KR20190048925A - 출력 전압을 제어하는 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

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Abstract

출력 전압을 제어하는 무선 전력 수신 장치가 개시된다. 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 제1 코일과 제1 커패시터가 연결된 제1 정류기; 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 제2 코일과 제2 커패시터가 연결된 제2 정류기 -상기 제1 정류기와 제2 정류기는 병렬로 연결됨-; 상기 제1 정류기의 어느 한쪽 단에 연결되는 제1 스위치; 및 상기 제2 정류기의 양 단에 연결되는 제2 스위치 및 제3 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프(On/Off) 동작에 따라 상기 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 다르게 결정될 수 있다.

Description

출력 전압을 제어하는 무선 전력 수신 장치{WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS CONTROLLING OUTPUT VOLTAGE}
본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선 전력을 수신함에 있어서 출력 전압을 제어하는 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.
무선 전력 전송 기술은 전선을 사용하지 않고 전력을 전송하는 기술을 의미한다. 무선으로 전력을 전송하는 방식으로는 전자기파, 자기 유도, 자기 공진, 전기 공진 등의 다양한 방식이 있다.
무선 전력 전송 기술이 발전되면서, 하나의 무선 전력 전송 장치가 복수의 무선 전력 수신 장치를 동시에 충전할 수도 있다. 이때, 복수의 무선 전력 수신 장치가 서로 다른 결합 계수를 가지는 경우, 무선 전력 수신 장치의 출력 전압이 서로 다를 수 있다.
결합 계수의 차이로 인해 출력 전압이 서로 다를 경우, 복수의 무선 전력 수신 장치 중에 동작이 불가능한 무선 전력 수신 장치가 있을 수 있다. 예를 들어, 출력 전압이 작아서 부하에 충분한 전압이 공급되지 않거나 출력 전압이 커서 과전압에 의한 고장일 발생할 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신 장치의 출력 전압을 제어하는 기술이 필요하다.
본 발명은 복수의 스위치의 온/오프 동작에 따라 동작 모드가 결정됨으로써 무선 전력 수신 장치의 출력 전압이 조절되는 무선 전력 수신 장치를 제공한다.
본 발명은 복수의 스위치의 온/오프 동작에 따라 전류의 경로가 변경됨으로써 출력 전압이 증가하는 동작 모드, 출력 전압이 유지되는 동작 모드 및 출력 전압이 감소하는 동작 모드 중 하나의 동작 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 제1 코일과 제1 커패시터가 연결된 제1 정류기; 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 제2 코일과 제2 커패시터가 연결된 제2 정류기 -상기 제1 정류기와 제2 정류기는 병렬로 연결됨-; 상기 제1 정류기의 어느 한쪽 단에 연결되는 제1 스위치; 및 상기 제2 정류기의 양 단에 연결되는 제2 스위치 및 제3 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프(On/Off) 동작에 따라 상기 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 다르게 결정될 수 있다.
상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는, 모스펫 및 상기 모스펫과 병렬로 연결된 다이오드로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 상기 제1 스위치가 오프 되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 온 되면, 상기 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 부스트(boost) 모드로 결정될 수 있다.
상기 부스트 모드는, 상기 제2 정류기에 흐르는 전류로 루프가 형성되고, 상기 제2 코일의 인덕턴스가 상기 형성된 루프의 전류에 의해 증가되는 동작 모드일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 온 되고, 상기 제3 스위치가 오프 되면, 상기 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 노말(normal) 모드로 결정될 수 있다.
상기 노말 모드는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 도선으로 동작되고, 상기 제3 스위치가 다이오드로 동작되는 동작 모드일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 모두 오프 되면, 동작 모드가 하프(half) 모드로 결정될 수 있다.
상기 하프 모드는, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 모두 다이오드로 동작되는 동작 모드일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 제1 코일 및 제2 코일을 포함하고, 상기 제1 코일은 N회 감겨지고, 상기 제2 코일은 M회 감겨지며, 상기 제1 코일은, 동일한 원 중심을 기준으로 제2 코일보다 안쪽에 위치할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 상기 제1 코일의 어느 한쪽 단에 제1 스위치가 연결될 수 있고, 상기 제2 코일의 양 단에 연결되는 제2 스위치 및 제3 스위치가 연결될 수 있다.
