KR20220014786A - 무선 전력을 수신하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기는, 제1 코일, 제2 코일, 및 제1 커패시터를 포함하고, 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되는 공진 회로, 및 양방향 스위치를 포함하고, 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태일 때, 상기 공진 회로는, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여 상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 제1 회로에 전류가 유도되고, 제1 회로에서 발생하는 자기장에 기초하여 상기 제2 코일을 포함하는 제2 회로에 전류가 유도됨으로써, 상기 무선 전력을 수신하도록 설정되고, 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 상기 공진 회로는, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여 상기 제1 코일, 상기 제2 코일, 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 제3 회로에 전류가 유도됨으로써, 상기 무선 전력을 수신하도록 설정될 수 있다. 그 밖의 다양한 실시예가 가능하다.

Description

무선 전력을 수신하는 전자 장치{ELECTRONIC DEVICE RECEIVING WIRELESS POWER}
다양한 실시예는 무선 전력을 수신하는 전자 장치에 관한 것이다.
최근 스마트 폰과 같은 전자 장치를 중심으로 전자기 유도 방식 또는 자기 공명 방식을 이용한 무선 충전 기술이 보급되고 있다. 무선 전력 송신 장치(power transmitting unit, PTU)(예: 무선 충전 패드)와 전력 수신 장치(power receiving unit, PRU)(예: 스마트 폰)가 접촉하거나 일정 거리 이내로 접근하면, 전력 송신 장치의 전송 코일과 전력 수신 장치의 수신 코일 사이의 전자기 유도 또는 전자기 공진에 의해 전력 수신 장치의 배터리가 충전될 수 있다.
도 1a는, 비교예에 따른, 무선 충전을 수행하는 무선 송수신 시스템의 등가 회로도를 도시한다.
도 1a를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(1a)는, 전원(2a), 커패시터(3a), 저항(5a) 및/또는 코일(4a)을 포함할 수 있다. 전원(2a)은 교류 전력을 출력할 수 있으며, DC/AC 컨버터(또는, 인버터)를 포함할 수도 있다. 커패시터(3a), 저항(5a) 또는 코일(4a) 중 적어도 일부는, 공진 회로 및/또는 임피던스 매칭 회로를 형성할 수 있다. 커패시터(3a)는 CS1의 커패시턴스를 가지며, 저항(5a)은 R1의 저항값을 가지며, 코일(4a)은 L1의 인덕턴스를 가질 수 있다. 커패시터(3a), 저항(5a) 및 코일(4a)의 특성값들은, 공진 회로의 공진 주파수 및/또는 임피던스 매칭을 고려하여 설정될 수 있다. 커패시터(3a)의 특성값(예: CS1)은, 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(1a)에서의 입력 임피던스의 허수부(imaginary part)가 0이 되도록 매칭되는 값일 수 있으나, 제한은 없다. 적어도 하나의 소자는 특성값이 변경 가능한 변경 소자(variable element)로 구현될 수도 있다. 한편, 커패시터(3a), 저항(5a) 또는 코일(4a)의 연결 관계가 단순히 예시적인 것임은 당업자에 의해 이해될 수 있을 것이다. 무선 전력 송신 장치(1a)는, 코일(4a)에 병렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터(미도시)를 더 포함할 수도 있으며, 적어도 하나의 커패시터(미도시)의 커패시턴스는, 최소 결합 계수 및 전력 증폭기(power amplifier)에서 전자 장치의 출력 전력 사양을 만족하도록 매칭되는 값일 수 있다.
전자 장치(101a)는, 코일(111a), 저항(112a), 커패시터(113a), 커패시터(114a), 정류기(120a), 커패시터(130a) 및/또는 로드(load)(140a)를 포함할 수 있다. 코일(111a), 저항(112a), 커패시터(113a), 커패시터(114a), 정류기(120a) 및 로드(140a) 중 적어도 일부는, 공진 회로 및/또는 임피던스 매칭 회로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 코일(111a) 및 커패시터(113a)는, 무선 전력 송신 장치(1a)로부터 전력을 수신하는 공진 회로를 형성할 수 있다. 코일(111a)은 L2의 인덕턴스를 가지며, 저항(112a)은 R2의 저항값을 가지며, 커패시터(113a)는 CP2의 커패시턴스를 가지며, 커패시터(114a)는 CS2의 커패시턴스를 가질 수 있다. 코일(111a), 저항(112a), 커패시터(113a) 및 커패시터(114a)의 특성값들은 공진 회로의 공진 주파수 및/또는 임피던스 매칭을 고려하여 설정될 수 있다. 커패시터(113a)의 특성값(예: Cp2)은, 예를 들어, 전자 장치(101a)에서의 출력 임피던스의 허수부가 0이 되도록 매칭되는 값일 수 있으나, 제한은 없다. 커패시터(114a)의 특성값(예: Cs2)은, 예를 들어, 전자 장치(101a)에서의 출력 임피던스의 실수부(real part)가 로드 저항과 같은 값을 가질 수 있으나, 제한은 없다. 적어도 하나의 소자는 특성값이 변경 가능한 변경 소자(variable element)로 구현될 수도 있다. 한편, 커패시터(3a), 저항(5a) 또는 코일(4a)의 연결 관계가 단순히 예시적인 것임은 당업자에 의해 이해될 수 있을 것이다.
코일(111a)은 코일(4a)과 자기적으로 상호 커플링될 수 있고, 달리 말하면, 코일(111a) 및 코일(4a) 사이에는 상호유도인덕턴스(mutual inductance)(M)가 형성될 수 있다. 따라서, 전원(2a)에 의하여 코일(4a)에 전류가 흐름에 따라 발생하는 자기장에 기초하여, 코일(111a)에는 i2의 전류가 흐를 수 있다.
자기결합계수는, 무선 전력 송신 장치(1a) 및 전자 장치(101a) 간의 거리에 따라 가변적일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(1a)에 대하여 전자 장치(101a)가 멀리 위치할수록, 자기결합계수는 작을 수 있다. 정류기(120a)의 출력단에서의 전압(이하, 정류 전압)(예: Vrec)은, 무선 전력 송신 장치(1a)로부터의 전력 수신이 진행됨에 따라 점차 증가할 수 있다. 정류 전압(예: Vrec)이 최대로 증가하는 크기는, 자기결합계수에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 자기결합계수가 작을수록, 정류 전압(예: Vrec)의 최댓값은 작을 수 있다.
커패시터(113a)는, 코일(111a)과 병렬로 연결되어, 코일(111a) 및 커패시터(113a)로 구성되는 공진 회로에서의 병렬 공진을 발생시킬 수 있다. 커패시터(113a)는, 정류기(120a)에 높은 전압이 인가되도록 할 수 있다. 따라서, 커패시터(113a)는, 무선 전력 송신 장치(1a)에 대하여 전자 장치(101a)가 멀리 위치한 경우에 병렬 공진을 발생시켜 정류기(120a)에 걸리는 전압을 상승시키고, 정류 전압(예: Vrec)의 최댓값을 높이기 위하여 사용될 수 있다.
도 1a와 같이 커패시터(113a)를 포함하여 병렬 공진을 발생시키는 경우, 무선 전력 송신 장치(1a)에 대하여 전자 장치(101a)가 멀리 위치한 경우에 수신 전압을 높일 수 있으나, 무선 전력 송신 장치(1a)에 대하여 전자 장치(101a)가 근거리에 위치한 경우에는 문제적일 수 있다.
도 1b는 스마트폰(121b)에 대하여 무선 충전을 수행하는 예시적인 무선 송수신 시스템을 도시한다. 도 1b를 참조하면, 무선 전력 송신 장치의 송신 코일(110b)은 지름 20cm, 폭 3cm로 감긴 코일일 수 있다. 스마트폰(121b)은 페라이트 시트(122b) 및 수신 코일(120b)을 포함하고, 수신 코일(120b)은 가로 6cm, 세로 8cm의 직사각형 형태로 감긴 코일일 수 있다. 스마트폰(121b)은 수신 코일(120b)의 중심과 송신 코일(110b)의 중심의 x좌표 및 y좌표가 동일하도록 위치할 수 있고, 수신 코일(120b)의 중심은 송신 코일(110b)의 중심으로부터 z축 방향으로 D의 거리만큼 떨어질 수 있다.
도 1c는 웨어러블 디바이스에 대하여 무선 충전을 수행하는 예시적인 무선 송수신 시스템을 도시한다. 도 1c를 참조하면, 무선 전력 송신 장치의 송신 코일(110c)은 지름 20cm, 폭 3cm로 감긴 코일일 수 있다. 웨어러블 디바이스(131c)는 수신 코일(130c)을 포함하고, 수신 코일(130c)은 지름 3cm의 원 형태로 감긴 코일일 수 있다. 웨어러블 디바이스(131c)는 수신 코일(130c)의 중심과 송신 코일(110c)의 중심의 x좌표 및 y좌표가 동일하도록 위치할 수 있고, 수신 코일(130c)의 중심은 송신 코일(110c)의 중심으로부터 z축 방향으로 D의 거리만큼 떨어질 수 있다. 도 1c의 무선 전력 송신 장치 및 웨어러블 디바이스(131c)의 등가 회로도는 도 1a와 같을 수 있다.
도 1d는 도 1b 및 도 1c의 예시적인 무선 송수신 시스템에서 거리에 따른 정류 전압 및 출력 임피던스를 도시한다. 구체적으로, 도 1d는 도 1b의 무선 전력 송신 장치 및 스마트폰(121b)의 등가 회로도 및 도 1c의 무선 전력 송신 장치 및 웨어러블 디바이스(131c)의 등가 회로도가 도 1a와 같고, 송신 코일(110b, 110c)이 도 1a의 코일(4a)이며, 수신 코일(120b, 130c)이 도 1a의 코일(111a)일 때, 거리에 따른 정류 전압 및 출력 임피던스를 도시한다. 도 1d의 곡선들은, 전원(2a)의 전류가 1.2A이고, 송신 코일(110b, 110c)의 인덕턴스가 280μH이고, 수신 코일(120b)의 인덕턴스가 2μH이고, 수신 코일(130c)의 인덕턴스가 450nH이고, 저항(140a)이 23Ω이고, 송신 측의 Q값이 500, 수신 측 Q값이 50, 주파수는 6.78MHz인 조건에서 도출되었다.
제1 곡선(120d)는 도 1c의 예시적인 무선 송수신 시스템에서, 거리에 따른 정류 전압, 즉, 도 1a의 정류기(120a)의 출력단에 걸리는 전압을 도시한다. 제2 곡선(125d)는 도 1c의 예시적인 무선 송수신 시스템에서, 거리에 따른 출력 임피던스, 즉, 도 1a의 Z0을 도시한다. 제3 곡선(130d)는 도 1b의 예시적인 무선 송수신 시스템에서, 거리에 따른 정류 전압을 도시한다. 제4 곡선(135d)는 도 1b의 예시적인 무선 송수신 시스템에서, 거리에 따른 출력 임피던스를 도시한다.
