KR20200087697A - 무선 전력 시스템 - Google Patents

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나렌드라 에스. 메타
스티븐 씨. 테리
로한 다얄
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애플 인크.
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Abstract

배터리 케이스는 배터리의 대향 측면들 상에 제1 및 제2 코일들을 갖고, 제1 코일과 제2 코일 사이에 커플링되는 스위칭 회로부를 갖는다. 배터리 케이스는 스위칭 회로부가 열린 상태에 있을 때 제2 코일을 경유하여 무선 전력 수신 디바이스로 추가 배터리 전력을 무선으로 제공하는 배터리를 갖는다. 케이스는, 또한, 스위칭 회로부가 열린 상태에 있을 때 무선 충전 매트로부터 제1 코일로 전력을 무선으로 수신할 수 있다. 닫힌 상태에서, 스위칭 회로부는 제1 코일을 통해 흐르는 전류가 제2 코일을 통해 직렬로 흐르도록 그리고 제1 코일로 수신되는 무선 충전 매트로부터의 무선 전력이 제2 코일을 사용하여 무선 전력 수신 디바이스로 무선으로 송신되도록 제1 및 제2 코일들을 함께 단락시킨다.

Description

무선 전력 시스템{WIRELESS POWER SYSTEM}
본 출원은, 2019년 5월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/424,331호, 및 2019년 1월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/791,587호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 이로써 본 명세서에 전체가 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 대체적으로 전력 시스템들에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 무선 전력 시스템들에 관한 것이다.
무선 충전 시스템에서, 무선 충전 매트는 매트 상에 배치되는 휴대용 전자 디바이스에 전력을 무선으로 송신한다. 휴대용 전자 디바이스는 코일 및 정류기 회로부를 갖는다. 코일은 휴대용 전자 디바이스 내의 코일에 의해 중첩되는 무선 충전 매트 내의 코일로부터 교류 무선 전력 신호들을 수신한다. 정류기 회로부는 수신된 신호들을 직류(DC) 전력으로 변환한다.
무선 전력 시스템은 무선 충전 매트와 같은 무선 충전 디바이스 또는 다른 무선 전력 송신 디바이스를 갖는다. 셀룰러 폰, 시계, 및 액세서리와 같은 배터리 전원형 전자 디바이스들은 무선 충전 매트의 충전 표면 상에 배치될 때 무선으로 충전된다.
셀룰러 폰과 같은 배터리 전원형 전자 디바이스에 배터리 케이스가 제공된다. 배터리 케이스는 셀룰러 폰에 탈착가능하게 부착된다. 셀룰러 폰이 연장된 기간 동안 사용될 때, 배터리 케이스 내의 배터리는 셀룰러 폰에 추가 전력을 제공한다.
배터리 케이스는 무선 충전 매트 상에 배치될 때 무선으로 충전된다. 일부 구성들에서, 부착된 배터리 케이스를 갖는 셀룰러 폰이 무선 충전 매트 상에 배치된다. 이러한 상황에서 셀룰러 폰을 매트로부터 효율적으로 충전하기 위해, 셀룰러 폰에 부착된 배터리 케이스는 바이패스 모드에서 동작가능한 회로부를 갖는다.
배터리 케이스는 하우징 내에 장착되는 제1 및 제2 코일을 갖는다. 하우징은 제1 및 제2 대향 면들을 갖는다. 제1 면은 충전 표면을 향하는 하우징의 일부분에 의해 형성된다. 제2 면은 셀룰러 폰을 향하는 하우징의 일부분에 의해 형성된다. 배터리 케이스의 배터리는 제1 코일이 제1 면과 배터리 사이에 위치되도록 그리고 제2 코일이 제2 코일과 배터리 사이에 위치되도록 하우징 내에 봉입된다.
한 쌍의 스위치들과 같은 스위칭 회로부가 제1 코일과 제2 코일 사이에 커플링된다. 열린 상태에서, 스위칭 회로부는 코일들 중 하나의 코일 내에서 흐르는 전류가 스위치들을 경유하여 제2 코일을 통해 흐르지 않도록 제1 및 제2 코일들을 전기적으로 절연시킨다. 닫힌 상태에서, 스위칭 회로부는 제1 및 제2 코일들을 함께 단락시킨다. 닫힌 상태에서, 제1 코일을 통해 흐르는 전류는 또한 제2 코일을 통해 직렬로 흐른다.
케이스는 스위칭 회로부가 열린 상태에 있을 때 무선 충전 매트로부터 제1 코일로 전력을 무선으로 수신할 수 있다. 이러한 수신된 전력은 케이스 내의 배터리를 충전하는 데 사용될 수 있다. 원하는 경우, 스위칭 회로부는 케이스 내의 무선 전력 송신 회로부가 제2 코일을 사용하여 셀룰러 폰에 전력을 무선으로 송신하게 하도록 열린 상태에 놓일 수 있다. 닫힌 상태에서, 스위칭 회로부는 무선 충전 매트로부터의 전력이 배터리를 바이패스하고 셀룰러 폰을 충전하도록 제1 및 제2 코일들을 함께 단락시킨다. 닫힌 상태에서, 제1 코일은 무선 충전 매트로부터 무선 전력 신호들을 수신하고, 대응하는 전류가 제1 코일에서 유도된다. 이러한 전류는 제2 코일을 통해 흐르는데, 이는 대응하는 무선 전력 신호들을 셀룰러 폰으로 송신한다.
도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 무선 전력 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 무선 전력 회로부의 회로도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 예시적인 전자 디바이스 회로부의 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 예시적인 무선 전력 시스템의 회로도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 무선 전력 시스템을 사용하는 것에 수반되는 예시적인 동작들의 도면이다.
무선 전력 시스템은 무선 전력을 전달하는 전자 디바이스들을 포함한다. 예시적인 무선 전력 시스템(무선 충전 시스템)의 분해 측면도가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 시스템(8)은 전자 디바이스들(10)을 포함한다. 각각의 전자 디바이스(10)는 제어 회로부 및 무선 전력 회로부를 포함할 수 있다. 전자 디바이스들은 또한 입출력 디바이스들, 배터리들, 및/또는 다른 회로부와 같은 추가 컴포넌트들을 가질 수 있다.
디바이스들(10)은 임의의 적합한 전자 디바이스들, 예컨대 전원 어댑터, 손목시계, 셀룰러 폰 또는 다른 핸드헬드 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 이어버드, 전자 펜슬(예컨대, 스타일러스), 또는 컴퓨터 마우스와 같은 액세서리, 다른 휴대용 전자 디바이스, 및/또는 다른 전자 장비일 수 있다. 때때로 본 명세서에서 일례로서 기술되는 예시적인 구성에서, 시스템(8)은 제1 전자 디바이스(10A), 제2 전자 디바이스(10B), 및 제3 전자 디바이스(10C)를 갖는다. 전자 디바이스(10A)는 무선 충전 매트와 같은 무선 전력 송신 디바이스이다. 디바이스(10A)는 하우징(22A)과 같은 하우징(예컨대, 충전될 디바이스들이 위에 배치되는 평면형 상부 충전 표면을 갖는 하우징)을 갖는다. 전자 디바이스(10C)는 셀룰러 폰과 같은 휴대용 전자 디바이스이고, 전자 디바이스(10B)는 배터리 케이스이다. 디바이스(10B)는 디바이스(10C)의 하우징(22C)을 수용하도록 구성된 리세스(R) 및/또는 다른 구조물들을 갖는 하우징(22B)과 같은 하우징을 갖는다. 이러한 방식으로, 사용자는 디바이스들(10B, 10C)이 휴대용 유닛으로서 함께 사용될 수 있도록 디바이스(10C)를 디바이스에 탈착가능하게 부착할 수 있다. 하우징(22C)은 (일례로서) 평면형 전면 및 후면을 가질 수 있다. 도 1의 배향에서 상방으로 향하는 전면은 디스플레이를 갖는다. 하우징(22C)의 후면은 디바이스(10B)의 하우징(22B) 쪽으로 향한다.
낙하 이벤트들과 같은 응력 생성 이벤트들로 인한 손상으로부터 디바이스(10C)를 보호하면서 디바이스(10C)에 추가 전력을 제공하기 위해, 디바이스(10B)는 디바이스(10C) 상에 설치된다(예컨대, 디바이스(10C)의 하우징(22C)은 디바이스(10B)의 하우징(22B) 내의 대응하는 리세스(R) 내에 배치된다). 이러한 위치에서, 디바이스들(10B, 10C)은 (일례로서) 사용자의 주머니 내에 휴대될 수 있다. 디바이스(10A)로부터 무선 전력을 수신하는 것이 요구될 때, 디바이스들(10B, 10C)은 디바이스(10C)의 충전 표면 상에 함께 배치될 수 있다.
