KR20200019999A - 저 전력 자기 보안 전송 시스템 - Google Patents

저 전력 자기 보안 전송 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 양태들에 따르면, 자기 보안 전송 시스템이 제시된다. 자기 보안 전송 (MST) 시스템은 코일을 통하는 전류를 조정하도록 구성된 4 개의 트랜지스터들을 포함하는 풀-브릿지 드라이버; 및, 고 주파수에서 풀-브릿지 드라이버를 구동하도록 커플링된 구동 제어기를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 풀 브릿지 조정기에서의 트랜지스터들은 코일을 통하는 전류를 제어하기 위해 고 주파수 펄스파 변조 (PWM) 신호로 구동된다. 일부 실시형태들에 따른 MST 데이터의 자기 보안 전송 (MST) 방법은, MST 데이터를 수신하는 단계; 그 MST 데이터에 응답하여 코일 데이터를 생성하는 단계; 그 코일 데이터에 따라 코일을 통하는 전류를 구동하기 위해 고 주파수에서 풀 브릿지에서의 트랜지스터들을 구동하는 단계를 포함한다.

Description

저 전력 자기 보안 전송 시스템
관련 출원들
본 출원은 2018년 7월 5일자로 출원된 미국 실용 특허 출원 제16/028,207호에 대해, 그리고, 2017년 7월 7일자로 출원된 미국 가 특허 출원 제62/529,728호에 대해 우선권을 주장하고, 이들의 각각은 그 전체가 참조에 의해 본원에 통합된다.
기술 분야
본 발명의 실시형태들은 자기 전송 시스템들에 관련되며, 구체적으로는, 저 전력 자기 보안 전송 시스템들에 관련된다.
관련 기술의 논의
모바일 디바이스들, 예를 들어, 스마트 폰들, 태블릿들, 웨어러블 디바이스들 및 다른 디바이스들은 점증적으로 무선 전력 시스템들 및 자기 보안 전송과 같은 시스템들을 이용하고 있다. 자기 보안 트랜잭션 (transaction) 들은 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 통신에서 사용될 수 있다. 하지만, 자기 보안 전송 (magnetic secure transmission) 의 가장 흔한 사용은 모바일 디바이스들, 예컨대, 스마트폰이 모바일 디바이스로부터의 신용 카드 구입들을 하도록 허용하기 위해 사용된다. 그들 시스템들에서, 모바일 디바이스는 신용 카드 그 자체를 에뮬레이팅하는 자기 보안 트랜잭션을 통해 매장 디바이스에 신용 카드 정보를 통신한다.
이들 모바일 디바이스들에서, 모바일 디바이스에서의 자기 보안된 트랜잭션 시스템은 그 모바일 디바이스와 매장 디바이스 사이의 데이터의 전송에 영향을 미치기 위해 코일을 사용할 수 있다. 이들 코일들은 하지만, 상당한 양의 전력을 이용함으로써 비효율적일 수 있다. 이것은 모바일 디바이스의 배터리를 빠르게 소진시킬 수 있다.
결과적으로, 자기 보안 전송 시스템들을 이용하여 데이터를 전송하는 것은 문제가 많을 수 있다. 따라서, 데이터의 자기 보안 전송을 구현하기 위한 더 나은 기술들을 개발할 필요성이 존재한다.
요약
본 발명의 양태들에 따르면, 자기 보안 전송 시스템이 제시된다. 자기 보안 전송 (magnetic secure transmission; MST) 시스템은 코일을 통하는 전류를 조정 (regulate) 하도록 구성된 4 개의 트랜지스터들을 포함하는 풀-브릿지 드라이버 (full-bridge driver); 및, 고 주파수 (high frequency) 에서 풀-브릿지 드라이버를 구동하도록 커플링된 (coupled) 구동 제어기 (driving controller) 를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 풀 브릿지 조정기 (full bridge regulator) 에서의 트랜지스터들은 코일을 통하는 전류를 제어하기 위해 고 주파수 펄스파 변조 (pulsed-wave modulated; PWM) 신호로 구동된다.