전자 장치의 내부 회로에 과전압이 발생하는 것을 방지하기 위해서는, 정류 전압이 일정 값 이하로 유지될 것이 요구되고, 그러한 전압 값이 직선(111d)으로 나타나는 OVP(over-voltage protection) 임계치이다. 그러나, 제1 곡선(120d) 및 제3 곡선(130d)를 참조하면, 거리가 가까워질수록 정류 전압이 OVP 임계치를 초과하는 문제가 발생하는 것을 볼 수 있다. 도 1b의 수신 코일(120b) 및 도 1c의 수신 코일(130c)의 물리적인 구조 때문에, 수신 코일(120b)과 송신 코일(110b) 사이의 자기결합계수가 수신 코일(130c)과 송신 코일(110c) 사이의 자기결합계수보다 크다. 동일한 조건에서, 수신 코일(120b)에 유도되는 전류의 크기가 수신 코일(130c)에 유도되는 전류의 크기보다 높으므로, 제3 곡선(130d)이 제1 곡선(120d)보다 더 큰 거리에서 직선(111d)과 교차하는 것을 볼 수 있다.
제2 곡선(125d) 및 제4 곡선(135d)를 참조하면, 거리가 가까워질수록 출력 임피던스가 증가하는 것을 볼 수 있다. 수신 코일(120b)과 송신 코일(110b) 사이의 자기결합계수가 수신 코일(130c)과 송신 코일(110c) 사이의 자기결합계수보다 크기 때문에, 동일한 거리에서 수신 코일(120b)과 송신 코일(110b)의 등가 인덕턴스는 수신 코일(130c)과 송신 코일(110c)의 등가 인덕턴스보다 크다. 따라서, 동일한 거리에서 제4 곡선(135d)이 제2 곡선(125d)보다 높은 출력 임피던스를 나타내는 것을 볼 수 있다. 출력 임피던스가 높은 경우, 무선 전력 수신기에서 임피던스 매칭을 통하여 최대 전력을 수신하기 위한 로드(140a)의 임피던스가 높다. 그러나, 로드(140a)는 무한정 커질 수 없고 직선(112d)로 나타나는 상한값이 있으므로, 최대 전력을 수신하기 위한 로드(140a)의 임피던스 값과 실제 로드(140a)의 임피던스 값 사이에 차이가 커지면서 무선 전력 수신기에서 최대 전력을 수신하는 것이 어려울 수 있다.
또한, 무선 전력 수신기의 DC/DC 컨버터의 안정성을 위해서는 로드(140a)의 임피던스가 출력 임피던스보다 높을 것이 요구되는데, 출력 임피던스가 직선(112d)로 나타나는 로드(140a)의 상한값을 초과하는 경우 DC/DC 컨버터가 안정적으로 동작하기 어려울 수 있다.
일 실시예들에 따른 무선 전력을 수신하는 전자 장치는 무선 전력 송신기와의 거리가 가까울 때 병렬 공진 회로를 형성하지 않고 직렬 공진 회로를 형성함으로써 출력 임피던스가 높아지는 것과 과전압을 방지할 수 있다.
일 실시예들에 따른, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기는 공진 회로를 포함하고, 상기 공진 회로는 제1 코일, 제2 코일, 제1 커패시터, 및 양방향 스위치(bidirectional or back-to-back switch)를 포함하고, 상기 공진 회로는 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태일 때, 상기 공진 회로는, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여 상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 제1 회로에 전류가 유도되고, 상기 제1 회로에서 발생하는 자기장에 기초하여 상기 제2 코일을 포함하는 제2 회로에 전류가 유도됨으로써, 상기 무선 전력을 수신하도록 설정되고, 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 상기 공진 회로는, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여 상기 제1 코일, 상기 제2 코일, 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 제3 회로에 전류가 유도됨으로써, 상기 무선 전력을 수신하도록 설정될 수 있다.
일 실시예들에 따른, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기는, 공진 회로 및 수신 회로를 포함하고, 상기 공진 회로는 제1 코일, 제2 코일, 제1 커패시터, 및 양방향 스위치를 포함하고, 상기 공진 회로는 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 상기 수신 회로는: 상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 직류 전력으로 변환하도록 구성되는 제1 정류 회로; 제2 커패시터; 상기 제1 정류 회로에서 출력되는 상기 직류 전력을 컨버팅하여 출력하도록 구성되는 DC/DC 컨버터; 상기 컨버팅된 전력을 이용하여 배터리를 충전하도록 구성되는 차저; 및 배터리를 포함하고, 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태일 때, 상기 공진 회로는 제1 상태로 설정되고, 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 상기 공진 회로는 제2 상태로 설정되고, 상기 공진 회로가 상기 제1 상태일 때, 상기 무선 전력 수신기는, 상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터가 직렬로 연결되어 형성되는 제1 회로, 상기 제2 코일, 및 상기 수신 회로가 병렬로 연결된 회로와 전기적으로 등가이고, 상기 공진 회로가 상기 제2 상태일 때, 상기 무선 전력 수신기는, 상기 제1 코일, 상기 제1 커패시터, 및 상기 수신 회로가 직렬로 연결된 회로와 전기적으로 등가일 수 있다.
일 실시예들에 따라서, 무선 전력을 수신하는 전자 장치가 제공된다. 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기는 양방향 스위치가 온 상태일 때에는 병렬 공진 회로를 형성하고, 양방향 스위치가 오프 상태일 때에는 직렬 공진 회로를 형성할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신기와의 거리에 따라 양방향 스위치의 상태를 전환함으로써, 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기로부터 근거리에 위치하였을 때에는 직렬 공진 회로를 형성함으로써 출력 임피던스가 높아지는 것과 과전압을 방지하고, 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기로부터 원거리에 위치하였을 때에는 병렬 공진 회로를 형성함으로써 정류기에 걸리는 전압을 상승시킬 수 있다.
도 1a는 비교예에 따른, 무선 충전을 수행하는 무선 송수신 시스템의 등가 회로도를 도시한다.
도 1b는 스마트폰에 대하여 무선 충전을 수행하는 예시적인 무선 송수신 시스템을 도시한다.
도 1c는 웨어러블 디바이스에 대하여 무선 충전을 수행하는 예시적인 무선 송수신 시스템을 도시한다.
도 1d는 도 1b 및 도 1c의 예시적인 무선 송수신 시스템에서 거리에 따른 정류 전압 및 출력 임피던스를 도시한다.
도 2는, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3은, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 제어 회로에서 수행되는 동작들을 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 회로도이다.
도 5a는 스위칭 회로의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위치의 문턱 전압을 초과할 때, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 도시한다.
도 5b는 스위칭 회로의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위치의 문턱 전압보다 작을 때, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 도시한다.
도 6은 제1 코일 및 제2 코일이 권선된 예시적인 형태를 도시한다.
도 7a는, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 회로도이다.
도 7b는, 스위칭 회로의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위치의 문턱 전압을 초과할 때, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 도시한다.
도 7c는, 스위칭 회로의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위치의 문턱 전압보다 작을 때, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 도시한다.
도 8a는, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 회로도이다.
도 8b는, 스위칭 회로의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위치의 문턱 전압을 초과할 때, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 도시한다.
도 8c는, 스위칭 회로의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위치의 문턱 전압보다 작을 때, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 도시한다.
도 9a는, 공진 회로가 병렬 공진 회로를 형성할 때와 직렬 공진 회로를 형성할 때, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이의 거리에 따른 출력 임피던스를 도시한다.
도 9b는, 공진 회로가 병렬 공진 회로를 형성할 때와 직렬 공진 회로를 형성할 때, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이의 거리에 따른, 무선 전력 수신기의 정류 회로 출력 전압을 도시한다.
도 9c는, 공진 회로가 병렬 공진 회로를 형성할 때와 직렬 공진 회로를 형성할 때, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이의 거리에 따른, 최대 수신 전력을 도시한다.
도 10은, 일 실시예들에 따른, 무선 충전을 수행하는 무선 송수신 시스템의 등가 회로도를 도시한다.
도 2는, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기(200)의 블록도이다. 무선 전력 수신기(200)는 공진 회로(210), 정류 회로(240), 커패시터(251), DC/DC 컨버터(252), 차저(253), 배터리(254), 제어 회로(260), 및 스위칭 회로(270)를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따른 공진 회로(210)는 적어도 하나의 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 공진 회로(210)에 포함된 적어도 하나의 코일 중 적어도 일부는 무선 전력 송신기에 의하여 발생하는 자기장에 기초하여 유도 기전력을 발생시킬 수 있고, 이를 무선 전력을 수신하는 것으로 표현할 수 있다. 예를 들어, 공진 회로(210)는 제1 코일, 제1 코일과 자기적으로 상호 커플링된 제2 코일, 및 제1 커패시터를 포함할 수 있다. 다른 예시에서, 공진 회로(210)는 제1 코일, 제1 코일과 자기적으로 상호 커플링된 제2 코일, 제1 커패시터, 및 제2 커패시터를 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따른 공진 회로(210)는 양방향 스위치를 포함할 수 있다. 양방향 스위치는 공진 회로(210)를 구성하는 소자들 사이에 위치하고, 공진 회로(210)를 구성하는 적어도 하나의 소자와 연결될 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따른 정류 회로(240)는 공진 회로(210)에서 수신된 전력(도 2의 ①)을 직류 전력으로 변환하고, 커패시터(251), DC/DC 컨버터(252), 차저(253), 및 배터리(254)를 포함하는 수신 회로에 변환된 직류 전력을 공급할 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따른 DC/DC 컨버터(252)는 정류 회로(240)에서 출력된 직류 전력의 전압을 컨버팅(converting)하거나, 레귤레이팅(regulating)을 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, DC/DC 컨버터(252)는, 실질적으로 일정한 전압을 가지는 전력을 제공할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, DC/DC 컨버터(252)는, 구현에 따라 무선 전력 수신기(200)에 포함되지 않을 수도 있다. DC/DC 컨버터(252)가 포함되지 않는 실시예에서는, 본 개시에서 기재된 "DC/DC 컨버터(252)로 제공되는"의 표현은 "차저(253)로 제공되는"의 표현으로 이해될 수 있으며, "DC/DC 컨버터(252)로부터 제공되는"의 표현은 "정류 회로(240)로부터 제공되는"의 표현으로 이해될 수 있을 것이다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, DC/DC 컨버터(252)는, 차저 이외에도 적어도 하나의 하드웨어에 전력을 제공하기 위한 PMIC(power management integrated circuit)에 연결될 수도 있으며, 적어도 하나의 하드웨어(또는, PMIC)는, DC/DC 컨버터(252)로부터의 전력을 이용하여 동작할 수도 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 하드웨어는, 개별적인 PMIC에 각각(respectively) 연결될 수도 있으며, 적어도 하나의 하드웨어는, 각각에 대응하는(respective) PMIC를 통해 제공된 전력을 이용하여 동작할 수도 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, DC/DC 컨버터(252)는, 하나 이상의 DC/DC 컨버터로 구현될 수 있으며, 개수에는 제한이 없다.
