공급하는 역할을 한다.

송신 안테나(14)는 무선 전력 송신기(12)를 통해 공급되는 전력을 이용해 전력 수신부(20)의 수신 안테나(21)로 무선 전력을 송신하는 역할을 한다.

임피던스 매칭기(13)는 전력 수신부(20)에 포함된 임피던스 매칭기(22)와의 임피던스 매칭을 통해 전력 수신부(20)로 최대 전력이 전달될 수 있도록 한다.

전력 수신부(20)는 전력 송신부(10)로부터 무선 전력을 수신하고 이를 이용해 부하에 전력을 공급하는 역할을 한다.

전력 수신부(20)는 수신 안테나(21), 임피던스 매칭기(22), 정류기(23), 전력 변환기(24), 수신 제어기(25), 수신 통신기(26)를 포함하여 구성된다.

수신 안테나(21)는 전력 송신부(10)의 송신 안테나(14)로부터 무선 전력을 수신하는 역할을 한다.

임피던스 매칭기(22)는 전력 송신부(10)에 포함된 임피던스 매칭기(13)와의 임피던스 매칭을 통해 전력 송신부(10)로부터 최대 전력을 수신할 수 있도록 한다.

정류기(Rectifier)(23)는 수신 제어기(25)의 제어에 따라, 수신 안테나(21)로부터 교류 전력을 전달받아 직류 전력으로 변환하고, 변환된 직류 전력을 전력 변환기(24)로 전달한다.

전력 변환기(24)는 수신 제어기(25)의 제어에 따라, 정류기(23)로부터 전달받은 직류 전력을 이용해 부하(40)에 전력을 공급한다.

수신 통신기(26)는 수신 제어기(25)의 제어에 따라 통신 신호를 송수신하는 역할을 한다.

수신 제어기(25)는 정류기(23), 전력 변환기(24) 및 수신 통신기(26)를 포함한 전력 수신부(20)의 동작을 전반적으로 제어하는 역할을 하며, 이를 위한 연산 유닛, 메모리, 프로그램 저장소 등을 포함한다. 이때 수신 제어기(25)는 클록 생성부(30)로부터 공급된 클록 신호에 따라 제어 동작을 수행한다.

클록 생성부(30)는 전력 수신부(20)가 전력 송신부(10)로부터 수신한 무선 전력을 이용해, 전력 수신부(20)의 동작을 위한 클록을 생성하는 역할을 한다.

클록 생성부(30)는 교차점 검출기(31), 클록 버퍼(32) 및 클록 분배기(33)를 포함하여 구성된다.

교차점 검출기(31)는 전력 수신부(20)의 수신 안테나(21)로부터 정류기(23)로 전달되는 교류 전력 신호에서 영-교차점(zero-crossing point)을 검출한다. 이때 교차점 검출기(31)는 전력 수신부(20)에서 무선 전력을 수신함에 따라 정류기(23)에서 출력 전력이 생성되면, 해당 전력을 이용해 곧바로 동작하여 수신 안테나(21)로부터 정류기(23)로 전달되는 교류 전력 신호에서 영-교차점을 검출할 수 있다.

클록 버퍼(32)는 교차점 검출기(31)에서 영-교차점을 검출함에 따른 출력 신호를 클록 분배기(33)로 전달한다.

클록 분배기(33)는 교차점 검출기(31)의 출력 신호를 이용해 클록 신호를 생성하여 수신 제어기(25)로 전달함으로써, 전력 수신부(20)의 동작에 필요한 클록 신호를 공급하는 역할을 한다.

도 1에 도시된 바를 참조하면, 전력 송신부(10)에서 송신하는 교류 무선 전력이 파형(1)을 가진다고 하면, 전력 수신부(20)에서 수신하는 교류 무선 전력은 이와 위상이 반대인 차동(differential) 신호의 파형(2)을 가지게 되고, 파형(1, 2)은 공통되는 영 교차점(3)을 갖게 된다. 이때 교차점 검출기(31)는 전력 수신부(20)의 수신 안테나(21)로부터 정류기(23)로 전달되는 교류 전력 신호의 파형(2)에서 영-교차점(3)을 검출함으로써 전력 송신부(10)에서 송신하는 무선 전력의 주파수를 알 수 있고, 송신 무선 전력의 주파수와 동기화된 출력 신호를 생성하여 클록 버퍼(32)를 통해 클록 분배기(33)로 전달한다. 이에 따라 클록 분배기(33)는 전력 송신부(10)의 무전 전력 송신 주파수에 대응하여 전력 수신부(20)의 동작을 위한 클록 신호를 수신 제어기(25)로 공급할 수 있으며, 그 결과 전력 수신부(20)의 동작 상황과 관계없이 항상 일정한 주파수의 클록 신호를 생성하여 공급하는 것이 가능하다.

