KR20220005959A - 무선으로 전력을 수신하는 전자 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 배터리, 무선으로 전력을 수신하도록 설정되고, 수신 코일, 적어도 하나의 커패시터, 및 적어도 하나의 스위치를 포함하는 공진 회로, 상기 공진 회로로부터 제공되는 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류 회로, 상기 정류 회로로부터 제공되는 상기 직류 전력을 컨버팅하여 출력하는 DC/DC 컨버터, 및 상기 DC/DC 컨버터로부터 제공되는 상기 컨버팅된 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전하도록 설정된 충전 제어 회로, 및 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 정류 회로에서 출력되는 전압을 확인하고, 상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 임계 전압 이상이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하고, 및 상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 임계 전압 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 설정될 수 있다.
Description
본 개시의 실시예들은, 무선으로 전력을 수신하는 전자 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
현대를 살아가는 많은 사람들에게 휴대용 디지털 통신기기들은 하나의 필수 요소가 되었다. 소비자들은 언제 어디서나 자신이 원하는 다양한 고품질의 서비스를 제공받고 싶어한다. 뿐만 아니라 최근 IoT (Internet of Thing)로 인하여 우리 생활 속에 존재하는 각종 센서, 가전기기, 통신기기 등은 하나로 네트워크화 되고 있다. 이러한 각종 센서들을 원활하게 동작시키기 위해서는 무선 전력 송신 시스템이 필요하다. 무선으로 전력을 수신하는 전자 장치는, 소규모의 블루투스 이어폰, 웨어링 디바이스, 스마트폰 뿐만 아니라, 로봇, 청소기 등의 대규모 전자 장치로도 구현될 수 있다.
무선 전력 송신은 자기 유도, 자기 공진, 그리고 전자기파 방식이 있다. 자기유도 또는 자기공진 방식은, 무선 전력 송신기에 상대적으로 근거리에 위치한 전자 장치를 충전하는데 유리하다. 전자기파 방식은, 자기유도 또는 자기 공진 방식보다 수 m에 이르는 원거리 전력 전송에 보다 유리하다. 전자기파 방식은 주로 원거리 전력 전송에 사용되며, 원거리에 있는 전력 수신기의 정확한 위치를 파악하여 전력을 가장 효율적으로 전달할 수 있다.
전자 장치는, 전자 장치 및 무선 전력 송신기 간 거리가 가까워질수록, 무선 전력 송신기로부터 높은 전력을 무선으로 수신할 수 있다. 전자 장치가 자기 공진 방식을 이용하여 무선 전력 송신기로부터 전력을 수신하는 경우, 공진 회로의 구성에 따라, 전자 장치의 부하로 전달되는 전력이 달라질 수 있다. 예를 들어, 전자 장치가 수신 코일 및 커패시터가 직렬로 연결된 공진 회로를 포함하는 경우, 전자 장치 및 무선 전력 송신기 간 거리 간 거리가 가까운 거리에 있는 때(예: 무선 전력 송신기로부터 큰 전력을 수신하는 때), 전자 장치가 수신 코일 및 커패시터가 병렬로 연결된 공진 회로를 포함하는 경우에 비하여, 무선 전력 송신기로부터 수신된 전력이 상대적으로 높은 효율로 전자 장치의 부하로 전력이 전달될 수 있다. 전자 장치가 수신 코일 및 커패시터가 병렬로 연결된 공진 회로를 포함하는 경우, 전자 장치 및 무선 전력 송신기가 먼 거리에 위치할 때, 전자 장치가 수신 코일 및 커패시터가 직렬로 연결된 공진 회로를 포함하는 경우에 비하여, 무선 전력 송신기로부터 수신된 전력이 상대적으로 높은 효율로 전자 장치의 부하로 전력이 전달될 수 있다.
이에 따라, 무선 전력 송신기로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하로 전달하기 위하여, 전자 장치는, 전자 장치 및 무선 전력 송신기 간 거리(또는 무선 전력 송신기로부터 수신된 전력의 크기)에 기반하여, 공진 회로에 포함된 수신 코일 및 커패시터가 직렬 또는 병렬로 연결되도록 할 필요가 있다.
본 개시의 다양한 실시예들은, 전자 장치 및 무선 전력 송신기 간 거리에 기반하여, 공진 회로의 연결 설정을 다르게 할 수 있는, 무선으로 전력을 수신하는 전자 장치 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 배터리, 무선으로 전력을 수신하도록 설정되고, 수신 코일, 적어도 하나의 커패시터, 및 적어도 하나의 스위치를 포함하는 공진 회로, 상기 공진 회로로부터 제공되는 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류 회로, 상기 정류 회로로부터 제공되는 상기 직류 전력을 컨버팅하여 출력하는 DC/DC 컨버터, 및 상기 DC/DC 컨버터로부터 제공되는 상기 컨버팅된 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전하도록 설정된 충전 제어 회로, 및 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 정류 회로에서 출력되는 전압을 확인하고, 상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 임계 전압 이상이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하고, 및 상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 임계 전압 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 무선으로 전력을 수신하는 방법은, 상기 전자 장치의 정류 회로에서 출력되는 전압을 확인하는 동작, 상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 임계 전압 이상이면, 상기 전자 장치의 공진 회로에 포함된 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 직렬 공진 회로를 구성하도록, 상기 공진 회로에 포함된 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작, 및 상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 임계 전압 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 배터리, 무선으로 전력을 수신하도록 설정되고, 수신 코일, 제 1-1 커패시터 및 제 1-2 커패시터, 상기 제 1-1 커패시터 및 상기 제 1-2 커패시터와 각각 병렬로 연결된 제 1-1 스위치 및 제 1-2 스위치, 제 2-1 커패시터 및 제 2-2 커패시터, 상기 제 2-1 커패시터 및 상기 제 2-2 커패시터와 각각 직렬로 연결된 제 2-1 스위치 및 제 2-2 스위치를 포함하는 공진 회로, 상기 공진 회로로부터 제공되는 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류 회로, 상기 정류 회로로부터 제공되는 상기 직류 전력을 컨버팅하여 출력하는 DC/DC 컨버터, 및 상기 DC/DC 컨버터로부터 제공되는 상기 컨버팅된 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전하도록 설정된 충전 제어 회로, 및 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 정류 회로에서 출력되는 전압을 확인하고, 상기 정류 회로에서 출력되는 전압을 상기 제 1 임계 전압 및 상기 제 2 임계 전압과 비교하고, 상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 제 1 임계 전압 이상이면, 상기 공진 회로가 상기 수신 코일 및 상기 제 1-1 커패시터가 직렬로 연결된 제 1 연결 설정이 되도록, 상기 제 1-1 스위치, 상기 제 1-2 스위치, 상기 제 2-1 스위치, 및 상기 제 2-2 스위치를 제어하고, 상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 제 2 임계 전압 미만이면, 상기 공진 회로가 상기 수신 코일 및 상기 제 2-1 커패시터가 병렬로 연결된 제 2 연결 설정이 되도록, 상기 제 1-1 스위치, 상기 제 1-2 스위치, 상기 제 2-1 스위치, 및 상기 제 2-2 스위치를 제어하고, 및 상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 제 2 임계 전압 이상이고 상기 제 1 임계 전압 미만이면, 상기 공진 회로가 상기 수신 코일에 상기 제 1-1 커패시터 및 상기 제 1-2 커패시터가 직렬로 연결되고, 상기 수신 코일에 상기 제 2-1 커패시터 및 상기 제 2-2 커패시터가 병렬로 연결된 제 3 연결 설정이 되도록, 상기 제 1-1 스위치, 상기 제 1-2 스위치, 상기 제 2-1 스위치, 및 상기 제 2-2 스위치를 제어하도록 설정될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따라서, 전자 장치 및 무선 전력 송신기 간 거리에 기반하여, 공진 회로(resonant circuit)의 연결 설정을 다르게 할 수 있는, 무선으로 전력을 수신하는 전자 장치 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다. 이를 통하여, 전자 장치는, 무선 전력 송신기로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하로 전달할 수 있다.
또한, 전자 장치는, 전자 장치 및 무선 전력 송신기 간 거리에 기반하여, 공진 회로의 연결 설정을 변경함으로써, 전력 전달 효율을 개선하여 발열을 최소화할 수 있다.
또한, 전자 장치는 무선 전력 송신기와 통신 없이도, 전자 장치의 정류 회로의 출력 전압 등에 기반하여, 전자 장치 및 무선 전력 송신기 간 거리를 판단할 수 있다.
또한, 전자 장치는, 무선 전력 송신기가 전자 장치 외 다른 전자 장치로 전력을 송신하는지 여부에 무관하게, 무선 전력 송신기로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하로 전달할 수 있다
또한, 전자 장치는, 전자 장치 및 무선 전력 송신기 간 거리가 가까운 경우, 전자 장치 및 무선 전력 송신기 간 거리에 대응하도록 공진 회로의 연결 설정을 변경함으로써, 전자 장치에서 과전압이 발생하지 않도록 할 수 있다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 무선 충전 시스템의 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는, 다양한 실시예들에 따른, 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 3은, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는, 다양한 실시예들에 따른, 수신 전력 및 부하의 임피던스 간 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로의 연결 설정에 따라, 부하가 수신하는 전력을 나타내는 도면을 나타낸다.
도 6은, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압(VRECT)과 비교되는 임계 전압을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 7은, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로를 나타내는 도면이다.
도 8은, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로를 나타내는 도면이다.
도 9는, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압(VRECT)과 비교되는 복수의 임계 전압들을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 10은, 다양한 실시예들에 따른, 스위치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압(VRECT)에 기반하여 스위치를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압에 기반하여 스위치를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압(VRECT)에 기반하여 스위치를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 다양한 실시예들에 따른, 전자 장치의 블록도를 도시한다.
도 3은, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는, 다양한 실시예들에 따른, 수신 전력 및 부하의 임피던스 간 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로의 연결 설정에 따라, 부하가 수신하는 전력을 나타내는 도면을 나타낸다.
도 6은, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압(VRECT)과 비교되는 임계 전압을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 7은, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로를 나타내는 도면이다.
도 8은, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로를 나타내는 도면이다.
도 9는, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압(VRECT)과 비교되는 복수의 임계 전압들을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 10은, 다양한 실시예들에 따른, 스위치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압(VRECT)에 기반하여 스위치를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압에 기반하여 스위치를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압(VRECT)에 기반하여 스위치를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 무선 충전 시스템의 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(102)(예컨대, PTU(power transmitting unit)) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(101; 101-1, 101-2, 101-n)(예컨대, PRU(power receiving unit))를 포함한다.
무선 전력 송신기(102)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)에 무선으로 각각 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(102)는 소정의 인증절차를 수행한 인증된 무선 전력 수신기에 대하여서만 무선으로 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(102)는 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(102)는 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)로 전자기장 또는 전자기파 형태의 무선 전력을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(102)는 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 여기에서 무선 전력 송신기(102) 및 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1, 2-2, 2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 일 실시예에서, 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)는 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰, 웨어러블 디바이스 등으로 구현될 수 있다.