상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 모스펫 및 상기 모스펫과 병렬로 연결된 다이오드로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 상기 제1 코일의 양 단에 연결되는 제1 정류기; 및 상기 제2 코일의 양 단에 연결되는 제2 정류기를 더 포함하고, 상기 제1 정류기 및 상기 제2 정류기는 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프(On/Off) 동작에 따라 상기 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 복수의 스위치의 온/오프 동작에 따라 동작 모드가 결정됨으로써 무선 전력 수신 장치의 출력 전압이 조절될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 복수의 스위치의 온/오프 동작에 따라 전류의 경로가 변경됨으로써 무선 전력 수신 장치가 출력 전압이 증가하는 동작 모드, 출력 전압이 유지되는 동작 모드 및 출력 전압이 감소하는 동작 모드 중 하나의 동작 모드에서 동작될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 회로도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 부스트 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부스트 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치의 출력 전압을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하프 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하프 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 노말 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 코일 및 제2 코일을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 무선 전력 수신 장치(100), 제1 정류기(110), 제2 정류기(120)가 도시된다. 무선 전력 수신 장치(100)는 무선 전력 전송 장치(미도시됨)로부터 전력을 무선으로 수신하는 장치이다.
여기서, 무선 전력 수신 장치(100)는 휴대가 가능한 모든 전자 기기, 예컨대 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 출력 장치 등을 포함한다. 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(100)는 스마트폰, 스마트 패드, 카메라 등 무선 충전이 가능한 각종 전자기기일 수 있다.
무선 전력 수신 장치(100)는 제1 정류기(110) 및 제2 정류기(120)를 포함한다. 제1 정류기(110) 및 제2 정류기(120)는 교류를 직류로 바꾸는 장치이다. 제1 정류기(110) 및 제2 정류기(120)는 복수의 다이오드 및 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 제1 정류기(110) 및 제2 정류기(120)는 병렬로 부하에 연결될 수 있다. 그리고, 부하는 제1 정류기(110) 및 제2 정류기(120)로부터 전류, 전압 또는 전력을 공급 받을 수 있다.
제1 정류기(110)에는 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 제1 코일과 제1 커패시터가 연결될 수 있다. 즉, 제1 정류기(110)는 제1 코일에 흐르는 교류 전류를 직류 전류로 변환할 수 있다.
제2 정류기(120)에는 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 제2 코일과 제2 커패시터가 연결될 수 있다. 즉, 제2 정류기(120)는 제2 코일에 흐르는 교류 전류를 직류 전류로 변환할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(100)는 제1 정류기(110)의 어느 한쪽 단에 연결되는 제1 스위치를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 스위치는 모스펫(MOSFET) 및 모스펫과 병렬로 연결된 다이오드(diode)로 구성될 수 있다. 병렬로 연결된 다이오드는 모스펫의 바디(body) 다이오드일 수 있다. 그리고, 제1 스위치는 제1 정류기(110)의 도선 중에서 접지와 연결되는 도선에 연결될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(100)는 제2 정류기(120)의 양 단에 연결되는 제2 스위치 및 제3 스위치를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 스위치 및 제3 스위치는 모두 모스펫 및 모스펫과 병렬로 연결된 다이오드로 구성될 수 있다. 병렬로 연결된 다이오드는 모스펫의 바디 다이오드일 수 있다. 그리고, 제2 스위치 및 제3 스위치는 제2 정류기(120)에서 접지와 연결되는 두 도선에 각각 연결될 수 있다.