디바이스(10A)는 무선 전력 코일(12)과 같은 하나 이상의 무선 전력 코일들을 갖는다. 코일(12)과 같은 코일들은 유도 무선 전력 전달을 위해 사용되며, 따라서, 때때로, 유도 전력 코일들로 지칭될 수 있다. 무선 전력을 송신하는 것이 요구될 때, 교류가 코일(12)에 인가되며, 이는 대응하는 교류 전자기장을 생성한다. 이러한 방식으로 송신되는 무선 전력은 대응하는 인근의 무선 전력 코일들에 의해 수신된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 디바이스(10C)는 디바이스(10B)의 부재 시 코일(12)로부터 무선 전력을 직접 수신할 수 있는 코일(20)과 같은 적어도 하나의 무선 전력 코일을 갖는다. 디바이스(10B)는 코일들(14, 16)과 같은 2개의 무선 전력 코일들을 갖는다.
바이패스 동작 모드 동안, 코일들(14, 16)은 함께 단락된다. 함께 단락되지만, 코일(12)에 의해 송신되는 교류 전자기 신호들은 코일(14)에 의해 수신된다. 코일(16)은 이러한 동작 모드에서 코일(14)에 단락되고, 따라서, 코일(16)은 디바이스(10C) 내의 코일(20)에 의해 수신되는 전자기 신호들을 방출한다. 배터리(18)와 같은 전기 컴포넌트들이 코일들(14, 16) 사이에 개재될 수 있다. 코일들(14, 16) 사이의 단락 경로의 부재 시, 무선 전력 신호들은 배터리(18)의 존재에 의해 차단되는 경향이 있을 수 있다. 그러나, 코일들(14, 16)이 함께 단락될 때, 코일(14)에 의해 수신되는 무선 전력은, 코일(20)에 의한 수신을 위해, 코일(16)에 의해, 송신되는 무선 전력 신호들로서 재방출된다. 그 결과, 코일들(14, 16)의 단락은 배터리(18)와 같은 내부 디바이스 컴포넌트들이 효과적으로 바이패스되게 한다. 이는 배터리(18)와 같은 디바이스(10B) 내의 컴포넌트들이 디바이스(10A)로부터 디바이스(10B)로의 전력의 전달을 차단하는 것을 방지하는 것을 돕는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 코일들(14, 16)의 단락은 코일들(14, 16) 각각으로부터의 제1 리드와 코일들(14, 16) 각각으로부터의 제2 리드의 서로의 접속을 지칭한다. 코일들(14, 16)과 직렬로 접속된 하나 이상의 스위치들이 2개의 코일들을 선택적으로 단락시킬 수 있다. 함께 단락될 때, 코일(14)에 의해 수신된 무선 전력은 코일(16)을 통해 직렬로 흐르는 주어진 전류가 코일(14)을 통해 흐르도록 유도한다(예컨대, 교류 신호가 코일들(14, 16)을 통해 루프 내에서 흐른다). 사실상, 단락 코일들(14, 16)은 함께 일원화된 2-부분 코일 구조물을 형성한다. 바이패스 모드에서, 2-부분 코일 구조물의 제1 부분은 교류 전자기장들을 수신하고, 교류(AC) 전류가 제1 및 제2 부분들을 통해 직렬로 흐르게 한다. AC 전류가 제2 부분을 통해 흐르고 있는 동안, 무선 전력 수신 디바이스(10C)에 의해 수신되는 전자기장들은 제2 부분에 의해 방출된다.
디바이스(10B)의 하우징(22B)은 대향하는 평면형 표면들을 가질 수 있다. 디바이스(10B)의 하우징의 제1 면은 디바이스(10B)가 충전을 위해 디바이스(10A) 상에 배치될 때 디바이스(10A)의 상부 충전 표면을 향할 수 있다. 디바이스(10B)의 하우징의 대향하는 제2 면은 디바이스(10C)가 디바이스(10B)에 부착될 때 하우징(22C)의 하부 표면을 향할 수 있다. 배터리(18)는 (일례로서) 평면형 형상을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리(18)는 디바이스(10B)의 하우징(22B)의 대향하는 제1 면과 제2 면 사이에 놓인다. 코일(14)은 (디바이스(10A)를 향하는) 하우징(22B)의 제1 면과 배터리(18) 사이에 위치된다. 코일(16)은 (디바이스(10C)를 향하는) 하우징(22B)의 제2 면과 배터리(18) 사이에 위치된다. 이 실시예에서, 배터리(18)는 코일들(14, 16) 사이에 개재된다.
도 1의 디바이스들(10)은 전력을 송신할 수 있고/있거나 무선 전력을 수신할 수 있다. 디바이스들(10)에서 사용될 수 있는 타입의 예시적인 무선 전력 회로부가 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 무선 전력 회로부는 무선 전력 송신기(TX) 및 무선 전력 수신기 회로부(RX)를 포함한다. 동작 동안, 무선 전력 신호들(44)은 회로부(TX)에 의해 송신되고 회로부(RX)에 의해 수신된다. 도 2의 실시예에서, 무선 전력이 코일(36)로부터 코일(82)로 단일 방향으로 전달된다. 원하는 경우, 무선 전력이 양방향으로 전달되게 하도록(예컨대, 제1 송신기 회로가 제1 수신기 회로에 의한 수신을 위해 전력을 코일(36)로부터 코일(82)로 송신하게 하고, 또한, 제2 송신기 회로가 제2 수신기 회로에 의한 수신을 위해 전력을 코일(82)로부터 코일(36)로 송신하게 하도록) 추가적인 송신기 및 수신기 회로부가 제공될 수 있다. 도 2의 단방향 전력 송신 회로부는 예시적인 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 회로부(TX)는 인버터 회로부(80)를 포함한다. 제어 회로부는 제어 신호들을 인버터 회로부(80)로 공급한다. 인버터 회로부(80)는 대응하는 교류 구동 신호들을 코일(36)로 공급한다. 커패시터(70)와 같은 회로 컴포넌트들은 도 2에 도시된 바와 같이 코일(36)과 직렬로 커플링될 수 있다. 교류 전류 신호들이 코일(36)로 공급될 때, 대응하는 교류 전자기 신호들(무선 전력 신호들(44))은 수신기 회로부(RX) 내의 예시적인 코일(82)과 같은 인근 코일들로 송신된다. 이는 코일(82) 내에 대응하는 교류(AC) 전류 신호를 유도한다. 커패시터들(72)과 같은 커패시터들은 코일(82)과 직렬로 커플링될 수 있다. 정류기(50)는 코일(82)로부터 AC 전류를 수신하고, 대응하는 직류 전력(예컨대, 직류 전압(Vrect))을 출력 단자들(76)에서 생성한다. 이러한 전력은 부하에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다.
양방향 무선 전력 시스템에서, 인버터(80)와 같은 무선 전력 송신 회로부 및 수신기(50)와 같은 무선 전력 수신 회로부가 공통 코일에 커플링될 수 있다. 이는, 동일한 코일이, (무선 전력 수신 회로부가 활성일 때) 무선 전력을 수신하는 데 그리고 (무선 전력 송신 회로부가 활성일 때) 무선 전력을 송신하는 데 사용되게 한다. 한 쌍의 코일들(예컨대, 코일들(14, 16) 참조)이 스위칭 회로부와 함께 선택적으로 커플링되는 배열물들이 또한 사용될 수 있다. 도 2의 회로부는 디바이스(10A, 10B, 및/또는 10C)에서 사용될 수 있다(예컨대, 코일들(36 및/또는 82)은 도 1의 코일들(12, 14, 16, 및/또는 20)과 같은 코일들을 사용하여 구현될 수 있다).