무선 전력 송신기(102)는 복수 개의 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)들에 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(102)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(102)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(102)와 복수 개의 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n) 사이의 거리는 예컨대 30m 이하일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 무선 전력 송신기(102)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(102)와 복수 개의 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n) 사이의 거리는 예컨대 10cm 이하일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)는 무선 전력 송신기(102)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호나, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기의 상태 정보(예컨대, 무선 전력 수신기의 위치 이동에 관한 정보), 또는 무선 전력 송신기(102) 제어 정보 등을 무선 전력 송신기(102)에 송신할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)는 각각의 충전 상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(102)로 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(102) 또는 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)는 각각 디스플레이와 같은 표시수단을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 무선 전력 송신기(102)는 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(102)는 각각의 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.
무선 전력 송신기(102)는 무선 전력 수신기(101-1, 101-2, 101-n) 각각에 무선 충전 기능을 인에이블(enable) 또는 디스에이블(disabled)하도록 하는 제어 신호를 송신할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(102)로부터 무선 충전 기능의 디스에이블 제어 신호를 수신한 무선 전력 수신기(101)는 무선 충전 기능을 디스에이블시킬 수 있다.
도 2는, 다양한 실시예들에 따른, 전자 장치(100)의 블록도를 도시한다.
도 3은, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로(210)를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 전자 장치(101)(예: 무선 전력 수신기)는, 공진 회로(210), 정류 회로(220), DC/DC 컨버터(230), 충전 제어 회로(240)(예: PMIC(power management integrated circuit)), 배터리(250), 전압 검출 회로(260), 통신 회로(270), 및 컨트롤러(280)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(101)는, 도 1의 무선 전력 수신기들(101-1, 101-2, 101-n) 중 하나의 무선 전력 수신기일 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 송신기(102)에 의하여 출력 또는 형성되는 시변(time-varying) 자기장에 기반하여 전자 장치(101)의 공진 회로(210)에서 유도 기전력이 생성될 수 있고, 이러한 과정을 전자 장치(101)에서 무선 전력을 수신한다 또는 무선으로 전력을 수신한다고 표현할 수 있다. 전자 장치(101)의 공진 회로(210)를 통해 수신된 전력은 교류 전력이고 정류 회로(220)로 전달될 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)는, 수신 코일(310), 수신 코일(310)과 직렬로 연결된 제 1 커패시터(321, 323), 제 1 커패시터(321, 323)와 병렬로 연결되는 제 1 스위치(331, 333), 수신 코일(310)과 병렬로 연결되는 제 2 커패시터(341), 및 제 2 커패시터(341)와 직렬로 연결된 제 2 스위치(351)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 커패시터(321, 323)와 병렬로 연결된 제 1 스위치(331, 333)가 온(on)되는 경우(예: 제 1 스위치(331, 333)가 단락되는 경우), 수신 코일(310)에 형성된 유도 기전력으로부터 제 1 커패시터(321, 323)에 전류가 흐르지 않으며(예: 제 1 커패시터(321, 323)가 수신 코일(310)과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다), 제 1 스위치(331, 333)에 전류가 흐를 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 커패시터(321, 323)와 병렬로 연결된 제 1 스위치(331, 333)가 오프(off)되는 경우(예: 제 1 스위치(331, 333)가 개방되는 경우), 수신 코일(310)에 형성된 유도 기전력으로부터 제 1 커패시터(321, 323)에 전류가 흐르고, 제 1 스위치(331, 333)에 전류가 흐르지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 커패시터(321, 323)는 동일한 커패시턴스(capacitance)를 가지는 복수의 커패시터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 커패시터(321, 323)는, 공진 회로(210)에 연결된 정류 회로(220)가 풀-브릿지(full-bridge) 회로를 포함하는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 정류 회로(220)가 입력된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하도록, 정류 회로(220)의 2개의 입력 단자들 각각에 연결되는 동일한 커패시턴스를 가지는 커패시터(321) 및 커패시터(323)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 제 1 커패시터(321, 323)는, 공진 회로(210)에 연결된 정류 회로(220)가 하프-브릿지(half-bridge) 회로를 포함하는 경우, 정류 회로(220)와 연결되는 하나의 커패시터만을 포함할 수도 있다. 제 1 커패시터(321, 323)가 하나의 커패시터로 구현되는 경우, 하나의 커패시터의 커패시턴스(C1)는, 커패시터(321)의 커패시턴스(C2) 및 커패시터(323)의 커패시턴스(C3)의 등가(equivalent) 커패시턴스와 동일할 수 있다. 구체적으로 1/C1 = 1/C2 + 1/C3 으로 결정될 수 있고, C2와 C3가 동일한 경우, C1 = C2 / 2 로 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 스위치(331, 333)는, 제 1 커패시터(321, 323)가 복수의 커패시터들을 포함하는 경우, 복수의 커패시터들 각각에 병렬로 연결된 복수의 스위치들(예: 스위치(331) 및 스위치(333))을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 커패시터(341)와 직렬로 연결된 제 2 스위치(351)가 온(on)되는 경우, 수신 코일(310)과 제 2 커패시터(341)이 전기적으로 연결되어, 수신 코일(310)에 형성된 유도 기전력에 의해 제 2 커패시터(341)로 전류가 흐를 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 커패시터(341)와 직렬로 연결된 제 2 스위치(351)가 오프(off)되는 경우, 제 2 커패시터(341)를 통하여 전류가 흐르지 않아, 제 2 커패시터(341)가 수신 코일(310)과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 커패시터(321, 323)의 커패시턴스(예: 커패시터(321) 및 커패시터(323)의 등가 커패시턴스)와 제 2 커패시터(341)의 커패시턴스는 동일할 수 있다.
제 1 스위치와 제 2 스위치는 컨트롤러(280)로부터 수신된 제어 신호에 기반하여 동작될 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)는, 컨트롤러(280)부터 수신된 제 1 제어 신호에 기반하여, 공진 회로(210) 내부의 수신 코일(310)과 제 1 커패시터(321, 323)가 직렬로 전기적으로 연결되고 수신 코일(310)과 제 2 커패시터(341)가 전기적으로 연결되지 않은 연결 설정(이하, '제 1 연결 설정'으로 지칭함)이 되도록, 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
또한, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)는, 컨트롤러(280)로부터 수신된 제 2 제어 신호에 기반하여, 공진 회로(210)내부의 수신 코일(310)과 제 2 커패시터(341)가 병렬로 전기적으로 연결되고 수신 코일(310)과 제 1 커패시터(321, 323)가 전기적으로 연결되지 않은(예: 제 1 스위치(331, 333)가 단락된) 연결 설정(이하, '제 2 연결 설정'으로 지칭함)이 되도록, 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 제 1 커패시터(321, 323) 및 제 2 커패시터(341)는, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정 및 제 2 연결 설정에서 동일한 주파수에서 공진을 형성하도록, 동일한 커패시턴스를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 수신 코일(310)의 인덕턴스(inductance)는 1.2μH(henry) 이고, 제 1 커패시터(321) 및 제 1 커패시터(323)은 각각 940 pF(farad)이고, 제 2 커패시터(341)는 470pF일 수 있다. 이러한 경우, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에서의 공진 주파수 및 제 2 연결 설정에서의 공진 주파수는 동일하게 6.7MHz일 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정의 임피던스는 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정의 임피던스에 비하여 작을 수 있다. 예를 들어, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정의 임피던스는 지정된 주파수 범위(예: 반전력 주파수들(공진 상태에서의 전력의 1/2의 전력이 수신될 때의 주파수들) 사이에 있는 주파수 범위)에서 제 2 연결 설정의 임피던스 보다 작을 수 있을 수 있다. 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정의 임피던스 및 제 2 연결 설정의 임피던스는, 정류 회로(220)의 입력단에서 측정된(예: 정류 회로(220)의 입력단에서 공진 회로(210)를 바라본) 임피던스들일 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정은, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 지정된 전력 이상인 경우(또는 지정된 전력 이상의 전력 범위에 포함되는 경우), 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달할 수 있는 연결 설정일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 높을수록 부하로 높은 전류가 흐를 수 있다. 충전 제어 회로(240)에 의해 배터리(250) 양단에 일정한 전압(예: 약 4.2 V(volt))이 인가되는 경우, 부하로 높은 전류가 흐를수록, 부하의 임피던스는 감소될 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여, 전자 장치(100)의 수신 전력 및 부하의 임피던스 간 관계에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4는, 다양한 실시예들에 따른, 수신 전력 및 부하의 임피던스 간 관계를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에서, 회로(410)에서, V(s)(여기서, s=w*j를 나타냄)는 전자 장치(100)의 수신 코일(310)이 무선 전력 송신기(102)로부터 수신한 전력의 전압(예: 무선 전력 송신기(102)로부터 방사된 자기장에 의해 수신 코일(310)에서 유도된 전압)을 나타내고, I(s)는 부하(예: 배터리(250))에 흐르는 전류를 나타낼 수 있다. Zt는 부하에서 바라본 임피던스를 나타내고, ZL은 부하의 임피던스를 나타낼 수 있다. VL은 부하의 전압을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, VL은 부하를 충전하기 위한 충전 제어 회로(240)의 출력 전압으로서, V(s)와 무관하게 일정한(또는 고정된) 크기(예: 4.2 (V))를 가지는 전압일 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(100)의 수신 코일(310)이 무선 전력 송신기(102)로부터 수신한 전력이 높을수록 V(s)의 크기 또한 커질 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)의 수신 코일(310)이 무선 전력 송신기(102)로부터 수신한 전력이 높을수록, 수신 코일(301)에서 유도되는 전압으로서 V(s)의 크기는 커질 수 있다.
일 실시예에서, 회로(410)는 아래 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
V(s) = I(s)*(Zt + ZL)
[수학식 2]
VL = ZL*I(s)
[수학식 1] 및 [수학식 2]에 기반하여, 아래 [수학식 3]이 산출될 수 있다.
[수학식 3]
ZL = (VL*Zt)/(V(s)- VL)
일 실시예에서, 그래프(420)은, [수학식 3]에 따른, V(s) 및 ZL 간 관계를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, V(s)가 VL 보다 높은 경우에만 전자 장치(100)가 무선 전력 송신기(102)로부터 정상적으로 전력을 수신할 수 있기 때문에, 그래프(420)는 V(s)이 VL 보다 높은 경우에 대응하는 라인(421)만을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, [수학식 3]에서 VL*Zt는 일정한 값일 수 있으며, 이에 따라, 그래프(420)의 라인(421)과 같이, V(s) 및 ZL 은 반비례하는 관계에 있을 수 있다. 예를 들어, V(s)가 높아지는 경우 ZL은 작아지고, V(s)가 낮아지는 경우 ZL은 커질 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(100)의 수신 코일(310)이 무선 전력 송신기(102)로부터 수신한 전력이 높을수록 수신 코일(301)에서 유도되는 전압으로서 V(s)의 크기가 높아지고, V(s)의 크기가 높아짐에 따라 ZL은 작아질 수 있다. 이에 따라, 전자 장치(100)의 수신 코일(310)이 무선 전력 송신기(102)로부터 수신한 전력이 높을수록 부하의 임피던스로서 ZL은 작아질 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에서의 임피던스는 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정에서의 임피던스 보다 작으므로, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에서의 임피던스의 크기 및 상기 감소된 부하 임피던스의 크기 간 차이는, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정에서의 임피던스의 크기 및 상기 감소된 부하 임피던스의 크기 간 차이에 비하여, 작을 수 있다. 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에서의 임피던스의 크기 및 상기 부하의 감소된 임피던스의 크기 간 차이는, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정에서의 임피던스의 크기 및 상기 감소된 부하의 임피던스의 크기 간 차이에 비하여 작기 때문에, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정은, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 지정된 전력 이상인 경우, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달할 수 있는 연결 설정일 수 있다. 일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정은, '수신 코일 및 커패시터의 직렬 연결 설정'으로 지칭될 수도 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정은, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 지정된 전력 미만인 경우(또는 지정된 전력 미만의 전력 범위에 포함되는 경우), 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달할 수 있는 연결 설정일 수 있다. 일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정은, '수신 코일 및 커패시터의 병렬 연결 설정'으로 지칭될 수도 있다.
