KR20190041754A - 무선 전력 수신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 충전을 위한 무선 전력 수신 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치는 적어도 하나의 접지 탭을 포함하는 수신 안테나와 상기 수신 안테나로부터 수신되는 교류 전력 신호를 정류하여 직류 전력 신호로 변환하는 정류기와 상기 직류 출력 전압을 소정 직류 출력 전압으로 변환하는 전력 변환기와 상기 변환된 직류 출력 전압을 수신하는 부하를 포함하고, 상기 정류기는 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 하프 브릿지 정류기일 수 있다. 따라서, 본 발명은 전력 손실이 적고, 발열 특성이 우수한 무선 전력 수신 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 전력 수신 방법 및 장치{Wireless Power Reception Method and Apparatus}

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 전력 손실을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 수신 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.

언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.

무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 고주파, Microwave, 레이저 등과 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.

현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.

자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다.

자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.

자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다.

하지만, 자기 공진 방식은 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.

단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다.

단파장 무선 전력 전송 방식은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.

다양한 기기에 무선 충전 기능이 탑재되고, 무선 전력 수신 장치에 의해 요구되는 전력의 세기가 증가됨에 따라, 충전 효율을 극대화시키는 것이 중요하다.

특히, 무선 전력 수신기의 정류 회로에서 손실되는 전력을 최소화시키는 것이 전체적인 충전 효율을 높이는데 중요하다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 충전 효율이 높은 무선 전력 수신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 정류기에 사용되는 다이오드의 개수를 최소화시킴으로써, 다이오드에 의한 전압 강하를 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 수신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 무선 충전을 위한 무선 전력 수신 방법 및 그를 위한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치는 적어도 하나의 접지 탭을 포함하는 수신 안테나와 상기 수신 안테나로부터 수신되는 교류 전력 신호를 정류하여 직류 전력 신호로 변환하는 정류기와 상기 직류 전력 신호의 전압을 소정 직류 출력 전압으로 변환하는 전력 변환기와 상기 변환된 직류 출력 전압을 수신하는 부하를 포함하고, 상기 정류기는 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 하프 브릿지 정류기일 수 있다.

여기서, 상기 제1 다이오드는 상기 수신 안테나의 제1 단자에 연결되고, 상기 제2 다이오드는 상기 수신 안테나의 제2 단자에 연결될 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 수신 장치는 상기 제1 다이오드에 인가되는 제1 전압을 측정하는 제1 전압 센서와 상기 제2 다이오드에 인가되는 제2 전압을 측정하는 제2 전압 센서와 상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 비교하여 상기 적어도 하나의 접지 탭을 선택하여 접지 회로에 연결시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 무선 전력 수신 장치는 상기 선택된 접지 탭과 상기 접지 회로를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 접지 스위치를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 접지 스위치는 상기 적어도 하나의 접지 탭의 개수에 상응하는 스위치를 포함할 수 있다.

일 실시 예로, 상기 접지 탭의 개수가 1이면, 상기 수신 안테나상의 상기 접지 탭의 위치는 상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 상기 수신 안테나가 정렬된 상태에서, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압이 동일하게 측정되는 위치로 결정될 수 있다.

다른 일 실시 예로, 상기 접지 탭의 개수가 복수인 경우, 상기 제어기는 상기 제1 전압과 제2 전압의 세기를 비교하여, 상기 복수의 접지 탭 중 상기 접지 회로에 연결할 접지 탭을 선택할 수 있다.

또한, 상기 제어기는 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 차이가 소정 기준치를 초과하면, 상기 제1 전압과 제2 전압의 세기를 비교할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 수신 안테나를 통해 수신된 교류 전력 신호를 직류 전력 신호로 변환하는 정류기가 구비된 무선 전력 수신 장치에서의 무선 전력 수신 방법은 복수의 접지 탭을 포함하는 상기 수신 안테나의 양단과 상기 정류기를 구성하는 다이오드 사이의 전압을 측정하는 측정 단계와 상기 측정된 전압에 기반하여 상기 복수의 접지 탭 중 접지 회로에 연결할 접지 탭을 선택하는 선택 단계와 구비된 접지 스위치를 제어하여 상기 선택된 접지 탭과 상기 접지 회로를 연결시키는 연결 단계를 포함하고, 상기 정류기는 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 하프 브릿지 정류기인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 다이오드는 상기 수신 안테나의 제1 단자에 연결되고, 상기 제2 다이오드는 상기 수신 안테나의 제2 단자에 연결될 수 있다.

또한, 상기 측정 단계는 상기 제1 다이오드에 인가되는 제1 전압을 측정하는 단계와 상기 제2 다이오드에 인가되는 제2 전압을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 비교하여 상기 복수의 접지 탭 중 상기 접지 회로에 연결할 접지 탭을 선택할 수 있다.