제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치의 온/오프 동작에 따라 제1 정류기(110) 및 제2 정류기(120)의 전류의 흐름 또는 인덕턴스가 변화될 수 있다. 전류의 흐름 또는 인덕턴스가 변화될 경우, 제1 정류기(110) 및 제2 정류기(120)의 출력 전압이 변할 수 있다. 즉, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치의 온/오프 동작에 따라 무선 전력 수신 장치(100)의 동작 모드가 다르게 결정될 수 있다. 여기서, 동작 모드는 무선 전력 수신 장치(100)의 출력 전압에 따른 무선 전력 수신 장치(100)의 구동 방식을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 회로도를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 무선 전력 수신 장치(100)의 회로도(200)가 도시된다. 회로도(200)에는 제1 코일(211), 제1 커패시터(212), 제1 스위치(213), 다이오드(214~216), 제2 코일(221), 제2 커패시터(222), 제2 스위치(223), 제3 스위치(225), 다이오드(224, 226), 부하(231), 부하 커패시터(232)가 도시된다.
제1 코일(211), 제1 커패시터(212)는 제1 정류기(110)에 연결된다. 제1 정류기(110)는 제1 스위치(213) 및 다이오드(214~216)으로 구성된다. 그리고, 제1 정류기(110)는 제1 코일(211)로부터 수신한 전력을 부하(231) 및 부하 커패시터(232)에 제공한다. 즉, 정류기(110)는 부하(231)에 직류 전류를 제공한다. 여기서, 부하 커패시터(232)는 V_RECT 전압의 리플(ripple)을 줄일 수 있다.
제2 코일(221), 제2 커패시터(222)는 제2 정류기(120)에 연결된다. 제2 정류기(120)는 제2 스위치(223), 제3 스위치(225), 다이오드(224, 226)으로 구성된다. 그리고, 제2 정류기(120)는 제2 코일(221)로부터 수신한 전력을 부하(231) 및 부하 커패시터(232)에 제공한다. 도 2로부터 제2 정류기(120)는 제1 정류기(110)와 병렬로 연결된 것을 확인할 수 있다.
부하(231) 및 부하 커패시터(232)는 무선으로 수신한 전력을 공급 받을 수 있다. 여기서, 부하 커패시터(232)는 VRECT 전압의 리플(ripple)을 줄일 수 있다. VRECT는 정류기의 출력 전압이다. 즉, VRECT는 부하(231) 및 부하 커패시터(232)에 전달되는 전압을 나타낸다.
도 2의 회로도에 따른 무선 전력 수신 장치(100)의 유효 투자율(permeability)는 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서,
Figure pat00002
는 유효 투자율,
Figure pat00003
는 결합계수,
Figure pat00004
는 공진 주파수,
Figure pat00005
는 무선 전력 전송 장치(100)의 동작 주파수이다.
여기서, 유효 투자율은 공진 주파수
Figure pat00006
에 따라 결정될 수 있다. 이는 유효 투자율에 의해서 L2 코일에 흐르는 전류가 결정되어 인덕턴스가 변경될 수 있기 때문이다.
여기서,
Figure pat00007
는 무선 전력 수신 장치(100)가 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신함에 따라 발생하는 제1 코일(211)과 제2 코일(221) 간의 결합계수를 나타낸다.
Figure pat00008
는 제2 코일(221) 및 제2 커패시터(222)의 공진 주파수를 나타난다.
Figure pat00009
는 제2 코일의(221)의 인덕턴스 L2 및 제2 커패시터(222)의 커패시턴스 C2에 의해 결정될 수 있다. 즉,
Figure pat00010
이다.
제1 코일(211) 및 제1 커패시터(212)의 공진 주파수는
Figure pat00011
이다. 제2 공진 주파수와 마찬가지로,
Figure pat00012
는 제1 코일(211)의 인덕턴스 L1 및 제1 커패시터(212) C1에 의해 결정될 수 있다. 즉,
Figure pat00013
이다.
제1 코일(211) 및 제1 커패시터(212)에 대해서,
Figure pat00014
가 되도록 공진 주파수를 조절할 수 있다. 여기서,
Figure pat00015
의 조절을 통해서, 수신 코일인 제1 코일(211)과 제2 코일(221)의 공진을 유도할 수 있다.