일부 실시형태들에 따른 MST 데이터 전송 방법은, MST 데이터를 수신하는 단계; 그 MST 데이터에 응답하여 코일 데이터를 생성하는 단계; 그 코일 데이터에 따라 코일을 통하는 전류를 구동하기 위해 고 주파수에서 풀 브릿지에서의 트랜지스터들을 구동하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태들에서, 자기 보안 전송 (MST) 시스템은, MST 전송 코일에 대한 제 1 단부 접속부와 전압 입력부 사이에 커플링된 제 1 트랜지스터; MST 전송 코일에 대한 제 2 단부 접속부와 전압 입력부 사이에 커플링된 제 2 트랜지스터; 제 1 단부 접속부와 그라운드 (ground) 사이에 커플링된 제 3 트랜지스터; 제 2 단부 접속부와 그라운드 사이에 커플링된 제 4 트랜지스터; 고 주파수 스위칭 신호를 제공하기 위해 상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 상기 제 3 트랜지스터, 및 상기 제 4 트랜지스터에 게이트 신호들을 제공하도록 커플링된 구동 제어 회로; 및, 구동 회로에 커플링된 전송 제어기로서, 상기 전송 제어기는 MST 데이터를 수신하고 상기 MST 데이터를 전송하기 위해 MST 전송 코일을 통하는 전류 방향들 (current directions) 을 결정하도록 커플링되는, 상기 전송 제어기를 포함할 수 있다.
이들 및 다른 실시형태들이 다음의 도면들에 대하여 이하에 추가로 논의된다.
도면들의 간단한 설명
도 1a 및 도 1b 는 종래의 자기 전송 시스템을 나타낸다.
도 2 는 일부 실시형태들에 따른 자기 전송 시스템을 나타낸다.
도 3 은 일부 실시형태들에 따른 동작 파형들을 나타낸다.
도 4 은 일부 실시형태들에 따른 동작 파형들을 나타낸다.
상세한 설명
다음의 설명에서, 본 발명의 일부 실시형태들을 설명하는 특정 상세들이 전개된다. 그러나, 일부 실시형태들은 이들 특정 상세들의 일부 또는 전부 없이도 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서에서 개시된 특정 실시형태들은 한정이 아닌 예시적인 것으로 의도된다. 당업자는, 여기에 구체적으로 설명되지는 않았지만, 본 개시의 범위 및 사상 내에 있는 다른 엘리먼트들을 실현할 수도 있다.
발명적 양태들 및 실시형태들을 에시하는 이 설명 및 첨부하는 도면들은 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다--청구항들은 보호된 발명을 정의한다. 본 설명 및 청구항들의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 다양한 변경들이 이루어질 수도 있다. 일부 경우들에서, 잘 알려진 구조들 및 기법들은 본 발명을 모호하게 하지 않기 위하여 상세히 도시 또는 설명되지 않았다.
하나의 실시형태를 참조하여 상세히 설명되는 엘리먼트들 및 그들의 연관된 양태들은, 실용적일 때마다, 그들이 구체적으로 도시 또는 설명되지 않은 다른 실시형태들에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 일 엘리먼트가 하나의 실시형태를 참조하여 상세히 설명되고 제 2 실시형태를 참조하여 설명되지 않으면, 그 엘리먼트는 그럼에도 불구하고 제 2 실시형태에 포함되는 것으로서 주장될 수도 있다.
도 1a 는 종래의 자기 전송 시스템 (100) 을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 시스템 (100) 은, MST 코일 (112) 을 통하는 전류를 구동하도록 커플링된, MOSFET들일 수도 있는 트랜지스터들 Q1 (102), Q2 (104), Q3 (106), 및 Q4 (108) 를 포함한다. 도 1a 에서 예시된 바와 같이, 트랜지스터 Q1 (102) 은 배터리 (124) 에 커플링된 배터리 입력부와, MST 코일 (112) 의 단부 (end), AC1 (114) 사이에 커플링된다. 배터리 (124) 는 배터리 (124) 양단에 커플링된 커패시터 (122) 를 통해 시스템 (100) 에 전류를 공급할 수 있다.
트랜지스터 (106) 는 AC1 (114) 과 그라운드 사이에 커플링된다. 유사하게, 트랜지스터 Q2 (104) 는 배터리 (124) 와, MST 코일 (112) 의 다른 측, AC2 (116) 사이에 커플링된다. 트랜지스터 Q4 (108) 는 AC2 (116) 와 그라운드 사이에 커플링된다. 전류는 트랜지스터들 Q1 (102) 및 Q4 (108) 를 턴온하고 트랜지스터들 Q2 (104) 및 Q3 (106) 를 턴오프함으로써 일 방향으로 MST 코일 (112) 을 통하여 구동된다. 전류는 트랜지스터들 Q1 (102) 및 Q4 (108) 를 턴오프하고 트랜지스터들 Q2 (104) 및 Q3 (106) 를 턴온함으로써 반대 방향으로 MST (112) 를 통하여 구동된다.