도 3은 시스템(8) 내의 각각의 디바이스(10)에서 사용될 수 있는 예시적인 회로부를 도시한 개략도이다. 도 3의 회로부는 주어진 디바이스에서 모두 사용될 필요는 없다. 예를 들어, 도 3의 디바이스(10)의 회로부의 일부는 디바이스(10A)에서 사용될 수 있지만, 디바이스들(10B, 10C)에서는 사용되지 않을 수 있다. 디바이스(10A)는, 일례로서, 케이블에 의해 주 전원(예컨대, 벽 콘센트)에 커플링되는 무선 충전 매트일 수 있다. 이러한 배열물에서, 디바이스(10A)는 디바이스(10A)에 의해 사용하기 위해 교류(AC) 주 전력을 직류(DC) 전력으로 변환하는 데 AC-DC 컨버터(90)와 같은 AC-DC 전력 컨버터를 사용할 수 있는 반면, AC-DC 컨버터(90)와 같은 회로부는 디바이스들(10B, 10C)로부터 생략될 수 있다. 원하는 경우, 디바이스(10A) 및/또는 디바이스들(10B, 10C)은 다른 타입들의 전원들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10A), 디바이스(10B), 및/또는 디바이스(10C)는 배터리(92)와 같은 배터리들을 포함할 수 있다.
디바이스들(10A, 10B, 10C)은 무선 전력 송신기 회로부(TX) 및/또는 무선 전력 수신기 회로부(RX)와 같은 무선 전력 회로부(96)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10A)는 송신기 회로부(TX)만을 포함하고 수신기 회로부(RX)를 포함하지 않을 수 있다. 디바이스(10C)는 디바이스(10A)로부터 그리고/또는 디바이스(10B)로부터 전력을 수신하기 위한 수신기 회로부(RX)만을 포함할 수 있거나, 또는 원하는 경우, (디바이스(10A) 및/또는 디바이스(10B)로부터 전력을 수신하기 위한) 수신기 회로부(RX) 및 (한 쌍의 이어버드, 전자 스타일러스, 또는 다른 전자 디바이스와 같은 전자 디바이스(10)로 전력을 송신하기 위한 그리고/또는 디바이스(10B)로 전력을 송신하기 위한) 송신기 회로부(TX) 양측 모두를 포함할 수 있다. 디바이스(10B)는 (예컨대, 디바이스(10B) 내의 배터리를 충전하도록 디바이스(10A)로부터 전력을 수신하기 위해, 그리고 원하는 경우, 디바이스(10C)로부터 전력을 수신하기 위해) 회로부(RX)를 포함할 수 있고, (예컨대, 디바이스들(10B, 10C)이 함께 커플링되고 디바이스(10C)가 디바이스(10B)로부터 추가 전력을 요구할 때 디바이스(10B) 내의 배터리로부터 디바이스(10C)로 전력을 송신하고/하거나 디바이스(10B) 내의 배터리로부터 다른 전자 디바이스들로 전력을 송신하기 위해) 회로부(TX)를 포함할 수 있다. 원하는 경우, 다른 구성들(예컨대, 디바이스(10A)가 무선 전력 수신기 회로부(RX) 등을 포함하는 구성들)이 또한 사용될 수 있다. 무선 전력 송신기 회로부(TX) 및 무선 전력 수신기 회로부(RX)는, 도 2의 코일들(36, 82)과 관련하여 기술된 바와 같이, 코일들을 포함한다.
디바이스(10A), 디바이스(10B), 및 디바이스(10C)는 도 3의 디바이스(10)의 제어 회로부(104)에 의해 도시된 바와 같은 제어 회로부를 포함한다. 제어 회로부(104)는 디바이스들(10A, 10B, 10C)의 동작을 제어하는 데 사용된다. 이 제어 회로부는 마이크로프로세서, 전력 관리 유닛, 기저대역 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로제어기, 및/또는 프로세싱 회로를 갖는 주문형 집적 회로와 연관된 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로부는 디바이스들(10A, 10B, 10C)에서 원하는 제어 및 통신 특징부들을 구현한다. 예를 들어, 프로세싱 회로부는, 코일들을 선택하고, 전력 송신 레벨들을 결정하고, 센서 데이터 및 기타 데이터를 프로세싱하고, 사용자 입력을 프로세싱하고, 디바이스들 사이의 협상들을 처리하고, 대역내 및 대역외 데이터를 전송 및 수신하고, 측정을 실시하고, 시스템(8)의 동작을 다른 방식으로 제어하는 데 사용될 수 있다.
제어 회로부(104)와 같은 시스템(8) 내의 제어 회로부는 하드웨어(예컨대, 전용 하드웨어 또는 회로부), 펌웨어, 및/또는 소프트웨어를 사용하여 시스템(8)에서 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 시스템(8)에서 동작들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드는 제어 회로부(104) 내의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예컨대, 유형의(tangible) 컴퓨터 판독가능 저장 매체) 상에 저장된다. 소프트웨어 코드는 때로는 소프트웨어, 데이터, 프로그램 명령어들, 명령어들, 또는 코드로 지칭될 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 비휘발성 랜덤-액세스 메모리(NVRAM)와 같은 비휘발성 메모리, 하나 이상의 하드 드라이브들(예컨대, 마그네틱 드라이브들 또는 솔리드 스테이트 드라이브들), 하나 이상의 탈착가능 플래시 드라이브들 또는 다른 탈착가능 매체 등을 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 저장된 소프트웨어는 제어 회로부(104)의 프로세싱 회로부 상에서 실행될 수 있다. 프로세싱 회로부는 프로세싱 회로부, 하나 이상의 마이크로프로세서들, 중앙 프로세싱 유닛(CPU) 또는 다른 프로세싱 회로부를 갖춘 주문형 집적 회로들을 포함할 수 있다.
전자 디바이스들(10A, 10B, 10C)은 도 3의 입출력 디바이스들(94)에 의해 도시된 바와 같은 입출력 회로부를 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(94)은 광 기반 디바이스들(예컨대, 디스플레이, 발광 다이오드 또는 다른 광 방출기로부터 형성되는 상태 표시등, 주변광 센서, 이미지 센서, 광학 근접 센서, 광의 빔을 투사하는 광 방출기로부터 형성되는 3차원 이미지 센서 및 투사된 광 빔이 물체에 충돌하는 점(dot)을 검출하는 대응하는 이미지 센서, 카메라 플래시 컴포넌트, 및/또는 광을 방출하고/하거나 검출하는 다른 회로), 무선 주파수 회로부(예컨대, 레이더 회로부와 같은 무선 주파수 회로부 및/또는 물체의 위치 및 이동을 검출하기 위한 다른 무선 주파수 회로부), 음향 컴포넌트(예컨대, 사운드를 수집하기 위한 마이크로폰, 및 사운드를 방출하기 위한 스피커), 진동 및 다른 햅틱 출력을 제공하기 위한 햅틱 출력 디바이스, 터치 센서, 버튼, 힘 센서, 조이스틱, 노브(knob), 온도 센서, 가스 센서, 및/또는 사용자 입력을 검출하고 환경 데이터를 측정하기 위한 다른 회로부를 포함할 수 있다.
전자 디바이스들(10A, 10B, 10C)은 임의의 적합한 전자 디바이스들일 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10A)는 독립형 전력 어댑터(예컨대, 전력 어댑터 회로부를 포함하는 무선 충전 매트)일 수 있거나, 케이블에 의해 전력 어댑터 또는 다른 장비에 커플링되는 무선 충전 매트일 수 있거나, 휴대용 디바이스일 수 있거나, 가구, 차량, 또는 다른 시스템에 통합된 장비일 수 있거나, 또는 다른 무선 전력 전달 장비일 수 있다. 디바이스(10A)가 무선 충전 매트와 같은 무선 전력 송신 디바이스인 예시적인 구성들이 때때로 본 명세서에서 일례로서 기술된다. 전자 디바이스(10B)는 추가 배터리 팩일 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10B)는 디바이스(10C) 및/또는 다른 전자 디바이스들과 같은 전자 디바이스들에 추가 배터리 전력을 제공하기 위해 배터리(92)와 같은 배터리를 포함할 수 있다. 디바이스(10B)가 배터리 케이스(때때로, 추가 인클로저(supplemental enclosure), 탈착가능 케이스, 또는 탈착가능 배터리 케이스로 지칭됨)인 예시적인 구성들이 때때로 본 명세서에서 일례로서 기술된다. 전자 디바이스(10C)는 셀룰러 폰 또는 다른 휴대용 전자 디바이스(예컨대, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 손목시계 디바이스, 헤드폰, 이어버드, 스타일러스, 또는 다른 전자 디바이스)일 수 있다. 디바이스(10C)가 셀룰러 폰인 예시적인 구성들은 때때로 본 명세서에서 일례로서 기술된다.