제1 스위치(213), 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225) 각각은 모스펫 및 모스펫과 병렬로 연결된 다이오드로 구성된다. 여기서, 다이오드는 모스펫의 바디 다이오드일 수 있다. 각각의 모스펫이 켜지거나 꺼짐에 따라 제1 스위치(213), 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)는 온 되거나 오프될 수 있다.
구체적으로, 모스펫이 오프 되면, 스위치(213, 223, 225)는 다이오드로 동작할 수 있다. 그리고, 모스펫이 온 되면, 스위치(213, 223, 225)는 단락된 도선으로 동작할 수 있다.
제1 스위치(213), 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)의 온/오프 동작에 따라 무선 전력 수신 장치(100)의 출력 전압이 변할 수 있다. 그리고, 제1 스위치(213), 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)의 온/오프 동작에 따라 무선 전력 수신 장치(100)의 동작 모드가 다르게 결정될 수 있다.
구체적으로, 제1 스위치(213)가 오프 되고, 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)가 온 되면, 무선 전력 수신 장치(100)의 동작 모드는 부스트 모드로 결정된다. 그리고, 제1 스위치(213) 및 제2 스위치(223)가 온 되고, 제3 스위치(225)가 오프 되면, 무선 전력 수신 장치(100)의 동작 모드는 노말 모드로 결정된다. 마지막으로, 제1 스위치(213), 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)가 모두 오프 되면, 무선 전력 수신 장치(100)의 동작 모드는 하프 모드로 결정된다.
부스트 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)에 대해서는 도 3 및 도 4에서 자세히 설명한다. 하프 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)에 대해서는 도 5 및 도 6에서 자세히 설명한다. 노말 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)에 대해서는 도 7에서 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 부스트 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치를 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 부스트 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)의 회로도(300)가 도시된다.
부스트 모드는 제1 스위치(213)가 오프 되고, 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)가 온 되는 동작 모드이다. 도 3을 참고하면, 오프 된 제1 스위치(213)는 다이오드로 동작한다. 그리고, 온 된 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)는 도선으로 동작한다.
제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)의 온 동작에 따라 제2 코일(221)에 흐르는 전류는 루프를 형성한다. 즉, 제2 코일(221)에 흐르는 전류는 다이오드(224, 226) 쪽으로는 흐르지 않고, 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)를 지나며 루프를 형성한다.
형성된 루프에 따라 제2 코일(221)에 흐르는 전류는 제1 코일(211)에 흐르는 전류에 영향을 준다. 다시 말해서, 제2 코일(221)에 흐르는 전류는 제1 코일(211)에 흐르는 전류의 인덕턴스를 변화시킨다. 예를 들면, 제2 코일(221)에 전류가 흐를 경우, 제2 코일과 상호 결합된 제1 코일에서 보는 임피던스가 변할 수 있으므로, 인덕턴스는 변할 수 있다.
따라서, 제2 코일(221) 및 제2 커패시터(222)의 공진주파수를 조절하면 제1 코일(211)에 흐르는 전류의 인덕턴스의 변화량을 조절할 수 있다. 즉, 제2 코일(221)의 인덕턴스 L2 및 제2 커패시터(222)의 C2 중 적어도 하나가 조절되면, 제1 코일(211)에 흐르는 전류의 인덕턴스의 변화량이 조절된다. 그러면, 출력 전압의 증가량이 조절될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(100)가 무선 전력 전송 장치로부터 멀리 떨어져 있는 경우, 부스트 모드로 동작되면 출력 전압을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 또는, 무선 전력 수신 장치(100)가 함께 충전되는 다른 무선 전력 수신 장치(미도시됨) 보다 결합 계수가 낮은 경우, 부스트 모드로 동작되면 출력 전압을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
구체적으로, 유효 투자율
Figure pat00016
가 증가되면, 출력 전압 VRECT가 증가된다. 부스트 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)의 유효 투자율에 따른 출력 전압은 도 4에 도시된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부스트 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치의 출력 전압을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 회로도(300)의 출력 전압(402) 및 하나의 코일로 구성된 무선 전력 수신 장치(미도시됨)의 출력 전압(401)이 도시된다. 예를 들면, 출력 전압(402)는 거리 6.5cm, L2=5, L1=5인 경우의 출력 전압을 나타낼 수 있다.
