KR20200007519A - Wireless power receiving apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 무선 전력 수신 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power receiver.
전통적으로 무선 전력 수신장치는 무선으로 전기 에너지를 수신할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신장치는 상기 수신된 무선 전력에 의하여 직접 구동될 수 있다. 무선 전력 수신장치는 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하고 상기 충전된 전력으로 구동될 수 있다.Traditionally, wireless power receivers can receive electrical energy wirelessly. In addition, the wireless power receiver may be directly driven by the received wireless power. The wireless power receiver may charge the battery using the received wireless power and may be driven by the charged power.
무선 전력 송신장치는 상기 무선 전력을 무선 전력 수신장치로 전송할 수 있다. The wireless power transmitter may transmit the wireless power to the wireless power receiver.
무선 전력 협의체(Wireless Power Consortium)는 무선 전력 송신장치 및 무선 전력 수신장치 사이의 무선 전력에 대한 전송과 관련된 기술의 표준화의 일환으로, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송에 대한 기술을 다루고 있다. The Wireless Power Consortium is a part of the standardization of the technology related to the transmission of wireless power between the wireless power transmitter and the wireless power receiver, and deals with the technology of the magnetic induction wireless power transmission.
또한, 무선 전력 협의체(Wireless Power Consortium)는 2010년 4월 12일에 무선 전력 전송에서의 호환성(interoperability)에 대한 "무선 전력 전송 시스템 설명서, 제1권, 저전력, 파트 1: 인터페이스 정의, 버전 1.00 RC1(System Description Wireless Power Transfer, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 Release Candidate 1)" 표준 문서를 공개하였다.In addition, the Wireless Power Consortium, April 12, 2010, discusses "Wireless Power Transfer System Guide, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definitions, Version 1.00, on interoperability in wireless power transfer." "RC1 (System Description Wireless Power Transfer, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 Release Candidate 1)" standard document.
한편, 또 다른 기술표준협의체인 파워 매터스 얼라이언스(Power Matters Alliance)는 2012년 3월 설립되었다. 파워 매터스 얼라이언스는 인터페이스 표준의 제품군을 발전시키고 유도 공진 전력을 제공하기 위하여 유도 결합 기술을 기반으로 한 표준 문서를 공개하였다.Meanwhile, another technical standards body, the Power Matters Alliance, was established in March 2012. The Power Matters Alliance has published standard documents based on inductive coupling technology to advance the family of interface standards and provide inductive resonance power.
전자기유도를 이용한 무선 충전 방식은 우리 생활에서 이미 자주 접하고 있다. 예를 들어, 전자기 유도를 이용한 무선 충전 방식은 전동 칫솔, 무선커피포트 등에서 상용화되어 활용되고 있다.Wireless charging using electromagnetic induction is already encountered frequently in our lives. For example, a wireless charging method using electromagnetic induction is commercially available in electric toothbrushes, wireless coffee ports, and the like.
최근에는 기존의 일대일로 무선 전력을 전송하는 방법에서 나아가, 하나의 무선 전력 전송장치가 다수의 무선 전력 수신장치에 전력을 전송하는 방법이 개발되고 있다. Recently, in addition to the conventional one-to-one wireless power transmission method, a method of transmitting power to a plurality of wireless power receivers by one wireless power transmitter has been developed.
종래 기술인 한국등록특허 제10-1708312호(등록일 2017.02.20)에는 무선 전력 수신 장치가 개시된다.Korean Patent Registration No. 10-1708312 (Registration Date 2017.02.20) which is a prior art discloses a wireless power receiver.
도 1은 종래 기술에 따른 무선전력 수신장치를 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a wireless power receiver according to the prior art.
도 1을 참조하면, 무선전력 수신장치의 스위치 제어부(1)는 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 스위칭 동작시킬 수 있다. Referring to FIG. 1, the switch control unit 1 of the wireless power receiver may switch the first and second switches M1 and M2.
이때, 제1 및 제2 스위치(M1, M2)는 제1 및 제2 커패시터(C1, C2) 중 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스를 가변시킬 수 있다. 이에 따라 전체적으로 공진 주파수는 가변될 수 있다.In this case, the first and second switches M1 and M2 may vary the capacitance of the second capacitor C2 among the first and second capacitors C1 and C2. Accordingly, the resonance frequency may vary as a whole.
이때, 무선전력 수신장치는 LC 병렬 공진회로를 구성하여 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스에 대한 가변 범위를 넓게 사용할 수 있다. 하지만, 종래 기술의 LC 병렬 공진회로는 무선 전력에 대한 수신 효율이 낮은 문제점이 있다.In this case, the wireless power receiver may form an LC parallel resonant circuit to use a wide range of capacitance with respect to the capacitance of the second capacitor C2. However, the LC parallel resonant circuit of the related art has a problem of low reception efficiency with respect to wireless power.
따라서, LC 병렬 공진회로보다 커패시턴스에 대한 가변 효율을 높일 수 있도록 LC 직렬 공진회로를 구성한 무선전력 수신장치에 대한 연구가 진행 중에 있다.Therefore, a research on a wireless power receiver configured with an LC series resonant circuit in order to increase the variable efficiency with respect to the capacitance than the LC parallel resonant circuit is in progress.