또한, 상기 복수의 접지 탭 중 상기 수신 안테나의 중앙에 배치된 접지 탭은 상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 상기 수신 안테나가 정렬된 상태에서, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압이 동일하게 측정되는 위치로 결정될 수 있다.

또한, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 차이가 소정 기준치를 초과하면, 상기 제1 전압과 제2 전압의 세기를 비교하여 상기 복수의 접지 탭 중 상기 접지 회로에 연결할 접지 탭을 선택할 수 있다.

또한, 상기 접지 스위치는 상기 복수의 접지 탭의 개수에 상응하는 스위치를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템은 송신 코일을 이용하여 무선으로 교류 전력 신호를 전송하는 무선 전력 송신 장치와 상기 교류 전력 신호를 수신하고, 적어도 하나의 접지 탭을 포함하는 수신 안테나와 상기 수신 안테나로부터 수신되는 교류 전력 신호를 정류하여 직류 전력 신호로 변환하는 정류기와 상기 직류 전력 신호의 전압을 소정 직류 출력 전압으로 변환하는 전력 변환기와 상기 변환된 직류 출력 전압을 수신하는 부하를 포함하는 무선 전력 수신 장치를 포함하고, 상기 정류기는 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 하프 브릿지 정류기인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 무선 전력 수신 방법들 중 어느 하나의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명에 따른 방법, 장치 및 시스템에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 충전 효율이 높은 무선 전력 수신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 정류 소자에 의한 발열을 최소화시키는 것이 가능한 무선 전력 수신 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 풀 브릿지 정류 회로를 사용하는 무선 전력 수신 장치에 비해 가격 경쟁력이 높은 무선 전력 수신 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 정류기에 사용되는 다이오드의 개수를 최소화시킴으로써, 충전 효율 및 발열 특성이 개선된 무선 전력 수신 장치를 제공하는 장점이 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 상기 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 풀 브릿지 다이오드 정류 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 일 예에 따른 쇼트키 다이오드의 등가 모델을 나타낸다.
도 7 내지 8은 풀 브릿지 정류기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 종래의 풀 브릿지 정류기가 포함된 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신 안테나의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다.

또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다.

이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.

여기서, 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다.

여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)로 구성될 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.

다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.

상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.

일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.

반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다.

일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.

또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다.

무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다.

도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.

이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 3을 참조하면 무선 전력 송신기(300)는 크게, 전력 변환부(310), 전력 전송부(320), 통신부(330), 제어부(340), 센싱부(350)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 무선 전력 송신기(300)의 구성은 반드시 필수적인 구성은 아니어서, 그보다 많거나 적은 구성 요소를 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전력 변환부(310)는 전원부(360)로부터 DC 전원이 공급되면, 이를 소정 세기의 교류 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이를 위해, 전력 변환부(310)는 DC/DC 변환부(311), 인버터(312) 및 주파수 생성기(313)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 인버터(312)는 하프 브릿지 인버터 또는 풀 브릿지 인버터일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 직류 전력을 특정 동작 주파수를 가지는 교류 전력으로 변환할 수 있는 회로 구성이면 족하다.

DC/DC 변환부(311)는 전원부(350)로부터 공급된 DC 전력을 제어부(340)의 제어 신호에 따라 특정 세기의 DC 전력으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

이때, 센싱부(350)는 DC 변환된 전력의 전압/전류 등을 측정하여 제어부(340)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(350)는 과열 발생 여부 판단을 위해 무선 전력 송신기(300)의 내부 온도를 측정하고, 측정 결과를 제어부(340)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 제어부(340)는 센싱부(350)에 의해 측정된 전압/전류 값에 기반하여 적응적으로 전원부(350)로부터의 전원 공급을 차단하거나, 인버터(312)에 전력이 공급되는 것을 차단할 수 있다.

이를 위해, 전력 변환부(310)의 일측에는 전원부(350)로부터 공급되는 전원을 차단하거나, 인버터(312)에 공급되는 전력을 차단하기 위한 소정 전력 차단 회로가 더 구비될 수도 있다.

인버터(312)는 DC/DC 변환된 직류 전력을 주파수 생성기(313)에 의해 생성된 기준 교류 신호-예를 들면, 펄스 폭 변조 신호일 수 있음-에 기반하여 교류 전력으로 변환할 수 있다. 이때, 기준 교류 신호의 주파수 는 제어부(340)의 제어 신호에 따라 동적으로 변경될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(300)는 동작 주파수를 조절하여 송출 전력의 세기를 조절할 수도 있다.

일 예로, 제어부(340)는 통신부(330)를 통해 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 전력 수신 상태 정보 또는(및) 전력 제어 신호에 기반하여 송출 전력의 세기를 조절할 수 있다.