트랜지스터들 Q1 (102), Q2 (104), Q3 (106), 및 Q4 (108) 은 배터리 (124) 로부터 전력을 수신하도록 커플링되고, MST0 (118) 및 MST1 (120) 를 통해 데이터를 수신하고 그 데이터를 자기적으로 (magnetically) 전송하기 위해 MST 코일 (112) 을 통하는 적절한 전류를 제공하기 위해 트랜지스터들 Q1 (102), Q2 (104), Q3 (106), 및 Q4 (108) 을 구동하는 제어기 (110) 에 의해 구동된다.
하지만, 도 1a 에서 예시된 시스템 (100) 은 배터리 (124) 로부터의 배터리 전류를 제한하기 위해서 MST 코일 (112) 의 코일 저항을 이용한다. MST 코일 (112) 을 통하는 전류는 배터리 (124) 의 전압 및 MST 코일 (112) 의 특성들의 함수이다. 일부 예들에서, MST 코일 (112) 은 1.5 내지 2.0 Ω 의 DC 저항을 갖는 20-30μH 인덕턴스 코일일 수 있다. MST 퍼포먼스 (performance) 를 보장하기 위해서, MST 시스템 (100) 은 최저 배터리 동작 전압에서 과도하게 설계되고, 그 결과로서, 보다 많은 비용이 들고 배터리로부터 보다 많은 전력 소모를 초래하게 된다. 예를 들어, 3.5V 의 배터리 전압 및 1.5 Ohm 의 코일 저항에서, 전력은 V2/R = 3.5V*3.5V/1.5Ohm =8.2 Watts (W) 에 의해 주어진다.
도 1b 는 무선 전력 전달의 전송 동안 시스템 (100) 전체에 걸쳐 발생하는 전기적 파라미터들의 파형들을 나타낸다. 도 1b 에서 도시된 바와 같이, MST0 (118) 는 VDD 로 하이 (high) 로 설정되는 한편, MST1 (120) 은 데이터 스트림의 비트 0 및 비트 1 을 전송하기 위해 VDD 와 0V 사이에서 변화한다. VDD 는 하이 값을 나타내는 전압일 수 있다. VDD 는 배터리 전압 VBATT 일 수도 있거나, 하이 값을 나타내는 다른 전압일 수도 있다.
MST0 (118) 및 MST1 (120) 의 데이터 입력이 주어지면, VGS1/4 는 트랜지스터들 Q1 (102) 및 Q4 (108) 의 게이트 전압을 나타내는 한편, VGS2/3 은 트랜지스터들 Q2 (104) 및 Q3 (106) 의 게이트 전압을 나타낸다. MST 코일 (112) 을 통하는 결과적인 전류는 Icoil 에 의해 나타내어진다. 트랜지스터들 Q1 (102) 및 Q4 (108) 을 통하는 결과적인 전류는 IGS1/4 로 라벨링된 파형에 의해 나타내어지고, 트랜지스터들 Q2 (104) 및 Q3 (106) 을 통하는 결과적인 전류들은 파형들 IGS2/3 에 의해 나타내어진다. 결과적인 배터리 전류는 파형 IBatt 에서 도시된다. 예시된 바와 같이, 배터리 전류 IBatt 는 Imax 의 일정 레벨에 있다. 일부 실시형태들에서, (예컨대, 3.5V 의 배터리 전압 및 1.5 Ohms 의 코일 저항으로) Imax 는 2.3 Amps 일 수 있다.
시스템은 또한, 예를 들어 4.35V 의, 더 높은 배터리 전압에서 불필요한 전력 손실들을 발생시키고, 추가적으로 배터리 동작 시간을 감소시키고 보다 많은 열을 발생시키며, 이는 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스에서 사용될 때 특히 문제가 된다. 예를 들어, 4.35V 배터리 전압은 12.6W 의 전력 손실을 초래할 것이다.
배터리 전류는 MST 코일 (112) 의 피크 전류와 동일한 것이다. 결과적으로, 배터리 (124) 는 MST 데이터 전송 동안 심하게 스트레스를 받을 수도 있고, 이는 시스템 (100) 의 설계 동안 보살핌이 취해지지 않으면 배터리 고장을 야기할 수 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 MST 시스템 (200) 의 일 실시형태를 나타낸다. MST 시스템 (200) 은, 입력들 MST0 (218) 및 MST1 (220) 에서 수신되는 자기적으로 보안된 데이터를 전송하기 위해 MST 코일 (212) 을 통하는 교번 전류 (alternating current) 를 제공하기 위해 전압 입력부 (226), 그라운드, 및 MST 코일 (212) 사이에 커플링되는 트랜지스터들 Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208) 를 포함한다. 트랜지스터들 Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208) 은 예를 들어 MOSFET들일 수 있다. 트랜지스터들 Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208) 은, 이하에서 논의되는 바와 같이, 전송되고 있는 데이터를 반영하기 위해 MST 코일 (212) 을 통하는 전류를 구동하도록 활성화될 수 있다. 도 2 에서 나타낸 바와 같이, 전력은 전원 (224) 에 의해 커패시터 (222) 를 통해 전압 입력부 (226) 에 공급된다. 전원 (224) 은 배터리일 수도 있거나, 배터리를 포함할 수도 있다.