본 발명의 목적은, LC 직렬 공진회로를 구성하여 커패시턴스의 가변이 용이한 무선전력 수신장치를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a wireless power receiver having an LC series resonant circuit, the capacitance of which can be easily changed.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 커패시턴스를 전자적으로 가변하기 위하여, LC 직렬 공진회로의 커패시터에 병렬 연결된 2개의 스위치 소자를 영전압 스위칭(zero-voltage switching, ZVS)하는 무선전력 수신장치를 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a wireless power receiver for zero-voltage switching (ZVS) of two switch elements connected in parallel to a capacitor of an LC series resonant circuit in order to electronically vary the capacitance. have.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned above can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명에 따른 무선전력 수신장치는 2개의 스위치 소자를 영전압 스위칭(ZVS) 제어를 수행함으로써, LC 직렬 공진회로의 커패시터에 대한 커패시턴스를 전자적으로 가변시킴으로써, 공진 주파수의 선택을 용이하게 하는 이점이 있다.The wireless power receiver according to the present invention has an advantage of facilitating selection of a resonant frequency by performing a zero voltage switching (ZVS) control on two switch elements and electronically varying the capacitance of the capacitor of the LC series resonant circuit. have.
또한, 본 발명에 따른 무선전력 수신장치는 공진 주파수의 선택에 따라 설정된 전력만을 수신할 수 있다. In addition, the wireless power receiver according to the present invention can receive only the power set according to the selection of the resonance frequency.
또한, 본 발명에 따른 무선전력 수신장치는 별도의 컨버터를 구비하지 않아 제조 공정 및 제조 원가를 낮출 수 있는 이점이 있다.In addition, the wireless power receiver according to the present invention does not have a separate converter has the advantage of lowering the manufacturing process and manufacturing costs.
실시 예에 따른 무선전력 수신장치는, 2개의 스위치 소자를 영전압 스위칭(ZVS)함으로써, LC 직렬 공진회로의 커패시터에 대한 커패시턴스를 전자적으로 가변하도록 함으로써, 공진 주파수의 선택이 용이한 이점이 있다.The wireless power receiver according to the embodiment has an advantage in that the resonance frequency can be easily selected by zero voltage switching (ZVS) of the two switch elements so that the capacitance to the capacitor of the LC series resonant circuit is electronically changed.
또한, 실시 예에 따른 무선전력 수신장치는, 공진 주파수의 선택에 따라 설정된 전력만을 수신할 수 있으며, 별도의 컨버터를 구비하지 않아 제조 공정 및 제조 원가를 낮출 수 있는 이점이 있다.In addition, the wireless power receiver according to the embodiment can receive only the power set according to the selection of the resonant frequency, there is an advantage that the manufacturing process and manufacturing cost can be lowered because there is no separate converter.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, the specific effects of the present invention will be described together with the following description of specifics for carrying out the invention.
도 1은 종래 기술에 따른 무선전력 수신장치를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선전력 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에서 나타낸 무선전력 시스템의 구성을 나타낸 제어블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선전력 수신장치를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 무선전력 수신장치의 전력 제어를 위한 스위칭을 나타낸 타이밍도이다.
도 6은 본 발명에 따른 무선전력 수신장치의 공진점을 간략하게 나타낸 도이다.1 is a circuit diagram showing a wireless power receiver according to the prior art.
2 is a block diagram schematically illustrating a wireless power system according to the present invention.
3 is a control block diagram showing the configuration of the wireless power system shown in FIG.
4 is a circuit diagram schematically showing a wireless power receiver according to the present invention.
FIG. 5 is a timing diagram illustrating switching for power control of the wireless power receiver shown in FIG. 4.
6 is a view briefly showing a resonance point of the wireless power receiver according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.
이하에서는, 실시예에 따른 무선전력 수신장치를 설명하도록 한다.Hereinafter, a wireless power receiver according to an embodiment will be described.
도 2는 본 발명에 따른 무선전력 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram schematically illustrating a wireless power system according to the present invention.