일 예로, 전력 수신 상태 정보는 정류기 출력 전압의 세기 정보, 수신 코일에 인가되는 전류의 세기 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전력 제어 신호는 전력 증가를 요청하기 위한 신호, 전력 감소를 요청하기 위한 신호 등을 포함할 수 있다.

전력 전송부(320)는 다중화기(321)(또는 멀티플렉서), 송신 코일부(322)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 송신 코일부(322)는 제1 내지 제n 송신 코일로 구성될 수 있다.

또한, 전력 전송부(320)는 전력 전송을 위한 특정 캐리어 주파수를 생성하기 위한 반송파 생성기(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 반송파 생성기는 다중화기(321)를 통해 전달 받은 인버터(312)의 출력 교류 전력과 믹싱하기 위한 특정 캐리어 주파수를 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 각각의 송신 코일에 전달되는 AC 전력의 주파수가 서로 상이할 수도 있음을 주의해야 한다.

본 발명의 다른 일 실시예는 LC 공진 특성을 송신 코일마다 상이하게 조절하는 기능이 구비된 소정 주파수 제어기를 이용하여 각각의 송신 코일 별 공진 주파수를 상이하게 설정할 수도 있다.

다중화기(321)는 제어부(340)에 의해 선택된 송신 코일로 교류 전력을 전달하기 위한 스위치 기능을 수행할 수 있다. 제어부(340)는 송신 코일 별 무선 전력 수신기로부터 수신되는 소정 신호 세기 지시자에 기반하여 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송에 사용할 송신 코일을 선택할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(340)는 복수의 무선 전력 수신기가 연결된 경우, 송신 코일 별 시분할 다중화를 통해 전력을 전송할 수도 있다.

예를 들어, 무선 전력 송신기(300)에 3개의 무선 전력 수신기-즉, 제1 내지 3 무선 전력 수신기-가 각각 3개의 서로 다른 송신 코일-즉, 제1 내지 3 송신 코일-을 통해 식별된 경우, 제어부(340)는 다중화기(321)를 제어하여, 특정 타임 슬롯에 특정 송신 코일을 통해서만 교류 전력이 송출될 수 있도록 제어할 수도 있다.

여기서, 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯의 길이에 따라 해당 무선 전력 수신기로 전송되는 전력의 양이 제어될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 예는 송신 코일 별 할당된 타임 슬롯 동안 DC/DC 변환기(311)의 출력 직류 전력의 세기를 제어하여 무선 전력 수신기 별 송출 전력을 제어할 수도 있다.

제어부(340)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 제1 내지 제n 송신 코일(322)을 통해 감지 신호가 순차적으로 송출될 수 있도록 다중화기(321)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(340)는 감지 신호가 전송될 시점을 타이머(355)를 이용하여 식별할 수 있으며, 감지 신호 전송 시점이 도래하면, 다중화기(321)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 감지 신호가 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.

일 예로, 타이머(350)는 감지 신호를 전송해야 하는 단계 동안 소정 주기로 특정 이벤트 신호를 제어부(340)에 송출할 수 있으며, 제어부(340)는 해당 이벤트 신호가 감지될 때마다, 다중화기(321)를 제어하여 해당 송신 코일을 통해 특정 감지 신호가이 송출될 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(340)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 복조부(332)로부터 어느 송신 코일을 통해 신호 세기 지시자(Signal Strength Indicator)가 수신되었는지를 식별하기 위한 소정 송신 코일 식별자 및 해당 송신 코일을 통해 수신된 신호 세기 지시자를 수신할 수 있다.

연이어, 제2차 감지 신호 송출 절차에서 제어부(340)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일(들)을 통해서만 감지 신호가 송출될 수 있도록 다중화기(321)를 제어할 수도 있다.

다른 일 예로, 제어부(340)는 제1차 감지 신호 송출 절차 동안 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일이 복수개인 경우, 가장 큰 값을 갖는 신호 세기 지시자가 수신된 송신 코일을 제2차 감지 신호 송출 절차에서 감지 신호를 가장 먼저 송출할 송신 코일로 결정하고, 결정 결과에 따라 다중화기(321)를 제어할 수도 있다.

통신부(330)는 변조부(331)와 복조부(332) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

변조부(331)는 제어부(340)에 의해 생성된 제어 신호를 변조하여 다중화기(321)에 전달할 수 있다. 여기서, 제어 신호를 변조하기 위한 변조 방식은 FSK(Frequency Shift Keying) 변조 방식, 맨체스터 코딩(Manchester Coding) 변조 방식, PSK(Phase Shift Keying) 변조 방식, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식, 차등 2단계(Differential bi-phase) 변조 방식 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

복조부(332)는 송신 코일을 통해 특정 신호가 감지되면, 감지된 신호를 복조하여 제어부(340)에 전송할 수 있다. 여기서, 복조된 신호에는 신호 세기 지시자, 무선 전력 전송 중 전력 제어를 위한 오류 정정(EC:Error Correction) 지시자, 충전 완료(EOC: End Of Charge) 지시자, 과전압/과전류/과열 지시자 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 수신기의 상태를 식별하기 위한 각종 상태 정보가 포함될 수 있다.