디바이스들(10A, 10B, 및/또는 10C)은 도 3의 디바이스(10)의 통신 회로부(102)와 같은 무선 통신 회로부를 포함할 수 있다. 무선 통신 회로부는 이러한 디바이스들(또는 이러한 디바이스들의 서브세트)이 대역내 또는 대역외 통신을 사용하여 무선으로 통신하게 하기 위해 디바이스들(10A, 10B, 및/또는 10C)에 의해 사용될 수 있다. 회로부(102)는, 예를 들어, 안테나를 사용하여 대역외 신호들을 외부 디바이스로 무선으로 송신하는 무선 송수신기 회로부(예컨대, 무선 송신기)를 가질 수 있다. 회로부(102)는, 또한, 안테나를 사용하여 외부 디바이스로부터 대역외 신호들을 무선으로 수신하는 데 사용되는 무선 송수신기 회로부(예컨대, 무선 수신기)를 가질 수 있다.
무선 통신 회로부(102)는 대역내 신호들을 송신하고/하거나 수신하는 데 하나 이상의 코일들(예컨대, 송신기 회로부(TX) 및/또는 수신기 회로부(RX) 내의 코일들)을 사용할 수 있다. 디바이스들(10A, 10B, 및/또는 10C) 사이의 대역내 통신을 지원하는 데 임의의 적합한 변조 기법이 이용될 수 있다. 하나의 예시적인 구성에서, 전력 송신 회로로부터 전력 수신 회로로 대역내 데이터를 전달하는 데 주파수-시프트 키잉(frequency-shift keying, FSK)이 이용되고(예컨대, 무선 전력 신호들의 주파수는 전력이 전력 송신 회로로부터 전력 수신 회로로 송신되고 있을 때 변조될 수 있음), 무선 전력 수신 회로로부터 무선 전력 송신 회로로 대역내 데이터를 전달하는 데 진폭-시프트 키잉(amplitude-shift keying, ASK)이 이용된다. 이러한 FSK 및 ASK 송신 동안 전력이 디바이스들 사이에서 무선으로 전달될 수 있다. 원하는 경우, 다른 타입들의 대역내 통신이 이용될 수 있다.
무선 전력 송신 동작들 동안, 제어 회로부(104)는 송신기 회로부(TX) 내의 인버터 회로부를 구동하여, 주어진 전력 송신 주파수에서 AC 구동 신호들을 하나 이상의 코일들로 공급한다. 전력 송신 주파수는, 예를 들어, 약 125 ㎑, 적어도 80 ㎑, 적어도 100 ㎑, 500 ㎑ 미만, 300 ㎑ 미만, 또는 다른 적합한 무선 전력 주파수의 사전결정된 주파수일 수 있다. 일부 구성들에서, 전력 송신 주파수는 디바이스들 사이의 통신에서 협상될 수 있다. 다른 구성들에서, 전력 전송 주파수는 고정될 수 있다.
무선 전력 송신 디바이스(예컨대, 시스템(8) 내의 디바이스들(10) 중 하나)에 의한 무선 전력 전달 동작들 중에, 전력 송신기 회로부(TX)가 전력 송신 주파수에서 무선 신호들(44)을 생성하도록 AC 신호들을 코일들 중 하나 이상으로 구동하고 있는 동안, 통신 회로부(102)는 FSK 변조를 이용하여 구동 중인 AC 신호들의 전력 송신 주파수를 변조하고 이에 의해 신호들(44)의 주파수를 변조한다. 무선 전력 수신 디바이스(예컨대, 시스템(8) 내의 디바이스들(10) 중 다른 것)에서, 코일이 신호들(44)을 수신하는 데 사용된다. 전력 수신기 회로부(RX)는 회로부(RX) 내의 코일 및 정류기 회로부 상에서 수신된 신호들을 사용하여 DC 전력을 생성한다. 동시에, 수신 디바이스 내의 무선 송수신기 회로부는 FSK 복조를 이용하여 신호들(44)로부터 송신된 대역내 데이터를 추출한다. 이러한 접근법은, 전력이 코일들을 사용하여 디바이스들(10) 사이에서부터 동시에 무선으로 전달되고 있는 동안, FSK 데이터(예컨대, FSK 데이터 패킷들)가 코일들에 의해 디바이스들(10) 사이에서 대역내로 송신되게 한다.
디바이스들(10) 사이의 대역내 통신은 또한 ASK 변조 및 복조 기법들을 이용할 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스(예컨대, 디바이스들(10) 중 하나) 내의 무선 송수신기 회로부는 스위치(예컨대, 무선 전력 수신기 코일에 커플링된 하나 이상의 트랜지스터들)를 사용하여 무선 전력 수신 디바이스의 전력 수신기 회로부(RX)의 임피던스를 변조함으로써 대역내 데이터를 무선 전력 송신 디바이스(예컨대, 디바이스들(10) 중 다른 것)로 송신한다. 이는, 이어서, 신호(44)의 진폭, 및 송신 코일(들)을 통과하는 AC 신호의 진폭을 변조한다. 무선 전력 송신 디바이스 내의 무선 송수신기 회로부는 무선 전력 송신 코일(들)을 통과하는 AC 신호의 진폭을 모니터링하고, ASK 복조를 이용하여, 무선 전력 수신 디바이스의 무선 통신 회로부에서 무선 송수신기 회로부에 의해 송신되었던 이러한 신호들로부터의 송신된 대역내 데이터를 추출한다. ASK 통신의 사용은, 전력이 전력 송신 디바이스로부터 전력 수신 디바이스로 동시에 무선으로 전달되고 있는 동안, ASK 데이터 비트들(예컨대, ASK 데이터 패킷들)이 전력 수신 디바이스로부터 전력 송신 디바이스로 대역내로 송신되게 한다.
원하는 경우, 디바이스들(10A, 10B, 및/또는 10C)(예컨대, 도 3의 디바이스(10))의 제어 회로부(104)는 디바이스(10)와 연관된 충전 표면 또는 다른 무선 전력 출력 영역 상의 외부 물체들을 검출하는 외부 물체 측정 회로부(100)(때때로, 이물질 검출 회로부 또는 외부 물체 검출 회로부로 지칭됨)를 가질 수 있다. 회로부(100)는 코일, 종이 클립, 및 기타 금속성 물체와 같은 이물질들을 검출할 수 있고, 무선 전력 송신 회로부 부근에서 무선 전력 수신 디바이스의 존재를 검출할 수 있다. 물체 검출 동작 및 특성화 동작들 동안, 외부 물체 측정 회로부(100)는 디바이스(10) 내의 코일들 상에서의 측정을 실행하여 임의의 외부 전자 디바이스들이 디바이스(10) 상에 또는 그 근처에 존재하는지(예컨대, 디바이스(10)의 하우징의 표면을 터치하고 있는지)의 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다.
예시적인 배열물에서, 제어 회로부(104)의 측정 회로부(100)는 신호 생성기 회로부(예컨대, 하나 이상의 프로브 주파수들에서 AC 프로브 신호들을 생성하기 위한 발진기 회로부, 펄스 발생기 등) 및 신호 검출 회로부(예컨대, 필터들, 아날로그-디지털 컨버터들, 임펄스 응답 측정 회로들 등)를 포함한다. 측정 회로부(100)로부터 신호를 수신하는 코일의 특성들은 임의의 이물질들(예컨대, 코인, 무선 전력 수신 디바이스 등)이 그 코일과 중첩되는지의 여부에 의존하고, 또한, 코일을 갖는 무선 전력 수신 디바이스가 존재하는지의 여부에 의존하는데, 이는 코일의 측정된 인덕턴스를 증가시킬 수 있다. 신호 측정 회로부(100)는 신호들을 코일에 인가하도록 그리고 대응하는 신호 응답들을 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 신호 측정 회로부(100)는 생성된 신호를 코일에 커플링된 노드에서 모니터링하면서 교류 프로브 신호를 인가할 수 있다. 다른 예로서, 신호 측정 회로부(100)는 (예컨대, 코일 인덕턴스를 측정하기 위해) 코일에 펄스를 인가하고 생성된 임펄스 응답을 측정할 수 있다. 측정 회로부(100)로부터의 측정치들을 사용하여, 디바이스(10)는 외부 물체가 디바이스(10)의 코일(들) 상에 존재하는지의 여부를 결정할 수 있다.