일 실시예에서, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)는, 교류 신호(예: 교류 전압 및 교류 전류)에 대하여 on/off 동작을 수행할 수 있는, 양방향 스위치들일 수 있다. 양방향 스위치들로서 구현되는 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)의 구성 및 동작에 대해서는 도 10을 참조하여 상세히 후술하도록 한다.
일 실시예에서, 정류 회로(220)는, 공진 회로(210)로부터 제공 받은 교류 전류를 직류 전류로 정류할 수 있다. 정류 회로(220)는, 브릿지 회로(예: 풀-브릿지 회로 또는 하프-브릿지 회로)를 포함할 수 있다. 정류 회로(220)의 브릿지 회로의 스위칭 동작에 따라 정류된 전력이 DC/DC 컨버터(230)로 전달될 수 있다. 정류 회로(220)의 출력단에서 측정되는 출력 전압(VRECT)은, 후술하는 컨트롤러(280)의 제어를 위하여 전압 검출 회로(260)를 통해 센싱될 수 있다.
일 실시예에서, DC/DC 컨버터(230)는, 정류 회로(220)로부터 전달받은 정류된 전력의 전압을 컨버팅하거나 및/또는 레귤레이팅을 수행할 수 있다. DC/DC 컨버터(230)는, 실질적으로 일정한 전압을 가지는 전력을 제공할 수 있다. 한편, DC/DC 컨버터(230)는, 적어도 하나의 하드웨어(또는 하드웨어에 전력을 제공하기 위한 충전 제어 회로(240)(예: PMIC))에 연결될 수 있다. 상기 적어도 하나의 하드웨어(또는 충전 제어 회로(240))는, DC/DC 컨버터(230)로부터의 전력을 이용하여 동작할 수도 있다. 여기서, DC/DC 컨버터(230)는 복수 개로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 충전 제어 회로(240)는, DC/DC 컨버터(230)로부터 출력되는 전력을 수신할 수 있으며, 수신된 전력을 이용하여 충전 제어 회로(240)에 연결된 배터리(250)를 충전할 수 있다. 충전 제어 회로(240)는, 다양한 충전 모드(예: CC(constant current) 모드, CV(constant voltage) 모드, 또는 급속 충전 모드 등)에 기반하여, 배터리(250)로 인가되는 전류 및/또는 전압을 제어할 수 있다. 예를 들어, 충전 제어 회로(240)는, 배터리(250)의 충전 상태에 기반하여 배터리(250)로 인가되는 전류 및/또는 전압을 제어할 수 있다. 또는, 충전 제어 회로(240)는, 사용자 입력에 기반하여 배터리(250)로 인가되는 전류 및/또는 전압을 제어할 수도 있다. 배터리(250)는, 충전 가능한 이차 전지이면, 그 종류에는 제한이 없다.
일 실시예에서, 충전 제어 회로(240)는, DC/DC 컨버터(230)로부터 수신된 전류를 컨버팅하거나 및/또는 레귤레이팅을 수행할 수 있다. 충전 제어 회로(240)는 컨버팅된 및/또는 레귤레이팅된 전류를 배터리(250)로 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 검출 회로(260)는, 정류 회로(220)의 출력단의 전압(VRECT)을 검출(또는 측정)할 수 있다. 전압 검출 회로(260)는 검출된 정류 회로(220)의 출력단의 전압(VRECT)을 컨트롤러(280)로 제공할 수 있다. 도 2에서는 전압 검출 회로(260)가 컨트롤러(280)와 독립된 구성인 것으로 예시하고 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 전압 검출 회로(260)는 컨트롤러(280)에 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 통신 회로(270)는 전자 장치(101)가 무선 전력 송신기(102)와 통신을 수행하도록 할 수 있다. 일 실시예에서, 통신 회로(270)는, 아웃 밴드 통신 회로(예: BLE(bluetooth low energy) 통신 회로)를 포함할 수 있다. 다만, 통신 회로(270)는 아웃 밴드 통신 회로를 대체하여 또는 추가적으로 인 밴드 통신 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는 배터리(250)를 충전하기 위한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)를 통하여 무선 전력 송신기(102)로부터 전력이 수신된 경우(①), 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 정류하도록, 정류 회로(220)를 제어할 수 있다(②). 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)로부터 제공되는 직류 전류를 컨버팅하여 출력하도록, DC/DC 컨버터(230)를 제어할 수 있다(③). 컨트롤러(280)는, DC/DC 컨버터(230)로부터 제공되는 컨버팅된 전력을 이용하여 상기 배터리(250)를 충전하도록, 충전 제어 회로(240)를 제어할 수 있다(④).
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 전자 장치(101)(예: 무선 전력 수신기) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리와 관련된 정보를 이용하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 최대 효율로 부하(예: 배터리(250))로 제공되도록 하기 위한 동작(예: 공진 회로(210) 내의 스위치들의 스위칭 동작)을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 통신 회로(270)를 통하여, 무선 전력 송신기(102)가 전송하는 전력(이하, '제 1 전력'으로 지칭함)에 대한 정보를 수신할 수 있다(⑤).
일 실시예에서, 제 1 전력은, 무선 전력 송신기(102)의 전력 증폭기(power amplifier)(미도시)가 출력하는 전력(또는 전력 송신용 코일로 입력되는 전력)일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(102)는, 무선 전력 송신기(102)의 전력 증폭기(또는 전력 송신용 코일)에서 출력되는 전압 및 전류를 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기(102)는 상기 검출된 전압 및 전류에 기반하여 제 1 전력을 결정(예: 산출)할 수 있다. 무선 전력 송신기(102)는 제 1 전력에 대한 정보를 무선 전력 송신기(102)의 통신 회로를 통하여 전자 장치(101)(예: 통신 회로(270))로 전송할 수 있다. 상술한 바에서는, 제 1 전력이 [W] 단위로 표현되는 것과 같이 설명되었지만, 다양한 예시에서 제 1 전력의 크기는, 전압, 또는 전류의 단위로 치환될 수도 있음을 당업자는 이해할 것이다.
일 실시예에서, 제 1 전력은, 무선 전력 송신기(102)의 방향성 커플러(directional coupler)를 이용하여 검출한 전력에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(102)의 방향성 커플러를 이용하여 무선 전력 송신기(102)의 전력 증폭기로부터 출력된 전송 전력(forwarded power) 및 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로로부터 제공된 반사 전력(reflection power)를 구분하여 검출할 수 있다. 제 1 전력은, 무선 전력 송신기(102)의 전력 증폭기로부터 출력되는 전송 전력으로부터, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로로부터 제공되는 반사 전력을 감산한 전력일 수도 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 전압 검출 회로(260)가 검출한(⑥) 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)을 확인(예: 측정)할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)의 출력 전력(VRECT)을 임계 전압(이하, '임계 전압'으로 지칭함)과 비교할 수 있다(⑦). 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 이상인지 여부를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 임계 전압은, 컨트롤러(280)가 공진 회로(210)의 연결 설정(또는 스위치의 스위칭 동작)을 결정하기 위한 전압일 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 이상인 경우, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록, 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351))를 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 컨트롤러(280)는 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 미만인 경우, 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정이 되도록, 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 임계 전압은 무선 전력 송신기(102)가 전송하는 제 1 전력(예: 제 1 전력의 크기)에 대응할 수 있다. 전자 장치(101)가 무선 전력 송신기(102)로부터 일정한 거리에 위치하는 상태에서, 무선 전력 송신기(102)가 제 1 전력을 높일수록(예: 무선 전력 송신기(102)가 제 1 전력의 크기를 증가시킬수록), 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)은 높아질 수 있다. 임계 전압은 전자 장치(101)가 무선 전력 송신기(102)와의 거리를 결정(또는 예측)하기 위하여 설정되기 때문에, 제 1 전력이 높을수록 임계 전압은 높게 설정(또는 지정)될 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101)의 메모리(미도시)에 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 연결 시 무선 전력 송신기(102)가 일정한 크기의 제 1 전력을 전송한다는 정보가 저장된 경우, 컨트롤러(280)는 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)이 전자 장치(101)의 메모리에 저장된 상기 일정한 크기의 제 1 전력에 대응하는 임계 전압 이상인지 여부(또는 임계 전압 미만인지 여부)를 확인할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 통신 회로(270)를 통하여 무선 전력 송신기(102)와 연결 전에도, 컨트롤러(280)는 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)을 메모리에 저장된 상기 일정한 크기의 제 1 전력에 대응하여 설정된 임계 전압과 비교할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는 제 1 전력 및 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)에 기반하여 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리를 결정(예: 산출)할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(102)가 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리에 관계 없이 일정한 크기를 가지는 제 1 전력을 전송하는 경우, 전자 장치(101)는, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 가까울수록, 무선 전력 송신기(102)로부터 높은 전력을 수신할 수 있다. 전자 장치(101)가 무선 전력 송신기(102)로부터 높은 전력을 수신할수록, 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)은 높아질 수 있다. 제 1 전력(예: 제 1 전력의 크기)에 따라(예: 제 1 전력의 지정된 크기 간격 마다), 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)과 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 대응하도록 설정된(예: 매핑된(mapping)) 테이블(table)(이하, '제 1 테이블'로 지칭함)이 메모리에 저장될 수 있다. 컨트롤러(280)는, 제 1 테이블에 기반하여, 제 1 전력 및 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)을 확인함으로써, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리를 결정할 수 있다. 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)의 연결 설정(예: 제 1 연결 설정 또는 제 2 연결 설정)를 변경(또는 유지)하기 위하여, 결정된 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리와 관련된 정보로서, 정류 회로(220)에서 출력되는 전류를 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시하지는 않았지만, 전자 장치(101)는, 정류 회로(220) 및 DC/DC 컨버터(230) 사이에 연결되는 과-전압 보호(over-voltage protection) 회로를 더 포함할 수 있다. 컨트롤러(280)는, 전자 장치(101)가 무선 전력 송신기(102)로 접근함에 따라 정류 회로(220)에서 지정된 전압 이상의 전압(VRECT)이 검출된 경우(예: 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)이 지정된 전압 이상으로 확인된 경우), 전자 장치(101)의 구성을 보호하기 위하여, 컨트롤러(280)는 과전압 보호 회로에 포함된 스위치가 온(on)되어 과전압 보호 동작을 수행하도록 과전압 보호 회로에 포함된 스위치로 제어 신호를 제공할 수 있다. 과전압 보호 회로에 포함된 스위치가 온되는 경우, 정류 회로(220)에서 출력된 전류는 과전압 보호 회로로 흐를 수 있다. 일 실시예에서, 과전압 보호 회로는, TVS(transient voltage suppressor) 다이오드를 포함할 수 있다.
