KR20190097754A - Rf 무선 전력 수신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

수신되는 전력을 나타내는 제 1 파라미터에 관한 정보를 획득하고, 단말의 동작에 필요한 전력을 나타내는 제 2 파라미터에 관한 정보를 획득하며, 제 1 파라미터에 관한 정보 및 제 2 파라미터에 관한 정보를 비교하여, 상기 단말의 동작 및 전력 수신 모드를 결정하는 RF 무선 전력 수신 방법 및 장치가 개시된다.

Description

RF 무선 전력 수신 방법 및 장치{Method and apparatus for receiving of RF power}

본 발명은 RF 무선 전력 수신 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 수신되는 전력의 양에 따라 전력을 수신하는 모드를 전환하는 RF 무선 전력 수신 방법 및 장치에 관한 것이다.

RF를 이용한 전력 전송 방식은 상대적으로 원거리 전송이 가능하다는 장점을 갖는다. 송신부 대량 배열을 통한 동적 빔포밍을 통해 원하는 방향으로 전력을 전송할 수 있어 향후 각종 센서들이나 모바일 또는 웨어러블 디바이스들에 대한 충전 및 원격 전력공급에 대한 대안으로 각광 받을 것으로 전망된다. 그러나 높은 RF 주파수를 사용하기 때문에 송신부와 수신부의 거리가 멀어지는데 따라 경로 손실이 막대하게 발생하여 수신할 수 있는 전력이 급격하게 감소 한다. 뿐만 아니라 송수신 안테나들의 상호 방향이나 위치에 따라서도 큰 수신 가능 전력의 차이를 갖게 된다.

무선으로 전력을 공급받는 RF 전력수신 디바이스(주로 원격 센서, 이하 센서로 통칭함)에 대하여 대표적인 기존 방식은 전력을 센서에 직접 공급하는 방식을 통해 수신 전력이 동작에 필요한 만큼에 이르지 못하면 센서를 동작 시킬 수 없었다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수신되는 전력을 기반으로 센서에 전력을 전달하는 모드를 변경함으로서 효율적으로 전력을 수신할 수 있는 RF 무선 전력 수신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 방법은, 수신되는 전력을 나타내는 제 1 파라미터에 관한 정보를 획득하는 단계; 단말의 동작에 필요한 전력을 나타내는 제 2 파라미터에 관한 정보를 획득하는 단계; 상기 제 1 파라미터에 관한 정보 및 상기 제 2 파라미터에 관한 정보를 비교하여, 상기 단말의 동작 및 전력 수신 모드를 결정하는 단계를 포함하는 것이다.

상기 전력 수신 모드를 결정하는 단계는, 상기 단말에 충전된 전력을 나타내는 제 3 파라미터에 관한 정보를 획득하는 단계; 및 상기 제 3 파라미터에 관한 정보에 더 기초하여 상기 단말의 동작 및 전력 수신 모드를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전력 수신 모드를 결정하는 단계는, 상기 제 3 파라미터에 관한 정보에 기초하여, 상기 수신된 전력으로 상기 단말을 동작시키면서 상기 단말을 충전시키는 제 1 모드의 동작 시간과 상기 수신된 전력으로 상기 단말을 동작시키면서 상기 단말을 충전시키지 않는 제 2 모드의 동작 시간을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 장치는, RF 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신된 신호를 DC 전력으로 변환하는 변환부; 외부 환경을 센싱하는 센서; 상기 전력을 충전하는 전력 저장부; 및 상기 변환된 전력 및 상기 센서의 동작 전력에 기초하여, 상기 센서 및 상기 저장부 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 제어부를 포함하는 것이다.

상기 제어부는, 상기 변환된 전력을 상기 센서로 전달하는 제 1 스위치 및 상기 변환된 전력을 상기 전력 저장부로 전달하는 제 2 스위치를 포함할 수 있다.

