KR20190125773A - 공진 회로의 전압을 증가시키도록 스위칭되는 무선 전력 전송 시스템의 수신기 - Google Patents

공진 회로의 전압을 증가시키도록 스위칭되는 무선 전력 전송 시스템의 수신기 Download PDF

Info

Publication number
KR20190125773A
KR20190125773A KR1020180050005A KR20180050005A KR20190125773A KR 20190125773 A KR20190125773 A KR 20190125773A KR 1020180050005 A KR1020180050005 A KR 1020180050005A KR 20180050005 A KR20180050005 A KR 20180050005A KR 20190125773 A KR20190125773 A KR 20190125773A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capacitor
switch
receiver
inductor
capacitors
Prior art date
Application number
KR1020180050005A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102427408B1 (ko
Inventor
이상한
조인귀
김상원
김성민
문정익
이호진
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020180050005A priority Critical patent/KR102427408B1/ko
Priority to US16/163,359 priority patent/US10826328B2/en
Publication of KR20190125773A publication Critical patent/KR20190125773A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102427408B1 publication Critical patent/KR102427408B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/072—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps adapted to generate an output voltage whose value is lower than the input voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 수신기는 (1) 공진을 이용하여 송신기로부터 전력을 수신하는 커패시터 및 인덕터, (2) 수신기의 출력 노드에 연결되는 하나 이상의 커패시터, (3) 수신기 내부의 전류 흐름을 제어하기 위한 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 복수의 스위치는 전력을 수신하는 송신기로부터 전력을 수신하는 커패시터 및 인덕터가 미리 설정된 주기마다 하나 이상의 커패시터 및 출력 노드로부터 분리되도록 제어될 수 있다. 하나 이상의 커패시터 및 출력 노드로부터 분리되어 있는 동안, 송신기로부터 전력을 수신하는 커패시터 및 인덕터에서 공진하는 전류가 증가될 수 있다. 복수의 스위치는 상기 주기 이후 커패시터 및 인덕터를 커패시터 및 출력 노드로 연결함으로써, 공진에 의해 증가된 전류를 배터리로 출력할 수 있다. 복수의 스위치는 상기 주기 이후 출력 노드에 연결되는 하나 이상의 커패시터들을 직렬로 연결할 수 있다. 따라서, 상기 복수의 스위치는 수신기 내부의 RMS 전류를 줄이도록 작동할 수 있다.

Description

공진 회로의 전압을 증가시키도록 스위칭되는 무선 전력 전송 시스템의 수신기{RECEIVER OF WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM BEING SWITCHED TO INCREASE VOLTAGE OF RESONANCE CIRCUIT}
본 발명은 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
의료용 임플란트 시스템은 생체 신호를 지속적으로 감시 및 처리하는 시스템으로, 배터리를 전원으로 사용할 수 있다. 의료용 임플란트 시스템에서 배터리를 자주 교체하는 것은 비실용적이므로, 무선 전력 전송 기술을 의료용 임플란트 시스템에 적용하는 연구가 수행되고 있다.
저전력 시스템에서 무선 전력 전송을 위한 수신기는 전압 모드를 재구성할 수 있는 전압 모드 수신기 및 전류 모드를 재구성할 수 있는 전류 모드 수신기로 분류될 수 있다. 전류 모드 수신기는 다중 공진 동작을 통해 작은 결합계수(coupling coefficient, k12)에서도 전력을 효율적으로 전송할 수 있고, 정밀한 전압 조절기 없이 배터리를 직접 충전할 수 있으므로, 의료용 임플란트 시스템에 적절한 수신기라 할 수 있다.
본 발명은 공진 회로의 전압을 증가시킴으로써, 상대적으로 낮은 전압을 출력하는 배터리를 보다 효율적으로 충전할 수 있는 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 시스템의 수신기를 제안한다.