본 개시의 일 실시예들에 따른 차저(253)는, DC/DC 컨버터(252)로부터 출력되는 전력을 수신할 수 있으며, 수신된 전력을 이용하여 차저(253)에 연결된 배터리(254)를 충전할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 차저(253)는, 다양한 충전 모드(예: CC(constant current) 모드, CV(constant voltage) 모드, 또는 급속 충전 모드 등)에 기반하여, 배터리(254)로 인가되는 전류 및/또는 전압을 제어할 수 있다. 예를 들어, 차저(253)는, 배터리(254)의 충전 상태에 기반하여 배터리(254)로 인가되는 전류 및/또는 전압을 제어할 수 있다. 예를 들어, 차저(253)는, 사용자 입력에 기반하여 배터리(254)로 인가되는 전류 및/또는 전압을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 사용자 입력에 따라 급속 충전 모드가 선택된 경우, 차저는, 급속 충전 모드에 대응하는 설정에 따라 전류 및/또는 전압을 제어할 수도 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 배터리(254)는, 충전이 가능한 이차 전지이면, 그 종류에는 제한이 없다.
본 개시의 일 실시예들에 따른 제어 회로(260)는 정류 회로(240)의 출력단에 인가되는 정류 전압(예: Vrec)을 확인할 수 있다(도 2의 ②). 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제어 회로(260)는 전압 센서로부터 정류 회로(240)의 출력단에 인가되는 정류 전압(예: Vrec)을 나타내는 신호를 수신함으로써, 정류 전압(예: Vrec)을 확인할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제어 회로(260)는 적어도 하나의 저항을 포함하는 전압 분배기로 구현되는 전압 센서로부터 정류 전압(예: Vrec)에 비례하는 전압을 나타내는 전기 신호를 수신함으로써, 정류 전압(예: Vrec)을 확인할 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따른 제어 회로(260)는 본 개시의 일 실시예들에 따른 제어 회로(260)는 정류 회로(240)의 출력단에 인가되는 정류 전압(예: Vrec)을 임계치와 비교하고, 정류 회로(240)의 출력단에 인가되는 정류 전압(예: Vrec)이 임계치 이상인지 여부에 기초하여 제1 제어 신호를 스위칭 회로(270)에 제공할 수 있다(도 2의 ③). 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제어 회로(260)는 는 정류 회로(240)의 출력단에 인가되는 정류 전압(예: Vrec)을 임계치와 비교할 수 있는 비교기(comparator)를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제어 회로(260)는, 마이크로프로세서 또는 MCU(micro controlling unit)로 구현될 수도 있으나, 제한은 없다. 또는, 제어 회로(260)는, 아날로그 소자를 포함하여, 정류 회로(240)의 출력단에 인가되는 정류 전압(예: Vrec)에 기반하여, 양방향 스위치의 온/오프 상태를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 출력하도록 스위칭 회로(270)를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 스위칭 회로(270)에 제공할 수 있다(도 2의 ③). 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제어 회로(260)는, 정류 전압(예: Vrec)에 대응하는 디지털 신호에 기반하여 정류 전압(예: Vrec)을 임계치와 비교하고, 비교 결과에 기초하여 제1 제어 신호를 스위칭 회로(270)에 제공할 수 있다(도 2의 ③).
본 개시의 일 실시예들에 따르면, 스위칭 회로(270)는 제어 회로(260)로부터 수신된 제1 제어 신호에 기초하여, 공진 회로(210)의 연결을 설정할 수 있다(도 2의 ④). 구체적으로, 스위칭 회로(270)는 제1 제어 신호에 기초하여 공진 회로(210)에 포함되는 양방향 스위치의 의 온/오프 상태를 제어함으로써 공진 회로(210)의 연결을 직렬 공진 회로 또는 병렬 공진 회로로 설정할 수 있다.
양방향 스위치가 온(on) 상태일 때, 공진 회로(210)는 정류 회로(240), 커패시터(251), DC/DC 컨버터(252), 차저(253), 및 배터리(254)를 포함하는 수신 회로가 공진 회로(210)에 포함되는 커패시터 및 인덕터와 병렬로 연결되는 병렬 공진 회로로 설정될 수 있다. 예를 들어, 공진 회로(210)가 제1 코일, 제1 코일과 자기적으로 상호 커플링된 제2 코일, 및 제1 커패시터를 포함하는 경우, 양방향 스위치가 온(on) 상태일 때 공진 회로(210)는, 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여 제1 코일 및 제1 커패시터를 포함하는 제1 회로에 전류가 유도되고, 제1 회로에서 발생하는 자기장에 기초하여 제2 코일을 포함하는 제2 회로에 전류가 유도됨으로써, 무선 전력을 수신하도록 설정될 수 있다.
양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 공진 회로(210)는 정류 회로(240), 커패시터(251), DC/DC 컨버터(252), 차저(253), 및 배터리(254)를 포함하는 수신 회로가 공진 회로(210)에 포함되는 커패시터 및 코일과 직렬로 연결되는 직렬 공진 회로로 설정될 수 있다. 예를 들어, 공진 회로(210)가 제1 코일, 제1 코일과 자기적으로 상호 커플링된 제2 코일, 및 제1 커패시터를 포함하는 경우, 양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 공진 회로(210)는, 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여 제1 코일, 제2 코일, 및 제1 커패시터를 포함하는 제3 회로에 전류가 유도됨으로써, 무선 전력을 수신하도록 설정될 수 있다.
도 3은, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기(예를 들어, 무선 전력 수신기(200))의 제어 회로(예를 들어, 제어 회로(260))에서 수행되는 동작들을 나타내는 흐름도이다.
310 동작에서, 제어 회로(예를 들어, 제어 회로(260))는 정류 회로(예를 들어, 정류 회로(240))의 출력단의 전압을 확인할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제어 회로(260)는 전압 센서로부터 정류 회로(240)의 출력단에 인가되는 정류 전압(예: Vrec)을 나타내는 전기 신호를 수신함으로써, 정류 전압(예: Vrec)을 확인할 수 있다. 또는, 제어 회로(260)는 전압 센서로부터 적어도 하나의 저항을 포함하는 전압 분배기로 구현되는 전압 센서로부터 정류 전압(예: Vrec)에 비례하는 전압을 나타내는 전기 신호를 수신함으로써, 정류 전압(예: Vrec)을 확인할 수 있다.
320 동작에서, 제어 회로(예를 들어, 제어 회로(260))는 210 동작에서 확인된 정류 회로(예를 들어, 정류 회로(240))의 출력단의 정류 전압(예: Vrec)이 임계치 이상인지 여부를 확인할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 임계치는 OVP 임계치와 실질적으로 동일할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 임계치는 OVP 임계치보다 작은 값일 수 있다.
정류 전압(예: Vrec)이 임계치 이상인 경우, 제어 회로(260)는 330 동작에서, 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 제1 제어 신호를 스위칭 회로(270)에 출력할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 330 동작이 수행되기 전에 양방향 스위치는 온(on) 상태에 있을 수 있다. 후술할 바와 같이, 양방향 스위치가 온(on) 상태인 경우, 공진 회로(예를 들어, 공진 회로(210))가 병렬 공진 회로를 형성하게 되어, 정류 전압(예: Vrec)을 증가시킬 수 있다.
도 1d를 참조하면, 320 동작에서 정류 전압(예: Vrec)이 임계치 이상이라고 확인되는 것은 정류 전압(예: Vrec)이 OVP 임계치에 근접하고, 출력 임피던스가 높다는 것을 나타낼 수 있다. 후술하는 바와 같이, 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 양방향 스위치를 제어하면 공진 회로(예를 들어, 공진 회로(110))가 직렬 공진 회로를 형성하게 되어, 출력 임피던스를 감소시키고 정류 전압(예: Vrec)을 감소시킬 수 있다. "해결하고자 하는 과제"에서 상술한 바와 같이, DC/DC 컨버터의 안정적인 동작을 위해서는 출력 임피던스가 입력 임피던스보다 작을 것이 요구되므로, 출력 임피던스를 감소시키는 것은 DC/DC 컨버터가 안정적으로 동작하도록 도울 수 있다. 또한, 출력단의 로드의 임피던스가 무한정 커질 수 없는 상황에서, 출력 임피던스가 감소하는 경우 무선 전력 수신기에서 임피던스 매칭을 통하여 최대 전력을 수신하기 위한 출력단의 로드의 임피던스가 감소하므로,, 무선 전력 수신기(200)가 최대 전력을 수신하는 것을 도울 수 있다. 정류 전압(예: Vrec)을 감소시키는 것은 정의 자체로 과전압을 방지할 수 있다.
정류 전압(예: Vrec)이 임계치 미만인 경우, 제어 회로(260)는 정류 전압(예: Vrec)이 임계치 이상이라고 확인될 때까지 330 동작을 수행하지 않고 310 동작 및 320 동작을 반복할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 정류 전압(예: Vrec)이 임계치 미만일 때, 양방향 스위치는 온(on) 상태로 유지될 수 있다.
정류 회로(240)의 출력단의 정류 전압(예: Vrec)에 영향을 주는 변수들 중 하나는 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 송신기 사이의 거리이다. 다른 조건들이 동일하다면, 무선 전력 수신기(200)가 무선 전력 송신기로부터 가까이 위치할수록 무선 전력 수신기(200)의 코일과 무선 전력 송신기의 코일 사이의 상호유도인덕턴스가 증가하기 때문에, 무선 전력 송신기의 코일에 유도되는 전류의 크기가 증가하므로, 정류 회로(240)의 출력단의 정류 전압(예: Vrec)은 증가한다. 따라서, 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 송신기 사이의 거리가 가까운 경우, 제어 회로(260)는 330 동작을 수행하여 출력 임피던스 및 정류 전압(예: Vrec)을 감소시킬 수 있다. 반대로, 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 송신기 사이의 거리가 먼 경우 제어 회로(260)는 330 동작을 수행하지 않음으로써 양"??* 스위치가 온 상태에 남아 있도록 할 수 있고, 정류 전압(예: Vrec)을 증가시킬 수 있다.
도 3에는 도시되지 않았으나, 일 실시예들에 따라서, 무선 전력 수신기(예를 들어, 무선 전력 수신기(200))는 모션 센서를 더 포함하고, 제어 회로(예를 들어, 제어 회로(260))는 모션 센서를 통하여 무선 전력 수신기(200)의 자세 변동 또는 이동 거리를 확인할 수 있다. 일 실시예들에 따라서, 모션 센서는 가속도 센서, 각속도 센서, 지자기 센서 등을 포함할 수 있으나, 모션 센서의 구성은 무선 전력 수신기(200)의 움직임을 감지할 수 있는 것이면 이에 한정되지 않는다. 제어 회로(260)는 모션 센서를 통하여 무선 전력 수신기(200)의 자세 변동 또는 위치 이동이 확인되는 것에 응답하여, 도 3의 동작들을 수행할 수 있다. 무선 전력 수신기(200)의 자세 변동이 있는 경우, 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 송신기 사이의 거리가 변할 가능성이 높으므로, 제어 회로(260)는 도 3의 동작들을 수행함으로써 적응적으로 양방향 스위치의 상태를 제어할 수 있다.