또한, 복조부(332)는 복조된 신호가 어느 송신 코일로부터 수신된 신호인지를 식별할 수 있으며, 식별된 송신 코일에 상응하는 소정 송신 코일 식별자를 제어부(340)에 제공할 수도 있다.

또한, 복조부(332)는 송신 코일(323)을 통해 수신된 신호를 복조하여 제어부(340)에 전달할 수 있다. 일 예로, 복조된 신호는 신호 세기 지시자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 복조 신호는 무선 전력 수신기의 각종 상태 정보를 포함할 수 있다.

일 예로, 무선 전력 송신기(300)는 무선 전력 전송에 사용되는 동일한 주파수를 이용하여 무선 전력 수신기와 통신을 수행하는 인밴드(In-Band) 통신을 통해 상기 신호 세기 지시자를 획득할 수도 있다.

또한, 무선 전력 송신기(300)는 송신 코일부(322)을 이용하여 무선 전력을 송출할 수 있을 뿐만 아니라 송신 코일부(322)을 통해 무선 전력 수신기와 각종 제어 신호 및 상태 정보를 교환할 수도 있다. 다른 일 예로, 송신 코일부(322)의 제1 내지 제n 송신 코일에 각각 대응되는 별도의 코일이 무선 전력 송신기(300)에 추가로 구비될 수 있으며, 구비된 별도의 코일을 이용하여 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행할 수도 있음을 주의해야 한다.

이상이 도 3의 설명에서는 무선 전력 송신기(300)와 무선 전력 수신기가 인밴드 통신을 수행하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 수행할 수 있다.

일 예로, 근거리 양방향 통신은 저전력 블루투스 통신, RFID 통신, UWB 통신, 지그비 통신 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 이상의 도 3의 설명에서는 무선 전력 송신기(300)의 전력 전송부(320)가 다중화기(321)와 복수의 송신 코일(322)을 포함하나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예에 따른 전력 전송부(320)는 하나의 송신 코일로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.

도 4는 상기 도 3에 따른 무선 전력 송신기와 연동되는 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 무선 전력 수신기(400)는 수신 코일(410), 정류기(420), 직류/직류 변환기(DC/DC Converter, 430), 부하(440), 센싱부(450), 통신부(460), 주제어부(470)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 통신부(460)는 복조부(461) 및 변조부(462) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 도 4의 예에 도시된 무선 전력 수신기(400)는 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신기(300)와 정보를 교환할 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 통신부(460)는 무선 전력 신호 전송에 사용되는 주파수 대역과는 상이한 주파수 대역을 통해 근거리 양방향 통신을 제공할 수도 있다.

수신 코일(410)을 통해 수신되는 AC 전력은 정류기(420)에 전달할 수 있다. 정류기(420)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 직류/직류 변환기(430)에 전송할 수 있다. 직류/직류 변환기(430)는 정류기 출력 DC 전력의 세기를 부하(440)에 의해 요구되는 특정 세기로 변환한 후 부하(440)에 전달할 수 있다.

센싱부(450)는 정류기(420) 출력 DC 전력의 세기를 측정하고, 이를 주제어부(470)에 제공할 수 있다. 또한, 센싱부(450)는 무선 전력 수신에 따라 수신 코일(410)에 인가되는 전류의 세기를 측정하고, 측정 결과를 주제어부(470)에 전송할 수도 있다. 또한, 센싱부(450)는 무선 전력 수신기(400)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 주제어부(470)에 제공할 수도 있다.

일 예로, 주제어부(470)는 측정된 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 와 비교하여 과전압 발생 여부를 판단할 수 있다.

판단 결과, 과전압이 발생된 경우, 과전압이 발생되었음을 알리는 소정 패킷을 생성하여 변조부(462)에 전송할 수 있다.

여기서, 변조부(462)에 의해 변조된 신호는 수신 코일(410) 또는 별도의 코일(미도시)을 통해 무선 전력 송신기(300)에 전송될 수 있다.

또한, 주제어부(470)는 정류기 출력 DC 전력의 세기가 소정 기준치 이상인 경우, 감지 신호가 수신된 것으로 판단할 수 있으며, 감지 신호 수신 시, 해당 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(462)를 통해 무선 전력 송신기(300)에 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

다른 일 예로, 복조부(761)는 수신 코일(410)과 정류기(420) 사이의 AC 전력 신호 또는 정류기(420) 출력 DC 전력 신호를 복조하여 감지 신호의 수신 여부를 식별한 후 식별 결과를 주제어부(470)에 제공할 수 있다. 이때, 주제어부(470)는 감지 신호에 대응되는 신호 세기 지시자가 변조부(462)를 통해 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

도 5는 풀 브릿지 다이오드 정류 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.