컨트롤러(280)는 과전압 보호 회로로 흐르는 정류 회로(220)의 출력 전류를 확인할 수 있다. 컨트롤러(280)는 정류 회로(220)의 출력 전류가 임계 전류 이상(이하, '임계 전류'로 지칭함)인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 임계 전류는 무선 전력 송신기(102)가 전송하는 제 1 전력에 대응할 수 있다. 전자 장치(101)가 무선 전력 송신기(102)로부터 일정한 거리에 위치하는 상태에서, 무선 전력 송신기(102)가 제 1 전력을 높일수록, 정류 회로(220)에서 지정된 전압 이상의 전압(VRECT)이 검출된 시점에 과전압 보호 회로에 흐르는 전류는 증가할 수 있다. 임계 전류는 전자 장치(101)가 무선 전력 송신기(102)와의 거리를 결정(또는 예측)하기 위하여 설정되기 때문에, 제 1 전력이 높을수록 임계 전류는 높게 설정(또는 지정)될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는 제 1 전력 및 과전압 보호 회로에 흐르는 전류에 기반하여 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리를 산출할 수 있다. 제 1 전력(예: 제 1 전력의 크기)에 따라(예: 제 1 전력의 지정된 크기 간격 마다), 정류 회로(220)에서 지정된 전압 이상의 전압(VRECT)이 검출된 시점에 과전압 보호 회로에 흐르는 전류와, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 대응하도록 설정된 테이블(이하, '제 2 테이블'로 지칭함)이 메모리에 저장될 수 있다. 컨트롤러(280)는, 제 2 테이블에 기반하여, 제 1 전력 및 과전압 보호 회로에 흐르는 전류를 확인함으로써, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리를 결정할 수 있다. 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)의 연결 설정(예: 제 1 연결 설정 또는 제 2 연결 설정)를 변경(또는 유지)하기 위하여 결정된 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 통신 회로(270)를 통하여, 무선 전력 송신기(102)로부터, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리와 관련된 정보로서 정재파 비(voltage standing wave ratio; VSWR)에 대한 정보를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 무선 전력 송신기(102)는 방향성 커플러(directional coupler)를 이용하여 무선 전력 송신기(102)의 전력 증폭기로부터 출력된 전송 전력(forwarded power) 및 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로로부터 제공된 반사 전력(reflection power)를 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기(102)는 검출된 상기 전송 전력 및 반사 전력에 기반하여 정재파 비를 결정(예: 산출)할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 상기 정재파 비가 임계 정재파 비(이하, '임계 정재파 비'로 지칭함) 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리가 가까울수록 무선 전력 송신기(102)의 정재파 비는 증가될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는 상기 정재파 비에 기반하여 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리를 결정(예: 산출)할 수 있다. 상기 정재파 비와, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 대응하도록 설정된 테이블(이하, '제 3 테이블'로 지칭함)이 메모리에 저장될 수 있다. 컨트롤러(280)는, 제 3 테이블에 기반하여, 상기 정재파 비를 확인함으로써, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리를 결정할 수 있다. 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)의 연결 설정(예: 제 1 연결 설정 또는 제 2 연결 설정)를 변경(또는 유지)하기 위하여 상기 결정된 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 이상인지 여부를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(280)가 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리와 관련된 정보로서 상기 정재파 비를 이용하는 경우, 통신 회로(270)를 통하여 무선 전력 송신기(102)가 전송하는 제 1 전력에 대한 정보를 수신하지 않을 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(102)의 상기 정재파 비는 제 1 전력과 무관하게 결정되기 때문에, 컨트롤러(280)는, 제 1 전력을 이용함 없이 상기 정재파 비에 기반하여, 상기 정재파 비가 임계 정재파 비인지 여부를 결정하거나 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리를 산출할 수 있다. 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)의 연결 설정(예: 제 1 연결 설정 또는 제 2 연결 설정)를 변경(또는 유지)하기 위하여 결정된 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 통신 회로(270)를 통하여, 무선 전력 송신기(102)로부터, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리와 관련된 정보로서 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로에서 측정된 임피던스와 관련된 정보(예: 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상에 대한 정보)를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 무선 전력 송신기(102)는 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로로 입력되는(또는 무선 전력 송신기(102)의 전력 증폭기에서 출력되는) 전압을 연속적으로 검출함으로써 검출된 전압의 파형을 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기(102)는 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로로 입력되는(또는 무선 전력 송신기(102)의 전력 증폭기에서 출력되는) 전류를 연속적으로 검출함으로써 검출된 전류의 파형을 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기(102)는 공진 회로로 입력되는 전압의 파형 및 전류의 파형으로부터, 공진 회로로 입력되는 전압의 파형 및 전류의 파형 각각의 영점들(zero crossing points)을 확인(예: 산출)할 수 있다. 무선 전력 송신기(102)는 상기 확인된 영점들에 기반하여, 공진 회로의 임피던스의 위상(예: 공진 회로로 입력되는 전압의 파형에 대한 공진 회로로 입력되는 전류의 파형의 지연 위상)을 확인할 수 있다. 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상은, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리가 짧을수록 (-) 부호로 증가(예: 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 용량성(capacitive) 성분이 증가)되고, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리가 길수록 (+) 부호로 증가(예: 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 유도성(inductive) 성분이 증가)될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상이 임계 위상(이하, '임계 위상') 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상에 기반하여 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리를 산출할 수 있다. 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상 및 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 대응하도록 설정된 테이블(이하, '제 4 테이블'로 지칭함)이 메모리에 저장될 수 있다. 컨트롤러(280)는, 제 4 테이블에 기반하여, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상을 확인함으로써, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(280)가 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리와 관련된 정보로서 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상을 이용하는 경우, 통신 회로(270)를 통하여 무선 전력 송신기(102)가 전송하는 제 1 전력에 대한 정보를 수신하지 않을 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상은 제 1 전력과 무관하게 결정되기 때문에, 컨트롤러(280)는, 제 1 전력을 이용함 없이 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상에 기반하여, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상이 임계 위상 이상인지 여부를 결정하거나 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리를 산출할 수 있다. 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)의 연결 설정(예: 제 1 연결 설정 또는 제 2 연결 설정)를 변경(또는 유지)하기 위하여 결정된 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 이상인지 여부에 기반하여, 공진 회로(210)에 포함된 스위치들을 제어하기 위한 제어 신호를 공진 회로(210)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 이상임이 확인된 경우, 공진 회로(210)가 수신 코일(310)과 제 1 커패시터(321, 323)가 직렬로 전기적으로 연결되고 수신 코일(310)과 제 2 커패시터(341)가 전기적으로 연결되지 않은 제 1 연결 설정이 되도록, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)를 오프시키는 제어 신호를 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)로 제공할 수 있다. 다른 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 미만임이 확인된 경우, 공진 회로(210)가 수신 코일(310)과 제 2 커패시터(341)가 직렬로 전기적으로 연결되고 수신 코일(310)과 제 1 커패시터(321, 323)가 전기적으로 연결되지 않은 제 2 연결 설정이 되도록, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)를 온시키는 제어 신호를 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)에서 출력되는 전류가 임계 전류 이상인지 여부에 기반하여, 공진 회로(210)에 포함된 스위치들을 제어하기 위한 제어 신호를 공진 회로(210)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)에서 출력되는 전류가 임계 전류 이상임이 확인된 경우, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)를 오프시키는 제어 신호를 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)로 제공할 수 있다. 다른 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)에서 출력되는 전류가 임계 전류 미만임이 확인된 경우, 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정이 되도록, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)를 온시키는 제어 신호를 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 통신 회로(270)를 통해 수신된 무선 전력 송신기(102)가 전송하는 제 1 전력과 관련된 정재파 비가 임계 정재파 비 이상인지 여부에 기반하여, 공진 회로(210)에 포함된 스위치들을 제어하기 위한 제어 신호를 공진 회로(210)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 제 1 전력과 관련된 정재파 비가 임계 정재파 비 이상임이 확인된 경우, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)를 오프시키는 제어 신호를 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)로 제공할 수 있다. 다른 예를 들어, 컨트롤러(280)는 제 1 전력과 관련된 정재파 비가 임계 정재파 비 미만임이 확인된 경우, 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정이 되도록, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)를 온시키는 제어 신호를 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 통신 회로(270)를 통해 수신된 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상이 임계 위상 이상인지 여부에 기반하여, 공진 회로(210)에 포함된 스위치들을 제어하기 위한 제어 신호를 공진 회로(210)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상이 임계 위상 이상임이 확인된 경우, 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정이 되도록, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)를 온시키는 제어 신호를 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)로 제공할 수 있다. 다른 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상이 임계 위상 미만임이 확인된 경우, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)를 오프시키는 제어 신호를 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 전술한 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 이상인지 여부에 기반하여 공진 회로(210)의 스위치를 제어하는 방법(이하, '제 1 방법'으로 지칭함), 정류 회로(220)에서 출력되는 전류가 임계 전류 이상인지 여부에 기반하여 공진 회로(210)에 포함된 스위치를 제어하는 방법(이하, '제 2 방법'으로 지칭함), 제 1 전력과 관련된 정재파 비가 임계 정재파 비 이상인지 여부에 기반하여 공진 회로(210)에 포함된 스위치를 제어하는 방법(이하, '제 3 방법'으로 지칭함), 또는 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상이 임계 위상 이상인지 여부에 기반하여 공진 회로(210)에 포함된 스위치를 제어하는 방법(이하, '제 4 방법'으로 지칭함) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여, 공진 회로(210)에 포함된 스위치를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 제 1 방법 내지 제 4 방법에 대하여 우선 순위를 설정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 제 1 방법에 대하여 가장 높은 우선 순위를 설정하고, 제 2 방법에 대하여 두 번째로 높은 우선 순위를 설정하고, 제 3 방법 및 제 4 방법에 대하여 동일한 우선 순위를 설정할 수 있다. 다만, 제 1 방법 내지 제 4 방법에 대하여 우선 순위를 설정하는 방법은 전술한 예시에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102)가 거리가 결정된 경우, 결정된 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102)가 거리가 지정된 거리 이상인지 여부에 기반하여, 공진 회로(210)에 포함된 스위치들(예: 스위치들(331, 333, 351))을 제어하기 위한 제어 신호를 공진 회로(210)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 제 1 테이블 내지 제 4 테이블 중 적어도 하나의 테이블을 이용하여, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리를 결정할 수 있다. 컨트롤러(280)는 결정된 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 이상임이 확인된 경우 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정이 되도록, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)를 온시키는 제어 신호를 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)로 제공할 수 있다. 컨트롤러(280)는, 결정된 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 미만임이 확인된 경우, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)를 오프시키는 제어 신호를 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351)로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 임계 전압, 임계 전류, 임계 정재파 비, 또는 임계 위상은, 공진 회로가 제 1 연결 설정에 있는지 또는 제 2 연결 설정에 있는지 여부에 따라, 히스테리시스(hysteresis) 특성을 고려하여, 변경될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 통신 회로(270)와 독립된 구성일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 일 실시예에서, 컨트롤러(280) 및 통신 회로(270)는 통합된 하나의 구성(예: 하나의 칩(chip))으로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 전술한 컨트롤러(280)의 동작들을 수행할 수 있는 프로세서(예: 어플리케이션 프로세서)로 대체될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280), 정류 회로(220), 및 DC/DC 컨버터(230)는 통합된 하나의 구성(예: 하나의 칩(chip))으로 구현될 수도 있고, 통신 회로(270)까지 포함하여 하나의 구성으로 구현될 수도 있다.