여기서, 하나의 코일로 구성된 무선 전력 수신 장치는 제1 코일(211) 과제2 코일(221)이 직렬 연결된 코일의 인덕턴스를 가지는 단일 코일로 구성된다. 예를 들어, 제1 코일(211) 및 제2 코일(221)이 동일한 원의 중심을 기준으로 내측 및 외측에 감긴 코일일 수 있다. 그러면, 하나의 코일은 제1 코일(211) 및 제2 코일(221)을 연결한 코일일 수 있다.
출력 전압(401)을 참고하면, 유효 투자율
Figure pat00017
이 변하더라도 일정한 전압이 출력되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 하나의 코일로 구성된 무선 전력 수신 장치는 유효 투자율과 무관하게 일정한 전압을 부하에 제공한다.
출력 전압(402)를 참고하면, 유효 투자율
Figure pat00018
이 증가되면 출력 전압이 증가되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 부스트 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)의 유효 투자율에 따라 출력 전압이 증가되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 출력 전압(401)과 출력 전압(402)을 비교하면, 유효 투자율
Figure pat00019
에 따라 출력 전압이 최대 2배 가까이 차이 나는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하프 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치를 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 하프 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)의 회로도(500)가 도신된다.
하프 모드는 제1 스위치(213), 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)가 모두 오프 되는 동작 모드이다. 도 5를 참고하면, 오프 된 제1 스위치(213), 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225) 모두가 다이오드로 동작한다.
회로도(500)에서, 제1 코일(211)에 흐르는 전류는 제1 스위치(213)를 거쳐 다이오드(216)으로 흐르게 된다. 그리고, 제2 코일(221)에 흐르는 전류는 제2 스위치(223)를 거쳐 다이오드(226)로 흐르게 된다.
하프 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)에서는 무선 전력 전송 장치로부터 수신한 전력을 제1 코일(211) 및 제2 코일이(221)이 각각 절반 정도씩 수신한다. 그러면, 단일 코일로 전력을 수신하는 경우보다 출력 전압이 반 정도로 감소하게 된다. 이는, 코일의 길이가 반이 되었기 때문에, 유도되는 전압도 반으로 감소하는 것이다.
따라서, 무선 전력 수신 장치(100)가 무선 전력 전송 장치와 가까운 경우, 하프 모드에서 동작되면 출력 전압을 감소시킴으로써 과전압에 의한 고장을 방지할 수 있다. 또는, 무선 전력 수신 장치(100)와 함께 충전되는 다른 무선 전력 수신 장치(미도시됨)의 결합 계수가 무선 전력 수신 장치(100)보다 낮은 경우, 하프 모드에서 동작되면 출력 전압을 감소시킴으로써 다른 무선 전력 수신 장치도 효과적으로 전력을 수신할 수 있다.
하프 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)는 유효 투자율
Figure pat00020
와 관계 없이 일정한 전압을 출력한다. 하프 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)의 유효 투자율에 따른 출력 전압은 도 6에 도시된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하프 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치를 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 회로도(500)의 출력 전압(602) 및 하나의 코일로 구성된 무선 전력 수신 장치(미도시됨)의 출력 전압(601)이 도시된다. 여기서, 출력 전압(601)을 출력하는 무선 전력 수신 장치는 출력 전압(401)을 출력하는 무선 전력 수신 장치와 동일할 수 있다. 예를 들면, 코일들의 거리는 2cm, 턴수는 5turns일 수 있다.
출력 전압(601)을 참고하면, 유효 투자율
Figure pat00021
과 관계없이 일정한 전압이 출력되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 하나의 코일로 구성된 무선 전력 수신 장치는 유효 투자율과 무관하게 일정한 전압을 부하에 제공한다.