도 3에는 도시되지 않았으나, 일 실시예들에 따라서, 무선 전력 수신기(예를 들어, 무선 전력 수신기(200))는 통신 회로를 더 포함하고, 제어 회로(예를 들어, 제어 회로(260))는 통신 회로를 통하여 무선 전력을 수신하는 데 필요한 정보를 무선 전력 송신기와 통신하고, 무선 전력 송신기와의 통신에 기초하여 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 송신기 사이의 거리를 확인할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(260)는 통신 회로를 통하여 무선 전력 송신기와 신호를 송수신할 때, 신호 전달 시간에 기초하여 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 송신기 사이의 거리를 확인할 수 있다. 제어 회로(260)는 확인된 거리가 임계 거리 미만이면 330 동작을 수행할 수 있다.
도 3에는 도시되지 않았으나, 일 실시예들에 따라서, 무선 전력 수신기(예를 들어, 무선 전력 수신기(200))는 내부 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 회로를 더 포함할 수 있고, 제어 회로(예를 들어, 제어 회로(260))는 310 동작 대신에 온도 측정 회로를 통하여 내부 온도를 확인하고, 320 동작 대신에 내부 온도가 온도 임계치 이상인지 여부를 확인하고, 내부 온도가 온도 임계치 이상이라고 확인되는 경우 330 동작을 수행할 수 있다.
도 3에는 도시되지 않았으나, 일 실시예들에 따라서, 무선 전력 수신기(예를 들어, 무선 전력 수신기(200))의 제어 회로(예를 들어, 제어 회로(260))는 310 동작 대신에 무선 전력 수신기(200)에서 수신되는 전력의 크기를 확인하고, 320 동작 대신에 수신되는 전력의 크기가 전력 임계치 이상인지 여부를 확인하고, 수신되는 전력의 크기가 전력 임계치 이상이라고 확인되는 경우 330 동작을 수행할 수 있다.도 4는, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기(400)의 회로도이다. 도 4를 참조하면, 무선 전력 수신기(400)는 공진 회로(410)(예를 들어, 공진 회로(210)), 제1 정류 회로(430), 제2 정류 회로(440)(예를 들어, 정류 회로(240)), 커패시터(451)(예를 들어, 커패시터(251)), LDO(low drop-output) 레귤레이터(452), 차저(453)(예를 들어, 차저(253)), 배터리(454)(예를 들어, 배터리(254)), 스위칭 회로(470)(예를 들어, 스위칭 회로(270)), 및 컨트롤러(480)를 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따른 공진 회로(410)(예를 들어, 공진 회로(210))는 제1 코일(411), 제1 커패시터(412), 제2 코일(413), 및 양방향 스위치(420)를 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제2 코일(413)은, 제1 코일(411)보다 상대적으로 작은 인덕턴스를 가지는 코일일 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제1 코일(411)은 제1 커패시터(412)와 병렬 공진을 형성하는 수신기 공진 코일(RX resonant coil)이고, 제2 코일(413)은 제2 정류 회로(440)(예: 도 2의 정류 회로(240))와 연결되는 수신기 보조 코일(RX auxiliary coil) 또는 피딩 코일(feeding coil)이라고 불려질 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제1 코일(411)과 제2 코일(413)는 자기적으로 결합되어, 제1 코일(411)과 제2 코일(413) 사이에는 상호유도인덕턴스(Mf)가 형성될 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 형성된 상호유도인덕턴스(Mf)로 인하여, 제1 코일(411)에 유도된 유도 전압이 공진 회로의 양호도(Q)만큼 증가한 전압이 제2 코일(413)에 유도될 수 있으며, 제2 코일(413)에 유도된 전압으로 인하여 제2 정류 회로(440)(예: 도 2의 정류 회로(240))를 통해 전류가 흐를 수 있다.
후술할 바 와 같이, 양방향 스위치(420)의 온/오프 상태에 따라, 공진 회로(410)를 구성하는 제1 코일(411), 제1 커패시터(412), 및 제2 코일(413) 사이의 연결 상태는 상이할 수 있고, 제1 코일(411), 제1 커패시터(412), 및 제2 코일(413) 사이의 연결 상태에 따라 무선 전력 송신기로부터 공진 회로(410)에서 수신되어 제2 정류 회로(440) 및 제1 정류 회로(430)에 전달되는 무선 전력이 상이할 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따른 양방향 스위치(420)는 2 이상의 스위치(예: 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1, 2 스위치(421, 322) 각각은, 모스펫으로 구현될 수 있으며, 스위칭 회로(예: 도 2의 스위칭 회로(270))에 의해 온 상태 또는 오프 상태로 전환될 수 있는 스위칭 소자라면 제한이 없다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제1, 2 스위치(421, 322) 각각은, N-채널 모스펫(N-channel MOSFET)일 수 있으며, 제1 다이오드(423) 및 제2 다이오드(424)는, 각각 제1 스위치(421)의 바디 다이오드 및 제2 스위치(422)의 바디 다이오드일 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)는, 각각의 소스(source)들이 노드(427)에서 직렬로 연결되어, 공통된 소스 전압을 가질 수 있다. 도시된 바와 다르게, 제1, 2 스위치(421, 322)는, 각각의 드레인(drain)들이 직렬로 연결되어, 공통된 드레인 전압을 가지도록 배치될 수도 있다. 도시된 바와 다르게, 제1, 2 스위치(421, 322)는, 공통된 소스 전압을 가지도록, 각각의 소스들이 직렬로 연결된 P-채널 모스펫(P-channel MOSFET)들로 구현될 수도 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제1, 2 스위치(421, 322) 각각의 게이트에, 스위칭 회로(270)의 제어에 의해, 공통된 소스 전압을 기준 전압으로 하는, 공통된 게이트 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(411)에 높은 공진 주파수(예: 6.78MHz)에 기반하여 유도 전압이 형성되므로, 제1, 2 스위치(421, 322)의 소스 전압은, 높은 주파수(예: 6.78MHz)에 따라 변화(alternate)할 수 있다. 제1, 2 스위치(421, 322) 각각의 게이트에, 공통된 소스 전압을 기준 전압으로 하여 게이트 전압을 인가함으로써, 제1, 2 스위치(421, 322)의 온/오프 상태를 안정적으로 제어할 수 있다. 본 개시에서, 게이트 전압을 인가하거나, 구동 신호를 인가(또는, 출력)하는 것은, 제1, 2 스위치(421, 322)의 게이트에, 각각의 문턱 전압(threshold voltage)을 초과하는 전압을 인가하는 것을 의미할 수 있다. 본 개시에서, 게이트 전압을 인가하지 않거나, 구동 신호를 인가하지 않는 것은, 제1, 2 스위치(421, 322)의 게이트에, 각각의 문턱 전압을 초과하지 않는 전압이 인가됨을 의미할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제1, 2 스위치(421, 322) 각각의 게이트에 게이트 전압이 인가되는 동안, 제1, 2 스위치(421, 322)는 온 상태로 제어되고, 양방향 스위치(420)의 양단은 전기적으로 연결될 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제1, 2 스위치(421, 322) 각각의 게이트에 게이트 전압이 인가되지 않는 동안, 제1, 2 스위치(421, 322)는 오프 상태로 제어되고, 양방향 스위치(420)의 양단의 전기적 연결 경로가 끊어질 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따라, 양방향 스위치(420) 대신 적어도 하나의 고체 릴레이(solid state relay, SSR)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 고체 릴레이는 발광 다이오드(light-emitting diode) 및 포토 다이오드(photodiode)로 구성된 옵토 커플러(opto-coupler)를 포함하고, 발광 다이오드로 전류가 흐르게 되는지 여부에 따라서, 고체 릴레이의 온/오프 상태가 제어될 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드로 전류가 흐르게 되면 발광 다이오드로부터 빛(light)이 발산(radiate)되고, 발산된 빛이 포토 다이오드에 도달하면, 포토 다이오드가 온 상태로 제어되어, 적어도 하나의 고체 릴레이는 온 상태가 될 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드로 전류가 흐르지 않게 되면 발광 다이오드로부터 빛이 발산되지 않고, 포토 다이오드가 오프 상태로 제어되어, 적어도 하나의 고체 릴레이는 오프 상태가 될 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따른 제1 정류 회로(430)는 제3 다이오드(431), 제4 다이오드(432) 및/또는 커패시터(433)를 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제3, 4 다이오드(431, 332)는, TVS 다이오드일 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제3, 4 다이오드(431, 332)는, 제1, 2 스위치(421, 322)가 온 상태에서 오프 상태로 전환될 때 제1, 2 스위치(421, 322) 양단에 일정 크기 이상의 전압이 인가됨에 따라 동작하여, 유도 전압을 정류하여, 정류된 전압이 커패시터(433)의 양단 전압으로 인가되도록 할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 커패시터(433)는, 제3, 4 다이오드(431, 332)에 의해 정류된 전압에 따라 충전될 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 커패시터(433)는, 제1, 2 스위치(421, 322)의 노드(427)에 연결될 수 있으며, 일 단에 제1, 2 스위치(421, 322)의 소스 전압이 인가될 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제1 정류 회로(430)는, 커패시터(433)에 병렬로 연결된 적어도 하나의 저항(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 커패시터(433)가 제3, 4 다이오드(431, 332)에 의해 정류된 전압 또는 제1, 2 스위치(421, 322)의 양단에 발생한 전압 스파이크에 따라 충전된 후, 충전된 에너지는 커패시터(433)에 병렬로 연결된 적어도 하나의 저항을 통해 방전될 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제2 정류 회로(440)는 4개의 다이오드들(441, 442, 443, 444)을 포함할 수 있고, 유도 전압을 정류하여, 정류된 전압이 커패시터(451)의 양단 전압으로 인가되도록 할 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제1 정류 회로(430)는 커패시터(433)를 충전하는 에너지 하베스팅 회로를 형성할 수 있다. 에너지 하베스팅 회로는, 제1 정류 회로(430), 커패시터(433)과 병렬로 연결된 제너(zener) 다이오드(Dz1)(401), 및 제너 다이오드(Dz2)(403)를 포함할 수 있다. 커패시터(433), 제너 다이오드(Dz1)(401), 및 제너 다이오드(Dz2)(403)의 일단은 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 공통된 소스인 노드(427)에 연결될 수 있다.