도 2 에서 나타낸 바와 같이, 입력 데이터 MST0 (218) 및 MST1 (220) 가 제어기 (210) 에 입력된다. 제어기 (210) 는, 전송 코일 (212) 을 통하는 전류를 구동하기 위해 입력 데이터 MST0 (218) 및 MST1 (220) 에 응답하여 트랜지스터들 Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208) 의 게이트들에 대해 게이트 제어 신호들을 제공한다. MST 전송 코일 (212) 은, 예를 들어, 도 1a 에서의 시스템 (100) 에서 제공된 더 큰 저항 코일 대신에 20-30μH, 0-1.0 Ω 코일일 수 있다. 제어기 (210) 로부터의 신호들은 구동 제어 회로 (230) 에 입력된다. 구동 제어 회로 (230) 는 고 주파수 발진기 (228) 로부터의 고 주파수 신호를 수신하도록 추가로 커플링된다.
이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 구동 제어 회로 (230) 는, MST 판독기 요건들에 따라 MST0 (218) 및 MST1 (220) 에서 수신되는 데이터를 전송하는 MST 코일 (212) 을 통하는 전류 방향을 결정하는, 제어기 (210) 로부터 MST 전송 시스템 신호들을 수신한다. 제어기 (210) 로부터 수신된 신호들로부터, 제어 회로 (230) 는 MST 코일 (212) 내로 고 주파수 펄스 파 변조된 (PWM) 전류를 제공하기 위해 높은 스위칭 주파수들에서 트랜지스터들 Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208) 을 구동하고, 여기서, 출력 자기 필드는 제어기 (210) 로부터 결정된 신호이다. 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 트랜지스터들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 는 PWM 모드에서 구동될 수 있고, 및/또는 트랜지스터들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 은 반대 방향들에서 MST 코일 (212) 을 통하는 전류를 구동하기 위해 PWM 모드에서 구동될 수 있다. 도 3 은 트랜지스터들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 또는 트랜지스터들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 이 PWM 모드에서 구동되는 일례를 나타낸다. 도 4 는 트랜지스터들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 및 트랜지스터들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 의 양 쌍들이 MST 코일 (212) 을 통하는 전류를 구동하기 위해 PWM 모드에서 구동되는 일례를 나타낸다.
결과로서, FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 및 FET들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 에 의해 형성되는 풀 브릿지 드라이버는 표준 MST 주파수들보다 훨씬 더 높은 주파수에서 MST 코일 (212) 을 통하는 전류를 교번시킨다. (또한 무선 전력 수신 코일일 수도 있는) MST 코일 (212) 은 FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 및 FET들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 에 의해 제공되는 스위칭 전류들을 매끄럽게 하고, MST 주파수에서 코일 (212) 을 통하는 교번 전류 (alternating current) 를 초래한다. PWM 모드의 동작은 VIn (226) 에서 입력 전압에서의 임의의 변동에 독립적인 MST 코일 (212) 의 일정한 진폭을 유지하기 위해 고 주파수에서 및/또는 MST 주파수에서 트랜지스터들 FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 및 FET들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 의 온-타임 (on-time) 을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
도 1a 에서 예시된 시스템 (100) 과 같은 종래의 시스템에서, MST 주파수는 500 Hz 와 3kHz 사이에 있다. 시스템 (200) 에서, 고 주파수 발진기 (228) 및 구동 제어 회로 (230) 는 예를 들어 1 내지 2MHz 와 같이 훨씬 더 높은 주파수에서 풀 브릿지 (Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208)) 를 구동할 수 있다. 결과적으로, 트랜지스터들 Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208) 은 도 1a 에서 예시된 대응하는 트랜지스터들보다 더 높은 주파수에서 스위칭된다. 구동 제어 회로 (230) 에서, 본 발명의 실시형태들은 더 낮은 MST 주파수들에서 자기 신호들을 생성하기 위해 넓은 전압 범위 (예컨대, 2V 내지 4.5V) 에 걸쳐 MST 전송 코일 (212) 에서의 전류를 조정하기 위해 고-주파수 펄스화된-파 변조 (PWM) 및/또는 위상 시프트 제어를 적용할 수 있다. 