출력 전압(602)를 참고하면, 유효 투자율
Figure pat00022
과 관계없이 일정한 전압이 출력되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 하프 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치(100)는 유효 투자율과 관계 없이 일정한 전압을 부하에 제공한다. 출력 전압(601)과 출력 전압(602)를 비교하면, 출력 전압(602)이 출력 전압(601)의 절반 정도인 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 노말 모드에서 동작되는 무선 전력 수신 장치를 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 노말 모드에서 동작되는 무선 수신 전력 장치(100)의 회로도(700)가 도시된다.
노말 모드는 제1 스위치(213) 및 제2 스위치(223)가 온 되고, 제3 스위치(225)가 오프 되는 동작 모드이다. 도 7을 참고하면, 온 된 제1 스위치(213) 및 제2 스위치(223)는 도선으로 동작한다. 그리고, 오프 된 제3 스위치(225)는 다이오드로 동작한다.
회로도(700)에서, 제1 코일(211)에 흐르는 전류는 회로도(500)와 같이 제1 스위치(213)를 거쳐 다이오드(216)로 흐르게 된다. 그리고, 제2 코일(221)에 흐르는 전류는 제2 스위치(223)을 거쳐 다이오드(226)로 흐르게 된다.
제1 스위치(213) 및 제2 스위치(223)가 모두 도선으로 동작함에 따라 제1 정류기(110) 및 제2 정류기(120)는 각각 하프 브릿지(half-bridge) 정류기와 유사하게 동작한다. 그러면, 부하(231)에 공급되는 출력 전압은 단일 코일로 전력을 수신하는 경우와 비슷하게 제공된다.
따라서, 무선 전력 수신 장치(100)가 무선 전력 전송 장치와 적당한 거리에 위치한 경우, 노말 모드에서 동작되면 출력 전압을 적절하게 유지할 수 있다. 또는, 무선 전력 수신 장치(100)와 함께 충전되는 다른 무선 전력 수신 장치(미도시됨)의 결합 계수가 무선 전력 수신 장치(100)와 비슷한 경우, 노말 모드에서 동작되면 두 무선 전력 수신 장치 모두 효과적으로 전력을 수신할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 코일 및 제2 코일을 도시한 도면이다.
도 8을 참고하면, 제1 코일(810) 및 제2 코일(820)이 도시된다. 제1 코일(810) 및 제2 코일(820)은 함께 무선 전력 수신 장치(100)에 구비된다.
제1 코일(810)은 N회 감겨지고, 제2 코일(820)은 M회 감겨질 수 있다. N 및 M은 각각 0이 아닌 정수로, 코일이 감긴 턴 수를 나타낸다. 제1 코일(810) 및 제2 코일(820)은 동일한 중심을 갖는 원 형태로 감길 수 있다. 또는, 제1 코일(810) 및 제2 코일(820)은 동일한 중심을 갖는 사각형 형태로 감길 수 있다. 도면에는 원 형태로 감긴 코일만 도시되었지만, 본 발명의 범위는 동일한 중심을 갖는 모든 형태로 감긴 코일들을 포함한다.
제1 코일(810)은 동일한 원 중심을 기준으로 제2 코일(820)보다 안쪽에 위치한다. 또는, 제1 코일(810)과 제2 코일(820)의 위치가 바뀔 수도 있다. 즉, 제1 코일(810)이 제2 코일(820)보다 바깥쪽에 위치할 수도 있다.
제1 코일(810)과 제2 코일(820)은 동일한 높이의 안쪽/바깥쪽에 위치하는 경우 뿐만 아니라, 제1 코일(810)과 제2 코일(820)은 다른 높이에서 안쪽/바깥쪽에 위치할 수 도 있다. 따라서, 제1 코일과 제2 코일의 높이는 고정되지 않고 변경될 수 있다.
제1 코일(810) 및 제2 코일(820)의 양 끝에 각각 하나의 도선이 나와 있는 것을 확인할 수 있다. 제1 코일(810)의 한쪽 단에 제1 스위치(213)가 연결될 수 있다. 그리고, 제2 코일(820)의 양쪽 단에 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)가 연결될 수 있다.