본 개시의 일 실시예들에 따르면 제너 다이오드(401)는, 커패시터(433)로 인가되는 정류된 전압을 일정 전압(예: 제너 다이오드(401)의 Zener breakdown voltage) 이하로 레귤레이팅(regulating) 할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 저항(Rg)(402)은, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 게이트 저항이며, 커패시터(Cgs)(404)는, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 게이트-소스 커패시터일 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 에너지 하베스팅 회로는, 제1 스위치(421)의 게이트 및 소스, 및/또는 제2 스위치(422)의 게이트 및 소스와 병렬로 연결된 제너 다이오드(Dz2)(403)를 더 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제너 다이오드(403)는, 커패시터(404)로 인가되는 전압을 일정 전압(예: 제너 다이오드(403)의 Zener breakdown voltage) 이하로 레귤레이팅 할 수 있다. 본 개시의 일 실시예들에 따르면, 제너 다이오드(401) 또는 제너 다이오드(403) 각각은, TVS 다이오드로 대체될 수도 있으며, TVS 다이오드를 통하여, 커패시터(433) 양단의 전압 또는 커패시터(404) 양단의 전압이 일정 전압 이하로 제한될 수도 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 스위칭 회로(470)는 옵토 커플러(Qc1)(475) 및 스위치(QC2)(476)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치(476)는, 옵토 커플러 (475)와 직렬로 연결된 N-채널 모스펫일 수 있으며, 인가된 전압(Vcon)에 의해 온 상태 또는 오프 상태로 전환될 수 있는 스위칭 소자라면 제한이 없다. 다이오드(477)는, 스위치(476)의 바디 다이오드일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 옵토 커플러(475)는, 발광 다이오드(light-emitting diode, LED)(471) 및 포토 다이오드(photodiode)(473)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 저항(RP)(474)은, 포토 다이오드(473)의 내부 저항일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 저항(RC)(472)은, 옵토 커플러(475)의 발광 다이오드(471)의 내부 저항일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 스위칭 회로(470)는 옵토 커플러(475)의 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 형태로 컨트롤러(480)로부터 제1 제어 신호를 제공받을 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 컨트롤러(480)는 전압(Vcon)을 인가하기 위한 전력을 배터리(454)로부터 상시 공급받을 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 컨트롤러(480)는, 전압(Vcon)을 인가하기 위한 전력을 무선 전력 수신시에 LDO(452)에 기반하여 공급받을 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 컨트롤러(480)는 제2 정류 회로(440)의 출력단의 정류 전압(Vrec)과 임계치를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 전압(Vcon)을 스위치(476)에 인가할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 임계치는 OVP 임계치와 실질적으로 동일할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 임계치는 OVP 임계치보다 작은 값일 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 컨트롤러(480)는 제2 정류 회로(440)의 출력단의 정류 전압(Vrec)이 임계치 이상이라고 확인되는 경우, 스위치(476)의 문턱 전압을 초과하는 전압(Vcon)을 인가할 수 있다. 옵토 커플러(475)는, 컨트롤러(480)로부터 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)에 기반하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(480)로부터 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(476)의 문턱 전압을 초과하면, 스위치(476)가 온 상태로 전환되어, 발광 다이오드(471)가 스위치(476)를 통해 그라운드(ground)와 연결될 수 있다. 발광 다이오드(471)는, 스위치(476)를 통해 그라운드(ground)와 연결됨에 따라, 노드(478)의 전압에 기반하여 온 상태로 전환되어 빛(light)을 발산(radiate)할 수 있다. 노드(478)의 전압은, 예를 들어, 제2 정류 회로(440)의 출력단의 정류 전압(Vrec)일 수 있다. 또는, 제2 정류 회로(440)의 출력단의 정류 전압(Vrec)이 아닌, 다른 외부 전원에 의한 전압이 발광 다이오드(471)에 인가될 수도 있다. 포토 다이오드(473)는, 발광 다이오드(471)로부터 발산된 빛이 도달하면, 온 상태로 전환될 수 있다. 포토 다이오드(473)가 온 상태로 전환됨에 따라, 저항(474)과, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 소스 간의 연결 경로가 형성될 수 있다. 저항(474)과, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 소스 간의 연결 경로를 따라서 전류가 흐름에 따라, 커패시터(433)의 전하가 방전될 수 있다. 따라서, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 게이트와 소스 사이 전압과 동일한, 커패시터(404) 양단 전압이 점차 감소하여 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 문턱 전압 아래로 감소하면, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)가 오프 상태로 전환될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 컨트롤러(480)는 제2 정류 회로(440)의 출력단의 정류 전압(Vrec)이 임계치 미만이라고 확인되는 경우, 스위치(476)에 인가되는 전압(Vcon)을 실질적으로 0으로 제어할 수 있다. 컨트롤러(480)로부터 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(476)의 문턱 전압을 초과하지 않으면, 스위치(476)가 오프 상태로 전환되어, 발광 다이오드(471)가 오프 상태로 전환되고, 발광 다이오드(471)로부터 빛이 발산되지 않을 수 있다. 포토 다이오드(473)는, 발광 다이오드(471)로부터 발산된 빛이 도달하지 않으면, 오프 상태로 전환될 수 있다. 포토 다이오드(473)가 오프 상태로 전환됨에 따라, 저항(474)과, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 소스 간의 연결이 끊어지며, 커패시터(433)에 저장된 에너지로 인하여 커패시터(404)가 충전될 수 있으며, 커패시터(404)의 양단 전압이 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 문턱 전압 위로 증가하면, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)가 온 상태로 전환될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 도 3을 다시 참조하면, 320 동작에서, 정류 전압(예: Vrec)이 임계치 미만인 경우, 컨트롤러(480)는 스위치(476)에 인가되는 전압(Vcon)이 실질적으로 0이 되도록 동작함으로써, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)를 온 상태로 유지할 수 있다.
요약하면, 컨트롤러(480)로부터 스위칭 회로(470)의 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(476)의 문턱 전압을 초과하면, 커패시터(404)의 양단 전압이 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 문턱 전압 아래로 감소하여, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)가 오프 상태로 전환될 수 있다. 반대로, 컨트롤러(480)로부터 스위칭 회로(470)의 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(476)의 문턱 전압 미만인 경우, 커패시터(404)의 양단 전압이 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)의 문턱 전압 위로 증가하여, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)가 온 상태로 전환될 수 있다. 즉, 스위칭 회로(470)는 컨트롤러(480)로부터 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)에 따라서, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)를 포함하는 양방향 스위치(420)를 제어할 수 있는 제어 신호를 커패시터(404)의 양단 전압의 형태로 출력할 수 있다. 도 2에서 사용된 용어로 바꿔 말하면, 스위칭 회로(470)를 제어하기 위한 제1 제어 신호는 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)일 수 있고, 양방향 스위치(420)의 온/오프 상태를 제어하기 위하여 스위칭 회로(470)에서 출력되는 제2 제어 신호는 커패시터(404)의 양단 전압일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 달리, 다양한 실시예에 따라서, 스위칭 회로(470)는 플로팅 소스 스위치 및 컨트롤러(480)로부터의 제어신호에 기초하여 플로팅 소스 스위치의 게이트에 구동 전압을 인가하기 위한 구동 회로를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 플로팅 소스 스위치는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(이하, 모스펫(metal-oxide semiconductor field-effect-transistor, MOSFET))일 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 구동 회로는 전하 펌프(charge pump)를 포함할 수 있다.
도 5a는 컨트롤러(480)로부터 스위칭 회로(470)의 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(476)의 문턱 전압을 초과할 때의 무선 전력 수신기(400)의 등가회로를 도시한다. 도 5b는 컨트롤러(480)로부터 스위칭 회로(470)의 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(476)의 문턱 전압보다 작을 때의 무선 전력 수신기(400)의 등가회로를 도시한다. 도 5a 및 도 5b의 등가회로도에서 수신 회로(510)는 도 4의 제2 정류 회로(440), 커패시터(451), LDO 레귤레이터(452), 차저(453), 및 배터리(454)를 포함할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 도 4과 관련하여 상술한 바와 같이, 컨트롤러(480)로부터 스위칭 회로(470)의 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(476)의 문턱 전압을 초과할 때, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)를 포함하는 양방향 스위치(420)가 오프 상태로 전환되어, 양방향 스위치(420)의 양단에 전류가 흐르지 않을 수 있다. 이 경우, 수신 회로(510)는 제1 코일(411), 제1 커패시터(412), 및 제2 코일(413)에 직렬로 연결되어 직렬 공진 회로를 형성할 수 있으며, 수신 회로(510), 제1 코일(411), 제1 커패시터(412), 및 제2 코일(413)은 하나의 폐루프(500a)를 형성할 수 있다. 또한, 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 공진 회로(410)의 제1 코일(411), 제1 커패시터(412), 및 제2 코일(413)을 포함하는 회로에 전류가 유도됨으로써, 공진 회로(410)는 무선 전력을 수신할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 도 4과 관련하여 상술한 바와 같이, 컨트롤러(480)로부터 스위칭 회로(470)의 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(476)의 문턱 전압보다 작을 때, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)를 포함하는 양방향 스위치(420)가 온 상태로 전환되어, 양방향 스위치(420)의 양단에 전류가 흐를 수 있다. 이 경우, 수신 회로(510)는 제1 코일(411) 및 제1 커패시터(412)가 직렬로 연결되어 형성되는 제1 회로 및 제2 코일(413)과 병렬로 연결되어 병렬 공진 회로를 형성할 수 있다. 제1 코일(411) 및 제1 커패시터(412)가 하나의 폐루프(501b)를 형성하고, 수신 회로(510)와 제2 코일(413)이 하나의 폐루프(502b)를 형성할 수 있다. 또한, 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 공진 회로(410)의 제1 코일(411) 및 제1 커패시터(412)로 구성되는 제1 회로에 전류가 유도되고, 제1 회로에서 발생하는 자기장에 기초하여 제2 코일을 포함하는 제2 회로에 전류가 유도됨으로써, 공진 회로(410)는 무선 전력을 수신할 수 있다.
도 6은 제1 코일 및 제2 코일이 권선된 예시적인 형태를 도시한다. 도 6의 무선 전력 수신기(600)는 제1 코일(611), 제1 커패시터(612), 제2 코일(613), 양방향 스위치(620), 제1 정류 회로(630), 제2 정류 회로(640), 커패시터(651), LDO 레귤레이터(652), 차저(653), 배터리(654), 및 스위칭 회로(670)를 포함할 수 있다.
도 6의 구성요소들의 표기가 일부 생략되어 있으나, 도 6의 양방향 스위치(620)는 도 4의 양방향 스위치(420)에 대응되고, 도 6의 제1 정류 회로(630)는 도 4의 제1 정류 회로(430)에 대응되고, 도 6의 제2 정류 회로(640)는 도 4의 제2 정류 회로(440)에 대응되고, 도 6의 커패시터(651)는 도 4의 커패시터(451)에 대응되고, 도 6의 LDO 레귤레이터(652)는 도 4의 LDO 레귤레이터(452)에 대응되고, 도 6의 차저(653)는 도 4의 차저(453)에 대응되고, 도 6의 배터리(654)는 도 4의 배터리(454)에 대응되고, 도 6의 스위칭 회로(670)는 도 4의 스위칭 회로(470)에 대응될 수 있다. 또한, 도 6의 제너(zener) 다이오드(Dz1)(601), 제너 다이오드(Dz2)(603), 저항(Rg)(602), 및 커패시터(Cgs)(604)는 각각 도 4의 제너(zener) 다이오드(Dz1)(401), 제너 다이오드(Dz2)(403), 저항(Rg)(402), 및 커패시터(Cgs)(404)에 대응될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예들에 따라서, 제1 코일(611) 및 제2 코일(613)은 도 4의 제1 코일(411) 및 제2 코일(413)과 반대의 상대적 극성을 가지도록 권선될 수 있다. 또는, 다른 실시예들에서는, 도 6에 도시된 바와 반대로, 제1 코일(611) 및 제2 코일(613)은 도 4의 제1 코일(411) 및 제2 코일(413)과 같은 상대적 극성을 가지도록 권선될 수 있다.