저 전력 MST 동작은 따라서, 전송 제어기 (210) 에서 결정된 MST 데이터 천이 데이터에 영향을 미치는 PWM 신호를 조정함으로써 달성될 수 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이 시스템 (200) 과 같은 실시형태들에 대해 수개의 이점들이 존재한다. 예를 들어, 본 발명의 실시형태들은 무선 전력 수신 및 데이터의 MST 전송 양자에 대해 동일한 코일을 사용할 수도 있다. 결과적으로, 전송 코일 (212) 은 또한, 무선 전력에 대한 수신 코일로서도 동작할 수도 있고, 이는 더 낮은 코일 비용을 초래한다. 제어 회로 (230) 에 의해 적용된 PWM 및/또는 위상 시프트 제어는 원하는 전폭으로 코일 전류를 정확하게 제어하기 위해 그리고 일정한 MST 퍼포먼스 및 배터리 전력 절약을 달성하기 위해 슬루 레이트 (slew rate) 를 제어하기 위해 도입될 수 있다. 저 저항 MST 코일 또는 무선 전력 수신기 코일이 MST 기능을 위해 사용될 수 있고, 이는 MST 동작 동안 훨씬 더 낮은 전력 소모를 초래한다. 예를 들어, 0.2Ω WPC 코일 및 0.3Ω 총 스위치 저항으로, 전력 소모는 2A MST 코일 전류에 대해 오직 2W 뿐이다. 추가로, MST 코일 전류 슬루 레이트가 잘 제어되기 대문에 큰 탄탈룸 커패시터에 대한 필요성이 존재하지 않는다. 추가적으로, 배터리를 포함할 수도 있는 전원 (224) 으로부터 직접 전력공급될 필요가 없고, 이는 전압 범위가 훨씬 더 낮을수 있기 때문이며, 따라서, 도 1a 에서 예시된 바와 같은 시스템 (100) 에서 필요할 수도 있는 과-전압 보호에 대한 필요성이 없다.
도 2 에서 예시된 바와 같이, 시스템 (200) 은 모두가 FET들일 수도 있는 트랜지스터들 Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208) 에 의해 형성된 풀 브릿지 드라이버를 포함한다. 트랜지스터들 Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208) 은 MST 주파수들보다 훨씬 더 높은 주파수에서 MST 코일 (212) 을 통하는 전류를 교번시킨다. MST 코일 (또는 WPC 코일) (212) 은 트랜지스터들 Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208) 에 의해 생성되는 전류들을 부드럽게 하고, 이는 표준 MST 주파수와 정합하는 MST 코일 (212) 을 통하는 교번 전류를 초래한다. 일부 실시형태들에서, PWM 제어 방법은, 전압 입력부 (226) 상의 입력 전압의 변동에 독립적인 MST 코일 전류의 일정한 진폭을 유지하기 위해 고 주파수 및/또는 MST 주파수에서 트랜지스터들 Q1 (202), Q2 (204), Q3 (206), 및 Q4 (208) 의 온-타입 스위칭을 제어하기 위해 제어 회로 (230) 에서 실행된다.
도 3 은 도 2 에서 예시된 시스템의 일 실시형태에 대한 동작 파형들을 나타낸다. 일례로서, 도 3 은, 차트의 상부로부터 차트의 하부로, 전압 입력부 (226) 에서의 입력 전류 IIn, MST0 (218) 의 전압, MST1 (220) 의 전압, 트랜지스터 Q1 (202) 의 게이트 전압 VGS1, 트랜지스터 Q3 (206) 의 게이트 전압 VGS3, 트랜지스터 Q2 (204) 의 전압 VGS2, 트랜지스터 Q4 (208) 의 전압 VGS4, 트랜지스터 Q1 (202) 을 통하는 전류 IQ1, 트랜지스터 Q3 (206) 을 통하는 전류 IQ3, 트랜지스터 Q2 (204) 을 통하는 전류 IQ2, 트랜지스터 Q4 (208) 을 통하는 전류 IQ4, 및 MST 전송 코일 (212) 을 통하는 전류 ICOIL 의 파형을 나타낸다.
도 3 에서 예시된 파형 예들에서 나타낸 바와 같이, MST0 는 하이 (VDD) 로 설정된다. MST1 은 비트 0 에서 하이 (VDD) 및 로우(Low) (0V) 로 설정되고, 비트 1 에서 하이 (VDD) 및 로우 (0V) 로 설정된다. 도 3 에서 나타낸 바와 같이, FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206), 및 FET들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 는 데이터를 전송하기 위해 쌍들로 동작한다. MST0=High 및 MST1=High 를 전송하기 위해, FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 은 높은 스위칭 주파수에서 PWM 신호에 의해 상보적으로 (complementally) 교번하는 한편, 트랜지스터 Q2 (204) 는 오프이고 트랜지스터 Q4 (208) 는 하이이다. 유사하게, MST0=High 및 MST1=low 를 전송하기 위해, 트랜지스터들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 은 높은 스위칭 주파수에서 PWM 신호에 의해 상보적으로 교번하는 한편, 트랜지스터 Q1 (202) 는 오프이고 트랜지스터 Q3 (206) 는 온이다. PWM 신호의 온-타임은 필요한 코일 전류 진폭, 입력 전압, 및 MST 코일 (212) 의 등가 DC 저항에 의해 결정된다.