도 2를 참조하면, 무선전력 시스템(100)은 무선전력 송신장치(110) 및 무선전력 수신장치(150)를 포함할 수 있다.2, the
무선전력 송신장치(110)는 무선전력 수신장치(150)에 필요한 전력을 무선으로 전달할 수 있는 전력 전달 장치일 수 있으며, 무선전력 송신장치(110)는 무선전력 수신장치(150)의 배터리를 충전하는 무선 충전 장치일 수 있다.The
무선전력 수신장치(150)는 무선전력 송신장치(110)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 장치일 수 있으며, 무선전력 수신장치(150)는 무선으로 수신된 전력을 기반으로 배터리를 충전할 수 있다.The
무선전력 수신장치(150)는 휴대 가능한 모든 전자 기기일 수 있다. 무선전력 수신장치(150)는 예를 들면 키보드, 마우스, 영상 도는 음성의 보조 출력장치 등의 입출력 장치, 휴대폰, 셀룰라폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 테블릿 및 멀티미디어 기기 등을 포함할 수 있다.The
또한, 무선전력 수신장치(150)는 무선 전력 충전이 가능한 자동차 등에 사용될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.In addition, the
무선전력 송신장치(110)는 하나 이상의 무선전력 전달 방법을 이용할 수 있다. 무선전력 송신장치(110)는 무선전력 수신장치(150)와 상호간 접촉이 없이 무선으로 전력을 전달할 수 있다. The
무선전력 송신장치(110)는 유도 결합(Inductive Coupling) 방식 및 공진 결합(Magentic Resonance Coupling) 방식으로 전력을 전달할 수 있다.The
유도 결합 방식은 무선 전력 신호에 의한 자기 유도 현상에 기초하여 전력을 전달하며, 공진 결합 방식은 특정한 주파수의 무선 전력 신호에 의한 전자기적 공진 현상에 기초하여 전력을 전달할 수 있다.The inductive coupling method transmits power based on a magnetic induction phenomenon caused by a wireless power signal, and the resonance coupling method may transmit power based on an electromagnetic resonance phenomenon caused by a wireless power signal having a specific frequency.
여기서, 상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 1차 코일 및 2차 코일을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 기술이다. 또한 상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 자기 유도 현상에 의하여 하나의 코일에서 변화하는 자기장을 통해 다른 코일 쪽으로 전류가 유도됨으로써 전력을 전달할 수 있다.Here, the wireless power transmission by the inductive coupling method is a technology for wirelessly transmitting power using the primary coil and the secondary coil. In addition, the wireless power transmission using the inductive coupling method may transfer power by inducing a current toward another coil through a magnetic field changing in one coil by a magnetic induction phenomenon.
또한, 상기 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 무선전력 송신장치(110)에서 무선전력 수신장치(150)로 무선 전력 신호를 전송하고, 무선전력 수신장치(150)는 무선 전력 신호에 의하여 공진이 발생된다. 이때, 무선전력 수신장치(150)는 상기 공진 현상에 의하여 전력이 전달받을 수 있다.In addition, the wireless power transmission by the resonance coupling method transmits a wireless power signal from the
도 3은 도 2에서 나타낸 무선전력 시스템의 구성을 나타낸 제어블록도이다.3 is a control block diagram showing the configuration of the wireless power system shown in FIG.
도 3을 참조하면, 무선전력 시스템(100)은 무선전력 송신장치(110) 및 무선전력 수신장치(150)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the
무선전력 송신장치(110)는 정류 회로부(122), 인버터부(124), 송신부(126)를 포함할 수 있다.The
정류 회로부(122)는 외부 전원(Vin)으로부터 입력되는 교류 입력 전력을 정류하여 직류 전력을 출력할 수 있다. 정류 회로부(122)는 적어도 하나의 다이오드를 포함할 수 있으며, 정류 회로부(122)는 예를 들어 반파 정류회로, 전파 정류회로, 브릿지 전파 정류회로 및 PFC(Power Factor Correction) 회로 중 어느 하나로 구현될 수 있다.The
인버터부(124)는 정류 회로부(122)에서 출력되는 상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력할 수 있다. 인버터부(124)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위한 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 스위칭 소자는 예를 들어 IGBT 소자 또는 FET 소자 등을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 스위칭 소자는 미리 정해진 구동 주파수에 따라 턴온 및 턴오프 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.The
상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프 동작에 의해, 인버터부(124)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.By turning on and off the at least one switching element, the
인버터부(124)는 하프 브릿지(Half Bridge) 회로 또는 풀 브릿지 회로(Full Bridge) 회로로 구성될 수 있다.The
인버터부(124)로부터 출력되는 교류 전력을 이용하여, 송신부(126)는 무선전력 수신장치(150)로 무선 전력 신호를 송신한다. 송신부(126)는 서로 직렬로 연결되는 송신 코일(L) 및 커패시터(C)를 포함할 수 있다.Using the AC power output from the
이때, 송신 코일(L) 및 커패시터(C)는 직렬 공진회로, 병렬 공진회로 및 직병렬 공진회로 중 어느 하나로 구현될 수 있다.In this case, the transmitting coil L and the capacitor C may be implemented as any one of a series resonant circuit, a parallel resonant circuit, and a series-parallel resonant circuit.