도 7a는, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 회로도이다. 도 7a를 참조하면, 무선 전력 수신기(700a)는 제1 코일(L2)(711), 제1 커패시터(Cp2)(712), 제2 코일(L2a)(713), 제2 커패시터(Cs2)(714), 양방향 스위치(720), 제1 정류 회로(730), 제2 정류 회로(740), 커패시터(751), DC/DC 컨버터(752), 차저(753), 배터리(754), 및 스위칭 회로(770)를 포함할 수 있다.
도 7a의 무선 전력 수신기(700a)는 제1 코일(L2)(711), 제1 커패시터(Cp2)(712), 제2 코일(L2a)(713), 및 제2 커패시터(Cs2)(714)로 구성되는 공진 회로의 구성이 도 4의 공진 회로(410)와 상이하다는 점을 제외하면, 도 4의 무선 전력 수신기(400)와 동일하다. 도 7a의 구성요소들의 표기가 일부 생략되어 있으나, 도 7a의 양방향 스위치(720)는 도 4의 양방향 스위치(420)에 대응되고, 도 7a의 제1 정류 회로(730)는 도 4의 제1 정류 회로(430)에 대응되고, 도 7a의 제2 정류 회로(740)는 도 4의 제2 정류 회로(440)에 대응되고, 도 7a의 커패시터(751)는 도 4의 커패시터(451)에 대응되고, 도 7a의 DC/DC 컨버터(752)는 도 2의 DC/DC 컨버터(252)에 대응되고, 도 7a의 차저(753)는 도 4의 차저(453)에 대응되고, 도 7a의 배터리(754)는 도 4의 배터리(454)에 대응되고, 도 7a의 스위칭 회로(770)는 도 4의 스위칭 회로(470)에 대응될 수 있다. 또한, 도 7a의 제너 다이오드(Dz2)(703) 및 저항(Rg)(702)은 각각 도 4의 제너 다이오드(Dz2)(403) 및 저항(Rg)(402)에 대응될 수 있다. 도 7a에서, 양방향 스위치(720)를 구성하는 두 스위치의 게이트-소스 커패시터의 표시가 생략되었다. 일 실시예에 따라서, 도 7a와 같이, 무선 전력 수신기(700a)는 제너(zener) 다이오드(Dz1)(401)를 구비하지 않을 수 있다.
일 실시예들에 따라서, 제1 코일(L2)(711)과 제2 코일(L2a)(713)은 자기적으로 상호 커플링될 수 있고, 제1 코일(L2)(711)과 제2 코일(L2a)(713)사이의 상호유도인덕턴스는 M2a로 표시할 수 있다.
일 실시예들에 따라서, 스위칭 회로(770)의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위칭 회로(770)의 스위치의 문턱 전압을 초과할 때, 양방향 스위치(720)는 오프 상태로 전환되고, 양방향 스위치(720) 양단에 전류가 흐르지 않을 수 있다. 이 때, 무선 전력 수신기(700a)의 등가회로가 도 7b에 도시되어 있다. 도 7a의 제2 정류 회로(740), 커패시터(751), DC/DC 컨버터(752), 차저(753), 및 배터리(754)는 도 7b에서 수신 회로(710b)로 표시되고, 도 7a의 양방향 스위치(720), 제1 정류 회로(730), 및 스위칭 회로(770)의 표시는 도 7b에서 생략될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 스위칭 회로(770)의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위칭 회로(770)의 스위치의 문턱 전압을 초과할 때, 무선 전력 수신기(700b)는 제1 코일(L2)(711), 제1 커패시터(Cp2)(712), 제2 코일(L2a)(713), 제2 커패시터(Cs2)(714), 및 수신 회로(710b)가 직렬로 연결된 회로와 전기적으로 등가일 수 있다. 이 경우, 수신 회로(710b)는 제1 코일(L2)(711), 제1 커패시터(Cp2)(712), 제2 커패시터(Cs2)(714), 및 제2 코일(L2a)(713)에 직렬로 연결되어 직렬 공진 회로를 형성할 수 있으며, 수신 회로(710b), 제1 코일(L2)(711), 제1 커패시터(Cp2)(712), 제2 커패시터(Cs2)(714), 및 제2 코일(L2a)(713)은 하나의 폐루프(720b)를 형성할 수 있다. 다르게 말하면, 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제1 코일(L2)(711), 제1 커패시터(Cp2)(712), 제2 커패시터(Cs2)(714), 및 제2 코일(L2a)(713)을 포함하는 직렬 공진 회로에 전류가 유도됨으로써, 무선 전력 수신기(700b)는 무선 전력을 수신할 수 있다.
일 실시예들에 따라서, 스위칭 회로(770)의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위칭 회로(770)의 스위치의 문턱 전압 이하일 때, 양방향 스위치(720)는 온 상태로 전환되고, 양방향 스위치(720) 양단에 전류가 흐를 수 있다. 이 때, 무선 전력 수신기(700a)의 등가회로가 도 7c에 도시되어 있다. 도 7a의 제2 정류 회로(740), 커패시터(751), DC/DC 컨버터(752), 차저(753), 및 배터리(754)는 도 7c에서 수신 회로(710b)로 표시되고, 도 7a의 양방향 스위치(720), 제1 정류 회로(730), 및 스위칭 회로(770)의 표시는 도 7c에서 생략될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 스위칭 회로(770)의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위칭 회로(770)의 스위치의 문턱 전압 이하일 때, 무선 전력 수신기(700c)는 제1 코일(L2)(711) 및 제1 커패시터(Cp2)(712)가 직렬로 연결되어 형성되는 제1 회로와, 제2 코일(L2a)(713), 제2 커패시터(Cs2)(714), 및 수신 회로(710b)가 직렬로 연결된 제2 회로가 병렬로 연결되어 형성되는 회로와 전기적으로 등가일 수 있다. 이 경우, 수신 회로(710b)는 제1 코일(L2)(711) 및 제1 커패시터(Cp2)(712)가 직렬로 연결되어 형성되는 제1 회로와 병렬로 연결되어 병렬 공진 회로를 형성할 수 있다. 제1 코일(L2)(711) 및 제1 커패시터(Cp2)(712)가 하나의 폐루프(721c)를 형성하고, 제2 코일(L2a)(713), 제2 커패시터(Cs2)(714), 수신 회로(710b)가 다른 하나의 폐루프(720c)를 형성할 수 있다. 다르게 말하면, 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제1 코일(L2)(711) 및 제1 커패시터(Cp2)(712)로 구성되는 제1 회로에 전류가 유도되고, 제1 회로에서 발생하는 자기장에 기초하여 제2 코일(L2a)(713), 제2 커패시터(Cs2)(714)를 포함하는 제2 회로에 전류가 유도됨으로써, 무선 전력 수신기(700b)는 무선 전력을 수신할 수 있다.
도 8a는, 일 실시예들에 따른 무선 전력 수신기의 회로도이다. 도 8a를 참조하면, 무선 전력 수신기(800a)는 제1 코일(L2)(811), 제1 커패시터(Cp2)(812), 제2 코일(L2a)(813), 양방향 스위치(820), 제1 정류 회로(830), 제2 정류 회로(840), 커패시터(851), DC/DC 컨버터(852), 차저(853), 배터리(854), 및 스위칭 회로(870)를 포함할 수 있다.
도 8a의 무선 전력 수신기(800a)는 제1 코일(L2)(811), 제1 커패시터(Cp2)(812), 및 제2 코일(L2a)(813)로 구성되는 공진 회로의 구성이 도 4의 공진 회로(410)와 상이하다는 점을 제외하면, 도 4의 무선 전력 수신기(400)와 동일하다. 도 8a의 구성요소들의 표기가 일부 생략되어 있으나, 도 8a의 양방향 스위치(820)는 도 4의 양방향 스위치(420)에 대응되고, 도 8a의 제1 정류 회로(830)는 도 4의 제1 정류 회로(430)에 대응되고, 도 8a의 제2 정류 회로(840)는 도 4의 제2 정류 회로(440)에 대응되고, 도 8a의 커패시터(851)는 도 4의 커패시터(451)에 대응되고, 도 8a의 DC/DC 컨버터(852)는 도 2의 DC/DC 컨버터(252)에 대응되고, 도 8a의 차저(853)는 도 4의 차저(453)에 대응되고, 도 8a의 배터리(854)는 도 4의 배터리(454)에 대응되고, 도 8a의 스위칭 회로(870)는 도 4의 스위칭 회로(470)에 대응될 수 있다. 또한, 도 8a의 제너 다이오드(Dz2)(803) 및 저항(Rg)(802)은 각각 도 4의 제너 다이오드(Dz2)(403) 및 저항(Rg)(402)에 대응될 수 있다. 도 8a에서, 양방향 스위치(820)를 구성하는 두 스위치의 게이트-소스 커패시터의 표시가 생략되었다. 일 실시예에 따라서, 도 8a와 같이, 무선 전력 수신기(800a)는 제너(zener) 다이오드(Dz1)(401)를 구비하지 않을 수 있다.
일 실시예들에 따라서, 제1 코일(L2)(811)과 제2 코일(L2a)(813)은 자기적으로 상호 커플링될 수 있고, 제1 코일(L2)(811)과 제2 코일(L2a)(813)사이의 상호유도인덕턴스는 M2a로 표시할 수 있다.
일 실시예들에 따라서, 스위칭 회로(870)의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위칭 회로(870)의 스위치의 문턱 전압을 초과할 때, 양방향 스위치(820)는 오프 상태로 전환되고, 양방향 스위치(820) 양단에 전류가 흐르지 않을 수 있다. 이 때, 무선 전력 수신기(800a)의 등가회로가 도 8b에 도시되어 있다. 도 8a의 제2 정류 회로(840), 커패시터(851), DC/DC 컨버터(852), 차저(853), 및 배터리(854)는 도 8b에서 수신 회로(810b)로 표시되고, 도 8a의 양방향 스위치(820), 제1 정류 회로(830), 및 스위칭 회로(870)의 표시는 도 8b에서 생략될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 스위칭 회로(870)의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위칭 회로(870)의 스위치의 문턱 전압을 초과할 때, 무선 전력 수신기(800b)는 제1 코일(L2)(811), 제1 커패시터(Cp2)(812), 및 수신 회로(810b)가 직렬로 연결된 회로와 전기적으로 등가일 수 있다. 이 경우, 수신 회로(810b)는 제1 코일(L2)(811), 및 제1 커패시터(Cp2)(812)에 직렬로 연결되어 직렬 공진 회로를 형성할 수 있으며, 수신 회로(810b), 제1 코일(L2)(811), 및 제1 커패시터(Cp2)(812)은 하나의 폐루프(820b)를 형성할 수 있다. 다르게 말하면, 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제1 코일(L2)(811), 및 제1 커패시터(Cp2)(812)를 포함하는 직렬 공진 회로에 전류가 유도됨으로써, 무선 전력 수신기(800b)는 무선 전력을 수신할 수 있다.