도 5는, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로(210)의 연결 설정에 따라, 부하가 수신하는 전력을 나타내는 도면(500)을 나타낸다.
도 6은, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)과 비교되는 임계 전압을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면(600)을 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 일 실시예에서, 제1 라인(510)은, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정(예: 수신 코일 및 커패시터의 직렬 연결 상태)에 있는 경우, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)에 따라 부하(예: 배터리(250))가 수신하는 전력(수신 전력(W))(Watt)을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제1 라인(510)은, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정에서, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d1(예: 약 5cm)일 때 부하(예: 배터리(250))로 최대 효율로 전력이 제공되는 경우(예: 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d1 일 때 공진이 형성되는 경우)에 있어서, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)에 따라 부하(예: 배터리(250))가 수신하는 전력을 나타낼 수 있다. 도 5의 제1 라인(410)과 같이, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d1 보다 가까운 경우(예: d1 이하인 경우), 부하가 수신하는 전력은, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d1 인 경우 부하가 수신하는 전력에 비하여 실질적으로 동일하거나 작을 수도 있다.
일 실시예에서, 제2 라인(520)은, 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정(예: 수신 코일 및 커패시터의 병렬 연결 상태)에 있는 경우, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)에 따라 부하(예: 배터리(250))가 수신하는 전력(수신 전력(W))(Watt)을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제2 라인(520)은, 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정에서, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d3(예: 약 30cm)일 때 부하(예: 배터리(250))로 최대 효율로 전력이 제공되는 경우(예: 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d3 일 때 공진이 형성되는 경우)에 있어서, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)에 따라 부하(예: 배터리(250))가 수신하는 전력을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 제1, 제2 라인들(510, 520)과 같이, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리가 증가됨에 따라, 부하가 수신하는 전력은 감소될 수 있다.
일 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2(예: 10cm) 미만인 경우, 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정에 있는 경우에 비하여 제 1 연결 설정에 있는 경우, 보다 큰 전력이 부하(예: 배터리(250))로 전달될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d1인 경우, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정에서 전력(W3)(예: 약 4W)이 부하(예: 배터리(250))로 전달되고 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에서는 전력(W3) 보다 큰 전력(W1)(예: 약 5W)이 부하(예: 배터리(250))로 전달될 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2 미만인 경우, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정은, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달할 수 있는 연결 설정일 수 있다.
일 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2 이상인 경우, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정에 있는 경우에 비하여 제 2 연결 설정에 있는 경우, 보다 큰 전력이 부하(예: 배터리(250))로 전달될 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d3인 경우, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에서 전력(W4)이 부하(예: 배터리(250))로 전달되고 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정에서는 전력(W4)(예: 약 0.5W) 보다 큰 전력(W2)(예: 약 1W)이 부하(예: 배터리(250))로 전달될 수 있다. 일 실시예에서, 전자 장치 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2 이상인 경우, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정은, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달할 수 있는 연결 설정일 수 있다.
일 실시예에서, 도 5의 제1 라인(510)은 아래 [수학식 4]와 관련되고, 도 5의 제2 라인(520)은 아래 [수학식 5]와 관련될 수 있다.
[수학식 4]
[수학식 5]
[수학식 4]에서, P는 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정인 경우 부하가 수신하는 전력을 나타내고, V(s)(여기서 s=j*w를 나타냄)는 전자 장치(101)에 유도되는 전압을 나타내고, L1은 수신 코일(310)의 인덕턴스를 나타내고, Rs는 부하에서 바라본 저항을 나타내고, RL은 부하의 저항을 나타내고, CS는 수신 코일과 직렬로 연결된 커패시터의 커패시턴스(예: 커패시터(321) 및 커패시터(323)의 등가 커패시턴스)를 나타낼 수 있다. [수학식 4]에서, (L1*CS*
+ 1)이 대략 0인 경우, 공진이 형성될 수 있다.
[수학식 4]에 도시된 바와 같이, 부하의 수신 전력(P)의 크기는 전자 장치(101)에 유도되는 전압(V(s))의 제곱에 비례할 수 있다. 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 증가할수록 무선 전력 송신기(102)의 송신 코일(미도시) 및 전자 장치(101)의 수신 코일(310) 간 결합 계수(k)는 감소될 수 있다. 송신 코일(미도시) 및 전자 장치(101)의 수신 코일(310) 간 결합 계수(k)는 감소될수록 전자 장치(101)에 유도되는 전압(V(s))은 감소될 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 증가할수록 전자 장치(101)에 유도되는 전압(V(s))은 감소될 수 있다.
[수학식 5]에서, P는 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정인 경우 부하가 수신하는 전력을 나타내고, V(s)는 전자 장치(101)에 유도되는 전압을 나타내고, L1은 수신 코일(310)의 인덕턴스를 나타내고, Rs는 부하에서 바라본 저항을 나타내고, RL은 부하의 저항을 나타내고, Cp는 수신 코일과 병렬로 연결된 커패시터(341)의 커패시턴스를 나타낼 수 있다. [수학식 5]에서, (1 + 
*L1*CP)이 대략 0인 경우, 공진이 형성될 수 있다.
[수학식 5]에 도시된 바와 같이, 부하의 수신 전력(P)의 크기는 전자 장치(101)에 유도되는 전압(V(s))의 제곱에 비례할 수 있다. 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 증가할수록 무선 전력 송신기(102)의 송신 코일(미도시) 및 전자 장치(101)의 수신 코일(310) 간 결합 계수(k)는 감소될 수 있다. 송신 코일(미도시) 및 전자 장치(101)의 수신 코일(310) 간 결합 계수(k)는 감소될수록 전자 장치(101)에 유도되는 전압(V(s))은 감소될 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 증가할수록 전자 장치(101)에 유도되는 전압(V(s))은 감소될 수 있다.
일 실시예에서, 도 5와 같이, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정인 경우(예: [수학식 4]의 경우) 및 제 2 연결 설정인 경우(예: [수학식 5]의 경우)에 있어서, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 증가됨에 따라, 부하가 수신하는 전력들이 다르게 감소될 수 있다(예: 부하가 수신하는 전력들이 감소하는 정도에서 차이가 있을 수 있다).
무선 전력 송신기(102)가 일정한 크기의 전력을 전송하는 경우, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 증가될수록(예: 멀어질수록), 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)은 감소될 수 있다. 도 6에서, 제 3 라인(610)에 도시된 바와 같이, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d1인 경우, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)은 V3(V)일 수 있다. V3(V)는 도 5에서 부하(예: 배터리(250))가 W1(W)(또는 W3(W))을 수신하도록 하는 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)일 수 있다. 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d3인 경우, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)은 V1 (V)일 수 있다. V1 (V)는 도 5에서 부하(예: 배터리(250))가 W2(W)(또는 W4(W))를 수신하도록 하는 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)일 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달하도록 하는, 연결 설정이 되도록(예: 연결 설정으로 변경되도록), 임계 전압을 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2 미만인 경우, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에서, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 높은 효율로 부하로 전달될 수 있다. 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2 이상인 경우, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정에서, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 높은 효율로 부하로 전달될 수 있다. 컨트롤러(280)는, 도 5의 제1 라인(510) 및 제2 라인(520)이 교차하는, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d2)에 대응하는(예: 전자 장치 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2일 때 측정되는) 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)으로서 V2(V)를 임계 전압으로 설정할 수 있다. V2(V)는, 도 5에서 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2(예: 약 10cm)인 경우, 부하(예: 배터리(250))가 W5(W)(예: 약 3.5W)를 수신하도록 하는, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)일 수 있다.
도 2 내지 도 6을 통하여 무선 전력 송신기(102)로부터 하나의 전자 장치(101)가 무선 전력을 수신하는 예시들에 대하여 설명하였지만, 무선 전력 송신기(102)로부터 복수의 전자 장치들이 무선 전력을 수신하는 경우에도, 전자 장치(101)는 전술한 예시들과 동일 또는 유사한 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신기(102)가 전자 장치(101) 및 적어도 하나의 다른 전자 장치로 동시에 전력을 제공하는 경우, 무선 전력 송신기(102)는, 전자 장치(101) 및 적어도 하나의 다른 전자 장치로부터, 각각, 전자 장치(101) 및 적어도 하나의 다른 전자 장치가 수신하는 전력과 관련된 정보(예: 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT))를 수신할 수 있다. 전자 장치(101)는, 무선 전력 송신기(102)로부터, 통신 회로(270)를 통하여, 적어도 하나의 다른 전자 장치가 수신하는 전력과 관련된 정보를 수신할 수 있다. 전자 장치(101)는, 수신된 적어도 하나의 다른 전자 장치가 수신하는 전력과 관련된 정보에 기반하여, 예를 들어, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)과 비교될 임계 전압을 조정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)는, 전자 장치가 무선 전력 송신기(102)로부터 적어도 하나의 다른 전자 장치 없이(예: 단독으로) 전력을 수신하는 경우, 전자 장치(101)가 무선 전력 송신기(102)로부터 적어도 하나의 다른 전자 장치와 동시에(또는 함께) 전력을 수신하는 경우에 비하여, 적어도 하나의 다른 전자 장치가 수신하는 전력과 관련된 정보에 기반하여, 낮은 임계 전압을 설정(예: 적용)할 수 있다. 전술한 예시에서 전자 장치(101)가 무선 전력 송신기(102)를 통하여 적어도 하나의 다른 전자 장치가 수신하는 전력에 대한 정보를 수신하는 것으로 예시하고 있지만, 전자 장치(101)는, 통신 회로(270)를 통하여, 적어도 하나의 다른 전자 장치로부터 직접적으로 적어도 하나의 다른 전자 장치가 수신하는 전력에 대한 정보를 수신할 수도 있다.
다른 예를 들어, 공진을 통한 공진 방식을 이용하여 무선 전력 송신기(102)가 전자 장치(101) 및 적어도 하나의 다른 전자 장치로 동시에 전력을 제공하는 경우, 적어도 하나의 다른 전자 장치의 개수와, 적어도 하나의 다른 전자 장치 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리의 변화가 적은 경우, 무선 전력 송신기(102)는 실질적으로 일정한 전력을 전송할 수 있다. 이러한 경우, 전자 장치(101)가 무선 전력 송신기(102)로부터 수신하는 전력은, 적어도 하나의 다른 전자 장치의 개수와, 적어도 하나의 다른 전자 장치 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리에 따라 변화될 수 있다. 적어도 하나의 다른 전자 장치의 개수와, 적어도 하나의 다른 전자 장치 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리에 따라 전자 장치가 수신하는 전력의 변화량은 상당히 작을 수 있으며, 전자 장치(101)가 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351))의 스위칭 동작을 제어함에 있어 상기 전력의 변화량은 무시될 수 있다.