상기 전력 저장부는, 슈퍼 캐패시터를 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 변환된 전력이 제 1 기준치 이상인 경우 상기 센서와 상기 전력 저장부로 상기 변환된 전력을 동시에 전달하고, 상기 변환된 전력이 제 2 기준치와 상기 제 1 기준치 사이인 경우, 상기 센서로 상기 변환된 전력을 전송하고, 상기 변환된 전력이 상기 제 2 기준치 이하인 경우 상기 전력 저장부로 상기 변환된 전력을 전송할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 변환된 전력이 상기 제 3 기준치 이하인 경우, 상기 센서가 대기 모드 또는 셧-다운 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.

수신 전력을 여러 단계로 나누고 전력이 낮을 때와 높을 때를 구분하여 전력이 높을 때는 수신 전력을 이용하여 센서에 직접 DC 전력을 공급하는 방식을 적용하고 수신 전력이 낮아 직접 전력을 공급하기 어려울 때는 모드를 변경하여 외부 전력 스토리지를 충전하고, 이를 통하여 외부 전력 스토리지에 충분한 충전이 이루어지면 센서의 동작에 필요한 전력을 일시적으로 공급함으로서, 수신 전력이 매우 낮을 때도 RF 전력수신 장치를 갖는 원격 센서 및 모바일/웨어러블 디바이스의 충전과 센싱을 가능하게 한다.

또한, 송신부의 조건을 고정하면 송신부와 수신부(센서)사이의 동작 거리를 늘릴 수 있어 시스템의 경쟁력을 높일 수 있다.

또한 송수신부의 동작 간격을 고정하면 송신부의 출력 전력을 낮추거나 송신부 배열의 개수를 줄일 수 있어 가격 경쟁력을 높일 수 있다

또한, 이 방식을 IoT 센서, 각종 원격 디바이스들, 각종 모바일 및 웨어러블 디바이스들에 적용하면 충전 및 전력 전송 거리를 늘릴 수 있어 전체적 경쟁력 강화를 가져올 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 시스템에 관한 블록도를 나타낸다.
도 2는 종래 기술에 따른 RF 무선 전력 수신 장치에 관한 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 장치에 관한 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 방법에 관한 흐름도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 장치에서 전압에 따른 동작 모드의 변화를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 시스템에 관한 블록도를 나타낸다.

도 1을 참고하면, 송수신부의 거리가 가까운 편에 속해서 매우 큰 수신 전력을 얻을 수 있는 경우 충전과 센싱을 동시에 할 수 있는 제 1 모드를 사용한다. 그 보다 거리가 멀어져 센서의 동작은 가능하나 충전을 할 수 있는 여분의 수신전력이 없을 때 제 2 모드를 사용한다. 송수신부 간의 거리가 더욱 멀어져 센서의 동작에도 충분한 전력을 수신 할 수 없을 때는 제 3 모드를 사용한다. 제 3 모드에서는 제 1 사이클을 가져 센서에 전력을 공급하지 않고 외부 스토리지를 충전하는 시간을 갖는다. 외부의 스토리지가 충분히 충전 되면 제 2 사이클로 전환하여 스토리지를 통해 센서에 전력을 공급함으로써 센서가 센싱 동작을 수행하게 한다.

도 1에서는, 제 1 모드, 제 2 모드 및 제 3 모드에 대해서만 설명하고, 센서가 동작하지 않고 대기하는 스탠바이 모드나 셧다운 모드 등의 비 사용 모드는 설명을 생략하였으나, 실시 예에 따라서는 스탠바이 모드나 셧다운 모드를 추가할 수 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 RF 무선 전력 수신 장치에 관한 블록도를 나타낸다.

종래 기술에 따른 RF 무선 전력 수신 장치는 안테나를 통해 RF 전력을 수신하고 이를 RF-DC 변환기를 통해 DC 전력으로 변환한다. 변환된 DC를 DC-DC 변환기를 통해 정전압을 생성하고 이를 센서에 직접 공급한다. 이 방식은 송수신부의 거리가 멀어지거나 다른 상황으로 수신 전력이 센서를 구동하기에 충분하지 않으면 곧 바로 센서 구동이 중단되는 단점이 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 장치에 관한 블록도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 장치는 수신되는 전력의 양에 기초하여(즉, RF 무선 전력 송신 장치와의 거리에 따라) 전력을 수신하는 모드를 변경할 수 있다.