일실시예에 따르면, 무선 전력 전송 시스템의 수신기에 있어서, 상기 무선 전력 전송 시스템에서 전력을 전송하는 송신기와 공진하는 인덕터, 상기 인덕터의 공진에 의해 상기 인덕터에서 발생되는 전류를 저장하는 커패시터 및 상기 인덕터 및 상기 커패시터를 분리하여 상기 인덕터에서 발생되는 전류의 크기를 증가시키고, 상기 증가된 크기를 가지는 전류를 출력 노드로 전달하기 위하여 상기 인덕터, 상기 커패시터 및 상기 출력 노드를 직렬 연결하는 복수의 스위치를 포함하는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 복수의 스위치는, 상기 인덕터 및 상기 수신기의 접지 노드를 연결하는 제1 스위치, 상기 제1 스위치 및 상기 인덕터 사이의 노드 및 상기 커패시터의 제1 노드를 연결하는 제2 스위치, 상기 접지 노드 및 상기 커패시터의 제2 노드를 연결하는 제3 스위치, 상기 제2 노드 및 상기 출력 노드를 연결하는 제4 스위치 및 상기 제1 노드 및 출력 노드를 연결하는 제5 스위치를 포함하는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 스위치는, 미리 설정된 주기마다 닫힘으로써, 상기 인덕터에서 발생되는 전류를 상기 접지 노드로 전달하도록 제어되고, 상기 제2 스위치는, 상기 주기마다 개방됨으로써, 상기 인덕터에서 발생되는 전류가 상기 접지 노드로 전달되는 동안 상기 인덕터 및 상기 커패시터가 분리되도록 제어되는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 인덕터에서 발생되는 전류의 크기는, 상기 주기에서 상기 제1 스위치가 닫히는 동안, 상기 인덕터의 공진에 의해 증가되는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 스위치는, 미리 설정된 주기마다 닫힘으로써, 상기 증가된 크기를 가지는 전류가 상기 커패시터로 전달되도록 제어되고, 상기 제1 스위치는, 상기 주기마다 개방됨으로써, 상기 증가된 크기를 가지는 전류가 상기 커패시터로 전달되는 동안 상기 인덕터 및 상기 접지 노드 사이가 분리되도록 제어되는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치는, 상기 인덕터에서 발생되는 전류가 상기 제1 스위치를 통해 상기 접지 노드로 전달되는 동안 닫힘으로써, 상기 커패시터가 상기 출력 노드와 병렬로 연결되도록 제어되는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 제4 스위치는, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치가 닫혀있는 동안 개방됨으로써, 상기 커패시터의 전력이 상기 출력 노드로 전달되도록 제어되는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 제4 스위치는, 상기 제2 스위치가 닫혀있고 상기 제1 스위치가 개방되어 있는 동안 닫힘으로써, 상기 증가된 크기를 가지는 전류가 출력 노드로 전달되도록 제어되는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치는, 상기 제4 스위치가 닫혀있는 동안 개방됨으로써, 상기 인덕터, 상기 커패시터 및 상기 출력 노드가 직렬 연결되도록 제어되는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 복수의 스위치는, 상기 수신기가 복수의 커패시터를 포함하는 경우, 상기 인덕터 및 상기 복수의 커패시터가 분리되어 있는 동안, 상기 복수의 커패시터 및 상기 출력 노드가 병렬 연결되도록 제어되고, 상기 인덕터 및 상기 복수의 커패시터가 연결된 동안, 상기 인덕터, 상기 복수의 커패시터 및 상기 출력 노드가 직렬 연결되도록 제어되는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 무선 전력 전송 시스템의 수신기에 있어서, 상기 무선 전력 전송 시스템의 송신기와 공진하는 공진 회로, 상기 송신기에서 전달되는 전력을 저장하는 배터리 및/또는 전력 저장용 커패시터, 상기 공진 회로 및 상기 배터리 및/또는 전력 저장용 커패시터 사이를 연결하는 복수의 커패시터를 포함하는 스위칭 커패시터 회로 및 미리 설정된 주기마다 상기 공진 회로에서 증폭된 전류를 상기 스위칭 커패시터 회로로 전달하는 스위치를 포함하고, 상기 스위칭 커패시터 회로는, 상기 스위치에 의해 상기 공진 회로에서 증폭된 전류를 수신하는 동안 상기 복수의 커패시터, 상기 공진 회로 및 상기 배터리가 직렬 연결되도록, 상기 복수의 커패시터를 연결하는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 스위칭 커패시터 회로는, 상기 스위치에 의해 상기 공진 회로의 전류를 수신하지 않는 동안 상기 복수의 커패시터 및 상기 배터리 및/또는 전력 저장용 커패시터가 병렬 연결되도록, 상기 복수의 커패시터를 연결하는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 스위칭 커패시터 회로는, 상기 스위치에 의해 상기 공진 회로에서 증폭된 전류를 수신하는 동안, 상기 공진 회로 및 상기 스위칭 커패시터 회로를 연결하는 노드의 전압이 상기 배터리 및/또는 전력 저장용 커패시터의 전압의 정수배가 되도록, 상기 복수의 커패시터를 연결하는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 무선 전력 전송 시스템의 수신기에 있어서, 미리 설정된 주기마다 상기 수신기의 공진 회로와 연결되는 하나 이상의 커패시터 및 상기 커패시터, 상기 공진 회로 및 상기 수신기의 출력 노드 사이의 연결을 상기 주기에 기초하여 변경하는 복수의 스위치를 포함하고, 상기 복수의 스위치는, 상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 공진 회로가 상기 주기마다 연결될 때마다, 상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 출력 노드를 직렬 연결하고, 상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 공진 회로가 상기 주기마다 분리될 때마다, 상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 출력 노드를 병렬 연결하는 수신기가 제공된다.
일실시예에 따르면, 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 공진 회로의 전압이 증가됨으로써, 상대적으로 낮은 전압을 출력하는 배터리를 보다 효율적으로 충전할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 2b는 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 스위칭 주기 별 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1 내지 도 2a 내지 2b의 무선 전력 전송 시스템의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 작동 시켰을 때에 수신기의 효율 및 배터리에 전달되는 전력을 대응한 그래프이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 무선 전력 전송 시스템의 송신기(110) 및 수신기(120)가 도시된다. 송신기(110)는 외부 전원의 전력을 수신기(120)를 향해 무선 전송하는 회로이다. 수신기(120)는 송신기(110)로부터 무선 전송된 전력을 수신하는 회로이다. 송신기(110) 및 수신기(120)는 인덕터, 커패시터를 포함하는 공진 회로를 포함할 수 있다.