도 3 에서 추가로 예시된 바와 같이, 트랜지스터 전류들은 0A 와 Im 사이에서 변화하며, 대응하는 트랜지스터들의 PWM 사이클링을 따른다. 결과적으로, 각 트랜지스터는, 그 트랜지스터가 제어 회로 (230) 에 의해 사이클 온될 때 Im 의 전류를 운반한다. 결과적으로, MST 코일 (212) 을 통하는 전류는 전송되고 있는 데이터에 따라 Im 의 포지티브 전류 및 -Im 의 네거티브 전류 사이에서 사이클링한다. 추가로 예시된 바와 같이, FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 이 PWM 모드에서 동작되는 동안 FET Q4 (208) 는 항상 온이고, 반대 방향에서 코일 (212) 을 통하는 전류를 제공하기 위해 FET들 Q2 (204) Q4 (208) 이 PWM 모드에서 동작하는 동안 FET Q3 (206) 는 온이다. 코일을 통하는 전류 방향은 PWM 모드에서 교대로 동작하는 FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 을 구동하는 것과 Q2 (204) Q4 (208) 를 구동하는 것 사이에서 스위칭함으로써 결정된다.
도 3 에서 예시된 바와 같이, 입력 전류는 Im 2 (ESR)/VIn 에 의해 주어지고, 여기서, Im 은 트랜지스터들을 통하는 전류이고, ESR 은 코일 (212) 의 저항이고, Imax 는 Vin (226) 으로부터의 최대 입력 전류이다. 이것은 PWM 모드를 이용함으로써 상당한 전력 절약을 나타낸다. 전력 절약은, 코일 전류 천이가 마친 후에 특정 슬로프 (slope) 에 의해 코일 전류를 감소시킴으로써 추가로 달성될 수 있고; 이러한 코일 전류 제어는 PWM 제어 방법에 의해 실현된다. 결과로서, 전압 입력부 (226) 에서의 전류는 코일 (212) 을 통해 이용가능한 최대 DC 전류보다 적은 값에 의해 주어질 수 있다.
예시된 바와 같이, 도 3 의 실시형태들에서, 트랜지스터들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 은 쌍으로서 동작되는 한편, 트랜지스터들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 은 쌍으로서 동작된다. 트랜지스터들 Q1 (202)/Q3 (206) 및 Q2 (204)/Q4 (208) 의 쌍들은 그 쌍이 활성화될 때 높은 스위칭 주파수에서 PWM 신호들에 의해 상보적으로 각각 동작된다. Q1/Q3 가 PWM 모드에서 동작되는 동안, 트랜지스터들 Q2/Q4 은 Q4 가 온이고 Q2 가 오프이도록 설정된다. 유사하게, Q2/Q4 가 PWM 모드에서 동작되는 동안, 트랜지스터들 Q1/Q3 은 Q1 이 오프이고 Q3 가 온이도록 설정된다. PWM 온-타임은 필요한 코일 전류 진폭, 입력 전압, 및 코일 (212) 의 등가 DC 저항에 의해 결정된다.
도 4 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 다른 파형을 나타낸다. 도 3 에서 예시된 파형들과 유사하게, 도 4 는, 차트의 상부로부터 차트의 하부로, 전압 입력부 (226) 에서의 입력 전류 IIn, MST0 (218) 의 전압, MST1 (220) 의 전압, 트랜지스터 Q1 (202) 의 게이트 전압 VGS1, 트랜지스터 Q3 (206) 의 게이트 전압 VGS3, 트랜지스터 Q2 (204) 의 전압 VGS2, 트랜지스터 Q4 (208) 의 전압 VGS4, 트랜지스터들 Q1 (202) 및 Q4 (208) 를 통하는 전류 IQ1 및 IQ4, 트랜지스터들 Q2 (204) 및 Q3 (206) 을 통하는 전류 IQ2 및 IQ3, 및 MST 전송 코일 (212) 을 통하는 전류 ICOIL 의 파형을 나타낸다.