도 2 내지 도 6을 통하여 설명하지는 않았지만, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102)가 통신 연결된 경우, 자동적으로(예: 사용자의 입력 없이), 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정 및 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정, 각각에서, 부하(예: 배터리(250))가 수신하는 전력을 확인(예: 측정)할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102)가 통신 연결된 경우, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에서 부하(예: 배터리(250))가 수신하는 전력을 확인하고, 확인된 전력에 기반하여 공진 회로(201)가 제 2 연결 설정이 되도록, 스위치를 제어할 수 있다. 컨트롤러(280)는 제 2 연결 설정에서 부하(예: 배터리(250))가 수신하는 전력을 확인할 수 있다. 컨트롤러(280)는, 제 1 연결 설정 및 제 2 연결 설정 중에서, 부하(예: 배터리(250))가 수신하는 전력이 크도록 하는 공진 회로(210)의 연결 설정을 확인할 수 있다. 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가, 제 1 연결 설정 및 제 2 연결 설정 중에서 상기 확인된 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351))를 제어할 수 있다.
도 7은, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에서, 공진 회로(210)는, 수신 코일(310), 커패시터(363), 제 1 스위치(361), 및 제 2 스위치(375)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 스위치(361) 및 제 2 스위치(375)는, 수신 코일(310) 및 커패시터(363)이 직렬로 연결된 상태(이하, '공진 회로(210)의 제 1 연결 설정'으로 지칭함)가 되도록, 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(361)가 개방되고(open) 제 2 스위치(375)가 제 1 노드(371)와 연결되는 경우, 수신 코일(310) 및 커패시터(363)는 직렬로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 스위치(361) 및 제 2 스위치(375)는, 수신 코일(310) 및 커패시터(363)이 병렬로 연결된 상태(이하, '공진 회로(210)의 제 2 연결 설정'으로 지칭함)가 되도록, 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(361)가 닫히고(closed) 제 2 스위치(375)가 제 2 노드(373)와 연결되는 경우, 수신 코일(310) 및 커패시터(363)는 병렬로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 도 7 및 도 3을 비교하면, 도 7의 공진 회로(210)는 도 3의 공진 회로(210)에 비하여, 적은 개수의 커패시터(예: 하나의 커패시터(363)) 및 적은 개수의 스위치들(361, 375)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 도 7의 공진 회로(210)를 이용하여, 전술한 컨트롤러(280)의 동작에 대한 예시들을 수행할 수 있으며, 중복을 피하기 위하여 도 7과 관련된 컨트롤러(280)의 동작들에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 8은, 다양한 실시예들에 따른, 공진 회로(210)를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에서, 공진 회로(210)는, 수신 코일(310), 수신 코일(310)과 직렬로 연결된 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2), 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2) 각각과 병렬로 연결되는 복수의 제 1 스위치들(331-1, 331-1, 333-1, 333-2), 수신 코일(310)과 병렬로 연결되는 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2), 및 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2) 각각과 직렬로 연결된 복수의 제 2 스위치들(351-1, 351-2)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)에 연결된 정류 회로(220)가 풀-브릿지 회로를 포함하는 경우, 공진 회로는, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2) 및 복수의 제 1 스위치들(331-1, 331-1, 333-1, 333-2)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 커패시터(321-1) 및 커패시터(321-2)의 등가 커패시턴스는, 커패시터(323-1) 및 커패시터(323-2)의 등가 커패시턴스와 동일할 수 있다. 일 실시예에서, 공진 회로(210)는, 공진 회로(210)에 연결된 정류 회로(220)가 하프-브릿지 회로를 포함하는 경우, 2개의 커패시터들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 공진 회로(210)는, 공진 회로(210)에 연결된 정류 회로(220)가 하프-브릿지 회로를 포함하는 경우, 복수의 제 1 커패시터들(321-1. 321-2, 323-1, 323-2) 중에서 커패시터들(323-1, 323-2) 및 복수의 제 1 스위치들(331-1, 331-1, 333-1, 333-2) 중에서 커패시터들(323-1, 323-2)에 병렬로 연결된 스위치들(333-1, 333-2)이 생략되고, 커패시터들(321-1, 321-2)은, 각각, 커패시터들(321-1, 321-2)의 동일한 커패시턴스(예: C1)의 1/2의 커패시턴스(예: 1/(2*C1))를 가지는 2개의 커패시터들로 대체될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않으며, 복수의 제 1 커패시터들(321-1. 321-2, 323-1, 323-2) 중에서 커패시터들(321-1, 321-2) 및 복수의 제 1 스위치들(331-1, 331-1, 333-1, 333-2) 중에서 커패시터들(321-1, 321-2)에 병렬로 연결된 스위치들(331-1, 331-2)이 생략되고, 커패시터들(323-1, 323-2)은, 각각, 커패시터들(323-1, 323-2)의 동일한 커패시턴스(예: C1)의 1/2의 커패시턴스(예: 1/(2*C1))를 가지는 2개의 커패시터들로 대체될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 제 1 스위치들(331-1, 331-1, 333-1, 333-2) 및 복수의 제 2 스위치들(351-1, 351-2)는, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2) 중 일부(321-1, 323-1)가 수신 코일(310)과 직렬로 전기적으로 연결되고, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2) 중 다른 일부(321-2, 323-2) 및 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2)가 수신 코일(310)과 전기적으로 연결되지 않은 연결 설정(이하, '공진 회로(210)의 제 1 연결 설정'으로 지칭함)가 되도록, 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 제 1 스위치들(331-1, 331-1, 333-1, 333-2) 및 복수의 제 2 스위치들(351-1, 351-2)는, 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2) 중 일부(341-1)가 수신 코일(310)과 전기적으로 연결되고, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2) 및 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2) 중 다른 일부(341-2)가 수신 코일(310)과 전기적으로 연결되지 않은 연결 설정(이하, '공진 회로(210)의 제 2 연결 설정'으로 지칭함)가 되도록, 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 제 1 스위치들(331-1, 331-1, 333-1, 333-2) 및 복수의 제 2 스위치들(351-1, 351-2)는, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2)이 수신 코일(310)과 직렬로 전기적으로 연결되고, 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2)가 수신 코일(310)과 병렬로 전기적으로 연결된 연결 설정(이하, '공진 회로(210)의 제 3 연결 설정'으로 지칭함)가 되도록, 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2) 및 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2), 각각은, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정, 제 2 연결 설정, 및 제 3 연결 설정에서, 동일한 주파수에서 공진을 형성하도록, 하는 커패시턴스들을 가질 수 있다.
예를 들어, 공진 회로의 제 1 연결 설정 및 제 2 연결 설정에서 동일한 주파수에서 공진이 형성되도록, 복수의 제 1 커패시터들 중 일부(321-1, 323-1)의 등가(equivalent) 커패시턴스(capacitance) 및 복수의 제 2 커패시터들(341-1)의 커패시턴스는, 동일할 수 있다. 공진 회로의 제 3 연결 설정이, 공진 회로의 제 1 연결 설정 및 제 2 연결 설정과, 동일한 주파수에서 공진이 형성되도록, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2)의 등가 커패시턴스 및 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2)의 등가 커패시턴스의 등가 커패시턴스(예: 복수의 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2)의 등가 커패시턴스 및 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2)의 등가 커패시턴스를 더한 값)는, 복수의 제 1 커패시터들 중 일부(321-1, 323-1)의 등가 커패시턴스 및 복수의 제 2 커패시터들(341-1)의 커패시턴스와, 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정의 임피던스는 공진 회로(210)의 제 3 연결 설정의 임피던스에 비하여 작을 수 있다. 공진 회로(210)의 제 3 연결 설정의 임피던스는 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정의 임피던스에 비하여 작을 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정은, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 지정된 전력(이하, '제 1 수신 전력'으로 지칭함) 이상인 경우, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정 및 제 3 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달할 수 있는 연결 설정일 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 3 연결 설정은, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 제 1 수신 전력 미만이고 지정된 전력(이하, '제 2 수신 전력'으로 지칭함) 이상인 경우, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정 및 제 2 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달할 수 있는 연결 설정일 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정은, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 제 2 수신 전력 미만인 경우, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정 및 제 3 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달할 수 있는 연결 설정일 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 도 8의 공진 회로(210)와 같이, 도 3의 공진 회로(210)에 비하여 추가적인 커패시터들(및 대응하는 스위치들)을 포함하는 경우, 전자 장치에서 측정된 값(예: 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT), 정류 회로(220)에서 출력되는 전류, 무선 전력 송신기(102)가 전송하는 전력과 관련된 정재파 비, 또는 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상)과 비교될 복수의 임계 값들을 설정할 수 있다.
도 9는, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)과 비교되는 복수의 임계 전압들을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면(900)을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에서, 무선 전력 송신기(102)가 일정한 크기의 전력을 전송하는 경우, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 증가될수록(예: 멀어질수록), 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)은 감소될 수 있다. 도 9에서, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d1(예: 약: 5cm)인 경우, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)은 V3(V)(예: 약 15V)일 수 있다. 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d3(예: 약: 30cm)인 경우, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)은 V1(V)(예: 약: 5V)일 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력을 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달하도록 하는, 연결 설정이 되도록(예: 상태로 변경되도록), 복수의 임계 전압들을 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2-1 (예: 약: 8cm) 미만인 경우, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정에서, 제 2 연결 설정 및 제 3 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 높은 효율로 부하로 전달될 수 있다. 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2-1 이상이고 d2-2 (예: 약: 22cm) 미만인 경우, 공진 회로(210)의 제 3 연결 설정에서, 제 1 연결 설정 및 제 2 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 높은 효율로 부하로 전달될 수 있다. 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2-2 이상인 경우, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정에서, 제 1 연결 설정 및 제 3 연결 설정에 비하여, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 높은 효율로 부하로 전달될 수 있다.