제1 스위치(213), 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225) 모두 접지와 연결될 수 있다. 그리고, 제1 스위치(213), 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)는 모스펫 및 모스펫과 병렬로 연결된 다이오드로 구성될 수 있다.
제1 스위치(213)는 복수의 다이오드와 함께 제1 정류기(110)를 구성할 수 있다. 제1 스위치(213)에 연결된 제1 코일(810)의 양 단은 제1 정류기(110)에 연결될 수 있다. 그리고, 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)는 복수의 다이오드와 함께 제2 정류기(120)를 구성할 수 있다. 제2 스위치(223)에 연결된 제2 코일(820)의 양 단은 제2 정류기(120)에 연결될 수 있다.
제1 스위치(213), 제2 스위치(223) 및 제3 스위치(225)의 온/오프 동작에 따라 제1 코일(810) 및 제2 코일(820)에 흐르는 전류의 경로가 변경될 수 있다. 그러면, 전류의 경로에 따라 무선 전력 수신 장치(100)의 동작 모드가 결정될 수 있다. 동작 모드는 도 2 내지 도 7에서 설명한 부스트 모드, 노말 모드, 하프 모드를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체) 또는 전파 신호에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체 및 전송매체를 모두 포함할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (13)

  1. 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 제1 코일과 제1 커패시터가 연결된 제1 정류기;
    상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 제2 코일과 제2 커패시터가 연결된 제2 정류기 -상기 제1 정류기와 제2 정류기는 병렬로 연결됨-;
    상기 제1 정류기의 어느 한쪽 단에 연결되는 제1 스위치; 및
    상기 제2 정류기의 양 단에 연결되는 제2 스위치 및 제3 스위치
    를 포함하고,
    상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프(On/Off) 동작에 따라 상기 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 다르게 결정되는,
    무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는,
    모스펫 및 상기 모스펫과 병렬로 연결된 다이오드로 구성되는,
    무선 전력 수신 장치
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치가 오프 되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 온 되면, 상기 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 부스트(boost) 모드로 결정되는,
    무선 전력 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 부스트 모드는,
    상기 제2 정류기에 흐르는 전류로 루프가 형성되고, 상기 제2 코일의 인덕턴스가 상기 형성된 루프의 전류에 의해 증가되는 동작 모드인,
    무선 전력 수신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 온 되고, 상기 제3 스위치가 오프 되면, 상기 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 노말(normal) 모드로 결정되는,
    무선 전력 수신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 노말 모드는,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 도선으로 동작되고, 상기 제3 스위치가 다이오드로 동작되는 동작 모드인,
    무선 전력 수신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 모두 오프 되면, 동작 모드가 하프(half) 모드로 결정되는,
    무선 전력 수신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하프 모드는,
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 모두 다이오드로 동작되는 동작 모드인,
    무선 전력 수신 장치.
  9. 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 제1 코일 및 제2 코일
    을 포함하고,
    상기 제1 코일은 N회 감겨지고, 상기 제2 코일은 M회 감겨지며,
    상기 제1 코일은, 동일한 원 중심을 기준으로 제2 코일보다 안쪽에 위치하는,
    무선 전력 수신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 코일의 어느 한쪽 단에 제1 스위치가 연결될 수 있고,
    상기 제2 코일의 양 단에 연결되는 제2 스위치 및 제3 스위치가 연결될 수 있는,
    무선 전력 수신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는,
    모스펫 및 상기 모스펫과 병렬로 연결된 다이오드로 구성되는,
    무선 전력 수신 장치
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 코일의 양 단에 연결되는 제1 정류기; 및
    상기 제2 코일의 양 단에 연결되는 제2 정류기를 더 포함하고,
    상기 제1 정류기 및 상기 제2 정류기는 병렬로 연결된,
    무선 전력 수신 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치의 온/오프(On/Off) 동작에 따라 상기 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 결정되는,
    무선 전력 수신 장치.
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