도 5를 참조하면, 풀 브릿지 다이오드 정류 회로는 4개의 다이오드(D1, D2, D3 및 D4)를 포함하여 구성될 수 있다. 풀 브릿지 다이오드 정류 회로에서, 하나의 경로(path)는 후술할 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 2개의 다이오드를 지나게 된다. 즉, 하나의 경로를 통과하는 전류는 항상 2개의 다이오드를 통과하게 된다.

전류가 다이오드를 통과하면, 해당 다이오드의 특성에 따라 일정 레벨의 전압 강하가 발생될 수 있다.

일 예로, 후술할 도 6의 쇼트키 다이오드를 사용하여 풀 브릿지 다이오드 정류기가 구성될 수 있다. 이때, 쇼트키 다이오드 하나의 전압 강하 레벨은 0.48V라 가정하자. 해당 정류기에 0.5A의 전류가 인가되면, 쇼트키 다이오드에 의한 강하 전압은 2 × 0.48V = 0.96V가 된다.

따라서, 쇼트키 다이오드에서 소비되는 전력-즉, 풀 브릿지 다이오드 정류기에 의해 소비되는 전력-은 0.96V × 0.5A = 0.48W가 된다.

물론, 다이오드를 사용하는 Passive Type Full Bridge 정류기 대신 MOSFET을 사용하는 Active Type Full Bridge 정류기를 사용하면, 정류 효율이 개선될 수는 있으나, Active Type Full Bridge 정류기는 Passive Type Full Bridge에 비해 가격이 높을 뿐만 아니라 무선 전력 신호의 동작 주파수가 변동하는 경우, MOSFET의 스위칭 동기를 맞추기 어려워 손실이 증가하는 단점이 있다.

따라서, 정류기 손실을 최소화시킴으로써, 충전 효율을 최대화시킬 수 있는 정류기가 필요하다.

도 6은 일 예에 따른 쇼트키 다이오드의 등가 모델을 나타낸다.

쇼트키 다이오드(610)는 이상적인 다이오드(ideal diode)(620), 턴 온(turn)이 될 때 필요한 Von 전압(630) 및 흐르는 전류에 따라 특성이 바뀌는 Ron 저항(640)을 포함할 수 있다.

쇼트키 다이오드(610)는 이상적인 다이오드(ideal diode)(620), Von 전압(630) 및 Ron 저항(640)이 직렬로 연결된 것으로 간주될 수 있다.

따라서, 쇼트키 다이오드(610)에 전류가 인가되면, 일정 레벨의 전압 강화와 함께 저항에 의한 발열 손실이 발생될 수 있다.

제조사 및 공정에 따라, 다양한 성능의 쇼트키 다이오드가 존재할 수 있다. 따라서, 고효율의 정류 회로를 설계하기 위하여, 일정한 전류 레벨에서 일정 값 이하의 강하 전압을 갖는 쇼트키 다이오드가 선정될 필요가 있다.

도 7 내지 8은 풀 브릿지 정류기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

풀 브릿지 정류기는 전파 정류기로 동작하며, 4개의 다이오드로 구성된다.

일 예로, 5V의 진폭을 가지는 교류 신호(Vin)이 풀 브릿지 정류기에 입력된다고 가정하자.

입력되는 교류 신호(Vin)이 0V보다 큰 경우, 상기 도 7에 도시된 바와 같이, 다이오드 D1과 다이오드 D3가 도통하게 된다.

반면, 입력되는 교류 신호(Vin)이 0V보다 큰 경우, 상기 도 8에 도시된 바와 같이, 다이오드 D2과 다이오드 D4가 도통하게 된다.

따라서, 모든 다이오드가 동일한 특성을 가지고, 다이오드 하나의 전압 강하 레벨이 0.7V이면, 출력 전압(Vout)의 진폭은 5V-(2X0.7V) = 3.6V가 된다.

도 9는 종래의 풀 브릿지 정류기가 포함된 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 무선 전력 수신기(900)는 수신 코일(910), 정류기(920) 및 부하(930)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 정류기(920)는 풀 브릿지 정류 회로(921)와 평활 캐패시터(922)를 포함하여 구성될 수 있다.

풀 브릿지 정류 회로(921)는 수신 코일(910)을 통해 수신된 교류 전력 신호를 전파 정류할 수 있다. 전파 정류된 전력 신호는 평활 캐패시터(922)에 의해 평활되어 일정한 레벨의 DC 전력 신호로 변환될 수 있다.

이때, 변환된 DC 전력 신호는 부하(930)에 전달된다. 여기서, 무선 전력 수신기(900)는 평활 캐패시터(922)와 부하(930) 사이에 DC/DC 컨버터(미도시)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.