컨트롤러(280)는, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2-1 (예: 약: 8cm)일 때 확인(예: 측정)된 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)을 제 1 임계 전압(예: V2-2)(예: 약: 12V)으로서 설정할 수 있다. 컨트롤러(280)는, 전자 장치 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리(d)가 d2-2 (예: 약: 22cm)일 때 확인(예: 측정)된 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)을 제 2 임계 전압(예: V2-1)(예: 약: 6V)으로서 설정할 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시하지는 않았지만, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 도 9를 통하여 설명한 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)과 비교되는 복수의 임계 전압들을 설정하는 방법과 동일 또는 유사하게, 정류 회로(220)에서 출력되는 전류, 무선 전력 송신기(102)의 정재파 비, 또는 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상과 비교될 복수의 임계 값들을 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 도 8의 공진 회로(210)는, 도 3의 공진 회로(210)에 비하여, 수신 코일(310)과 직렬로 전기적으로 연결 가능한 커패시터들(예: 321-2, 323-2)(및 대응하는 스위치들(331-2, 333-2)) 및 수신 코일(310)과 병렬로 전기적으로 연결 가능한 커패시터(예: 351-2)(및 대응하는 스위치(341-2))를 더 포함함으로써, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정 및 제 2 연결 설정 외에 제 3 연결 설정에 있도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)는, 도 8의 공진 회로(210)에 비하여, 수신 코일(310)과 직렬로 전기적으로 연결 가능한 적어도 하나의 커패시터(및 대응하는 적어도 하나의 스위치) 및 수신 코일(310)과 병렬로 전기적으로 연결 가능한 적어도 하나의 커패시터(및 대응하는 적어도 하나의 스위치)를 더 포함하는 경우, 제 1 연결 설정, 제 2 연결 설정, 및 제 3 연결 설정 외에, 제 1 연결 설정, 제 2 연결 설정, 및 제 3 연결 설정 각각의 임피던스와 다른 임피던스를 가지는 적어도 하나의 제 4 연결 설정에 있도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)가 적어도 하나의 제 4 연결 설정에 더 있도록 구현되는 경우, 전술한 예시들과 동일 또는 유사하게, 컨트롤러(280)는, 전자 장치 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리에 따라 스위치의 스위칭 동작을 제어함으로써, 무선 전력 송신기(102)로부터 수신된 전력이 보다 높은 효율로 부하(예: 배터리(250))로 전달되도록 할 수 있다.
도 10은, 다양한 실시예들에 따른, 스위치의 구성을 설명하기 위한 도면(1000)이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에서, 스위치(1010, 1020)는, 제 1 스위치(331, 333) 및 제 2 스위치(351), 각각을 구성하는, 스위치일 수 있다.
일 실시예에서, 스위치(1010) 및 스위치(1020)는 각각의 소스(source)들이 직렬로 연결되어 공통된 소스 전압을 가지는, N-channel MOSFET들로 구현될 수 있다. 다이오드(1011)(diode)는 스위치(1010)의 바디(body) 다이오드이고, 다이오드(1021)는 스위치(1020)의 바디(body) 다이오드일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 스위치(1010) 및 스위치(1020)는 각각의 드레인(drain)들이 직렬로 연결되어 공통된 드레인 전압을 가지는, P-channel MOSFET들로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 스위치(1010) 및 스위치(1020)가 온(on) 상태에 있는 경우, 수신 코일(310)로부터 출력된 교류 전류(I1)는, 스위치(1010) 내에서 스위치(1010)의 드레인으로부터 소스로 흐른 후, 다이오드(1021)을 통하여 흐르고, 교류 전류(I2)는, 스위치(1010) 내에서 스위치(1020)의 드레인으로부터 소스로 흐른 후, 다이오드(1011)을 통하여 흐를 수 있다. 일 실시예에서, 스위치(1010) 및 스위치(1020)가 오프(off) 상태에 있는 경우, 스위치(1010) 및 스위치(1020)를 통하여 전류가 흐르지 않을 수 있다. 또한 다이오드(1011)과 다이오드(1021)은 방향이 서로 반대이므로 동시에 turn on 되지 않으므로 다이오드를 통해서도 전류가 흐르지 않는다.
도 11은, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압(VRECT)에 기반하여 스위치를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면(1100)이다.
일 실시예에서, 도 11은 공진 회로(210)가 초기에 제 1 연결 설정에 있는 것을 전제로 할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 7, 및 도 11을 참조하면, 동작 1101에서, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)을 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 배터리(250)를 충전하기 위한 동작을 수행하는 동안, 전압 검출 회로(260)를 통하여 검출된 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)을 확인할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 확인된 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)에 기반하여, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 과전압 보호 회로에 흐르는 전류를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는 무선 전력 송신기(102)로부터 통신 회로(270)를 통하여 무선 전력 송신기(102)의 정재파 비에 대한 정보를 수신하고, 무선 전력 송신기(102)의 정재파 비를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 통신 회로(270)를 통하여, 무선 전력 송신기(102)로부터, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상에 대한 정보를 수신하고, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상을 확인할 수 있다.
동작 1103에서, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 미만인지 여부를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정을 변경(또는 유지)하기 위하여, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 상기 확인된 전류(예: 과전압 보호 회로로 흐르는 전류)가 임계 전류 미만인지 여부를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 정재파 비가 임계 정재파 비 미만인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 상기 임피던스의 위상이 임계 위상 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
동작 1105에서 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 미만이 아닌 것으로 확인된 경우, 동작 1107에서, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)를 제 1 연결 설정으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 이상이 아닌 것으로 결정된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)를 제 1 연결 설정으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 확인된 전류가 임계 전류 미만이 아닌 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)를 제 1 연결 설정으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 정재파 비가 임계 정재파 비 미만이 아닌 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)를 제 1 연결 설정으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임피던스의 위상이 임계 위상 이상이 아닌 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)를 제 1 연결 설정으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)를 제 1 연결 설정으로 유지하기 위하여 스위치들(331, 333, 351, 361, 375)을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)를 제 1 연결 설정으로 유지하기 위하여 스위치로 제 1 제어 신호를 전달할 수 있다.
동작 1105에서 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 미만인 것으로 확인된 경우, 동작 1109에서, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 이상인 것으로 결정된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로가 제 2 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 확인된 전류가 임계 전류 미만인 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로가 제 2 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351,361, 375))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 정재파 비가 임계 정재파 비 미만인 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임피던스의 위상이 임계 위상 이상인 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정이 되도록, 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))로 제 2 제어 신호를 전달할 수 있다.
도 11에서는 무선 전력 송신기(102)로부터 전자 장치(101)가 전력을 수신하는 경우를 예시하고 있지만, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 무선 전력 송신기(102)로부터 전자 장치(101)로 전력이 수신되지 않는 경우, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정이 유지되도록 할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 수신 코일(310) 및 커패시터들(321, 323)이 직렬로 연결되도록 하는, 스위치들(331, 333, 351)의 개방(open) 상태를 유지할 수 있다.
도 12는, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로의 출력 전압에 기반하여 스위치를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면(1200)이다.
일 실시예에서, 도 12는 공진 회로(210)가 초기에 제 2 연결 설정에 있는 것을 전제로 할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 7, 및 도 11을 참조하면, 동작 1201에서, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)을 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 배터리(250)를 충전하기 위한 동작을 수행하는 동안, 전압 검출 회로(260)를 통하여 검출된 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)을 확인할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 확인된 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)에 기반하여, 전자 장치(101) 및 무선 전력 송신기(102) 간 거리를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 과전압 보호 회로에 흐르는 전류를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는 무선 전력 송신기(102)로부터 통신 회로(270)를 통하여 무선 전력 송신기(102)의 정재파 비에 대한 정보를 수신하고, 무선 전력 송신기(102)의 정재파 비를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 통신 회로(270)를 통하여, 무선 전력 송신기(102)로부터, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상에 대한 정보를 수신하고, 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상을 확인할 수 있다.
동작 1203에서, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 이상인지 여부를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정을 변경(또는 유지)하기 위하여, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 미만인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 상기 확인된 전류(예: 과전압 보호 회로로 흐르는 전류)가 임계 전류 이상인지 여부를 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 정재파 비가 임계 정재파 비 이상인지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 상기 임피던스의 위상이 임계 위상 미만인지 여부를 결정할 수 있다.
동작 1205에서 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 이상인 것으로 확인된 경우, 동작 1207에서, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 거리 미만인 것으로 결정된 경우, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 확인된 전류가 임계 전류 이상인 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 정재파 비가 임계 정재파 비 이상인 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임피던스의 위상이 임계 위상 미만인 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록 스위치로 제 1 제어 신호를 전달할 수 있다.
동작 1205에서 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)이 임계 전압 이상이 아닌 것으로 확인된 경우, 동작 1209에서, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)를 제 2 연결 설정으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 송신기(102) 및 전자 장치(101) 간 거리가 지정된 미만이 아닌 것으로 결정된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)를 제 2 연결 설정으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 확인된 전류가 임계 전류 이상이 아닌 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)를 제 2 연결 설정으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 정재파 비가 임계 정재파 이상이 아닌 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)를 제 2 연결 설정으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임피던스의 위상이 임계 위상 미만이 아닌 것으로 확인된 경우, 컨트롤러(280)는 공진 회로(210)를 제 2 연결 설정으로 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 2 연결 설정이 되도록, 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351, 361, 375))로 제 2 제어 신호를 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)를 제 2 연결 설정으로 유지하기 위하여 스위치로 제어 신호를 전달하지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)를 제 2 연결 설정으로 유지하기 위하여 스위치로 제 2 제어 신호를 전달할 수 있다.
도 12에서는 무선 전력 송신기(102)로부터 전자 장치(101)가 전력을 수신하는 경우를 예시하고 있지만, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는, 무선 전력 송신기(102)로부터 전자 장치(101)로 전력이 수신되지 않는 경우, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정이 유지되도록 할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(280)는, 수신 코일(310) 및 커패시터(341)가 병렬로 연결되도록 하는, 스위치들(331, 333, 351)의 닫힌(closed) 상태를 유지할 수 있다.
도 13은, 다양한 실시예들에 따른, 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)에 기반하여 스위치(예: 스위치들(331, 333, 351))를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면(1000)이다.
도 2, 도 8 및 도 13을 참조하면, 동작 1001에서, 일 실시예에서, 컨트롤러(280)는 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)을 확인할 수 있다.
동작 1301은, 도 11의 동작 1101과 적어도 일부가 동일 또는 유사하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
동작 1303에서, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)을 제 1 임계 전압 및 제 2 임계 전압과 비교할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 임계 전압의 크기는 제 2 임계 전압의 크기 보다 클 수 있다.
동작 1305에서 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)이 제 1 임계 전압 이상인 것으로 확인된 경우, 동작 1307에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 1 연결 설정이 되도록 스위치를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 1 연결 설정은, 도 8에서, 복수의 제 1 스위치들(331-1, 331-1, 333-1, 333-2) 및 복수의 제 2 스위치들(351-1, 351-2)이, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2) 중 일부(321-1, 323-1)가 수신 코일(310)과 직렬로 전기적으로 연결되고, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2) 중 다른 일부(321-2, 323-2) 및 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2)이 수신 코일(310)과 전기적으로 연결되지 않은 상태일 수 있다.
동작 1309에서 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)이 제 1 임계 전압 미만이고 제 2 임계 전압 이상인 것으로 확인된 경우, 동작 1311에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 제 3 연결 설정이 되도록 스위치를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 3 연결 설정은, 도 8에서, 복수의 제 1 스위치들(331-1, 331-1, 333-1, 333-2) 및 복수의 제 2 스위치들(351-1, 351-2)는, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2)이 수신 코일(310)과 직렬로 전기적으로 연결되고, 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2)가 수신 코일(310)과 병렬로 전기적으로 연결된 연결 설정일 수 있다.