여기서, 송신 코일(L)은 인버터부(124)에서 출력된 교류 전력으로 무선 전력 신호인 자기장을 형성할 수 있다. 이 무선 전력 신호에 의해 무선전력 수신장치(150)에 포함된 수신 코일(L1)에 교류 전류가 유도되게, 송신 코일(L)은 전력을 송신할 수 있다.Here, the transmission coil L may form a magnetic field that is a wireless power signal using the AC power output from the
무선전력 송신장치(110)는 송신 코일(L)의 인덕턴스와 커패시터(C)의 커패시턴스에 의해서 정의되는 공진 주파수를 갖는다.The
무선전력 수신장치(150)는 수신부(이하에서, '공진회로부'로 칭함, 152), 가변 스위치부(154) 및 정류회로부(156) 를 포함할 수 있다.The
공진 회로부(152)는 송신부(126)로부터 전송되는 무선 전력 신호를 수신하여 교류 전력을 생성할 수 있다. 공진회로부(152)는 서로 직렬로 연결되는 공진 코일(L1) 및 공진 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. The
무선전력 수신장치(150)의 공진 주파수는 공진 코일(L1)의 인덕턴스 값과 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스 값에 의해 정의될 수 있다.The resonance frequency of the
가변 스위치부(154)는 공진 커패시터(C1)와 정류 회로부(156)에 서로 연결될 수 있다. 가변 스위치부(154)는 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스 값이 설정된 공진 주파수에 대응하는 등가 커패시턴스 값을 갖도록 제어할 수 있다.The
여기서, 가변 스위치부(154)는 제1 및 제2 스위치 소자(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제1 스위치 소자는 정류 회로부(156)에서 입력된 교류 전력의 포지티스 주기에 스위칭 동작하고, 상기 제2 스위치 소자는 정류 회로부(156)에서 입력된 교류 전력의 네거티브 주기에 스위칭 동작할 수 있다.The
또한, 상기 제1 및 제2 스위치 소자의 듀티(duty) 및 공진 커패시터(C1)의 등가 커패시턴스 값에 따라, 유효 듀티(effective duty)는 결정할 수 있다.In addition, the effective duty may be determined according to the duty of the first and second switch elements and the equivalent capacitance value of the resonant capacitor C1.
가변 스위치부(154)에 대한 자세한 설명은 도 4에서 후술하기로 한다.A detailed description of the
정류 회로부(156)는 공진 회로부(152)로부터 출력되는 교류 전력을 변환하여 직류 전력을 출력할 수 있다. 정류 회로부(156)는 복수의 다이오드로 구성되는 정류 회로 및 하나 이상의 캐패시터 소자로 구성될 수 있다. 정류 회로부(156)는 반파 정류 회로, 전파 정류 회로, 브릿지 전파 정류 회로, 또는 PFC(Power Factor Correction) 회로 등일 수 있다.The
정류 회로부(156)는 정류된 상기 직류 전력을 부하측(Load)으로 출력할 수 있다.The
실시 예에서 수신부(150)는 컨버터부(미도시)를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the
즉, 상기 컨버터부 정류 회로부(156)와 부하측(Load) 사이에서 위치할 수 있다. 상기 컨버터부는 정류 회로부(156)로부터 출력되는 직류 전력의 전압 레벨을 가변시킬 수 있다. 이때, 상기 컨버터부는 직류 전력을 사용하는 부하측(Load)에 연결된 직류-직류(DC-DC) 컨버터일 수 있다. That is, the converter unit may be positioned between the
무선전력 수신장치(150)는 부하측(Load)과 물리적으로 결합되거나, 무선전력 수신장치(150)는 부하측(Load) 내의 일부 모듈로서 구현될 수 있다.The
도 4는 본 발명에 따른 무선전력 수신장치를 개략적으로 나타낸 회로도이다.4 is a circuit diagram schematically showing a wireless power receiver according to the present invention.
먼저, 도 4(a)는 무선전력 수신장치에 적용된 회로도이며, 도 4(b)는 도 4(a)에 나타낸 회로도에 대한 등가 회로도를 나타낸다.First, FIG. 4 (a) is a circuit diagram applied to a wireless power receiver, and FIG. 4 (b) shows an equivalent circuit diagram with respect to the circuit diagram shown in FIG. 4 (a).
도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 무선전력 수신장치(150)는 공진 회로부(152), 가변 스위치부(154) 및 정류 회로부(156)를 포함할 수 있다.4A and 4B, the
먼저, 공진 회로부(152)는 공진 코일(L1) 및 공진 커패시터(C1)를 포함할 수 있다.First, the
공진 코일(L1)은 무선전력 송신장치(150)에서 송신된 무선 전력 신호에 대응하는 유기 기전력(Iac + Vac)을 발생시킬 수 있다. 또한, 공진 커패시터(C1)는 공진 코일(L1)의 일단에 직렬 연결되며, 유기 기전력(Iac + Vac)에 대한 교류 전력(Vo)을 출력할 수 있다.The resonant coil L1 may generate an organic electromotive force Iac + Vac corresponding to the wireless power signal transmitted from the
이때, 가변 스위치부(154)의 동작에 따라, 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스 값은 등가 커패시턴스 값으로 가변될 수 있다. At this time, according to the operation of the
먼저, 정류 회로부(156)는 제1 내지 제4 다이오드(D1 내지 D4)를 포함하는 브리지 전파 정류회로로 구현될 수 있다.First, the rectifying
이때, 제1 및 제4 다이오드(D1 내지 D4)는 공진 회로부(152)에서 출력되는 교류 전력(Vo)의 포지티스 주기(양 주기)에 동작된다. 제2 및 제3 다이오드(D2, D3)는 공진 회로부(152)에서 출력되는 교류 전력(Vo)의 네거티브 주기(음 주기)에 동작하여 전파 정류된 직류 전력(Vd)를 출력할 수 있다.In this case, the first and fourth diodes D1 to D4 are operated at a position period (both periods) of the AC power Vo output from the
여기서, 제1 다이오드(D1)의 애노드는 공진 코일(L1)의 일단에 연결되고, 제1 다이오드(D1)의 캐소드는 제2 다이오드(D2)의 캐소드와 연결될 수 있다.Here, the anode of the first diode D1 may be connected to one end of the resonant coil L1, and the cathode of the first diode D1 may be connected to the cathode of the second diode D2.