일 실시예들에 따라서, 스위칭 회로(870)의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위칭 회로(870)의 스위치의 문턱 전압 이하일 때, 양방향 스위치(820)는 온 상태로 전환되고, 양방향 스위치(820) 양단에 전류가 흐를 수 있다. 이 때, 무선 전력 수신기(800a)의 등가회로가 도 8c에 도시되어 있다. 도 8a의 제2 정류 회로(840), 커패시터(851), DC/DC 컨버터(852), 차저(853), 및 배터리(854)는 도 8c에서 수신 회로(810b)로 표시되고, 도 8a의 양방향 스위치(820), 제1 정류 회로(830), 및 스위칭 회로(870)의 표시는 도 8c에서 생략될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 스위칭 회로(870)의 스위치에 인가된 전압의 크기가 스위칭 회로(870)의 스위치의 문턱 전압 이하일 때, 무선 전력 수신기(800c)는 제1 코일(L2)(811) 및 제1 커패시터(Cp2)(812)가 직렬로 연결되어 형성되는 제1 회로와, 제2 코일(L2a)(813), 및 수신 회로(810b)가 직렬로 연결된 제2 회로가 병렬로 연결되어 형성되는 회로와 전기적으로 등가일 수 있다. 이 경우, 수신 회로(810b)는 제1 코일(L2)(811) 및 제1 커패시터(Cp2)(812)가 직렬로 연결되어 형성되는 제1 회로 및 제2 코일(L2a)(813)과 병렬로 연결될 수 있다. 제1 코일(L2)(811), 제1 커패시터(Cp2)(812), 및 제2 코일(L2a)(813)이 하나의 폐루프(821c)를 형성하고, 제2 코일(L2a)(813) 및 수신 회로(810b)가 다른 하나의 폐루프(822c)를 형성할 수 있다. 다르게 말하면, 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제1 코일(L2)(811) 및 제1 커패시터(Cp2)(812)로 구성되는 제1 회로에 전류가 유도되고, 제1 회로에서 발생한 자기장에 기초하여 제2 코일(L2a)(813)에 전류가 유도됨으로써, 무선 전력 수신기(800b)는 무선 전력을 수신할 수 있다. 이 때, 제1 회로 및 제2 코일(L2a)(813)는 병렬 공진 회로를 형성한다고 할 수 있다.
도 9a는, 도 4의 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성할 때와 직렬 공진 회로를 형성할 때, 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리에 따른 출력 임피던스를 도시한다. 출력 임피던스는 도 1a와 유사하게, 공진 회로(410)와 제2 정류 회로(440) 사이에서 본, 공진 회로(410)의 임피던스로 정의될 수 있다. 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이, 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성한다는 것은, 스위칭 회로(470)의 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(476)의 문턱 전압보다 작아, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)를 포함하는 양방향 스위치(420)가 온 상태로 전환된 상태를 의미할 수 있다. 유사하게, 공진 회로(410)가 직렬 공진 회로를 형성한다는 것은, 스위칭 회로(470)의 스위치(476)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(476)의 문턱 전압을 초과하여, 제1 스위치(421) 및 제2 스위치(422)를 포함하는 양방향 스위치(420)가 오프 상태로 전환된 상태를 의미할 수 있다.
곡선(910a)은 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성할 때 출력 임피던스의 실수 성분의 크기를 나타내고, 곡선(915a)은 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성할 때 출력 임피던스의 허수 성분의 크기를 나타낸다. 곡선(920a)은 공진 회로(410)가 직렬 공진 회로를 형성할 때 출력 임피던스의 실수 성분의 크기를 나타내고, 곡선(925a)은 공진 회로(410)가 직렬 공진 회로를 형성할 때 출력 임피던스의 허수 성분의 크기를 나타낸다. 곡선(910a), 곡선(915a), 곡선(920a), 및 곡선(925a)으로부터, 공진 회로(410)가 직렬 공진 회로를 형성할 때에 비하여 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성할 때 출력 임피던스가 크다는 것을 확인할 수 있다.
도 9b는, 도 4의 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성할 때와 직렬 공진 회로를 형성할 때, 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리에 따른, 무선 전력 수신기(400)의 제2 정류 회로(440)의 출력단의 전압을 도시한다. 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성하는 것과 직렬 공진 회로를 형성하는 것의 의미는 도 9a를 참조하여 상술하였으므로, 여기에서 중복하여 설명하지 않는다.
곡선(910b)은 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성할 때 제2 정류 회로(440)의 출력단의 전압을 나타내고, 곡선(920b)은 공진 회로(410)가 직렬 공진 회로를 형성할 때 제2 정류 회로(440)의 출력단의 전압을 나타낸다. 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리의 임의의 값에 대하여, 곡선(910b)이 곡선(920a)보다 위에 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성할 때 제2 정류 회로(440)의 출력단의 전압이 공진 회로(410)가 직렬 공진 회로를 형성할 때에 비하여 크다.
도 9c는, 도 4의 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성할 때와 직렬 공진 회로를 형성할 때, 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리에 따른, 최대 수신 전력을 도시한다. 최대 수신 전력이란, 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리의 임의의 값에 대하여, 무선 전력 수신기(400)의 임피던스가 무선 전력 수신기(400)가 수신하는 전력이 최대가 되도록 하는 값을 만족할 때, 무선 전력 수신기(400)가 수신하는 전력을 의미한다.
곡선(910c)은 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성할 때 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리에 따른 최대 수신 전력을 나타내고, 곡선(920c)은 공진 회로(410)가 직렬 공진 회로를 형성할 때 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리에 따른 최대 수신 전력을 나타낸다.
곡선(910c) 및 곡선(920c)을 참조하면 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리가 특정 거리 이상일 때에는 곡선(910c)이 곡선(920c)보다 위에 있고, 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리가 특정 거리 미만일 때에는 곡선(920c)이 곡선(910c)보다 위에 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리가 특정 거리 이상일 때에는 공진 회로(410)가 병렬 공진 회로를 형성할 때에 직렬 공진 회로를 형성할 때에 비하여 최대 수신 전력이 높고, 무선 전력 수신기(400)와 무선 전력 송신기 사이의 거리가 특정 거리 미만일 때에는 공진 회로(410)가 직렬 공진 회로를 형성할 때에 병렬 공진 회로를 형성할 때에 비하여 최대 수신 전력이 높다는 것을 확인할 수 있다.
도 10은, 일 실시예들에 따른, 무선 충전을 수행하는 무선 송수신 시스템의 등가 회로도를 도시한다. 도 10의 무선 전력 송신 장치(1a)에 대한 세부 사항은 도 1a를 참조하여 상술한 바와 동일하므로, 여기에서 중복하여 설명하지 않는다. 도 10을 참조하면, 전자 장치(102a)는, 코일(111a), 저항(112a), 커패시터(113a), 커패시터(114a), 제1 스위치(115a), 제2 스위치(116a), 정류기(120a), 커패시터(130a) 및/또는 로드(load)(140a)를 포함할 수 있다. 코일(111a), 저항(112a), 커패시터(113a), 커패시터(114a), 정류기(120a), 커패시터(130a) 및 로드(load)(140a)에 대한 세부 사항은 도 1a를 참조하여 상술한 바와 동일하므로, 여기에서 중복하여 설명하지 않는다.
도 10을 참조하면, 제1 스위치(115a) 및 제2 스위치(116a)가 모두 닫혔을 때, 커패시터(113a)는, 코일(111a)과 병렬로 연결되어, 코일(111a) 및 커패시터(113a)로 구성되는 공진 회로에서의 병렬 공진을 발생시킬 수 있다. 또는, 제1 스위치(115a) 및 제2 스위치(116a)가 모두 열렸을 때, 커패시터(114a)는 코일(111a)과 직렬로 연결되어, 코일(111a) 및 커패시터(114a)로 구성되는 공진 회로에서 직렬 공진을 발생시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 전자 장치(102a)(예를 들어, 제어 회로(260))는 무선 전력 송신 장치(1a)로부터 전자 장치(102a)까지의 거리가 가까울 때 제1 스위치(115a) 및 제2 스위치(116a)를 모두 열린 상태로 제어하고, 무선 전력 송신 장치(1a)로부터 전자 장치(102a)까지의 거리가 멀 때 제1 스위치(115a) 및 제2 스위치(116a)를 모두 닫힌 상태로 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 전자 장치(102a)(예를 들어, 제어 회로(260))는 정류기(120a)의 출력 전압이 임계치 이상일 때 제1 스위치(115a) 및 제2 스위치(116a)를 모두 열린 상태로 제어하고, 정류기(120a)의 출력 전압이 임계치 미만일 때 제1 스위치(115a) 및 제2 스위치(116a)를 모두 닫힌 상태로 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기는, 제1 코일, 제2 코일, 및 제1 커패시터를 포함하고, 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되는 공진 회로, 및 양방향 스위치를 포함하고, 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태일 때, 상기 공진 회로는, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여 상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 제1 회로에 전류가 유도되고, 상기 제1 회로에서 발생하는 자기장에 기초하여 상기 제2 코일을 포함하는 제2 회로에 전류가 유도됨으로써, 상기 무선 전력을 수신하도록 설정되고, 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 상기 공진 회로는, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여 상기 제1 코일, 상기 제2 코일, 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 제3 회로에 전류가 유도됨으로써, 상기 무선 전력을 수신하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 공진 회로는 제2 커패시터를 더 포함하고, 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태일 때, 상기 제2 회로는 상기 제2 코일에 직렬로 연결되는 상기 제2 커패시터를 더 포함하고, 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 상기 제3 회로는 상기 제1 코일, 상기 제2 코일, 및 상기 제1 커패시터에 직렬로 연결되는 상기 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 직류 전력으로 변환하도록 구성되는 제1 정류 회로, 스위칭 회로를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 상기 스위칭 회로에 출력하는 제어 회로, 상기 제1 정류 회로로부터 상기 직류 전력을 제공받고, 상기 제1 제어 신호에 기반하여 상기 양방향 스위치의 상태를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되는 상기 스위칭 회로, 상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 직류 전력으로 변환하도록 구성되는 제2 정류 회로, 상기 직류 전력을 컨버팅하여 출력하도록 구성되는 DC/DC 컨버터, 상기 컨버팅된 전력을 이용하여 배터리를 충전하도록 구성되는 차저, 및 배터리를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 제어 회로는 상기 제2 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 이상인 경우 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 제2 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 미만인 경우 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 무선 전력 수신기는 모션 센서를 더 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 모션 센서를 통하여 상기 무선 전력 수신기의 자세 변동이 확인되는 것에 응답하여, 상기 제2 정류 회로의 출력단의 전압을 확인하고, 상기 제2 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 이상인 경우 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 제2 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 미만인 경우 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 스위칭 회로는 스위치를 포함하고, 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호는 상기 스위치의 문턱 전압 미만의 전압이고, 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호는 상기 스위치의 상기 문턱 전압 이상의 전압일 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 스위칭 회로는 옵토 커플러를 포함하고, 상기 옵토 커플러의 온/오프 상태는 상기 제1 제어 신호에 따라 제어될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 제1 정류 회로는 제1 다이오드, 제2 다이오드, 및 제3 커패시터를 포함하고, 상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드는 상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 상기 직류 전력으로 변환하도록 구성되고, 상기 변환된 직류 전력에 기초하여 상기 제3 커패시터가 충전될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 무선 전력 수신기는 상기 제3 커패시터에 병렬로 연결되는 제1 제너 다이오드를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 양방향 스위치는 공통의 게이트 및 공통의 소스를 갖는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 게이트-소스 커패시터는, 충전된 상기 제3 커패시터의 전하에 기초하여 충전될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 양방향 스위치는 공통의 게이트 및 공통의 소스를 갖는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 무선 전력 수신기는 상기 공통의 게이트 및 상기 공통의 소스 사이에 배치되는 제2 제너 다이오드를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기는, 제1 코일, 제2 코일, 및 제1 커패시터를 포함하고, 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되는 공진 회로, 양방향 스위치, 및 수신 회로를 포함하고, 상기 수신 회로는: 상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 직류 전력으로 변환하도록 구성되는 제1 정류 회로; 제2 커패시터; 상기 제1 정류 회로에서 출력되는 상기 직류 전력을 컨버팅하여 출력하도록 구성되는 DC/DC 컨버터; 상기 컨버팅된 전력을 이용하여 배터리를 충전하도록 구성되는 차저; 및 배터리를 포함하고, 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태일 때, 상기 공진 회로는 제1 상태로 설정되고, 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 상기 공진 회로는 제2 상태로 설정되고, 상기 공진 회로가 상기 제1 상태일 때, 상기 무선 전력 수신기는, 상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터가 직렬로 연결되어 형성되는 제1 