상세하게, 도 10은 수동형 하프 브릿지 정류기(Passive Type Half Bridge Rectifier)가 구비된 무선 전력 수신 장치(1000)를 보여준다.

도 10을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(1000)는 수신 안테나(1010), 정류기(1020), 전력변환기(1030) 및 부하(1040)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 정류기(1020)는 수동형 하프 브릿지 정류기일 수 있으며, 제1 다이오드(D1, 1021), 제2 다이오드(D2, 1022) 및 평활 캐패시터(C1, 1023)을 포함하여 구성될 수 있다.

수신 안테나(1010)는 수신 코일(1011)과 수신 코일(1011)의 일측에서 분기되어 접지 단자에 연결되는 접지 연결선(1012)을 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로, 수신 코일(1011)은 후술할 도 11에 도시된 바와 같이, 피복된 리드 선이 복수의 턴을 가지도록 감겨진 평면 코일의 형태일 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 구리판 등을 에칭하여 만든 에칭 코일, 인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄된 패턴 코일, 3차원 구조를 가지는 헬리컬 코일 등이 사용될 수도 있다.

수신 코일(1011)상에서 접지 연결선(1012)이 분기되는 위치-즉, 접지 탭의 위치-는 송신 코일과 수신 코일이 정렬된 상태에서 다이오드 D1(1021)에 인가되는 전압 V1과 다이오드 D2(1022)에 인가되는 전압 V2가 동일하게 되는 지점으로 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치(1000)는 하프 브릿지 정류기를 채용하였지만, 수신 코일(1011)에 접지 탭(Ground Tap)을 구성함으로써, 별도의 트랜스포머를 사용하지 않고도, 2개의 다이오드를 통해 전파 정류를 수행할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치(1000)는 무선 전력 송신 장치의 충전 영역에 배치되면, 송신 코일과의 조합을 통해 트랜스포머(Transformer)를 형성하므로, 별도의 트랜스포머를 무선 전력 수신 장치 내부에 장착할 필요가 없는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치(1000)의 하프 브릿지 정류기(1020)에서, 하나의 경로(path)는 하나의 다이오드를 지나게 된다. 즉, 하나의 경로를 통과하는 전류는 항상 1개의 다이오드를 통과하게 된다.

따라서, 본원 발명에 따른 정류기는 동일 특성의 다이오드 사용 시 풀 브릿지 다이오드 정류 회로를 사용하는 종래의 정류기에 비해 절반의 전압 강하를 발생시킬 수 있으며, 그에 따라 전력 손실을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치(1000)는 하프 브릿지 정류기(1020)를 사용함에도 불구하고, 별도의 트랜스포머를 사용하지 않음으로, 제조 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치(1000)는 풀 브릿지 다이오드 정류 회로를 사용하는 종래의 정류기에 비해 절반의 다이오드를 사용하므로, 전력 수신 시 정류기 자체에서 발생되는 열을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신 안테나의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 수신 안테나(1110)는 기판(1120)위에 배치될 수 있다. 여기서, 기판(1120)은 절연 기판으로, 예를 들어 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB), 세라믹 기판, 프리-몰딩(pre-molded) 기판, 또는 DBC(direct bonded copper) 기판이거나, 절연된 금속 기판(insulated metalsubstrate, IMS)일 수 있다.

기판(1120)의 일측에는 수신 안테나(1110)의 양단(1111, 1112) 및 수신 코일(1110)에서 분기된 접지 탭(1113)이 연결되는 안테나 연결 단자판(1130)이 배치될 수 있다.

여기서, 안테나 연결 단자판(1130)은 제1 단자(1111)가 전기적으로 연결되는 제1 포트(1131), 제2 단자(1112)가 전기적으로 연결되는 제2 포트(1132) 및 접지 탭(1113)과 전기적으로 연결되는 제3 포트(1133)을 포함하여 구성될 수 있다. 제3 포트(1133)는 무선 전력 수신 장치에 구비된 접지 회로(미도시)에 연결된다.

한편, 본 실시예에서는 수신 안테나(1110)가 전체적으로 사각 형상의 소용돌이 형태로 형성되는 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 원형이나 다각형 형상의 소용돌이 형태로 형성하는 등 다양한 응용이 가능하다.

도 12는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면, 무선 전력 수신 장치(1200)는 수신 안테나(1210), 전압 센서(1220), 정류기(1230), 전력 변환기(1240), 부하(1250), 접지 스위치(1260) 및 제어기(1270)를 포함하여 구성될 수 있다.

전압 센서(1220)는 제1 전압 센서(VD1, 1221) 및 제2 전압 센서(VD2, 1222)를 포함할 수 있다.