원하는 경우, 도 3의 디바이스(10) 내의 측정 회로부(100) 및/또는 다른 회로부는 디바이스들(10A, 10B, 및/또는 10C) 중 하나 이상으로부터 생략되어 그 디바이스의 비용 및 복잡도를 감소시키는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, (예컨대, 디바이스(10A)가 주 전력을 수신하기 위해 AC-DC 전력 컨버터(90)를 갖는 일 실시예에서) 디바이스(10A)는 에너지를 저장하는 것을 돕기 위한 배터리를 가질 수 있거나, 또는 배터리(92)는 비용을 감소시키기 위해 디바이스(10A)로부터 생략될 수 있다. 컨버터(90)는, 원하는 경우, 공간을 절약하고 그러한 디바이스들에 대한 비용 및 복잡도를 감소시키기 위해 디바이스들(10B, 10C)로부터 생략될 수 있다. 일 실시예에서, 측정 회로부(100)는 디바이스(10A)에 포함되고, 디바이스들(10B, 10C)로부터 생략된다. 디바이스(10C)가 무선 전력 송신기 회로부(TX)를 갖는 일 실시예에서, 디바이스(10C)는 측정 회로부(100)를 포함할 수 있다. 디바이스(10C)가 무선 전력 송신기 회로부(TX)를 포함하지 않는 일 실시예에서, 디바이스(10C)는 (일례로서) 측정 회로부(100)를 포함할 필요가 없다.
통신 회로부(102)는, 마찬가지로, 디바이스들(10A, 10B, 및/또는 10C) 중 하나 이상에 통합되고/되거나 그로부터 생략될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스들(10A, 10B, 10C) 중 주어진 하나는 송신기 회로부(TX)만을 또는 수신기 회로부(RX)만을 포함한다. 원하는 경우, 디바이스들(10A, 10B, 및/또는 10C) 중 하나 이상은 송신기 회로부(TX) 및 수신기 회로부(RX)를 포함할 수 있다.
도 4는 디바이스들(10A, 10B, 10C)이 시스템(8)에서 어떻게 함께 사용될 수 있는지를 도시한 회로도이다. 도 4에 도시된 실시예에서, 디바이스들(10A, 10B)은 전자기적으로 커플링된다(예컨대, 디바이스(10A)의 코일(120)은 디바이스(10B)의 코일(122)과 전자기적으로 커플링된다). 디바이스들(10B, 10C)은 또한 전자기적으로 커플링된다(예컨대, 디바이스(10B)의 코일(124)은 디바이스(10C)의 코일(126)과 전자기적으로 커플링된다). 디바이스(10A)에서, 도 3의 무선 전력 회로부(96)와 같은 무선 전력 회로부(예컨대, 무선 전력 송신기 회로부(TX))는 코일(120)에 커플링되어, 무선 전력이 코일(120)로부터 디바이스(10B)로 송신될 수 있게 한다. 송신된 전력은 코일(122)에 의해 수신된다. 디바이스(10C)에서, 도 3의 무선 전력 회로부(96)와 같은 무선 전력 회로부(예컨대, 무선 전력 수신기 회로부(RX) 및 선택적으로 무선 전력 송신기 회로부(TX))가 코일(126)에 커플링된다. 디바이스(10B)로부터 디바이스(10C)로 무선 전력을 송신하는 것이 요구될 때, 코일(124)은 무선 신호들을 코일(126)로 송신하는 데 사용될 수 있다. 디바이스(10C)의 무선 전력 수신기 회로부(RX) 내의 정류기는 수신된 신호들을 정류하고, 디바이스(10C)의 컴포넌트들을 위한 DC 전력을 생성한다. 디바이스(10B)가 존재하지 않는 실시예들에서, 무선 전력이 디바이스(10A)의 코일(120)로부터 디바이스(10C)의 코일(126)로 송신될 수 있다. 디바이스(10C) 내의 선택적인 무선 전력 송신기 회로부는, 또한, 무선 전력을 (예컨대, 디바이스(10B) 및/또는 이어버드 및 다른 액세서리와 같은 다른 전자 디바이스들로) 송신하는 데 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 디바이스(10B)는 회로부(130)(때때로, 제어 회로부 또는 제어 및 전력 회로부로 지칭됨)를 갖는다. 회로부(130)는 제어 회로부(예컨대, 도 3의 회로부(104) 참조), 전력 회로부(예컨대, 도 3의 무선 전력 회로부(96) 및 배터리(92) 참조), 및 선택적인 입출력 회로부(예컨대, 도 3의 입출력 디바이스들(94) 참조)와 같은 회로부를 포함한다. 동작 동안, 제어 회로부(130)는 하나 이상의 스위치들로부터 형성된 스위칭 회로부(128)로 제어 신호들을 공급한다. 스위칭 회로부(128)는 코일들(122, 124) 사이에 커플링된다. 스위칭 회로부(128)는, 예를 들어, 코일(122)의 제1 단자와 코일(124)의 제1 단자 사이에 개재되는 제1 스위치, 및 코일(122)의 제2 단자와 코일(124)의 제2 단자 사이에 개재되는 제2 스위치를 포함할 수 있다. 이러한 배열물은 풀-브리지(full-bridge) 정류기 토폴로지가 회로부(130)의 정류기 회로부에 사용되게 한다. 원하는 경우, 제2 스위치는 생략될 수 있다(예컨대, 코일(122)의 제2 단자는 코일(124)의 제2 단자에 단락될 수 있다).
스위칭 회로부(128)는 회로부(130)가 제어 포트(CP)를 경유하여 스위칭 회로부(128)로 공급하는 제어 신호들에 의해 제어된다. 회로부(130)는, 또한, 포트(PP1) 및 포트(PP1)를 코일(122)에 커플링하는 신호 라인들(140), 및 포트(PP2) 및 포트(PP2)를 코일(124)에 커플링하는 신호 라인들(142)을 갖는다.
도 4의 시스템(8)에 대한 예시적인 동작 모드들이 도 5에 도시되어 있다. 시스템(8)의 제어 회로부는 도 5의 동작 모드들 사이에서 전환할 때를 결정하는 데 사용된다. 예를 들어, 디바이스(10B) 내의 제어 회로부는 디바이스(10B)가 디바이스(10C)에 커플링되는지의 여부 및/또는 디바이스(10B)가 디바이스(10A)에 커플링되는 때를 모니터링함으로써 스위칭 회로부(128)를 개폐하고 디바이스(10B)의 동작에 대해 다른 변화들을 행하는 때를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 디바이스(10B)는 측정 회로부(100) 및 선택적으로 통신 회로부, 예컨대 대역내 통신 회로부 또는 다른 회로부를 사용하여, 디바이스(10B)의 코일들이 다른 디바이스들 내의 코일들에 전자기적으로 커플링되는 때를 결정한다. 디바이스(10B)가 인근 디바이스(예컨대, 디바이스(10C))를 검출하는 이벤트에서, 디바이스(10B) 및 디바이스(10C)는 전력이 디바이스(10B)로부터 디바이스(10C)로 무선으로 송신되어야 하는지의 여부 등을 결정하기 위해 통신할 수 있다. 디바이스(10B)는 디바이스(10A) 및 디바이스(10C)와 독립적으로 통신하여 만족스러운 동작 모드를 결정할 수 있고/있거나 디바이스(10A)와 디바이스(10C) 사이의 통신을 모니터링할 수 있다. (예컨대, 디바이스(10A), 디바이스(10B), 및/또는 디바이스(10C) 내의 측정 회로부(100) 및/또는 통신 회로부에 의해 검출되는 바와 같이) 디바이스(10B)가 디바이스(10A)로부터 제거되는 경우, 리셋 동작이 수행될 수 있다(예컨대, 그에 따라, 디바이스(10B)가 디바이스(10C)와의 대역내 통신 링크와 같은 통신 링크를 확립할 수 있다).
모드(134)의 동작들 동안, 스위칭 회로부(128)는 열린 상태에 놓여, 이에 의해, 코일들(122, 124)을 전기적으로 절연시킨다. 이러한 모드에서는, 코일(122) 내에서 흐르는 어떠한 전류도 코일(124)을 통해 흐르지 않고, 코일(124) 내에서 흐르는 어떠한 전류도 코일(124)을 통해 흐르지 않는다. 코일(122)이 코일(124)로부터 절연되면, 코일(122)은 라인들(140) 및 포트(PP1)를 경유하여 코일(120)로부터 회로부(130) 내의 정류기 회로부로 전달되는 무선 전력을 수신할 수 있고/있거나, 코일(124)은 라인들(142) 및 포트(PP2)를 경유하여 회로부(130) 내의 정류기 회로부로 전달되는 코일(126)로부터 무선 전력을 선택적으로 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 디바이스(10A)(예컨대, 충전 매트)는, 코일(122) 및 회로부(130)를 사용하여 수신되고 배터리(132)(예컨대, 배터리 케이스의 하우징 내에 장착되는 추가 배터리)를 충전하는 데 사용되는 무선 전력을 디바이스(10B)(예컨대, 배터리 케이스)로 공급한다.