이를 위하여, DC-DC 변환기의 출력에 병렬로 수퍼커패시터라는 전력 스토리지가 스위치(스위치1)를 통하여 연결되어 있으며 DC-DC 변환기와 센서 사이에 직렬 스위치(스위치2)를 포함한다. 또한 DC-DC변환기의 입력에 전력센서가 있어 수신전력을 검출하고 수퍼커패시터의 한쪽 끝에 전압센서가 있어 충전 정도를 검출한다.

이렇게 검출된 수신전력과 충전전압을 바탕으로 스위치1과 스위치2를 디지털제어부를 통해 제어함으로써 원하는 다중 모드의 동작을 얻어낸다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 방법에 관한 흐름도를 나타낸다.

초기조건에서 전력과 전압을 검출하여 이를 바탕으로 전력이 높은 문턱값(P_th,high)보다 높으면 스위치들을 제어하여 제 1 모드로 동작한다. 만약 검출 전력이 그 보다 낮으면 중간 문턱값(P_th,mid)과 비교하여 그 보다 높으면 제 2 모드로 진입한다. 전력이 중간 문턱값보다 낮다면 제 3모드로 진입하는데 이때 검출된 전압값을 전압 문턱값(V_th)과 비교하여 그 보다 높으면 제 2 사이클로 진입한다. 그 보다 낮으면 제 1 사이클로 진입하여 충전을 계속한다. 이러한 각각의 상태를 유지한채 계속해서 전력과 전압을 검출하여 해당 상태를 유지하거나 다른 상태로 변환하는 동작을 수행한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 장치에서 전압에 따른 동작 모드의 변화를 나타내는 도면이다.

도5를 참고하면, 초기조건에서 전력과 전압을 검출하여 이를 바탕으로 전력이 높은 문턱값(P_th,high)보다 높으면 스위치들을 제어하여 제 1 모드로 동작한다. 만약 검출 전력이 그 보다 낮으면 중간 문턱값(P_th,mid)과 비교하여 그 보다 높으면 제 2 모드로 진입한다.

전력이 중간 문턱값보다 낮다면 제 3모드로 진입하는데 제 3 모드 동작시 검출된 전압에 대하여 문턱 값을 두 가지로 나눠서 높은 문턱 값(V_th,high) 보다 높을 때 제 2 사이클로 진입하고 그렇지 않은 경우 제 1 사이클로 진입한다. 제 2 사이클로 동작할 때 다시 전압이 하강하여 낮은 문턱 값(V_th,low)이 될 때까지 이 상태 유지한다. 전압이 낮은 문턱 값 이하로 떨어지면 다시 제 1 사이클로 진입하며 이 후 전압이 높은 문턱 값에 이르면 제 2 사이클로 넘어가게 된다. 이렇게 동작의 문턱 값을 전압이 상승하는 구간과 하강하는 구간에 다르게 적용하여 제어에 활용하는 것을 hysteresis라고 하며 본 발명에서는 이를 적극 활용하여 제 3 모드의 두 가지 사이클간 전환을 원활하게 하는 것을 특징으로 한다.

다음의 표 1은 상술한 전력과 동작 모드와의 관계를 나타내는 표이다.

표 1에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 무선 전력 수신 장치는 검출된 수신전력을 바탕으로 세가지 동작 모드를 결정한다. 검출된 수신전력이 충전과 센싱을 동시에 할 수 있을 정도로 충분히 크면 제 1 모드를 설정한다. 이 모드에서는 스위치1과 스위치2를 모두 ON하여 DC-DC변환기의 출력이 수퍼커패시터를 충전하며 동시에 센서로 공급되게 한다. 송신부와 수신부의 거리가 매우 가까울 때 이러한 조건이 발생할 수 있다.

검출된 수신전력이 센서를 구동하기에 충분하나 충전을 진행하기 부족할 때 제 2 모드를 설정한다. 이 모드에서는 스위치1을 OFF하여 DC-DC변환기와 수퍼커패시터를 분리한다. 그러나 스위치2는 ON하여 DC-DC변환기의 출력이 센서로만 공급되게 한다. 송신부와 수신부의 거리가 상대적으로 중간정도 일 때 이러한 조건이 발생할 수 있다.