정류기(1230)는 수동형 하프 브릿지 정류기일 수 있으며, 제1 다이오드(D1, 1231), 제2 다이오드(D2, 1232) 및 평활 캐패시터(C1, 1233)을 포함하여 구성될 수 있다.

접지 스위치(1260)는 제1 스위치(1261), 제2 스위치(1262) 및 제3 스위치(1263)을 포함할 수 있다.

제어기(1270)는 전압 센서(1220)에 의해 측정된 전압 값에 기반하여 접지 스위치(1260)를 제어할 수 있다.

제1 전압 센서(1221)는 수신 안테나(1210)의 제1 단자(1211)와 정류기(1230)의 제1 다이오드(1231)의 입력 단자에 연결되며, 제1 다이오드(1231)에 인가되는 전압의 세기를 측정할 수 있다. 이하, 제1 전압 센서(1221)에 의해 측정된 전압 값을 ‘VD1’으로 명하기로 한다.

제2 전압 센서(1222)는 수신 안테나(1210)의 제2 단자(1212)와 정류기(1230)의 제2 다이오드(1232)의 입력 단자에 연결되며, 제2 다이오드(1232)에 인가되는 전압의 세기를 측정할 수 있다. 이하, 제2 전압 센서(1222)에 의해 측정된 전압 값을 ‘VD2’로 명하기로 한다.

본 실시 예에 따른 수신 안테나(1210)는 복수의 접지 탭을 포함할 수 있다.

본 실시 예에서는 수신 안테나(1210)에 3개의 접지 탭(1213, 1214, 1215)이 구성된 것을 예를 들어 설명하기로 하나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 그보다 많거나 적은 접지 탭을 포함하여 구성될 수도 있음을 주의해야 한다. 이때, 접지 스위치(1260)는 접지 탭의 개수에 상응하는 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 도 12를 참조하면, 제1 접지 탭(1213)은 제1 스위치(1261)와 연결되고, 제2 접지 탭(1214)은 제1 스위치(1262)와 연결되고, 제3 접지 탭(1215)은 제3 스위치(1263)와 연결될 수 있다. 이때, 각각의 스위치는 접지 회로(1280)에 연결될 수 있다.

일 예로, 수신 안테나(1210)상에서의 제2 접지 탭(1214)의 위치는 무선 전력 송신기의 송신 안테나와 무선 전력 수신기의 수신 안테나가 잘 정렬된 상태에서 VD1과 VD2가 동일하게 되는 지점으로 결정될 수 있다.

상기 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 접지 탭(1213)은 제2 접지 탭(1214)을 중심으로 수신 안테나(1210)의 제1 단자(1211)에 가까운 위치에 배치되고, 제3 접지 탭(1214)은 제2 접지 탭(1214)을 중심으로 수신 안테나(1210)의 제2 단자(1212)에 가까운 위치에 배치될 수 있다.

초기 상태에서, 제어기(1270)는 제2 스위치(1262)를 단락(ON)시키고, 제1 스위치(1261) 및 제3 스위치(1263)을 개방(OFF)시킬 수 있다.

제어기(1270)는 VD1과 VD2의 값을 비교하여 동적으로 접지 스위치(1260)를 제어할 수 있다.

일 예로, VD1와 VD2의 차이 값이 소정 기준치 이내인 경우, 제어기(1270)는 초기 상태를 그대로 유지시킬 수 있다. 즉, 제어기(1270)는 제2 스위치(1262)를 단락(ON)시키고, 제1 스위치(1261) 및 제3 스위치(1263)을 개방(OFF)시킨 상태를 유지시킬 수 있다.

만약, VD1와 VD2의 차이 값이 소정 기준치를 초과하고, VD1이 VD2보다 크면, 제어기(1270)는 제1 스위치(1261)을 ON시키고, 나머지 스위치들(1262, 1263)을 OFF 시킬 수 있다.

반면, VD1와 VD2의 차이 값이 소정 기준치를 초과하고, VD2가 VD1보다 크면, 제어기(1270)는 제3 스위치(1263)을 ON시키고, 나머지 스위치들(1261, 1262)을 OFF 시킬 수 있다.

상기와 같은 제어 동작을 통해, 제어기(1270)는 VD1과 VD2의 전압 차이가 소정 기준치 이내를 유지하도록 제어할 수 있다.

제2 스위치(1262)만이 ON된 상태에서 측정되는 VD1과 VD2는 송신 안테나와 수신 안테나의 정렬 상태에서 따라 변할 수 있다.

만약, VD1과 VD2의 차이가 큰 경우, 정류기에서의 정류 효율이 급격히 떨어지며, 그에 따라 많은 전력 손실을 야기하거나, 충전이 중단될 수 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치는 VD1과 VD2를 실시간 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 동적으로 접지 탭의 위치를 제어함으로써, VD1과 VD2의 차이 값이 일정 범위 이내에서 동작되도록 제어할 수 있는 장점이 있다.