수신기(120)는 배터리(130)에 연결되고, 송신기(110)로부터 전달된 전력을 배터리(130)로 공급함으로써, 배터리(130)를 충전할 수 있다. 배터리(130)의 출력 전압은 상대적으로 낮은 전압(예를 들어, 1V 정도의 저전압)을 출력할 수 있다. 배터리(130)가 의료용 임플란트 시스템에 전력을 공급하는 경우, 의료용 임플란트 시스템의 아날로그 프론트 엔드, 신호 프로세서, 메모리, 통신 회로등이 VLSI와 같은 소형의 단일 칩에 집적되고, 소비 전력을 줄이기 위해 게이트가 짧은 MOSFET 소자가 사용되기 때문에, 배터리(130)는 상대적으로 낮은 전압을 출력할 필요가 있다. 배터리(130)는 수 밀리미터의 높이를 가질 수 있다. 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 전압-증가 전류 모드(voltage-boosted current-mode) 수신기일 수 있다.
수신기(120)는 송신기와 공진하는 공진 회로로써, 인덕터(L2) 및 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 수신기(120)는 복수의 스위치(S1 내지 S8)를 포함할 수 있다. 수신기(120)는 상기 공진 회로의 커패시터(C2)와 구분되는 하나 이상의 커패시터를 포함할 수 있다. 도 1을 참고하면, 수신기(120)는 상기 공진 회로의 커패시터(C2)와 구분되는 두 개의 플라잉 커패시터(CFL1 및 CFL2)를 포함하는 것으로 가정한다. 플라잉 커패시터의 커패시턴스 및 개수는 시상수 및 배터리(130)의 충전 효율을 고려하여 결정될 수 있다.
도 1을 참고하면, 스위치 S1 및 S2는 인덕터(L2) 및 커패시터(C2)를 포함하는 공진 회로의 전류를 접지 노드 또는 커패시터(C2)와 구분되는 하나 이상의 커패시터로 전달할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위치 S1은 인덕터(L2) 및 접지 노드 사이에 배치되고, 스위치 S2는 인덕터(L2) 및 플라잉 커패시터(CFL1)의 제1 노드 VFL1 사이에 배치될 수 있다. 스위치 S1 및 스위치 S2는 인덕터(L2)의 스위칭 노드 Vx에 연결될 수 있다.
도 1을 참고하면, 스위치 S3 내지 S8은 플라잉 커패시터(CFL1 및 CFL2)의 연결을 제어할 수 있다. 스위치 S3는 플라잉 커패시터(CFL1)의 제1 노드 VFL1와 구분되는 제2 노드 및 접지 노드 사이에 배치되고, 스위치 S4는 플라잉 커패시터(CFL1)의 제2 노드 및 출력 노드 사이에 배치될 수 있다. 스위치 S5는 제1 노드 VFL1 및 출력 노드 사이에 배치될 수 있다. 도 1을 참고하면, 스위치 S6 내지 S8 각각은 플라잉 커패시터(CFL2)에 대하여, 스위치 S3 내지 S8 각각이 플라잉 커패시터(CFL1)와 연결되는 것과 유사하게 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 수신기(120)가 플라잉 커패시터(CFL1 및 CFL2) 외에 추가적인 플라잉 커패시터(CFLk)를 포함하는 경우, 플라잉 커패시터(CFLk)에 대응하는 스위치 S3k, S3k +1, S3k +2 또한 스위치 S3 내지 S8 각각이 플라잉 커패시터(CFL1)와 연결되는 것과 유사하게 연결될 수 있다.
도 1을 참고하면, 수신기(120)의 복수의 스위치(S1 내지 S8)는 미리 설정된 스위칭 주기마다 닫힐 수 있다. 스위칭 주기 φ1 및 φ2는 각각의 스위치가 닫히는 시간 구간 또는 주기를 나타낸 것이다. 스위칭 주기 φ1은 공진 탱크(또는 공진 회로)의 에너지를 증가 시키고 또한 1개 이상의 플라잉 커패시터(도 1의 경우, CFL1 및 CFL2)에서 배터리(130)로 에너지를 전달하는 주기 (pile-up resonance and pumping charging period)이고, φ2는 공진 탱크의 전류를 배터리(130)로 전달하는 주기이다.
도 2a 내지 2b는 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 스위칭 주기 별 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참고하면, 스위칭 주기 φ1에서, 수신기의 스위치(S1, S3, S5, S6, S8)가 닫히고, 나머지 스위치는 개방될 수 있다. 따라서, 수신기는 공진 코일 및 공진 커패시터를 포함하는 공진 회로(210) 및 플라잉 커패시터들(CFL1 및 CFL2)이 병렬로 연결된 스위치드 커패시터 회로(220)로 구분될 수 있다. 스위치드 커패시터 회로(220)는 배터리(130), 예를 들어, 저전압 충전식 배터리를 포함할 수 있다. 배터리(130)의 전압은 배터리(130)의 전력을 사용하는 디바이스의 종류에 따라 달라질 수 있다.