제2 다이오드(D2)의 캐소드는 제1 다이오드(D1)의 캐소드에 연결되고, 제2 다이오드(D2)의 애노드는 제1 노드(n1)에서 공진 커패시터(C1)의 일단 및 제4 다이오드(D4)의 캐소드와 연결될 수 있다.The cathode of the second diode D2 is connected to the cathode of the first diode D1, and the anode of the second diode D2 has one end of the resonant capacitor C1 and the fourth diode D4 at the first node n1. It can be connected to the cathode of).
제3 다이오드(D3)의 캐소드는 제1 다이오드(D1)의 애노드에 연결되고, 제3 다이오드(D3)의 캐소드가 접지와 연결될 수 있으며, 제4 다이오드(D4)의 캐소드는 제1 노드(n1)에 연결되고, 제4 다이오드(D4)의 애노드는 접지에 연결될 수 있다.The cathode of the third diode D3 is connected to the anode of the first diode D1, the cathode of the third diode D3 is connected to ground, and the cathode of the fourth diode D4 is connected to the first node n1. ), And the anode of the fourth diode D4 may be connected to ground.
여기서, 정류 회로부(156)는 전파 정류된 직류 전력(vd)를 평활하는 평활 커패시터(CL)를 포함할 수 있다.Here, the rectifying
가변 스위치부(154)는 제1 스위치 소자(sw1), 제2 스위치 소자(sw2) 및 스위치 제어부(155)를 포함할 수 있다.The
제1 스위치 소자(sw1)는 공진 코일(L1) 및 공진 커패시터(C1)와 병렬 연결될 수 있다. 또한, 제1 스위치 소자(sw1)는 제2 다이오드(D2)와 공진 커패시터(C1)와 병렬 연결될 수 있다.The first switch element sw1 may be connected in parallel with the resonant coil L1 and the resonant capacitor C1. In addition, the first switch element sw1 may be connected in parallel with the second diode D2 and the resonant capacitor C1.
여기서, 제1 스위치 소자(sw1)는 P-채널 전계효과 트랜지스터(MOSFET, Metal Oxide Semiconductor field dffect transistor)일 수 있다. 제1 스위치 소자(sw1)의 게이트 단자는 스위치 제어부(155)에서 출력된 제1 스위치 제어신호(Vgh)가 입력되고, 제1 스위치 소자(sw1)의 소오스 단자는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)에 연결되며, 제1 스위치 소자(sw1)의 드레인 단자는 공진 커패시터(C1)과 제2 노드(n2)에 연결될 수 있다.Here, the first switch element sw1 may be a P-channel field effect transistor (MOSFET). The first switch control signal V gh output from the
가변 스위치부(154)는 제1 스위치 다이오드(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 스위치 다이오드는 제1 스위치 소자(sw1)의 드레인 단자 및 제2 노드(n2)에 연결될 수 있다.The
제2 스위치 소자(sw2)는 N-채널 전계효과 트랜지스터(MOSFET, Metal Oxide Semiconductor field effect transistor)일 수 있다. 제2 스위치 소자(sw2)의 게이트 단자는 스위치 제어부(155)에서 출력된 제2 스위치 제어신호(Vgl)가 입력되고, 제2 스위치 소자(sw2)의 소오스 단자는 제2 노드(n2)에 연결되며, 제2 스위치 소자(sw2)의 드레인 단자는 접지에 연결될 수 있다.The second switch element sw2 may be an N-channel metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). The second switch control signal V gl output from the
또한, 가변 스위치부(154)는 제2 스위치 다이오드(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 스위치 다이오드는 제2 스위치 소자(sw2)의 소오스 단자 제2 노드(n2)에 연결될 수 있다.In addition, the
스위치 제어부(155)는 제1 및 제2 스위치 소자(sw1, sw2) 각각으로 제1 및 제2 스위치 제어신호(Vgh, Vgl)를 출력할 수 있다.The
여기서, 제1 및 제2 스위치 제어신호(Vgh, Vgl)는 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스 값이 설정된 공진 주파수에 대응하는 등가 커패시턴스 값으로 가변시키는 제어신호일 수 있다.Here, the first and second switch control signals V gh and V gl may be control signals for varying the capacitance value of the resonant capacitor C1 to an equivalent capacitance value corresponding to the set resonance frequency.