이 경우 교차점 검출기(31)에서 검출하는 주파수는 전력 송신부(10)에서 송신 무선 전력의 주파수를 결정함에 따라 제어 가능하며, 송신 무선 전력이 일정 주파수를 가지는 경우 수신 전력 신호에 따라 클록 분배기(33)에서 출력하는 클록 신호 역시 일정한 주파수를 가지게 된다. 실시예에 따라서는 전력 송신부(10)의 무선 전력 송신 주파수를 변화시켜 전력 수신부(20)의 동작 클록을 변경시키는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 무선 전력 송수신 방법의 과정에 대해서는 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 방법의 과정을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 무선 전력 송수신 시스템의 전력 송신부에서 무선 전력을 송신하면(S1), 전력 수신부의 수신 안테나에서 무선 전력을 수신하여 정류기로 교류 전력을 전달한다(S2).

그리고 교차점 검출기는 수신 안테나로부터 정류기로 전달되는 교류 전력 신호에서 영-교차점을 검출하여 클록 분배기로 전달한다(S3).

단계(S3)의 교차점 검출기는, 정류기가 수신 안테나로부터 전달받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 부하에 전력을 공급하는 전력 변환기로 전달할 때, 정류기로부터 전력 변환기로 출력되는 전력을 이용하여 동작하여 영-교차점을 검출하는 동작을 수행하게 된다.

이후 클록 분배기는 교차점 검출기의 출력 신호를 이용해 클록 신호를 생성하고, 전력 수신부의 동작을 위해 수신 제어기로 전달한다(S4).

단계(S4)에서 클록 분배기가 생성하는 클록 신호는 전력 송신부의 무선 전력 송신 주파수와 일치된다.

이와 같은 과정을 통해 전력 수신부의 동작을 위한 전원이 존재하지 않는 상황에서도, 송신 무선 전력을 이용해 초기에 전력 수신부의 동작을 위한 클록 신호를 생성하여 안정적으로 동작하는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송수신 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

10: 전력 송신부 11: 전원
12: 무선 전력 송신기 13, 22: 임피던스 매칭기
14: 송신 안테나 20: 전력 수신부
21: 수신 안테나 23: 정류기
24: 전력 변환기 25: 수신 제어기
26: 수신 통신기 30: 클록 생성부
31: 교차점 검출기 32: 클록 버퍼
33: 클록 분배기 100: 무선 전력 송수신 시스템

Claims (6)

1. 무선 전력을 송신하는 전력 송신부;
   무선 전력을 수신하여 부하에 전력을 공급하는 전력 수신부; 및
   상기 전력 수신부에서 수신한 무선 전력을 이용해 상기 전력 수신부의 동작을 위한 클록 신호를 생성하는 클록 생성부;
   를 포함하는 무선 전력 송수신 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전력 수신부는,
   상기 전력 송신부에서 송신한 무선 전력을 수신하는 수신 안테나;
   상기 수신 안테나로부터 교류 전력을 전달받아 직류 전력으로 변환하는 정류기;
   상기 정류기로부터 전달된 직류 전력을 이용해 부하에 전력을 공급하는 전력 변환기; 및
   상기 정류기와 상기 전력 변환기의 동작 제어를 위한 수신 제어기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 클록 생성부는,
   상기 수신 안테나로부터 상기 정류기로 전달되는 교류 전력 신호에서 영-교차점(zero-crossing point)을 검출하는 교차점 검출기; 및
   상기 교차점 검출기의 출력 신호를 이용해 클록 신호를 생성하여 상기 수신 제어기로 전달하는 클록 분배기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 교차점 검출기는,
   상기 정류기의 출력 전력을 이용해 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 시스템.
5. 수신 안테나가 전력 송신부에서 송신된 무선 전력을 수신하여 정류기로 교류 전력을 전달하는 단계;
   교차점 검출기가 상기 수신 안테나로부터 상기 정류기로 전달되는 교류 전력 신호에서 영-교차점(zero-crossing point)을 검출하는 단계; 및
   클록 분배기가 상기 교차점 검출기의 출력 신호를 이용해 클록 신호를 생성하는 단계;
   를 포함하는 무선 전력 송수신 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 교차점 검출기는,
   상기 정류기의 출력 전력을 이용해 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 방법.

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