상기 예시되고 논의된 바와 같이, FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 및 FET들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 는 쌍들로 동작한다. 도 4 에서 예시된 바와 같이, 데이터를 전송하기 위해, FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 은 높은 스위칭 주파수에서 PWM 신호에 의해 상보적으로 교번한다. 유사하게, FET들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 은 높은 스위칭 주파수에서 PWM 신호에 의해 상보적으로 교번한다. PWM 신호들의 온-타임은 요구되는 코일 전류 진폭, 코일 전류 방향, 코일 전류 과도 슬루 레이트, 입력 전압, 및 등가 DC 저항에 의해 결정된다. 전력 절약은, 코일 전류 천이가 마친 후에 특정 슬로프에 의해 코일 전류를 감소시킴으로써 추가로 달성될 수 있고; 이러한 코일 전류 제어는 PWM 제어 방법에 의해 실현된다. 추가적인 EMI 향상은 Q1 (202)/Q3 (206) PWM 신호 및 Q2 (204)/Q4 (208) PWM 신호를 (대칭적으로 또는 비대칭적으로 양자 모두) 인터리빙 (interleaving) 함으로써 구현될 수 있다.
도 2 에서 예시된 바와 같이, 일부 실시형태들에 따른 회로는 MST 코일 (212) 의 전류를 조정하기 위해 FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 및 FET들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 로부터 형성된 풀-브릿지 드라이버를 포함한다. FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 및 FET들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 로부터 형성된 풀-브릿지 드라이버는 MST 드라이버 및/또는 무선 전력 트랜시버로서 기능할 수 있다. 추가로, 회로는 MST 코일 및/또는 무선 전력 코일로서 사용되는 코일 (212) 을 포함한다. 추가로, 회로는 VIn (226) 에서 인가된 전압의 변동에 독립적인, MST 주파수에서의 코일 (212) 의 일정한 진폭을 유지하기 위해 높은 스위칭 주파수에서 FET들 Q1 (202) 및 Q3 (206) 및 FET들 Q2 (204) 및 Q4 (208) 을 구동하는 제어 신호를 발생시키는 구동 제어 회로를 포함한다.
일부 실시형태들에서, 구동 제어 회로 (230) 는, 도 3 에서 예시된 바와 같이, 코일 전류 방향들을 변경하기 위해 PWM 모드에서 교대로 동작하도록 FET들 Q1 (202)/Q3 (206) 및 FET들 Q2 (204)/Q4 (208) 을 구동할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 구동 제어 회로는, 도 4 에서 예시된 바와 같이, 코일 전류 방향들을 변경하기 위해 PWM 모드에서 동작하도록 양 FET들 Q1 (202)/Q3 (206) 및 FET들 Q2 (204)/Q4 (208) 을 구동할 수 있다. 일부 실시형태들에서, Q1 (202)/Q3 (206) PWM 신호 및 Q2 (204)/Q4 (208) PWM 신호의 인터리빙이 EMI 향상을 위해 구현될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 제어 회로 (230) 에 의해 실행되는 PWM 제어 방법은 MST 판독기 요건들을 충족시키도록 그리고 입력 전압에 독립적이도록 1) MST 코일 전류 과도상태의 슬루 레이트, 2) MST 코일 전류의 진폭, 및/또는 3) 전력 절약 슬로프를 조정할 수 있다. 일부 실시형태들에서, MST 데이터 전송이 시작할 때 MST 코일 전류에서의 인터럽션 (interruption) 들을 회피하기 위해 MST 코일의 전류를 천천히 램핑 업하는 소프트 스타트 방법 (soft start method). 일부 실시형태들에서, 슬루 레이트, 진폭, 및 전력 절약 슬로프는 프로그래밍가능 (programmable) 하다.
상기 상세한 설명은 본 발명의 특정 실시형태들을 예시하기 위해 제공되고 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 범위 내의 다수의 변화들 및 수정들이 가능하다. 본 발명은 다음의 청구항들에 제시된다.