즉, 교류 전력(Vo)의 포지티스 주기(양 주기)에 제1 스위치 소자(sw1)의 소프트 스위칭을 위하여, 스위치 제어부(155)는 제1 스위치 제어신호(Vgh)를 출력할 수 있다.That is, the
또한, 교류 전력(Vo)의 네거티브 주기(음 주기)에 제2 스위치 소자(sw2)의 소프트 스위칭을 위하여, 스위치 제어부(155)는 제2 스위치 제어신호(Vgl)를 출력할 수 있다.In addition, the
이때, 교류 전력(Vo)의 포지티브 주기 중 공진 커패시터(C1)의 양단 전압, 즉 제1 및 제2 노드(n1, n2) 사이의 전압이 감소하는 구간에서, 스위치 제어부(155)는 제1 스위치 제어신호(Vgh)를 상기 제1 스위치 소자(sw1)로 출력할 수 있다. At this time, in a period in which the voltage between both ends of the resonant capacitor C1, that is, the voltage between the first and second nodes n1 and n2, decreases during the positive period of the AC power Vo, the
또한, 교류 전력(Vo)의 네거티브 주기 중 공진 커패시터(C1)의 양단 전압이 증가하는 구간에서, 스위치 제어부(155)는 제2 스위치 제어신호(Vgl)를 제2 스위치 소자(sw2)로 출력할 수 있다.In addition, the
즉, 상기 공진 주파수에 대응되게 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스 값이 등가 커패시턴스 값으로 가변되게, 스위치 제어부(155)는 제1 및 제2 스위치 소자(sw1, sw2)의 유효 듀티(effective duty)를 조절할 수 있다.That is, the
상기 공진 주파수에 따라 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스 값이 상기 등가 커패시턴스 값으로 가변되도록, 스위치 제어부(155)는 제1 및 제2 스위치 제어신호(Vgh, Vgl)를 출력할 수 있다. 즉, 공진 커패시터(C1)의 양단 전압, 즉 제1 및 제2 노드(n1, n2) 사이의 전압이 0 전압인 경우, 스위치 제어부(155)는 제1 및 제2 스위치 제어신호(Vgh, Vgl)를 출력하여 제1 및 제2 스위치 소자(sw1, sw2)가 유효 듀티 동안 턴온 동작시킬 수 있다.The
여기서, 스위치 제어부(155)는 제1 및 제2 노드(n1, n2) 사이의 전압을 설정시간 또는 실시간으로 측정할 수 있다.Here, the
아래의 [수학식 1]은 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스 값이 등가 커패시턴값으로 가변됨을 나타낸다.Equation 1 below shows that the capacitance value of the resonant capacitor C1 is changed to an equivalent capacitance value.
여기서, Cv는 등가 커패시턴스 값, Cp는 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스 값 및 d는 듀티 사이클일 수 있다.Here, C v may be an equivalent capacitance value, C p may be a capacitance value of the resonant capacitor C1, and d may be a duty cycle.
따라서, 상술한 [수학식 1]에 따라, 스위치 제어부(155)는 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스 값을 전자적으로 등가 커패시턴값으로 가변할 수 있다.Therefore, according to Equation 1 described above, the
이때, 상기 유효 듀티는 듀티보다 작으며 제로(zero, 0) 보다 클 수 있다.In this case, the effective duty is smaller than the duty and may be greater than zero (zero).
도 5는 도 4에 나타낸 무선전력 수신장치의 전력 제어를 위한 스위칭을 나타낸 타이밍도이다. 또한 도 6은 본 발명에 따른 무선전력 수신장치의 공진점을 간략하게 나타낸 도이다.FIG. 5 is a timing diagram illustrating switching for power control of the wireless power receiver shown in FIG. 4. 6 is a view showing briefly the resonance point of the wireless power receiver according to the present invention.
도 5를 참조하면, 스위치 제어부(155)는 공진 회로부(152)에서 출력되는 교류 전력(Vo) 및 공진 커패시터(C1)의 양단 전압(V12)을 기반으로 제1 및 제2 스위치 소자(sw1, sw2)의 듀티를 가변시킬 수 있다. 이때, 제1 및 제2 스위치 소자(sw1, sw2)의 듀티를 가변시킴으로써, 스위치 제어부(155)는 공진 커패시터(C1)의 커패시턴스 값을 등가 커패시턴스 값으로 가변시킬 수 있다.Referring to FIG. 5, the
도 5(a)는 교류 전력(Vo)을 나타낸 도이고, 도 5(b)는 공진 커패시터(C1)의 양단 전압, 즉 전압(V12)를 나타낸 도이며, 도 5(c)는 제1 및 제2 스위치 소자(sw1, sw2)에 공급되는 제1 및 제2 스위치 제어신호(Vgh, Vgl)를 나타낸 도이다.FIG. 5A is a diagram showing AC power Vo, and FIG. 5B is a diagram showing voltages at both ends of the resonant capacitor C1, that is, voltage V12. FIG. The first and second switch control signals V gh and V gl supplied to the second switch elements sw1 and sw2 are shown.
도 5(c)에 나타낸 제1 및 제2 스위치 제어신호(Vgh, Vgl) 각각은 도 5(a)에 나타낸 교류 전력(Vo)의 포지티스 기간 및 네거티브 기간에 서로 상보적으로 턴온 및 턴오프 동작되는 신호를 나타낼 수 있다.Each of the first and second switch control signals V gh and V gl shown in FIG. 5C are turned on and complementarily complemented to each other in the positive and negative periods of the AC power Vo shown in FIG. 5A. It may indicate a signal that is turned off.