모드(136)의 동작들 동안, 디바이스(10B)(예컨대, 배터리 케이스)는 디바이스(10A)(예컨대, 충전 매트)로부터 무선 전력을 수신하고 있지 않고, 디바이스(10A)는 존재할 필요가 없다(예컨대, 디바이스(10B) 및 셀룰러 폰 또는 다른 디바이스(10C)는 함께 커플링될 수 있고, 사용자의 주머니 내에 휴대될 수 있거나 그렇지 않으면 디바이스(10A)로부터 멀리 위치될 수 있다). 이러한 모드에서, 디바이스(10B)(예컨대, 배터리 케이스)는 배터리(132) 내의 저장된 에너지를 사용하여 디바이스(10C)(예컨대, 디바이스(10B)에 부착된 셀룰러 폰)를 무선으로 충전할 수 있다. 이러한 동작들 동안, 스위칭 회로부(128)는 열린 상태로 놓이고, 무선 전력은 회로부(130) 및 코일(124) 내의 무선 전력 송신기 회로부(TX)에 의해 송신된다. 이러한 무선으로 송신된 전력은 코일(126) 및 디바이스(10C) 내의 코일(126)에 커플링되는 무선 전력 수신기 회로부(RX)에 의해 수신된다.
일부 상황에서, 디바이스(10C)는 디바이스(10B)에 물리적으로 커플링되고(예컨대, 셀룰러 폰은 배터리 케이스 내에 설치됨), 전화기 및 케이스는 디바이스(10A)(예컨대, 충전 매트)의 충전 표면 상에 안착하고 있다. 이러한 시나리오에서 디바이스(10A)로부터 디바이스(10C)로 전력을 효율적으로 제공하기 위해, 시스템(8)은 모드(138)에서 동작된다. 때때로 통과 모드 또는 바이패스 모드로 지칭될 수 있는 모드(138)의 동작들 동안, 디바이스(10B)의 회로부(130) 내의 제어 회로부는 스위칭 회로부(128)를 닫힌 상태에 놓는다(예컨대, 회로부(128)의 제1 및 제2 스위치들 양측 모두는 닫혀서, 코일(122)의 제1 단자가 코일(124)의 제1 단자에 단락되게 하고 코일(122)의 제2 단자가 코일(124)의 제2 단자에 단락되게 한다). 코일들(122, 124)이 이러한 방식으로 함께 단락되면, 전류는 코일들(122, 124)을 통해 직렬로 흐른다(예컨대, 코일(122)을 통해 흐르고 있는 동일한 전류가 또한 코일(124)을 통해 흐른다).
모드(138) 동안, 무선 전력이 코일(120)로부터 코일(122)로 송신됨에 따라, 대응하는 교류가 코일(122)에서 유도된다. 이러한 교류는 코일(124)을 통해 흐르는데, 그 이유는 코일(124)이 코일(122)에 단락되기 때문이다. 코일(122)을 통해 흐르고 있는 교류가 코일(124)을 통해 흐를 때, 전자기 신호들(예컨대, 무선 전력)은 코일(124)로부터 코일(126)로 송신되고 디바이스(10C)의 무선 전력 수신기 회로부(RX)에 의해 수신된다.
도 1의 예에서 배터리(18)의 대향 면들 상의 코일들(14, 16)에 의해 도시된 바와 같이, 도 4의 코일들(122, 124)은 배터리(132)의 대향 측면들 상에 배치될 수 있다. 이러한 배열물은 디바이스(10A)의 코일(120)과 디바이스(10B)의 코일(122) 사이의 전자기 커플링을 용이하게 하고, 디바이스(10B)의 코일(124)과 디바이스(10C)의 코일(126) 사이의 전자기 커플링을 용이하게 한다. 그 결과, 디바이스(10A)에 의해 송신되는 전력은 디바이스(10C)로 효율적으로 전달되어, 디바이스 내의 배터리(132) 및 중간 AC-DC 변환 단계들을 바이패스한다.
원하는 경우, 시스템(8)은 스위칭 회로부(128)가 그의 닫힌 상태에 있는 동안 역으로 동작될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(10C)는 코일들(122, 124)이 함께 단락되어 있는 동안 무선 전력 송신기를 사용하여 코일(126)로부터 코일(124)로 전력을 송신할 수 있고, 코일(120)과 같은 코일을 갖는 액세서리 또는 다른 디바이스 내의 코일은 코일(122)로부터 송신되는 대응하는 무선 전력을 수신할 수 있다. 이러한 배열물은 에너지가 디바이스(10C)로부터 디바이스(10A)로, 또는 이어버드, 전자 스타일러스, 헤드폰, 및/또는 컴퓨터 마우스와 같은 다른 전자 디바이스로 전달되게 한다.
일 실시예에서, 회로부(130)는 스위칭 회로부(128)가 닫힐 때 코일(122) 또는 코일(124)에 의해 수신되는 무선 전력을 정류하거나 다른 방식으로 탭핑하지 않는다. 다른 실시예에서, 회로부(130) 내의 정류기 회로부는 코일(122)에 의해 수신된 전력의 일부분을 탭핑한다(예컨대, 이 수신된 전력의 일부분은 전력이 바이패스 모드에서 디바이스(10A)로부터 디바이스(10C)로 전달되고 있는 동안 회로부(130)에 의해 사용하기 위한 DC 전력으로 변환된다). 회로부(130)는, 예를 들어, 디바이스(10A)가 (예컨대, 디바이스(10C) 내의 배터리를 충전하기 위해) 디바이스(10C)로 무선 전력을 공급하고 있는 동안 배터리(132)를 충전하는 데 사용하고/하거나 입출력 회로부 또는 다른 부하 회로부에 전력을 공급하기 위해 수신 전력의 일부분을 탭핑할 수 있다.
디바이스(10B)의 통신 회로부(예컨대, FSK 및/또는 ASK 디코더 회로부 또는 다른 대역내 및/또는 대역외 통신 회로부)는 (예컨대, 디바이스(10C)가 디바이스(10A)에 제어 신호들을 제공하여, 회로부(128)가 닫혀 있는 동안 디바이스(10A)가 디바이스(10C)로 송신하는 전력의 양을 동적으로 조정할 수 있도록) 디바이스들(10A, 10C)이 액션을 취함이 없이 통신하게 할 수 있다. 예를 들어, 디바이스들(10A, 10C)은 신호들이 스위칭 회로부(128)를 통해 코일들(124, 122)을 직렬로 연결함으로써 형성되는 조합된 코일을 통과하게 하기 위해 스위칭 회로부(128)가 그의 닫힌 상태에 있을 때마다 ASK 및/또는 FSK 통신과 같은 대역내 통신을 이용하여 직접 통신할 수 있다.
일 실시예에서, 디바이스(10B)의 통신 회로부는 디바이스(10A)와 디바이스(10C) 사이의 통신 트래픽을 모니터링하거나 또는 다른 방식으로 디바이스들(10A 및/또는 10C)과 통신한다. 디바이스(10B)는, 일례로서, 디바이스들(10A, 10C) 사이의 통신을 모니터링함으로써 그리고/또는 정보를 위해 디바이스(10A 및/또는 10C)에 질의함으로써 시스템(8)의 상태에 대한 정보를 수집할 수 있다. 이러한 정보는, 예를 들어, 충전 상태 정보, 동작 온도 한도 또는 다른 제약이 만족됨을 보장하기 위해 디바이스(10A)가 감소된 양의 전력을 송신하고 있는지의 여부에 대한 정보, 잠재적 결함이 존재하는지 아닌지의 여부, 전력이 송신되고 있는지 아닌지의 여부, 시스템(8) 내의 배터리들 중 하나 이상의 배터리의 충전의 양(예컨대, 저, 중, 또는 고), 및/또는 시스템(8)의 동작 상태에 대한 다른 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 디바이스(10A), 디바이스(10B), 및/또는 디바이스(10C) 내의 입출력 디바이스들을 사용하여 시스템(8)의 사용자에게 제시될 수 있다.