스위칭 주기 φ1에서, 수신기가 공진 회로(210) 및 스위치드 커패시터 회로(220)로 분리됨에 따라, 공진 회로(210)의 전류 i2의 크기가 증가될 수 있다. 바꾸어 말하면, 스위치 S1이 닫혀있는 동안, 공진 회로(210)의 전류 i2의 크기가 증가될 수 있다. 스위칭 주기 φ1의 시간, 즉, 수신기의 스위치(S1, S3, S5, S6, S8)가 닫혀 있고, 나머지 스위치가 개방된 시간은 배터리(130)에 전달되는 전력(Pchage)에 따라 결정될 수 있다. 스위칭 주기 φ1은 공진을 이용하여 에너지를 쌓거나 펌핑하는 주기로 볼 수 있다.
뿐만 아니라, 공진 회로(210)의 전류 i2의 크기가 증가되기 이전에 스위칭 주기 Φ2에서 공진 회로(210)의 전류 i2에 의해 충전된 플라잉 커패시터들이 수신기의 출력 노드와 병렬로 연결되어 펌핑을 통해 배터리를 충전할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 주기 Φ2에서, 공진 회로(210)의 전류 i2에 의해 충전된 플라잉 커패시터들이 출력 노드와 병렬로 연결되어 펌핑을 통해 배터리를 충전할 수 있다.
도 2b를 참고하면, 스위칭 주기 φ2에서, 수신기의 스위치(S2, S4, S8)가 닫히고, 나머지 스위치는 개방될 수 있다. 따라서, 수신기의 공진 코일, 공진 커패시터, 플라잉 커패시터들 및 배터리(130)가 직렬로 연결될 수 있다. 스위칭 주기 Φ2는 직전 스위칭 주기 Φ1에서 증가된 공진 회로(210)의 전류 i2에 의해 플라잉 커패시터 및 배터리가 동시에 충전되는 주기일 수 있다. 따라서, 스위칭 주기 φ2는 스위칭 주기 φ1에서 증가된 공진 회로(210)의 전류 i2로 배터리(130)를 충전하는 주기로 볼 수 있다.
스위칭 주기 φ2에서, 전력이 수신기의 플라잉 커패시터들(CFL1 및 CFL2)에 저장될 수 있다. 스위칭 주기 φ2 이후에 시작되는 스위칭 주기 φ1에서, 배터리(130)가 플라잉 커패시터들(CFL1 및 CFL2)과 병렬로 연결됨에 따라, 스위칭 주기 φ2에서 플라잉 커패시터들(CFL1 및 CFL2)에 저장된 전력이 배터리(130)로 저장될 수 있다. 스위칭 주기 φ1 및 φ2가 반복됨에 따라, 플라잉 커패시터들(CFL1 및 CFL2)가 충전되거나 방전될 수 있다.
상술한 바와 같이, 스위치 S1이 닫혀있는 동안, 공진 회로(210)의 전류 i2의 크기가 증가될 수 있다. 스위칭 주기 φ1 이후에 시작되는 스위칭 주기 φ2에서, 증가된 공진 회로(210)의 전류 i2가 배터리(130)와 직렬로 연결된 플라잉 커패시터들(CFL1 및 CFL2)을 통해 배터리(130)로 출력될 수 있다.
도 2a를 참고하면, 스위칭 주기 φ1에서 생성되는 공진 회로(210)의 스위칭 노드 Vx가 도시된다. 도 2a 내지 2b를 참고하면, 스위칭 노드 Vx의 전압은 스위칭 주기 φ1에서 0V이고, 스위칭 주기 φ2에서 배터리(130), 플라잉 커패시터들(CFL1 및 CFL2)의 전압의 합에 대응할 수 있다. 스위칭 노드 Vx의 효과적인 전압(effective voltage)은 3VO일 수 있다. 바꾸어 말하면, 스위칭 주기 φ2에서 스위칭 노드 Vx의 전압은 3VO일 수 있다. 스위칭 주기 φ2마다 스위칭 노드 Vx의 전압은 배터리(130)의 전압의 정수배로 증가할 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 스위칭 노드 Vx의 효과적인 전압은 수신기에 포함된 플라잉 커패시터들의 개수에 따라 결정될 수 있다.
스위칭 노드 Vx의 효과적인 전압에 따라, 공진 회로(210)의 전류 i2의 피크 값이 낮아질 수 있다. 공진 회로(210)의 전류 i2의 피크 값이 낮아짐에 따라, 수신기의 코일의 RMS 전류가 줄어들 수 있다.