이때, 도 5(b)를 살펴보면, 제1 스위치 소자(sw1)는 스위치 제어부(155)로부터 제1 스위치 제어신호(Vgh)를 입력받을 수 있다. 제1 스위치 소자(sw1)는 교류 전력(Vo)의 네거티브 기간에 턴온 동작할 수 있다.In this case, referring to FIG. 5B, the first switch element sw1 may receive a first switch control signal V gh from the
여기서, 제1 스위치 소자(sw1)는 제1 스위치 제어신호(Vgh)이 입력되는 시점에 턴온 동작을 하지 않으며 공진 커패시터(C1)의 양단 전압(V12)이 영전압이되는 시점에 턴온 동작할 수 있다.Here, the first switch element sw1 does not turn on at the time when the first switch control signal V gh is input and does not turn on when the voltage V12 of the resonant capacitor C1 reaches zero voltage. Can be.
즉, 제1 스위치 소자(sw1)는 드레인-소오스간 전압(Vds)에 의해 제1 스위치 제어신호(Vgh)가 입력되는 시점에 턴온동작하지 않는다. 이후, 제1 스위치 소자(sw1)는 양단 전압(V12)이 영전압이 되는 시점에 턴온 동작하여 소프트 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 또한, 제2 스위치 소자(sw2)는 제1 스위치 소자(sw1)와 동일하게 소프트 스위칭 동작을 수행할 수 있다.That is, the first switch element sw1 does not turn on when the first switch control signal V gh is input by the drain-source voltage Vds. Thereafter, the first switch element sw1 may perform a soft switching operation by turning on when the voltage V12 of both ends becomes zero. In addition, the second switch element sw2 may perform a soft switching operation in the same manner as the first switch element sw1.
여기서, 도 6(a)는 제1 및 제2 스위치 소자(sw1, sw2)에 공급되는 제1 및 제2 스위치 제어신호(Vgh, Vgl)의 듀티 변화에 따라 가변되는 경우 전자적 공진점 및 부하측으로 공급되는 출력 전력을 나타낸 도이다.6A illustrates an electronic resonance point and a load side when the first and second switch elements sw1 and sw2 are varied according to the duty change of the first and second switch control signals V gh and V gl . The output power supplied to the figure.
즉, 공진 회로부(152)가 공진 코일(L1) 및 공진 커패시터(C1)로 구성된 직렬 공진회로 및 공진 코일(L1) 및 공진 커패시터(C1)로 구성된 병렬 공진회로를 서로 비교한다.That is, the
또한, 도 6(b)는 상술한 바와 같이 직렬 공진과 병렬 공진 회로를 형성하는 경우, 듀티 변화에 따른 효율을 나타낸다.6 (b) shows the efficiency according to the duty change when the series resonance and the parallel resonance circuit are formed as described above.
도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, 공진 코일(L1) 및 공진 커패시터(C1)가 구성된 직렬 공진회로는, 병렬 공진회로보다 듀티 변화, 즉 듀티 증가시 효율이 더 우수함을 나타낸다.6 (a) and 6 (b), the series resonant circuit including the resonant coil L1 and the resonant capacitor C1 shows better efficiency at the duty change, that is, the duty increase, than the parallel resonant circuit. .
전술한 실시 예는, 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The above-described embodiments are limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings because various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit for those skilled in the art. It is not.
Claims (9)
상기 교류 전류를 직류 전류로 정류하여 부하측으로 출력하는 복수의 다이오드를 포함하는 정류 회로부; 및
상기 복수의 다이오드 중 적어도 2이상과 상기 공진 커패시터를 사이에 두고 병렬 연결되며, 상기 공진 커패시터의 커패시턴스 값이 설정된 공진 주파수에 대응하는 등가 커패시턴스 값으로 가변하는 가변 스위치부를 포함하고,
상기 가변 스위치부는,
상기 공진 커패시터 및 상기 복수의 다이오드 중 제1 다이오드와 병렬 연결된 제1 스위치 소자;
상기 공진 커패시터 및 상기 복수의 다이오드 중 제2 다이오드와 병렬 연결된 제2 스위치 소자; 및
상기 공진 커패시터의 커패시턴스 값이 상기 등가 커패시턴스 값으로 가변되게 상기 제1 및 제2 스위치 소자의 유효 듀티(effective duty)를 조절하는 스위치 제어부를 포함하는,
무선전력 수신장치.
A resonant circuit unit including a resonant coil generating an induced electromotive force derived from a wireless power signal transmitted from a wireless power transmitter and a resonant capacitor connected in series with the resonant coil and outputting an alternating current corresponding to the induced electromotive force;
A rectifier circuit unit including a plurality of diodes rectifying the AC current into a DC current and outputting the same to a load side; And
A variable switch unit connected in parallel with at least two of the plurality of diodes and the resonant capacitor therebetween, the variable switch having a capacitance value of the resonant capacitor variable to an equivalent capacitance value corresponding to a set resonant frequency;
The variable switch unit,
A first switch element connected in parallel with a first diode of the resonant capacitor and the plurality of diodes;
A second switch element connected in parallel with a second diode of the resonant capacitor and the plurality of diodes; And
And a switch controller configured to adjust effective duty of the first and second switch elements such that the capacitance value of the resonant capacitor is changed to the equivalent capacitance value.