동작 1309에서 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)이 제 2 임계 전압 미만인 것으로 확인된 경우, 동작 1313에서, 컨트롤러(280)는, 공진 회로(220)가 제 2 연결 설정이 되도록 스위치를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 공진 회로(210)의 제 2 연결 설정은, 복수의 제 1 스위치들(331-1, 331-1, 333-1, 333-2) 및 복수의 제 2 스위치들(351-1, 351-2)이, 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2) 중 일부(341-1)가 수신 코일(310)과 전기적으로 연결되고, 복수의 제 1 커패시터들(321-1, 321-2, 323-1, 323-2) 및 복수의 제 2 커패시터들(341-1, 341-2) 중 다른 일부(341-2)가 수신 코일(310)과 전기적으로 연결되지 않은 연결 설정일 수 있다.
도 13에서는, 동작 1305에서 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)이 제 1 임계 전압 이상인 것으로 확인된 경우 동작 1309에서 정류 회로에서 출력되는 전압(VRECT)이 제 1 임계 전압 미만이고 제 2 임계 전압 이상인지 여부를 확인하는 것으로 예시하고 있지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 동작 1303에서, 컨트롤러(280)는, 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)을 제 1 임계 전압 및 제 2 임계 전압과 비교할 수 있다. 컨트롤러는, 제 1 임계 전압 이상인 범위, 제 2 임계 이상 및 제 1 임계 전압 미만의 범위, 및 제 2 임계 전압 미만의 범위 중에서, 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)이 속하는 범위를 확인할 수 있다. 컨트롤러(280)는, 공진 회로(210)가 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT)이 속하는 범위에 대응하는 연결 설정이 되도록, 스위치를 제어할 수 있다.
도 13은, 정류 회로(220)에서 출력되는 전압(VRECT) 및 복수의 임계 전압들을 예시하고 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 2에서 컨트롤러(280)는, 도 13을 통하여 설명한 정류 회로(220)의 출력 전압(VRECT)과 비교되는 복수의 임계 전압들을 설정하는 방법과 동일 또는 유사하게, 정류 회로(220)에서 출력되는 전류, 무선 전력 송신기(102)의 정재파 비, 또는 무선 전력 송신기(102)의 공진 회로의 임피던스의 위상과 비교될 복수의 임계 값들을 설정할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나",“A 또는 B 중 적어도 하나,”"A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나,”및 “A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, “기능적으로” 또는 “통신적으로”라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, “커플드” 또는 “커넥티드”라고 언급된 경우, 그것은 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 마스터 장치 또는 태스크 수행 장치) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리 또는 외장 메모리)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램)로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 마스터 장치 또는 태스크 수행 장치)의 프로세서는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체 는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운부하 또는 업부하)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
101: 전자 장치
102: 무선 전력 송신기
Claims (20)
- 전자 장치에 있어서,
배터리;
무선으로 전력을 수신하도록 설정되고, 수신 코일, 적어도 하나의 커패시터, 및 적어도 하나의 스위치를 포함하는 공진 회로;
상기 공진 회로로부터 제공되는 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류 회로;
상기 정류 회로로부터 제공되는 상기 직류 전력을 컨버팅하여 출력하는 DC/DC 컨버터; 및
상기 DC/DC 컨버터로부터 제공되는 상기 컨버팅된 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전하도록 설정된 충전 제어 회로; 및
컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압을 확인하고,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 임계 전압 이상이면,
상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하고,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 임계 전압 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 설정된 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압에 기반하여, 상기 전자 장치로 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기 및 상기 전자 장치 간 거리를 결정하고,
상기 거리가 지정된 거리 이상이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하고, 및
상기 거리가 상기 지정된 거리 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 설정된 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,
통신 회로를 더 포함하고,
상기 컨트롤러는,
상기 전자 장치로 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기로부터, 상기 통신 회로를 통하여, 상기 무선 전력 송신기가 송신하는 제 1 전력에 대한 정보를 수신하고,
상기 수신된 제 1 전력에 대한 정보에 기반하여, 상기 제 1 전력에 대응하도록 상기 임계 전압을 설정 또는 조절하도록 설정된 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이, 지정된 전압 이상인지 여부를 확인하고,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 지정된 전압 이상임이 확인된 경우, 상기 전자 장치의 과전압 보호 회로에 흐르는 전류를 확인하고,
상기 확인된 전류가 임계 전류이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하고, 및
상기 전류가 상기 임계 전류 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 설정된 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,
통신 회로를 더 포함하고,
상기 컨트롤러는,
상기 전자 장치로 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기로부터, 상기 통신 회로를 통하여, 상기 무선 전력 송신기의 정재파 비에 대한 정보를 수신하고,
상기 정재파 비가 임계 정재파 비 이상이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하고, 및
상기 정재파 비가 상기 임계 정재파 비 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 설정된 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,
통신 회로를 더 포함하고,
상기 컨트롤러는,
상기 전자 장치로 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기로부터, 상기 통신 회로를 통하여, 상기 무선 전력 송신기의 공진 회로의 임피던스의 위상에 대한 정보를 수신하고,
상기 위상이 임계 위상 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하고, 및
상기 위상이 상기 임계 위상 이상이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 설정된 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 전자 장치의 과전압 보호 회로에 흐르는 전류, 무선 전력 송신기의 정재파 비, 또는 상기 무선 전력 송신기의 공진 회로의 임피던스의 위상 중 적어도 하나에 기반하여 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 더 설정된 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 커패시터는 상기 적어도 하나의 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 수신 코일과 전기적으로 연결되거나 연결되지 않는 전자 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
무선 전력 송신기로부터 상기 전자 장치로 상기 전력이 수신되지 않으면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 직렬 공진 회로의 연결 설정을 유지하도록 설정된 전자 장치.
- 전자 장치에서 무선으로 전력을 수신하는 방법에 있어서,
상기 전자 장치의 정류 회로에서 출력되는 전압을 확인하는 동작;
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 임계 전압 이상이면, 상기 전자 장치의 공진 회로에 포함된 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 직렬 공진 회로를 구성하도록, 상기 공진 회로에 포함된 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작; 및
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 임계 전압 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작을 포함하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압에 기반하여, 상기 전자 장치로 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기 및 상기 전자 장치 간 거리를 결정하는 동작;
상기 거리가 지정된 거리 이상이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작; 및
상기 거리가 상기 지정된 거리 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작을 더 포함하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 전자 장치로 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기로부터, 상기 전자 장치의 통신 회로를 통하여, 상기 무선 전력 송신기가 송신하는 제 1 전력에 대한 정보를 수신하는 동작; 및
상기 수신된 제 1 전력에 대한 정보에 기반하여, 상기 제 1 전력에 대응하도록 상기 임계 전압을 설정 또는 조절하는 동작을 더 포함하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이, 지정된 전압 이상인지 여부를 확인하는 동작;
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 지정된 전압 이상임이 확인된 경우, 상기 전자 장치의 과전압 보호 회로에 흐르는 전류를 확인하는 동작;
상기 확인된 전류가 임계 전류 이상이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작; 및
상기 전류가 상기 임계 전류 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작을 포함하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 전자 장치로 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기로부터, 상기 전자 장치의 통신 회로를 통하여, 상기 무선 전력 송신기의 정재파 비에 대한 정보를 수신하는 동작;
상기 정재파 비가 임계 정재파 비 이상이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작; 및
상기 정재파 비가 상기 임계 정재파 비 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작을 포함하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 전자 장치로 무선으로 전력을 송신하는 무선 전력 송신기로부터, 상기 전자 장치의 통신 회로를 통하여, 상기 무선 전력 송신기의 공진 회로의 임피던스의 위상에 대한 정보를 수신하는 동작;
상기 위상이 임계 위상 미만이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 직렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작; 및
상기 위상이 상기 임계 위상 이상이면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 병렬 공진 회로를 구성하도록 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작을 포함하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 전자 장치의 과전압 보호 회로에 흐르는 전류, 무선 전력 송신기의 정재파 비, 또는 상기 무선 전력 송신기의 공진 회로의 임피던스의 위상 중 적어도 하나에 기반하여 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하는 동작을 더 포함하는 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 커패시터는 상기 적어도 하나의 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 수신 코일과 전기적으로 연결되거나 연결되지 않는 방법.
- 제 10 항에 있어서,
무선 전력 송신기로부터 상기 전자 장치로 상기 전력이 수신되지 않으면, 상기 수신 코일 및 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 직렬 공진 회로의 연결 설정이 유지되는 방법.
- 전자 장치에 있어서,
배터리;
무선으로 전력을 수신하도록 설정되고, 수신 코일, 제 1-1 커패시터 및 제 1-2 커패시터, 상기 제 1-1 커패시터 및 상기 제 1-2 커패시터와 각각 병렬로 연결된 제 1-1 스위치 및 제 1-2 스위치, 제 2-1 커패시터 및 제 2-2 커패시터, 상기 제 2-1 커패시터 및 상기 제 2-2 커패시터와 각각 직렬로 연결된 제 2-1 스위치 및 제 2-2 스위치를 포함하는 공진 회로;
상기 공진 회로로부터 제공되는 교류 전력을 직류 전력으로 정류하는 정류 회로;
상기 정류 회로로부터 제공되는 상기 직류 전력을 컨버팅하여 출력하는 DC/DC 컨버터; 및
상기 DC/DC 컨버터로부터 제공되는 상기 컨버팅된 전력을 이용하여 상기 배터리를 충전하도록 설정된 충전 제어 회로; 및
컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압을 확인하고,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압을 상기 제 1 임계 전압 및 상기 제 2 임계 전압과 비교하고,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 제 1 임계 전압 이상이면, 상기 공진 회로가 상기 수신 코일 및 상기 제 1-1 커패시터가 직렬로 연결된 제 1 연결 설정이 되도록, 상기 제 1-1 스위치, 상기 제 1-2 스위치, 상기 제 2-1 스위치, 및 상기 제 2-2 스위치를 제어하고,
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 제 2 임계 전압 미만이면, 상기 공진 회로가 상기 수신 코일 및 상기 제 2-1 커패시터가 병렬로 연결된 제 2 연결 설정이 되도록, 상기 제 1-1 스위치, 상기 제 1-2 스위치, 상기 제 2-1 스위치, 및 상기 제 2-2 스위치를 제어하고, 및
상기 정류 회로에서 출력되는 전압이 상기 제 2 임계 전압 이상이고 상기 제 1 임계 전압 미만이면, 상기 공진 회로가 상기 수신 코일에 상기 제 1-1 커패시터 및 상기 제 1-2 커패시터가 직렬로 연결되고, 상기 수신 코일에 상기 제 2-1 커패시터 및 상기 제 2-2 커패시터가 병렬로 연결된 제 3 연결 설정이 되도록, 상기 제 1-1 스위치, 상기 제 1-2 스위치, 상기 제 2-1 스위치, 및 상기 제 2-2 스위치를 제어하도록 설정된 전자 장치.
- 제 19 항에 있어서,
상기 제 1-1 커패시터, 상기 제 1-2 커패시터, 상기 제 2-1 커패시터, 및 상기 제 2-2 커패시터는, 각각, 상기 공진 회로가 상기 제 1 연결 설정, 상기 제 2 연결 설정, 및 상기 제 3 연결 설정에서 동일한 주파수에서 공진을 형성하도록 하는, 커패시턴스를 가지는 전자 장치.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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