도 3은 도 1 내지 도 2a 내지 2b의 무선 전력 전송 시스템의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참고하면, 크기가 상대적으로 큰 전력을 배터리로 전달할 때에 무선 전력 전송 시스템의 각 노드를 흐르는 전압 또는 전류의 크기 및 크기가 상대적으로 작은 전력을 배터리로 전달할 때에 무선 전력 전송 시스템의 각 노드를 흐르는 전압 또는 전류의 크기가 도시된다. 여기서, 스위칭 주기 Φ1의 길이(tbuild)는 배터리에 전달되는 전력(Pcharge)의 크기에 따라 스위칭 주기 Φ1의 길이가 자동적으로 조절될 수 있다. 다시 말해, 효율 최적화에 있어, 스위칭 주기 Φ1의 길이에 따라 배터리에 전달되는 전력의 크기가 가변적으로 변경될 수 있다. 예시적으로, 스위칭 주기 Φ1의 길이가 길어지더라도, 배터리에 전달되는 전력의 크기가 줄어들지 않는 경우도 발생할 수 있다. 따라서, 스위칭 주기 φ1의 길이는 배터리에 전달되는 전력의 크기에 따라 조절될 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참고하면, 수신기는 배터리(410)를 충전하는데 사용될 수 있다. 수신기는 복수의 스위치를 제어하기 위한 최대 전류 탐지기(420), 영 전류 탐지기(430), 공진 주기 카운터(440), 공진 주기 코드 생성기(450)를 포함할 수 있다. 최대 전류 탐지기(420) 및 영 전류 탐지기(430) 각각은 수신기의 공진 회로(예를 들어, 도 2a의 공진 회로(210))에 흐르는 전류(예를 들어, 도 2a 내지 2b의 전류 i2)의 최대값 및 영 전류값을 검출할 수 있다.
보다 구체적으로, 최대 전류 탐지기(420)는 공진 회로에 흐르는 전류가 최대값에 도달하는 시점을, 공진 커패시터(VC2)의 전압에 기초하여 탐지할 수 있다. 영 전류 탐지기(430)는 도 4의 플라잉 커패시터 CFL2의 노드 VFL2 _B에서 측정되는 오류 전하를 샘플링 및 적분하여 오프셋 제어 전압(VOS_CONT)을 조절하는 간단한 오류 기반 구조를 가지는 회로를 이용하여, 영 전류 값을 검출할 수 있다.
공진 주기 카운터(440) 및 공진 주기 코드 생성기(450)는 무선 전력 전송 시스템의 송신기 및 수신기 각각의 코일 사이의 전력이 변경될 때에, 송신기 및 수신기 사이에 전달되는 전력을 최적화하기 위하여, 무선 전력 전송 시스템의 공진 횟수를 조절하는데 사용될 수 있다. 공진 주기 코드 생성기(450)는 φ2 동안 공진 회로에서 출력되는 전류(예를 들어, 도 2a 내지 2b의 전류 i2)를 적분하여, 공진 주기 횟수(NRC)를 결정할 수 있다.
공진 주기 카운터(440)는 스위칭 주기 φ1 및 φ2 각각에 대응하여 스위치를 제어하기 위한 공진 주기 코드(RC_CODE)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 공진 주기 코드의 길이는 3비트일 수 있다. 공진 주기 카운터(440)는 링 카운터 및 스위치 셀(switch-cell)에 기초하여 공진 횟수를 카운트할 수 있다. 공진 주기 카운터(440)는 공진 주기 코드에 기초하여 선택되는 스위치를 통해 공진 횟수가 만족되는 시점에서 출력(VOUT _ RCC)을 생성할 수 있다. 데드 타임 컨트롤러(460)는 게이트 구동 신호(φ1 및 φ2)가 서로 중첩되지 않도록 조절할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 작동 시켰을 때에 수신기의 효율 및 배터리에 전달되는 전력을 대응한 그래프(500)이다.
도 5의 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 출력 전압이 1.1V인 경우, 스위칭 주기 φ1의 공진 회로의 전류 i2가 수신기에 연결된 배터리로 출력되는 때에, 공진 회로의 스위칭 노드(예를 들어, 도 2a 내지 도 2b의 스위칭 노드 Vx)의 전압은 순간적으로 3VO(즉, 수신기의 출력 전압이 1.1V인 예시에서, 1.1V × 3 = 3.3 V)까지 증가될 수 있다. 스위칭 노드의 전압은 플라잉 커패시터의 개수에 따라 증가될 수 있다. 바꾸어 말하면, 수신기의 커패시터들이 연결됨에 따라, 공진 회로의 스위칭 노드의 전압이 배터리의 전압의 정수배로 증가될 수 있다.
스위칭 노드의 전압이 순간적으로 장가됨에 따라, 공진 회로의 RMS 전류가 감소될 수 있다. 따라서, 도 5를 참고하면, 수신기의 효율은 최대 84.7%까지 개선될 수 있다.
요약하면, 일실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 수신기는 (1) 공진을 이용하여 송신기로부터 전력을 수신하는 커패시터 및 인덕터, (2) 수신기의 출력 노드에 연결되는 하나 이상의 커패시터(예를 들어, 도 1의 플라잉 커패시터들(CFL1 및 CFL2)), (3) 수신기 내부의 전류 흐름을 제어하기 위한 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 상기 복수의 스위치는 수신기 내부의 RMS 전류를 줄이도록 작동할 수 있다. 수신기는 상기 복수의 스위치를 제어하기 위한 구성(예를 들어, 도 4의 최대 전류 탐지기(420), 영 전류 탐지기(430), 공진 주기 카운터(440), 공진 주기 코드 생성기(450) 및 데드 타임 컨트롤러(460))을 포함할 수 있다. 수신기의 출력 노드는 배터리 및/또는 전력 저장용 커패시터에 연결될 수 있고, 이 경우, 수신기는 배터리 및/또는 전력 저장용 커패시터를 무선 충전하는데 활용될 수 있다.