일 실시예에서, 디바이스(10B)는 입출력 디바이스들(발광 다이오드, 디스플레이, 스피커, 진동기 또는 다른 햅틱 출력 디바이스, 다른 출력 컴포넌트 등과 같은 상태 표시등)을 갖고, 이러한 입출력 디바이스들은 사용자에게 상태 정보를 공급한다. 상태 정보는 시각적 상태 정보(예컨대, 발광 다이오드 또는 다른 시각적 출력 디바이스에 의해 표시되는 배터리 충전 상태 또는 무선 충전 상태)로서, 가청 출력(예컨대, 시스템(8)이 충전 중인지 또는 배터리가 완전히 충전되어 있는지 아니면 부분적으로 충전되어 있는지를 표시하는 톤(tone))으로서, 햅틱 출력(예컨대, 배터리 충전이 착수되거나 중단되었음을 표시하는 진동 등)으로서 제공될 수 있고/있거나, 시스템(8)의 동작에 대한 정보를 사용자에게 전달하기 위해 다른 적합한 출력으로서 제공될 수 있다.
전술한 내용은 전력 전달을 제어하기 위해 대역내 통신(예컨대, ASK)을 이용하여 충전 상태, 충전 속도 등과 같은 정보를 제공하는 무선 충전 기술을 설명한다. 본 기술의 실시예들이 동작하기 위해 개인 정보가 송신될 필요는 없다. 그러나, ASK와 같은 통신 기술들이 비트단위(bitwise) 정보를 통신하기 때문에, 본 기술의 구현자들이 무선 전력 송신을 수행하는 데 필요한 것 이상의 정보를 통신하는 것이 기술적으로 가능하다.
본 기술이 프라이버시 우려를 시사할 수 있는 정보를 송신하기 위해 레버리징되는 정도까지, 사용자들이 개인 정보 데이터의 사용 또는 그에 대한 액세스를 선택적으로 차단하도록 하드웨어 및/또는 소프트웨어 요소들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 사용자는, 그의 전화기를 무선 충전 매트 상에 배치할 시, 그가 무선 충전 세션을 계속하는 경우에 그의 개인 정보 데이터가 액세스될 것임을 통지받을 수 있다.
개인적으로 식별가능한 정보의 사용은 사용자들의 프라이버시를 유지하기 위한 산업 또는 정부 요건들을 충족하거나 초과하는 것으로 일반적으로 인식되는 프라이버시 정책들 및 관례들을 따라야 하는 것이 잘 이해된다. 개인적으로 식별가능한 정보 데이터는 의도하지 않은 또는 인가되지 않은 액세스 또는 사용의 위험성들을 최소화하도록 관리 및 처리되어야 하며, 인가된 사용의 성질은 사용자들에게 명확히 표시되어야 한다.
일 실시예에 따르면, 시스템에서 동작가능한 배터리 케이스로서, 시스템은 무선 전력 송신 디바이스를 갖고, 배터리 케이스에 탈착가능하게 부착되는 무선 전력 수신 디바이스를 가지며, 제1 코일, 제2 코일, 제1 코일과 제2 코일 사이에 커플링되는 스위칭 회로부, 및 스위칭 회로부를 선택적으로 (1) 열린 상태 및 (2) 닫힌 상태로 놓도록 구성된 제어 회로부를 포함하는 배터리 케이스가 제공되는데, 닫힌 상태에서, 제1 및 제2 코일들은 함께 단락되고, 전력은 무선 전력 송신 디바이스로부터 제1 코일에 의해 무선으로 수신되고, 주어진 전류가 제1 코일을 통해 흐르도록 유도하고, 주어진 전류가 제2 코일을 통해 흐르게 하고, 제2 코일은 전력을 무선 전력 수신 디바이스에 무선으로 제공한다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 케이스는 배터리를 포함하고, 제어 회로부는 배터리를 충전하기 위해 제1 코일을 사용하여 무선 전력 송신 디바이스로부터 전력을 무선으로 수신하는 동안 스위칭 회로부를 열린 상태에 놓도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 제2 코일을 사용하여 배터리로부터 제2 코일을 통해 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 무선으로 송신하는 동안 스위칭 회로부를 열린 상태에 놓도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제1 코일은 제1 및 제2 단자들을 갖고, 제2 코일은 제1 및 제2 단자들을 갖고, 스위칭 회로부는 제1 코일의 제1 단자에 접속되는 제1 단자 및 제2 코일의 제1 단자에 접속되는 제2 단자를 갖는 제1 스위치, 및 제1 코일의 제2 단자에 접속되는 제1 단자 및 제2 코일의 제2 단자에 접속되는 제2 단자를 갖는 제2 스위치를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 닫힌 상태에서, 스위칭 회로부는 제1 코일의 제1 단자를 제2 코일의 제1 단자에 단락시키고 제1 코일의 제2 단자를 제2 코일의 제2 단자에 단락시켜서, 주어진 전류가 제1 및 제2 코일들을 통해 직렬로 흐르게 한다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 케이스는 배터리 및 배터리를 둘러싸는 하우징을 포함하고, 제1 코일은 하우징에서 배터리의 제1 측면 상에 위치되고, 제2 코일은 하우징에서 배터리의 대향하는 제2 측면 상에 위치된다.
다른 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 디바이스는 셀룰러 폰을 포함하고, 하우징은 셀룰러 폰을 수용하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 제2 코일은 셀룰러 폰이 하우징 내에 수용될 때 배터리와 셀룰러 폰 사이에 개재된다.
다른 실시예에 따르면, 제어 회로부는 전류가 제1 및 제2 코일들을 통해 직렬로 흐르는 것을 방지하기 위해 스위칭 회로부를 열린 상태에 놓도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 케이스는 배터리를 포함하고, 제어 회로부는 제2 코일을 사용하여 무선 전력 수신 디바이스로부터 무선 전력을 수신하고 배터리를 충전하는 동안 스위칭 회로부를 열린 상태에 놓도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 배터리 케이스는 배터리를 포함하고, 제어 회로부는 제2 코일을 사용하여 배터리로부터 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 무선으로 송신하는 동안 스위칭 회로부를 열린 상태에 놓도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 스위칭 회로부가 열린 상태에 있는 동안, 제어 회로부는 제어 회로부가 제1 코일을 사용하여 전력을 무선으로 수신하는 제1 모드 및 제어 회로부가 제2 코일을 사용하여 전력을 무선으로 송신하는 제2 모드에서 동작하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 제1 코일, 제2 코일, (1) 제1 및 제2 코일들이 함께 단락되고 제1 코일을 통해 흐르는 전류가 또한 제2 코일을 통해 흐르는 제1 모드, 및 (2) 제1 및 제2 코일들이 전기적으로 절연되어 어떠한 공유되는 전류도 제1 및 제2 코일들 양측 모두를 통해 흐르지 않게 하는 제2 모드에서 동작하도록 선택적으로 구성되는 스위칭 회로부, 배터리, 및 제1 코일에 커플링되고, 배터리를 충전하기 위해 제1 코일을 사용하여 제2 모드에서 무선 전력을 수신하도록 구성되는 정류기 회로부를 포함하는 전자 디바이스가 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 제2 코일을 사용하여 제2 모드에서 전력을 무선으로 송신하도록 구성되는 인버터를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 코일은 제1 및 제2 코일들을 통해 흐르는 전류를 유도하는 제1 모드에서 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 제2 코일은 전류가 제2 코일을 통해 흐를 때 제1 모드에서 무선 전력을 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 배터리, 제1 및 제2 코일들, 스위칭 회로부, 정류기 회로부, 및 인버터를 둘러싸는 배터리 케이스 하우징을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 셀룰러 폰에 탈착가능하게 부착하도록 구성되고 무선 충전 디바이스와 동작가능한 셀룰러 폰 배터리 케이스로서, 배터리, 제1 코일, 제2 코일, 제1 코일과 제2 코일 사이에 커플링되는 스위칭 회로부, 및 스위칭 회로부가 열린 상태에 있을 때 무선 충전 디바이스로부터 제1 코일에 의해 수신된 무선 전력으로 배터리를 충전하도록 구성된 정류기 회로부를 포함하는 셀룰러 폰 배터리 케이스가 제공되는데, 스위칭 회로부가 닫힌 상태에 있고 셀룰러 폰이 부착될 때, 제1 코일은 무선 충전 디바이스로부터 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 제2 코일은 제1 코일에 단락되고, 무선 충전 디바이스로부터 제1 코일에 의해 수신된 무선 전력을 셀룰러 폰에 송신하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 셀룰러 폰 배터리 케이스는, 제2 코일에 커플링되고, 스위칭 회로부가 열린 상태에 있을 때, 제2 코일을 사용하여 셀룰러 폰에 전력을 무선으로 송신하도록 구성된 무선 전력 송신기 회로부를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 셀룰러 폰 배터리 케이스는 배터리 충전 레벨에 대응하는 배터리 충전 상태 정보를 디스플레이하도록 구성된 상태 표시등을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 셀룰러 폰 배터리 케이스는 셀룰러 폰과 무선으로 통신하여, 제2 코일을 사용하여 셀룰러 폰으로부터 배터리 충전 레벨에 대한 정보를 획득하는 회로부를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 셀룰러 폰 배터리 케이스는 제1 및 제2 코일들 중 적어도 하나에 커플링되는 대역내 통신 회로부를 포함한다.