상술한 실시예에 따른 방법들은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (15)

1. 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에 있어서,
   적어도 하나의 접지 탭을 포함하는 수신 안테나;
   상기 수신 안테나로부터 수신되는 교류 전력 신호를 정류하여 직류 전력 신호로 변환하는 정류기;
   상기 직류 전력 신호의 전압을 소정 직류 출력 전압으로 변환하는 전력 변환기; 및
   상기 변환된 직류 출력 전압을 수신하는 부하
   를 포함하고, 상기 정류기는 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 하프 브릿지 정류기인 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 다이오드는 상기 수신 안테나의 제1 단자에 연결되고, 상기 제2 다이오드는 상기 수신 안테나의 제2 단자에 연결되는, 무선 전력 수신 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 다이오드에 인가되는 제1 전압을 측정하는 제1 전압 센서;
   상기 제2 다이오드에 인가되는 제2 전압을 측정하는 제2 전압 센서; 및
   상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 비교하여 상기 적어도 하나의 접지 탭을 선택하여 접지 회로에 연결시키는 제어부
   를 더 포함하는, 무선 전력 수신 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 선택된 접지 탭과 상기 접지 회로를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 접지 스위치를 더 포함하는, 무선 전력 수신 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 접지 스위치는 상기 적어도 하나의 접지 탭의 개수에 상응하는 스위치를 포함하는, 무선 전력 수신 장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 접지 탭의 개수가 1이면, 상기 수신 안테나상의 상기 접지 탭의 위치는 상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 상기 수신 안테나가 정렬된 상태에서, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압이 동일하게 측정되는 위치로 결정되는, 무선 전력 수신 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 접지 탭의 개수가 복수인 경우, 상기 제어기는 상기 제1 전압과 제2 전압의 세기를 비교하여, 상기 복수의 접지 탭 중 상기 접지 회로에 연결할 접지 탭을 선택하는, 무선 전력 수신 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 차이가 소정 기준치를 초과하면, 상기 제1 전압과 제2 전압의 세기를 비교하는, 무선 전력 수신 장치.
9. 수신 안테나를 통해 수신된 교류 전력 신호를 직류 전력 신호로 변환하는 정류기가 구비된 무선 전력 수신 장치에서의 무선 전력 수신 방법에 있어서,
   복수의 접지 탭을 포함하는 상기 수신 안테나의 양단과 상기 정류기를 구성하는 다이오드 사이의 전압을 측정하는 측정 단계;
   상기 측정된 전압에 기반하여 상기 복수의 접지 탭 중 접지 회로에 연결할 접지 탭을 선택하는 선택 단계; 및
   구비된 접지 스위치를 제어하여 상기 선택된 접지 탭과 상기 접지 회로를 연결시키는 연결 단계;
   를 포함하고, 상기 정류기는 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 하프 브릿지 정류기인 것을 특징으로 하는, 무선 전력 수신 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 다이오드는 상기 수신 안테나의 제1 단자에 연결되고, 상기 제2 다이오드는 상기 수신 안테나의 제2 단자에 연결되는, 무선 전력 수신 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 측정 단계는
    상기 제1 다이오드에 인가되는 제1 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 제2 다이오드에 인가되는 제2 전압을 측정하는 단계
    를 포함하고, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 비교하여 상기 복수의 접지 탭 중 상기 접지 회로에 연결할 접지 탭을 선택하는, 무선 전력 수신 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 접지 탭 중 상기 수신 안테나의 중앙에 배치된 접지 탭은 상기 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 상기 수신 안테나가 정렬된 상태에서, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압이 동일하게 측정되는 위치로 결정되는, 무선 전력 수신 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압의 차이가 소정 기준치를 초과하면, 상기 제1 전압과 제2 전압의 세기를 비교하여 상기 복수의 접지 탭 중 상기 접지 회로에 연결할 접지 탭을 선택하는, 무선 전력 수신 방법.
14. 제9항에 있어서,
    상기 접지 스위치는 상기 복수의 접지 탭의 개수에 상응하는 스위치를 포함하는, 무선 전력 수신 방법.
15. 송신 코일을 이용하여 무선으로 교류 전력 신호를 전송하는 무선 전력 송신 장치; 및
    상기 교류 전력 신호를 수신하고, 적어도 하나의 접지 탭을 포함하는 수신 안테나와 상기 수신 안테나로부터 수신되는 교류 전력 신호를 정류하여 직류 전력 신호로 변환하는 정류기와 상기 직류 전력 신호의 전압을 소정 직류 출력 전압으로 변환하는 전력 변환기와 상기 변환된 직류 출력 전압을 수신하는 부하를 포함하는 무선 전력 수신 장치
    를 포함하고, 상기 정류기는 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 하프 브릿지 정류기인 것을 특징으로 하는, 무선 충전 시스템.

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