자세하게, 수신기의 출력 노드는 배터리뿐만 아니라, 배터리보다 상대적으로 저장 용량이 큰 전력 저장용 커패시터가 연결될 수 있다. 수신기의 출력 노드에 커패시터가 연결되는 경우, 본 발명은 초기 회로 동작을 보증할 수 있는 '시작 회로(start-up circuit)'로 구현될 수 있다. 이때, 시작 회로가 구현되었다고 가정할 때, 본 발명은 시작 회로에 의해 수신기의 출력 노드에 연결된 전력 저장용 커패시터에 제어회로를 동작시킬 수 있는 전압이 충전될 수 있으며, 이후 제안하는 회로의 정상상태 동작은 배터리가 연결된 것과 동일할 수 있다.
복수의 스위치는 전력을 수신하는 송신기로부터 전력을 수신하는 커패시터 및 인덕터가 미리 설정된 주기(예를 들어, 스위칭 주기 φ1)마다 하나 이상의 커패시터 및 출력 노드로부터 분리되도록 제어될 수 있다. 하나 이상의 커패시터 및 출력 노드로부터 분리되어 있는 동안, 송신기로부터 전력을 수신하는 커패시터 및 인덕터에서 공진하는 전류가 증가될 수 있다. 송신기로부터 전력을 수신하는 커패시터 및 인덕터로부터 분리되어 있는 동안, 출력 노드에 연결되는 하나 이상의 커패시터들은 서로 병렬 연결될 수 있다.
복수의 스위치는 상기 주기 이후 커패시터 및 인덕터를 커패시터 및 출력 노드로 연결함으로써, 공진에 의해 증가된 전류를 배터리로 출력할 수 있다. 복수의 스위치는 상기 주기 이후 출력 노드에 연결되는 하나 이상의 커패시터들을 직렬로 연결할 수 있다. 따라서, 송신기로부터 전력을 수신하는 커패시터 및 인덕터와 출력 노드에 연결된 커패시터 사이의 전압(예를 들어, 도 1, 도 2a 및 도 2b의 출력 노드 Vx)의 크기가 증가될 수 있다. 따라서, 수신기의 RMS 전류가 감소될 수 있고, 수신기에서 발생하는 열이 줄어들 수 있다. 결국, 수신기의 전력 수신 효율이 개선될 수 있다.
실시예들에서 설명된 구성요소들은 하나 이상의 DSP (Digital Signal Processor), 프로세서 (Processor), 컨트롤러 (Controller), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array)와 같은 프로그래머블 논리 소자 (Programmable Logic Element), 다른 전자 기기들 및 이것들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 하드웨어 구성 요소들(hardware components)에 의해 구현될 수 있다. 실시예들에서 설명된 기능들(functions) 또는 프로세스들(processes) 중 적어도 일부는 소프트웨어(software)에 의해 구현될 수 있고, 해당 소프트웨어는 기록 매체(recording medium)에 기록될 수 있다. 실시예들에서 설명된 구성요소들, 기능들 및 프로세스들은 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 송신기
120: 수신기
130: 배터리

Claims (14)

  1. 무선 전력 전송 시스템의 수신기에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 시스템에서 전력을 전송하는 송신기와 공진하는 인덕터;
    상기 인덕터의 공진에 의해 상기 인덕터에서 발생되는 전류를 저장하는 커패시터; 및
    상기 인덕터 및 상기 커패시터를 분리하여 상기 인덕터에서 발생되는 전류의 크기를 증가시키고, 상기 증가된 크기를 가지는 전류를 출력 노드로 전달하기 위하여 상기 인덕터, 상기 커패시터 및 상기 출력 노드를 직렬 연결하는 복수의 스위치
    를 포함하는 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는,
    상기 인덕터 및 상기 수신기의 접지 노드를 연결하는 제1 스위치;
    상기 제1 스위치 및 상기 인덕터 사이의 노드 및 상기 커패시터의 제1 노드를 연결하는 제2 스위치;
    상기 접지 노드 및 상기 커패시터의 제2 노드를 연결하는 제3 스위치;
    상기 제2 노드 및 상기 출력 노드를 연결하는 제4 스위치; 및
    상기 제1 노드 및 출력 노드를 연결하는 제5 스위치
    를 포함하는 수신기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 스위치는,
    미리 설정된 주기마다 닫힘으로써, 상기 인덕터에서 발생되는 전류를 상기 접지 노드로 전달하도록 제어되고,
    상기 제2 스위치는,
    상기 주기마다 개방됨으로써, 상기 인덕터에서 발생되는 전류가 상기 접지 노드로 전달되는 동안 상기 인덕터 및 상기 커패시터가 분리되도록 제어되는 수신기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인덕터에서 발생되는 전류의 크기는,