Wireless power receiver.
상기 공진 커패시터는,
상기 제1 및 제2 스위치 소자의 유효 듀티가 증가하면 상기 등가 커패시턴스 값이 증가하고, 상기 제1 및 제2 스위치 소자의 유효 듀티가 감소하면 상기 등가 커패시턴스 값이 감소하는,
무선전력 수신장치.
The method of claim 1,
The resonant capacitor,
The equivalent capacitance value increases when the effective duty of the first and second switch elements increases, and the equivalent capacitance value decreases when the effective duty of the first and second switch elements decreases.
Wireless power receiver.
상기 스위치 제어부는,
상기 교류 전류의 포지티브 주기 중 상기 공진 커패시터의 양단 전압이 감소하는 구간에 제1 스위치 제어신호를 상기 제1 스위치로 전달하고,
상기 교류 전류의 네커티브 주기 중 상기 공진 커패시터의 양단 전압이 증가하는 구간에 제2 스위치 제어신호를 상기 제2 스위치로 전달하는,
무선전력 수신장치.
The method of claim 1,
The switch control unit,
Transmitting a first switch control signal to the first switch in a period in which the voltage across the resonance capacitor decreases during the positive period of the alternating current;
Transmitting a second switch control signal to the second switch in a period in which the voltage across the resonance capacitor increases during the negative period of the AC current;
Wireless power receiver.
상기 제1 스위치 소자는,
상기 제1 스위치 제어신호가 입력된 게이트 단자, 상기 정류 회로부의 출력단에 연결된 소오스 단자 및 상기 공진 커패시터와 연결되는 드레인 단자를 포함하고,
상기 제1 스위치 소자는,
상기 제1 스위치 제어신호가 전달되고, 상기 공진 커패시터의 양단 전압이 영전압이 되는 시점에 턴온되는,
무선전력 수신장치.
The method of claim 3, wherein
The first switch element,
A gate terminal to which the first switch control signal is input, a source terminal connected to an output terminal of the rectifier circuit unit, and a drain terminal connected to the resonance capacitor,
The first switch element,
The first switch control signal is transmitted, and turned on when the voltage across the resonance capacitor becomes zero voltage,
Wireless power receiver.
상기 제2 스위치 소자는,
상기 제2 스위치 제어신호가 입력되는 게이트 단자, 상기 정류 회로부의 접지단에 연결된 드레인 단자 및 상기 공진 커패시터와 연결된 소오스 단자를 포함하고,
상기 제2 스위치 소자는,
상기 제2 스위치 제어신호가 전달되고, 상기 공진 커패시터의 양단 전압이 영전압이 되는 시점에 턴온되는,
무선전력 수신장치.
The method of claim 3, wherein
The second switch element,
A gate terminal to which the second switch control signal is input, a drain terminal connected to a ground terminal of the rectifier circuit unit, and a source terminal connected to the resonance capacitor;
The second switch element,
The second switch control signal is transmitted, and turned on when the voltage across the resonance capacitor becomes zero voltage,
Wireless power receiver.
상기 스위치 제어부는,
상기 공진 주파수에 따라 상기 제1 및 제2 스위치 제어신호 각각의 듀티(duty)를 가변시키는,
무선전력 수신장치.
The method of claim 3, wherein
The switch control unit,
Varying the duty of each of the first and second switch control signals according to the resonance frequency;
Wireless power receiver.
상기 유효 듀티는,
상기 듀티보다 작은,
무선전력 수신장치.
The method of claim 6,
The effective duty is,
Less than the duty,
Wireless power receiver.
상기 제1 스위치 소자는,
P-채널 전계효과 트랜지스터(MOSFET, Metal Oxide Semiconductor field dffect transistor)이며,
상기 제2 스위치 소자는,
N-채널 전계효과 트랜지스터(MOSFET, Metal Oxide Semiconductor field dffect transistor)인,
무선전력 수신장치.
The method of claim 1,
The first switch element,
P-channel field effect transistor (MOSFET)
The second switch element,
N-channel field effect transistor (MOSFET, Metal Oxide Semiconductor field dffect transistor)
Wireless power receiver.
상기 가변 스위치부는,
상기 제1 스위치 소자와 상기 공진 커패시터 사이에 연결된 제1 스위치 다이오드; 및
상기 제2 스위치 소자와 상기 공진 커패시터 사이에 연결된 제2 스위치 다이오드를 더 포함하는,
무선전력 수신장치.The method of claim 8,
The variable switch unit,
A first switch diode connected between the first switch element and the resonant capacitor; And
Further comprising a second switch diode connected between the second switch element and the resonant capacitor,
Wireless power receiver.
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