회로, 상기 제2 코일, 및 상기 수신 회로가 병렬로 연결된 회로와 전기적으로 등가이고, 상기 공진 회로가 상기 제2 상태일 때, 상기 무선 전력 수신기는, 상기 제1 코일, 상기 제1 커패시터, 및 상기 수신 회로가 직렬로 연결된 회로와 전기적으로 등가일 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 직류 전력으로 변환하도록 구성되는 제2 정류 회로, 스위칭 회로를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 상기 스위칭 회로에 출력하는 제어 회로, 상기 제2 정류 회로로부터 상기 직류 전력을 제공받고, 상기 제1 제어 신호에 기반하여 상기 양방향 스위치의 상태를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되는 상기 스위칭 회로를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 제어 회로는 상기 제1 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 이상인 경우 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 제1 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 미만인 경우 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 무선 전력 수신기는 모션 센서를 더 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 모션 센서를 통하여 상기 무선 전력 수신기의 자세 변동이 확인되는 것에 응답하여, 상기 제1 정류 회로의 출력단의 전압을 확인하고, 상기 제1 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 이상인 경우 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 제1 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 미만인 경우 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 스위치를 포함하고, 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호는 상기 스위치의 문턱 전압 미만의 전압이고, 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호는 상기 스위치의 상기 문턱 전압 이상의 전압일 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 스위칭 회로는 옵토 커플러를 포함하고, 상기 옵토 커플러의 온/오프 상태는 상기 제1 제어 신호에 따라 제어될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 제2 정류 회로는 제1 다이오드, 제2 다이오드, 및 제3 커패시터를 포함하고, 상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드는 상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 상기 직류 전력으로 변환하도록 구성되고, 상기 변환된 직류 전력에 기초하여 상기 제3 커패시터가 충전될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 양방향 스위치는 공통의 게이트 및 공통의 소스를 갖는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 게이트-소스 커패시터는, 충전된 상기 제3 커패시터의 전하에 기초하여 충전될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 양방향 스위치는 공통의 게이트 및 공통의 소스를 갖는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 무선 전력 수신기는 상기 공통의 게이트 및 상기 공통의 소스 사이에 배치되는 제2 제너 다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
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, 상기 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 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 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 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)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, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 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 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 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, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (20)

  1. 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기에 있어서,
    제1 코일, 제2 코일, 제1 커패시터, 및 양방향 스위치를 포함하고, 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되는 공진 회로를 포함하고,
    상기 양방향 스위치가 온(on) 상태일 때, 상기 공진 회로는, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여 상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 제1 회로에 전류가 유도되고, 상기 제1 회로에서 발생하는 자기장에 기초하여 상기 제2 코일을 포함하는 제2 회로에 전류가 유도됨으로써, 상기 무선 전력을 수신하도록 설정되고,
    상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 상기 공진 회로는, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여 상기 제1 코일, 상기 제2 코일, 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 제3 회로에 전류가 유도됨으로써, 상기 무선 전력을 수신하도록 설정되는, 무선 전력 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공진 회로는 제2 커패시터를 더 포함하고,
    상기 양방향 스위치가 온(on) 상태일 때, 상기 제2 회로는 상기 제2 코일에 직렬로 연결되는 상기 제2 커패시터를 더 포함하고,
    상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 상기 제3 회로는 상기 제1 코일, 상기 제2 코일, 및 상기 제1 커패시터에 직렬로 연결되는 상기 제2 커패시터를 더 포함하는, 무선 전력 수신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 직류 전력으로 변환하도록 구성되는 제1 정류 회로,
    스위칭 회로를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 상기 스위칭 회로에 출력하는 제어 회로,
    상기 제1 정류 회로로부터 상기 직류 전력을 제공받고, 상기 제1 제어 신호에 기반하여 상기 양방향 스위치의 상태를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되는 상기 스위칭 회로,
    상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 직류 전력으로 변환하도록 구성되는 제2 정류 회로,
    상기 직류 전력을 컨버팅하여 출력하도록 구성되는 DC/DC 컨버터,
    상기 컨버팅된 전력을 이용하여 배터리를 충전하도록 구성되는 차저, 및
    배터리를 더 포함하는, 무선 전력 수신기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로는
    상기 제2 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 이상인 경우 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하고,
    상기 제2 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 미만인 경우 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 무선 전력 수신기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기는 모션 센서를 더 포함하고,
    상기 제어 회로는,
    상기 모션 센서를 통하여 상기 무선 전력 수신기의 자세 변동이 확인되는 것에 응답하여, 상기 제2 정류 회로의 출력단의 전압을 확인하고,
    상기 제2 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 이상인 경우 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하고,
    상기 제2 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 미만인 경우 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 무선 전력 수신기.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 스위치를 포함하고,
    상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호는 상기 스위치의 문턱 전압 미만의 전압이고,
    상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호는 상기 스위치의 상기 문턱 전압 이상의 전압인, 무선 전력 수신기.
  7. 제3항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 옵토 커플러를 포함하고,
    상기 옵토 커플러의 온/오프 상태는 상기 제1 제어 신호에 따라 제어되는, 무선 전력 수신기.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 정류 회로는 제1 다이오드, 제2 다이오드, 및 제3 커패시터를 포함하고,
    상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드는 상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 상기 직류 전력으로 변환하도록 구성되고,
    상기 변환된 직류 전력에 기초하여 상기 제3 커패시터가 충전되는, 무선 전력 수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기는 상기 제3 커패시터에 병렬로 연결되는 제1 제너 다이오드를 더 포함하는, 무선 전력 수신기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 양방향 스위치는 공통의 게이트 및 공통의 소스를 갖는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 게이트-소스 커패시터는, 충전된 상기 제3 커패시터의 전하에 기초하여 충전되는, 무선 전력 수신기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 양방향 스위치는 공통의 게이트 및 공통의 소스를 갖는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고,
    상기 무선 전력 수신기는 상기 공통의 게이트 및 상기 공통의 소스 사이에 배치되는 제2 제너 다이오드를 더 포함하는, 무선 전력 수신기.
  12. 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기에 있어서,
    제1 코일, 제2 코일, 제1 커패시터, 및 및 양방향 스위치를 포함하고, 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되는 공진 회로, 및
    수신 회로를 포함하고,
    상기 수신 회로는:
    상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 직류 전력으로 변환하도록 구성되는 제1 정류 회로;
    제2 커패시터;
    상기 제1 정류 회로에서 출력되는 상기 직류 전력을 컨버팅하여 출력하도록 구성되는 DC/DC 컨버터;
    상기 컨버팅된 전력을 이용하여 배터리를 충전하도록 구성되는 차저; 및 배터리를 포함하고,
    상기 양방향 스위치가 온(on) 상태일 때, 상기 공진 회로는 제1 상태로 설정되고,
    상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태일 때, 상기 공진 회로는 제2 상태로 설정되고,
    상기 공진 회로가 상기 제1 상태일 때, 상기 무선 전력 수신기는, 상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터가 직렬로 연결되어 형성되는 제1 회로, 상기 제2 코일, 및 상기 수신 회로가 병렬로 연결된 회로와 전기적으로 등가이고,
    상기 공진 회로가 상기 제2 상태일 때, 상기 무선 전력 수신기는, 상기 제1 코일, 상기 제1 커패시터, 및 상기 수신 회로가 직렬로 연결된 회로와 전기적으로 등가인, 무선 전력 수신기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 직류 전력으로 변환하도록 구성되는 제2 정류 회로,
    스위칭 회로를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 상기 스위칭 회로에 출력하는 제어 회로,
    상기 제2 정류 회로로부터 상기 직류 전력을 제공받고, 상기 제1 제어 신호에 기반하여 상기 양방향 스위치의 상태를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 출력하도록 구성되는 상기 스위칭 회로를 더 포함하는, 무선 전력 수신기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어 회로는
    상기 제1 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 이상인 경우 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하고,
    상기 제1 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 미만인 경우 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 무선 전력 수신기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기는 모션 센서를 더 포함하고,
    상기 제어 회로는,
    상기 모션 센서를 통하여 상기 무선 전력 수신기의 자세 변동이 확인되는 것에 응답하여, 상기 제1 정류 회로의 출력단의 전압을 확인하고,
    상기 제1 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 이상인 경우 상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하고,
    상기 제1 정류 회로의 출력단의 전압이 임계치 미만인 경우 상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 무선 전력 수신기.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 스위치를 포함하고,
    상기 양방향 스위치가 오프(off) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호는 상기 스위치의 문턱 전압 미만의 전압이고,
    상기 양방향 스위치가 온(on) 상태가 되도록 하는 상기 제1 제어 신호는 상기 스위치의 상기 문턱 전압 이상의 전압인, 무선 전력 수신기.
  17. 제13항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 옵토 커플러를 포함하고,
    상기 옵토 커플러의 온/오프 상태는 상기 제1 제어 신호에 따라 제어되는, 무선 전력 수신기.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제2 정류 회로는 제1 다이오드, 제2 다이오드, 및 제3 커패시터를 포함하고,
    상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드는 상기 공진 회로에서 수신된 상기 무선 전력을 상기 직류 전력으로 변환하도록 구성되고,
    상기 변환된 직류 전력에 기초하여 상기 제3 커패시터가 충전되는, 무선 전력 수신기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 양방향 스위치는 공통의 게이트 및 공통의 소스를 갖는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 게이트-소스 커패시터는, 충전된 상기 제3 커패시터의 전하에 기초하여 충전되는, 무선 전력 수신기.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 양방향 스위치는 공통의 게이트 및 공통의 소스를 갖는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하고,
    상기 무선 전력 수신기는 상기 공통의 게이트 및 상기 공통의 소스 사이에 배치되는 제2 제너 다이오드를 더 포함하는, 무선 전력 수신기.
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