전술한 것은 단지 예시일 뿐이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (21)

  1. 시스템에서 동작가능한 배터리 케이스로서,
    상기 시스템은 무선 전력 송신 디바이스를 갖고, 상기 배터리 케이스에 탈착가능하게 부착되는 무선 전력 수신 디바이스를 가지며,
    상기 배터리 케이스는,
    제1 코일;
    제2 코일;
    상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에 커플링되는 스위칭 회로부; 및
    상기 스위칭 회로부를 선택적으로 (1) 열린 상태 및 (2) 닫힌 상태로 놓도록 구성된 제어 회로부를 포함하고, 상기 닫힌 상태에서, 상기 제1 및 제2 코일들은 함께 단락되고, 전력은 상기 무선 전력 송신 디바이스로부터 상기 제1 코일에 의해 무선으로 수신되고, 주어진 전류가 상기 제1 코일을 통해 흐르도록 유도하고, 상기 주어진 전류가 상기 제2 코일을 통해 흐르게 하고, 상기 제2 코일은 상기 전력을 상기 무선 전력 수신 디바이스에 무선으로 제공하는, 배터리 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    배터리를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 배터리를 충전하기 위해 상기 제1 코일을 사용하여 상기 무선 전력 송신 디바이스로부터 전력을 무선으로 수신하는 동안 상기 스위칭 회로부를 상기 열린 상태에 놓도록 구성되는, 배터리 케이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 제2 코일을 사용하여 상기 배터리로부터 상기 제2 코일을 통해 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 무선으로 송신하는 동안 상기 스위칭 회로부를 상기 열린 상태에 놓도록 구성되는, 배터리 케이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일은 제1 단자 및 제2 단자를 갖고, 상기 제2 코일은 제1 단자 및 제2 단자를 갖고, 상기 스위칭 회로부는,
    상기 제1 코일의 제1 단자에 접속되는 제1 단자 및 상기 제2 코일의 제1 단자에 접속되는 제2 단자를 갖는 제1 스위치; 및
    상기 제1 코일의 제2 단자에 접속되는 제1 단자 및 상기 제2 코일의 제2 단자에 접속되는 제2 단자를 갖는 제2 스위치를 포함하는, 배터리 케이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 닫힌 상태에서, 상기 스위칭 회로부는 상기 제1 코일의 제1 단자를 상기 제2 코일의 제1 단자에 단락시키고 상기 제1 코일의 제2 단자를 상기 제2 코일의 제2 단자에 단락시켜서, 상기 주어진 전류가 상기 제1 및 제2 코일들을 통해 직렬로 흐르게 하는, 배터리 케이스.
  6. 제1항에 있어서,
    배터리; 및
    상기 배터리를 둘러싸는 하우징을 추가로 포함하고, 상기 제1 코일은 상기 하우징에서 상기 배터리의 제1 측면 상에 위치되고, 상기 제2 코일은 상기 하우징에서 상기 배터리의 대향하는 제2 측면 상에 위치되는, 배터리 케이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 무선 전력 수신 디바이스는 셀룰러 폰을 포함하고, 상기 하우징은 상기 셀룰러 폰을 수용하도록 구성되는, 배터리 케이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 코일은 상기 셀룰러 폰이 상기 하우징 내에 수용될 때 상기 배터리와 상기 셀룰러 폰 사이에 개재되는, 배터리 케이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로부는 전류가 상기 제1 및 제2 코일들을 통해 직렬로 흐르는 것을 방지하기 위해 상기 스위칭 회로부를 상기 열린 상태에 놓도록 구성되는, 배터리 케이스.
  10. 제1항에 있어서, 배터리를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 제2 코일을 사용하여 상기 무선 전력 수신 디바이스로부터 무선 전력을 수신하고 상기 배터리를 충전하는 동안 상기 스위칭 회로부를 상기 열린 상태에 놓도록 구성되는, 배터리 케이스.
  11. 제1항에 있어서,
    배터리를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 제2 코일을 사용하여 상기 배터리로부터 상기 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 무선으로 송신하는 동안 상기 스위칭 회로부를 상기 열린 상태에 놓도록 구성되는, 배터리 케이스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 회로부가 상기 열린 상태에 있는 동안, 상기 제어 회로부는,
    상기 제어 회로부가 상기 제1 코일을 사용하여 전력을 무선으로 수신하는 제1 모드; 및
    상기 제어 회로부가 상기 제2 코일을 사용하여 전력을 무선으로 송신하는 제2 모드에서 동작하도록 구성되는, 배터리 케이스.
  13. 전자 디바이스로서,
    제1 코일;
    제2 코일;
    (1) 상기 제1 및 제2 코일들이 함께 단락되고 상기 제1 코일을 통해 흐르는 전류가 또한 상기 제2 코일을 통해 흐르는 제1 모드, 및 (2) 상기 제1 및 제2 코일들이 전기적으로 절연되어 어떠한 공유되는 전류도 상기 제1 및 제2 코일들 양측 모두를 통해 흐르지 않게 하는 제2 모드에서 동작하도록 선택적으로 구성되는 스위칭 회로부;
    배터리; 및
    상기 제1 코일에 커플링되고, 상기 배터리를 충전하기 위해 상기 제1 코일을 사용하여 상기 제2 모드에서 무선 전력을 수신하도록 구성되는 정류기 회로부를 포함하는, 전자 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 코일을 사용하여 상기 제2 모드에서 전력을 무선으로 송신하도록 구성되는 인버터를 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 코일은 상기 제1 및 제2 코일들을 통해 흐르는 전류를 유도하는 상기 제1 모드에서 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 상기 제2 코일은 상기 전류가 상기 제2 코일을 통해 흐를 때 상기 제1 모드에서 무선 전력을 송신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 배터리, 상기 제1 및 제2 코일들, 상기 스위칭 회로부, 상기 정류기 회로부, 및 상기 인버터를 둘러싸는 배터리 케이스 하우징을 추가로 포함하는, 전자 디바이스.
  17. 셀룰러 폰에 탈착가능하게 부착하도록 구성되고 무선 충전 디바이스와 동작가능한 셀룰러 폰 배터리 케이스로서,
    배터리;
    제1 코일;
    제2 코일;
    상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에 커플링되는 스위칭 회로부; 및
    상기 스위칭 회로부가 열린 상태에 있을 때 상기 무선 충전 디바이스로부터 상기 제1 코일에 의해 수신된 무선 전력으로 상기 배터리를 충전하도록 구성된 정류기 회로부를 포함하고, 상기 스위칭 회로부가 닫힌 상태에 있고 상기 셀룰러 폰이 부착될 때, 상기 제1 코일은 상기 무선 충전 디바이스로부터 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 상기 제2 코일은 상기 제1 코일에 단락되고, 상기 무선 충전 디바이스로부터 상기 제1 코일에 의해 수신된 무선 전력을 상기 셀룰러 폰에 송신하도록 구성되는, 셀룰러 폰 배터리 케이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2 코일에 커플링되고, 상기 스위칭 회로부가 상기 열린 상태에 있을 때, 상기 제2 코일을 사용하여 상기 셀룰러 폰에 전력을 무선으로 송신하도록 구성된 무선 전력 송신기 회로부를 추가로 포함하는, 셀룰러 폰 배터리 케이스.
  19. 제17항에 있어서,
    배터리 충전 레벨에 대응하는 배터리 충전 상태 정보를 디스플레이하도록 구성된 상태 표시등을 추가로 포함하는, 셀룰러 폰 배터리 케이스.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 셀룰러 폰과 무선으로 통신하여, 상기 제2 코일을 사용하여 상기 셀룰러 폰으로부터 상기 배터리 충전 레벨에 대한 정보를 획득하는 회로부를 추가로 포함하는, 셀룰러 폰 배터리 케이스.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 코일들 중 적어도 하나에 커플링되는 대역내 통신 회로부를 추가로 포함하는, 셀룰러 폰 배터리 케이스.
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