검출된 수신전력이 센싱을 수행하기에도 부족할 경우 제 3 모드를 설정한다. 이 모드는 다시 두 개의 사이클로 나뉜다. 수퍼커패시터에 연결된 전압센서의 전압이 낮을 때제 3 모드의 제 1 사이클에 들어가며 스위치1은 ON으로 제어하고 스위치2는 OFF로 제어한다. 수신된 전력을 모두 수퍼커패시터의 충전에 사용한다. 수퍼커패시터가 충분히 충전되면 전압센서의 검출 전압이 높아지고 설정된 높은 문턱 값을 넘게 되면 제 3 모드 의 제 2 사이클에 진입할 수 있게 된다. 이 때 스위치1은 ON 또는 OFF, 스위치2는 ON으로 제어하여 센서로 전력을 공급하게 된다. 이 때 센서로 공급되는 전력은 주로 수퍼커패시터에 충전된 전력이 사용된다. 제 2 사이클이 진행되다가 전압센서의 검출 전압이 낮은 문턱 값 아래로 내려가면 다시 제 1 사이클로 전환되게 된다. 제 2 사이클에서 검출 전압이 높은 문턱 값과 낮은 문턱 값 사이에 있는 동안 제 2 사이클이 유지 된다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

1. RF 무선 전력 수신 방법에 있어서,
   수신되는 전력을 나타내는 제 1 파라미터에 관한 정보를 획득하는 단계;
   단말의 동작에 필요한 전력을 나타내는 제 2 파라미터에 관한 정보를 획득하는 단계;
   상기 제 1 파라미터에 관한 정보 및 상기 제 2 파라미터에 관한 정보를 비교하여, 상기 단말의 동작 및 전력 수신 모드를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 무선 전력 수신 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전력 수신 모드를 결정하는 단계는,
   상기 단말에 충전된 전력을 나타내는 제 3 파라미터에 관한 정보를 획득하는 단계; 및
   상기 제 3 파라미터에 관한 정보에 더 기초하여 상기 단말의 동작 및 전력 수신 모드를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 무선 전력 수신 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 전력 수신 모드를 결정하는 단계는,
   상기 제 3 파라미터에 관한 정보에 기초하여, 상기 수신된 전력으로 상기 단말을 동작시키면서 상기 단말을 충전시키는 제 1 모드의 동작 시간과 상기 수신된 전력으로 상기 단말을 동작시키면서 상기 단말을 충전시키지 않는 제 2 모드의 동작 시간을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 무선 전력 수신 방법.
4. RF 무선 전력 수신 장치에 있어서,
   RF 신호를 수신하는 수신부;
   상기 수신된 신호를 DC 전력으로 변환하는 변환부;
   외부 환경을 센싱하는 센서;
   상기 전력을 충전하는 전력 저장부; 및
   상기 변환된 전력 및 상기 센서의 동작 전력에 기초하여, 상기 센서 및 상기 저장부 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 무선 전력 수신 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 변환된 전력을 상기 센서로 전달하는 제 1 스위치 및 상기 변환된 전력을 상기 전력 저장부로 전달하는 제 2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 무선 전력 수신 장치.
6. 제 4항에 있어서, 상기 전력 저장부는,
   슈퍼 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
7. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 변환된 전력이 제 1 기준치 이상인 경우 상기 센서와 상기 전력 저장부로 상기 변환된 전력을 동시에 전달하고, 상기 변환된 전력이 제 2 기준치와 상기 제 1 기준치 사이인 경우, 상기 센서로 상기 변환된 전력을 전송하고, 상기 변환된 전력이 상기 제 2 기준치 이하인 경우 상기 전력 저장부로 상기 변환된 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신 장치.
8. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 변환된 전력이 상기 제 3 기준치 이하인 경우, 상기 센서가 대기 모드 또는 셧-다운 모드로 동작하도록 제어하는 무선 전력 수신 장치.

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