    상기 주기에서 상기 제1 스위치가 닫히는 동안, 상기 인덕터의 공진에 의해 증가되는 수신기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 스위치는,
    미리 설정된 주기마다 닫힘으로써, 상기 증가된 크기를 가지는 전류가 상기 커패시터로 전달되도록 제어되고,
    상기 제1 스위치는,
    상기 주기마다 개방됨으로써, 상기 증가된 크기를 가지는 전류가 상기 커패시터로 전달되는 동안 상기 인덕터 및 상기 접지 노드 사이가 분리되도록 제어되는 수신기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치는,
    상기 인덕터에서 발생되는 전류가 상기 제1 스위치를 통해 상기 접지 노드로 전달되는 동안 닫힘으로써, 상기 커패시터가 상기 출력 노드와 병렬로 연결되도록 제어되는 수신기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제4 스위치는,
    상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치가 닫혀있는 동안 개방됨으로써, 상기 커패시터의 전력이 상기 출력 노드로 전달되도록 제어되는 수신기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제4 스위치는,
    상기 제2 스위치가 닫혀있고 상기 제1 스위치가 개방되어 있는 동안 닫힘으로써, 상기 증가된 크기를 가지는 전류가 출력 노드로 전달되도록 제어되는 수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치는,
    상기 제4 스위치가 닫혀있는 동안 개방됨으로써, 상기 인덕터, 상기 커패시터 및 상기 출력 노드가 직렬 연결되도록 제어되는 수신기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는,
    상기 수신기가 복수의 커패시터를 포함하는 경우,
    상기 인덕터 및 상기 복수의 커패시터가 분리되어 있는 동안, 상기 복수의 커패시터 및 상기 출력 노드가 병렬 연결되도록 제어되고,
    상기 인덕터 및 상기 복수의 커패시터가 연결된 동안, 상기 인덕터, 상기 복수의 커패시터 및 상기 출력 노드가 직렬 연결되도록 제어되는 수신기.
  11. 무선 전력 전송 시스템의 수신기에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 시스템의 송신기와 공진하는 공진 회로;
    상기 송신기에서 전달되는 전력을 저장하는 배터리 및/또는 전력 저장용 커패시터;
    상기 공진 회로 및 상기 배터리 사이를 연결하는 복수의 커패시터를 포함하는 스위칭 커패시터 회로; 및
    미리 설정된 주기마다 상기 공진 회로에서 증폭된 전류를 상기 스위칭 커패시터 회로로 전달하는 스위치
    를 포함하고,
    상기 스위칭 커패시터 회로는,
    상기 스위치에 의해 상기 공진 회로에서 증폭된 전류를 수신하는 동안 상기 복수의 커패시터, 상기 공진 회로 및 상기 배터리 및/또는 전력 저장용 커패시터가 직렬 연결되도록, 상기 복수의 커패시터를 연결하는 수신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 커패시터 회로는,
    상기 스위치에 의해 상기 공진 회로의 전류를 수신하지 않는 동안 상기 복수의 커패시터 및 상기 배터리 및/또는 전력 저장용 커패시터가 병렬 연결되도록, 상기 복수의 커패시터를 연결하는 수신기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 커패시터 회로는,
    상기 스위치에 의해 상기 공진 회로에서 증폭된 전류를 수신하는 동안, 상기 공진 회로 및 상기 스위칭 커패시터 회로를 연결하는 노드의 전압이 상기 배터리 및/또는 전력 저장용 커패시터의 전압의 정수배가 되도록, 상기 복수의 커패시터를 연결하는 수신기.
  14. 무선 전력 전송 시스템의 수신기에 있어서,
    미리 설정된 주기마다 상기 수신기의 공진 회로와 연결되는 하나 이상의 커패시터; 및
    상기 커패시터, 상기 공진 회로 및 상기 수신기의 출력 노드 사이의 연결을 상기 주기에 기초하여 변경하는 복수의 스위치
    를 포함하고,
    상기 복수의 스위치는,
    상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 공진 회로가 상기 주기마다 연결될 때마다, 상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 출력 노드를 직렬 연결하고,
    상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 공진 회로가 상기 주기마다 분리될 때마다, 상기 하나 이상의 커패시터 및 상기 출력 노드를 병렬 연결하는 수신기.