Claims (19)

  1. 자기 보안 전송 (MST) 시스템으로서,
    코일을 통하는 전류를 조정하도록 구성된 4 개의 트랜지스터들을 포함하는 풀-브릿지 드라이버; 및
    풀-브릿지 조정기를 구동하도록 커플링된 구동 제어기로서, 구동 회로가 고 주파수에서 상기 4 개의 트랜지스터들을 구동하는, 상기 구동 제어기를 포함하는, 자기 보안 전송 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 풀-브릿지 드라이버는 MST 드라이버 및/또는 무선 전력 트랜시버로서 기능할 수 있는, 자기 보안 전송 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 MST 코일 및/또는 무선 전력 코일로서 사용될 수 있는, 자기 보안 전송 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 제어기는 MST 데이터를 전송하기 위해 상기 코일을 통하는 전류를 구동하기 위해 상기 4 개의 트랜지스터들의 쌍들을 교번하여 PWM 모드에서 동작시킬 수 있는, 자기 보안 전송 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 제어기는 상기 4 개의 트랜지스터들의 양 쌍들을 동시에 PWM 모드에서 동작시킬 수 있는, 자기 보안 전송 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 제어기는 상기 4 개의 트랜지스터들의 쌍들을 인터리빙하기 위한 PWM 신호들로 상기 풀-브릿지 드라이버를 동작시킬 수 있는, 자기 보안 전송 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 제어기는 PWM 제어 방법을 이용할 수 있고, 상기 코일을 통하는 과도 전류의 슬루 레이트를 조정할 수 있는, 자기 보안 전송 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 제어기는 PWM 제어 방법을 이용할 수 있고, 상기 코일을 통하는 전류의 진폭을 조정할 수 있는, 자기 보안 전송 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 제어기는 PWM 제어 방법을 이용할 수 있고, 전력 절약 슬로프를 조정할 수 있는, 자기 보안 전송 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    데이터 전송이 시작될 때 코일 전류에서의 인터럽션들을 회피하기 위해 상기 코일을 통하는 전류를 천천히 램핑하는 소프트 스타트 방법을 더 포함하는, 자기 보안 전송 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 제어기는 슬루 레이트, 진폭, 및/또는 전력 절약 슬로프를 제어하도록 프로그래밍가능한, 자기 보안 전송 시스템.
  12. MST 데이터의 자기 보안 전송 (MST) 방법으로서,
    상기 MST 데이터를 수신하는 단계;
    상기 MST 데이터에 응답하여 코일 데이터를 생성하는 단계;
    상기 코일 데이터에 따라 코일을 통하는 전류를 구동하기 위해 고 주파수에서 풀 브릿지에서의 트랜지스터들을 구동하는 단계를 포함하는, 자기 보안 전송 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 트랜지스터들을 구동하는 단계는, 고 주파수에서 펄스 파 변조로 제 1 쌍의 트랜지스터들을 구동하는 단계를 포함하는, 자기 보안 전송 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 트랜지스터들을 구동하는 단계는, 상기 제 1 쌍의 트랜지스터들과 상보적으로 제 2 쌍의 트랜지스터들을 구동하는 단계를 더 포함하는, 자기 보안 전송 방법.
  15. 자기 보안 전송 (MST) 시스템으로서,
    MST 전송 코일에 대한 제 1 단부 접속부와 전압 입력부 사이에 커플링된 제 1 트랜지스터;
    상기 MST 전송 코일에 대한 제 2 단부 접속부와 상기 전압 입력부 사이에 커플링된 제 2 트랜지스터;
    상기 제 1 단부 접속부와 그라운드 사이에 커플링된 제 3 트랜지스터;
    상기 제 2 단부 접속부와 상기 그라운드 사이에 커플링된 제 4 트랜지스터;
    고 주파수 스위칭 신호를 제공하기 위해 상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 상기 제 3 트랜지스터, 및 상기 제 4 트랜지스터에 게이트 신호들을 제공하도록 커플링된 구동 제어 회로; 및
    구동 회로에 커플링된 전송 제어기로서, 상기 전송 제어기는 MST 데이터를 수신하고 상기 MST 데이터를 전송하기 위해 상기 MST 전송 코일을 통하는 전류 방향들을 결정하도록 커플링되는, 상기 전송 제어기를 포함하는, 자기 보안 전송 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 고 주파수 스위칭은 MST 전송 코일을 통하는 PWM 전류를 제공하기 위한 펄스-파 변조 (PWM) 시그널링인, 자기 보안 전송 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 MST 전송 코일을 통하는 전류를 제어하기 위해 온-타임이 조정되는, 자기 보안 전송 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터에 의해 형성된 제 1 쌍의 트랜지스터들은 상기 전송 코일을 통하는 제 1 방향 전류를 제공하기 위해 PWM 게이트 신호들에 의해 상보적으로 구동되고, 상기 제 2 트랜지스터 및 상기 제 4 트랜지스터에 의해 형성된 제 2 쌍의 트랜지스터들은 상기 전송 코일을 통하는 제 2 방향 전류를 제공하기 위해 PWM 게이트 신호들에 의해 상보적으로 구동되는, 자기 보안 전송 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 쌍 및 상기 제 2 쌍은 상기 제 1 방향 전류 또는 상기 제 2 방향 전류를 제공하기 위해 상보적으로 구동되는, 자기 보안 전송 시스템.
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