KR1020180050005A 2018-04-30 2018-04-30 공진 회로의 전압을 증가시키도록 스위칭되는 무선 전력 전송 시스템의 수신기 KR102427408B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180050005A KR102427408B1 (ko) 2018-04-30 2018-04-30 공진 회로의 전압을 증가시키도록 스위칭되는 무선 전력 전송 시스템의 수신기
US16/163,359 US10826328B2 (en) 2018-04-30 2018-10-17 Receiver of wireless power transmission system being switched to increase voltage of resonance circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180050005A KR102427408B1 (ko) 2018-04-30 2018-04-30 공진 회로의 전압을 증가시키도록 스위칭되는 무선 전력 전송 시스템의 수신기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190125773A true KR20190125773A (ko) 2019-11-07
KR102427408B1 KR102427408B1 (ko) 2022-08-02

Family

ID=68291330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180050005A KR102427408B1 (ko) 2018-04-30 2018-04-30 공진 회로의 전압을 증가시키도록 스위칭되는 무선 전력 전송 시스템의 수신기

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10826328B2 (ko)
KR (1) KR102427408B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220089842A (ko) * 2020-12-22 2022-06-29 충남대학교산학협력단 공중파(rf)를 이용한 dc 충방전 방법 및 장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI740619B (zh) * 2020-08-21 2021-09-21 國立臺灣科技大學 用於電源轉換器的控制電路及控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140037895A (ko) * 2011-06-02 2014-03-27 가부시키가이샤 어드밴티스트 무선 수전 장치, 무선 급전 장치 및 무선 급전 시스템, 자동 튜닝 보조 회로
US20150035380A1 (en) * 2011-06-27 2015-02-05 Maxim Integrated Products, Inc. Systems and methods for power transfer based on resonance coupling of inductors
WO2016138546A2 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 Azoteq (Pty) Ltd Inductance sensing
US20170018967A1 (en) * 2015-07-13 2017-01-19 Nxp B.V. Wireless Power Receiver

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120224398A1 (en) * 2010-11-15 2012-09-06 Istituto Superiore Mario Boella Sulle Tecnologie Dell'informazione E Delle Telecomunicazioni Charge-transfer conditioning circuit
KR20120072181A (ko) 2010-12-23 2012-07-03 한국전자통신연구원 자기 공명체 주변의 복사 전력을 저감하기 위한 무선 전력 전송 장치 및 그 방법
TWM427728U (en) * 2011-10-25 2012-04-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Charging device
KR101931256B1 (ko) * 2012-07-25 2018-12-20 삼성전자주식회사 무선 전력 수신 장치 및 방법
KR101377124B1 (ko) 2012-12-28 2014-04-01 서울과학기술대학교 산학협력단 단일 스위치 절연형 공진 컨버터 및 이를 이용한 인터리빙 단일 스위치 절연형 공진 컨버터
US10020669B2 (en) 2014-11-27 2018-07-10 Electronics And Telecommunications Research Institute Wireless power receiving apparatus and power control method thereof, and wireless power system
EP3371871B1 (en) * 2015-11-02 2019-03-27 Koninklijke Philips N.V. Wireless inductive power transfer
KR101904336B1 (ko) 2016-04-15 2018-10-04 주식회사 맵스 자기 전압 제어형 정류기를 가진 무선 전력 수신기
KR101923317B1 (ko) 2016-07-04 2018-11-28 숭실대학교산학협력단 양방향 풀브릿지 컨버터 및 그 구동방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140037895A (ko) * 2011-06-02 2014-03-27 가부시키가이샤 어드밴티스트 무선 수전 장치, 무선 급전 장치 및 무선 급전 시스템, 자동 튜닝 보조 회로
US20150035380A1 (en) * 2011-06-27 2015-02-05 Maxim Integrated Products, Inc. Systems and methods for power transfer based on resonance coupling of inductors
WO2016138546A2 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 Azoteq (Pty) Ltd Inductance sensing
US20180128650A1 (en) * 2015-02-27 2018-05-10 Azoteq (Pty) Ltd Inductance sensing
US20170018967A1 (en) * 2015-07-13 2017-01-19 Nxp B.V. Wireless Power Receiver

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220089842A (ko) * 2020-12-22 2022-06-29 충남대학교산학협력단 공중파(rf)를 이용한 dc 충방전 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102427408B1 (ko) 2022-08-02
US20190334379A1 (en) 2019-10-31
US10826328B2 (en) 2020-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10447087B2 (en) Wireless power transmission apparatus for high efficiency energy charging
US10312740B2 (en) Communication system using wireless power
JP6523679B2 (ja) 無線電力送信装置とその制御方法及びコンピュータ読出可能記録媒体並びにエネルギー充電装置
CN109874374B (zh) 压控电荷泵和电池充电器
US10361581B2 (en) Battery charger power control
CN107251400A (zh) 具有有限状态机控制的多电平开关调节器电路及方法
KR102257902B1 (ko) 이종 전원을 공급하는 배터리 팩 및 그 충전 방법
KR20150125433A (ko) 슬레이브 장치의 식별자를 생성하는 방법 및 장치
US10037847B2 (en) Apparatus and method for wirelessly receiving power
US9601948B2 (en) Wireless power transmission apparatus and method
US20190097437A1 (en) Battery managing method and apparatus to connect batteries to electronic devices based on states of charge of the batteries
KR102427408B1 (ko) 공진 회로의 전압을 증가시키도록 스위칭되는 무선 전력 전송 시스템의 수신기
US9893631B2 (en) Non-isolated DC-DC conversion circuit configured for capacitive and magnetic power transfer
JP2018126049A (ja) 絶縁型ｄｃ−ｄｃ電力変換回路
US20200186033A1 (en) Wireless power receiver
CN114629250A (zh) 用于光伏电源的无线电力传输
US10778036B2 (en) Wireless power transmitter
KR102427840B1 (ko) 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 수신 방법
EP3985857A1 (en) Dc-to-dc voltage converter circuit with voltage conversion method using single inductor
KR102589640B1 (ko) 컨버터 및 이를 포함한 회로 장치
WO2021035404A1 (zh) 充电系统和方法
KR20240024570A (ko) 에너지 하베스팅 장치의 전력을 이용하는 어플리케이션의 제어 방법 및 이를 수행하는 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant