KR20220129067A - 무선 전력 전송 시스템을 위한 보조 전력 드롭아웃 보호 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템을 위한 보조 전력 드롭아웃 보호 Download PDF

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Abstract

본 개시는 보조 전원에 의해 전력이 공급되는 게이트 드라이버에 의해 제어될 수 있는 무선 전력 수신기의 트랜지스터를 보호하기 위한 회로 및 방법을 특징으로 한다. 회로는 미리 결정된 임계값에 대한 보조 전원의 값의 비교를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 비교기, 및 비교기에 결합된 장애 래치를 포함할 수 있다. 장애 래치는 생성된 신호에 기초하여 트리거링하고 트랜지스터의 개개의 게이트의 래치 온 상태를 야기하기 위해 게이트 드라이버의 개개의 입력에 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 게이트 드라이버에 개별적으로 결합된 스위치는 게이트 드라이버의 개개의 출력을 개개의 트랜지스터 게이트로부터 연결해제하도록 구성될 수 있다. 개개의 트랜지스터 게이트에 개별적으로 결합된 게이트 홀드업 회로는 일정 시간 기간 동안 개개의 트랜지스터 게이트의 래치 온 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.

Description

무선 전력 전송 시스템을 위한 보조 전력 드롭아웃 보호
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "보조 전력 드롭아웃 보호를 위한 시스템 및 방법"이라는 제목으로 2020년 1월 29일자로 출원된 미국 가출원 제62/967,328호 및 "안전한 무선 전력 시스템 동작을 위한 게이트 드라이버 구현"이라는 제목으로 2020년 6월 9일자로 출원된 미국 가출원 제63/036,975호에 대한 우선권을 주장하고, 이의 각각은 그 전체가 참조로서 본 출원에 통합된다.
기술분야
이하의 개시는 무선 전력 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법 및 시스템, 보다 구체적으로 다양한 고장 모드(failure mode)에서 무선 전력 수신기의 하나 이상의 게이트 드라이버(gate driver)를 동작시키기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선 전력 수신기 또는 그 컴포넌트는 다양한 고장 모드에 취약할 수 있다. 예를 들어, 보조 전원은 주 전원으로부터 전자 시스템의 컴포넌트로 별도의 전압 또는 전류 소스를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 보조 전원은 복잡한 전자 시스템에서 사용되는 능동 컴포넌트, 예를 들어 트랜지스터에 전압을 제공하는 데 사용될 수 있다. 일부 경우에, 보조 전원이 드롭아웃되어 무선 전력 시스템의 고장 모드가 발생할 수 있다.
일 양태에서, 본 개시는 개개의 하나 이상의 게이트 드라이버에 의해 제어되도록 구성된 하나 이상의 트랜지스터를 포함하는 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법을 특징으로 한다. 게이트 드라이버는 보조 전원에 의해 전력이 공급되도록 구성될 수 있다. 방법은 비교기에 의해 보조 전원의 값과 미리 결정된 임계값의 비교를 나타내는 신호를 생성하는 단계; 생성된 신호에 기초하여 장애 래치를 트리거링하는 단계로서, 상기 트리거링은 하나 이상의 트랜지스터의 개개의 게이트의 래치 온 상태를 야기하는 신호를 게이트 드라이버의 개개의 입력에 송신하는 단계를 포함하는, 상기 트리거링하는 단계; 하나 이상의 게이트 드라이버에 개별적으로 결합된 하나 이상의 스위치에 의해, 게이트 드라이버의 개개의 출력을 상기 개개의 트랜지스터 게이트로부터 연결해제하는 단계; 및 트랜지스터 게이트에 개별적으로 결합된 하나 이상의 게이트 홀드업 회로에 의해, 일정 시산 기간 동안 개개의 트랜지스터 게이트의 래치 온 상태를 유지하는 단계를 포함한다.
예시적인 방법의 다양한 실시예는 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 시간 기간은 무선 전력 수신기의 공진기에 유도된 전압과 관련된 지속기간과 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다. 보조 전원은 전압원일 수 있다. 시간 기간은 보조 전원의 값이 0볼트인 지속기간과 적어도 부분적으로 중첩할 수 있다. 하나 이상의 게이트 드라이버는 무선 전력 수신기의 동조 가능한 정합 네트워크의 개개의 트랜지스터 게이트를 구동하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 게이트 드라이버는 무선 전력 수신기의 정류기 입력 또는 정류기 출력에 결합된 보호 회로의 개개의 트랜지스터 게이트를 구동하도록 구성될 수 있다. 보조 전원의 값은 전압 값일 수 있다. 신호는 보조 전원의 값이 미리 결정된 임계값보다 높거나 낮은지 여부를 나타낼 수 있다.
하나 이상의 게이트 홀드업 회로는 각각 적어도 하나의 풀업 저항기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 게이트 홀드업 회로는 각각 시간 기간에 기초한 커패시턴스 값을 갖는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 상기 기간은 2초 이하일 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시는 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트들에 대한 보호 회로를 특징으로 한다. 하나 이상의 컴포넌트는 개개의 게이트 드라이버에 의해 제어되도록 구성된 하나 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 게이트 드라이버는 보조 전원에 의해 전력이 공급되도록 구성할 수 있다. 회로는 보조 전원의 값의 미리 결정된 임계값에 대한 비교를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 비교기, 및 비교기에 결합된 장애 래치를 포함할 수 있다. 장애 래치는 생성된 신호에 기초하여 트리거링하고, 게이트 드라이버의 개개의 입력에 신호를 송신하여 하나 이상의 트랜지스터의 개개의 게이트의 래치 온 상태를 야기하도록 구성될 수 있다. 회로는 하나 이상의 게이트 드라이버에 개별적으로 결합되고, 게이트 드라이버의 개개의 출력을 개개의 트랜지스터 게이트로부터 연결해제하도록 구성된 하나 이상의 스위치, 및 트랜지스터 게이트에 개별적으로 결합되고 일정 시간 기간 동안 개개의 트랜지스터 게이트의 래치 온 상태를 유지하도록 구성된 하나 이상의 홀드업 회로를 포함할 수 있다.
예시적인 보호 회로의 다양한 실시예는 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 시간 기간은 무선 전력 수신기의 공진기에 유도된 전압과 관련된 지속기간과 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다. 보조 전원은 전압원일 수 있다. 상기 시간 기간은 보조 전원의 값이 0볼트인 지속기간과 적어도 부분적으로 중첩할 수 있다. 하나 이상의 게이트 드라이버는 무선 전력 수신기의 동조 가능한 정합 네트워크의 하나 이상의 개개의 트랜지스터 게이트를 구동하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 게이트 드라이버는 무선 전력 수신기의 정류기 입력 또는 정류기 출력에 결합된 보호 회로의 하나 이상의 개개의 트랜지스터 게이트를 구동하도록 구성될 수 있다. 보조 전원의 값은 전압일 수 있다. 신호는 보조 전원의 값이 미리 결정된 임계값보다 높거나 낮은지 여부를 나타낼 수 있다. 하나 이상의 게이트 홀드업 회로는 각각 적어도 하나의 풀업 저항기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 게이트 홀드업 회로는 각각 시간 기간에 기초한 커패시턴스 값을 갖는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 기간은 2초 이상일 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시는 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템을 특징으로 하며, 수신기는 적어도 하나의 트랜지스터 게이트를 포함한다. 시스템은 전력이 수신기에 결합된 부하로 송신되도록 하는 트랜지스터 게이트의 스위칭을 제어하기 위해 적어도 하나의 제어 신호를 제공하도록 구성된 게이트 드라이버; 및 게이트 드라이버에 결합되고 보호 신호를 생성하도록 구성된 제1 제어기를 포함할 수 있다. 보호 신호는 (i) 수신기의 하나 이상의 컴포넌트의 장애를 나타내는 장애 신호;(ii) 트랜지스터 게이트가 래치되어야 함 나타내는 신호 및/또는 (iii) 부족 전압(under voltage) 상태가 게이트 드라이버의 파워 서플라이에 존재함을 나타내는 적어도 하나의 부족 전압 신호를 포함할 수 있다. 생성된 보호 신호에 기초하여, 게이트 드라이버는 전력이 부하로 송신되지 않도록 트랜지스터 게이트를 래치하기 위해 제공된 제어 신호를 조정하도록 구성될 수 있다.
예시적인 시스템의 다양한 실시예는 다음의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 트랜지스터 게이트는 능동 정류기의 일부를 형성할 수 있다. 트랜지스터 게이트를 래치하도록 제어 신호를 조정하는 것은 능동 정류기 입력에서 단락이 발생할 수 있다. 트랜지스터 게이트는 능동 정류기의 로우 사이드 트랜지스터일 수 있다. 장애 신호는 게이트 드라이버의 파워 서플라이의 출력 전압이 미리 결정된 전압 레벨 미만임을 나타내는 부족 전압 신호를 포함할 수 있다. 조정된 제어 신호는 일정 시간 기간 동안 트랜지스터 게이트를 턴온하도록 구성할 수 있다. 파워 서플라이는 DC-DC 컨버터 또는 에너지 저장 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어 신호는 PWM(펄스 폭 변조) 신호일 수 있다. 시스템은 게이트 드라이버에 결합된 제2 제어기를 포함할 수 있고 PWM 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 제1 제어기와 제2 제어기는 별도의 제어기일 수 있다. 부하는 배터리일 수 있다. 시스템은 배터리의 전압 레벨을 나타내는 신호를 제2 제어기에 제공하도록 구성된 전압 레귤레이터를 더 포함할 수 있다. 제1 제어기는 무선 전력 수신기, 게이트 드라이버, 또는 파워 서플라이 중 적어도 하나와 연관된 하나 이상의 신호를 모니터링하여 보호 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
다른 양태에서, 본 개시는 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법을 특징으로 하고, 수신기는 적어도 하나의 게이트 드라이버에 의해 제어되도록 구성된 적어도 하나의 트랜지스터 게이트를 포함한다. 방법은 게이트 드라이버에 의해, 전력이 수신기에 결합된 부하에 송신되도록 트랜지스터 게이트의 스위칭을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 신호를 제공하는 단계 및 게이트 드라이버에 결합된 제1 제어기에 의해 보호 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 보호 신호는 (i) 수신기의 하나 이상의 컴포넌트의 장애를 나타내는 장애 신호;(ii) 트랜지스터 게이트가 래치되어야 함을 나타내는 신호 및/또는 (iii) 부족 전압 상태가 게이트 드라이버의 파워 서플라이에 존재함을 나타내는 적어도 하나의 부족 전압 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 방법은 수신된 보호 신호에 기초하여 게이트 드라이버에 의해, 전력이 부하로 송신되지 않도록 트랜지스터 게이트를 래치하도록 제공된 제어 신호를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 방법의 다양한 실시예는 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 트랜지스터 게이트는 능동 정류기의 일부를 형성할 수 있다. 트랜지스터 게이트를 래치하도록 제어 신호를 조정하는 것은 능동 정류기 입력에서 단락이 발생할 수 있다. 트랜지스터 게이트는 능동 정류기의 로우 사이드 트랜지스터일 수 있다. 장애 신호는 게이트 드라이버의 파워 서플라이의 출력 전압이 미리 결정된 전압 레벨 미만임을 나타내는 부족 전압 신호를 포함할 수 있다. 조정된 제어 신호는 일정 시간 기간 동안 트랜지스터 게이트를 턴온하도록 구성될 수 있다. 제어 신호는 PWM(펄스 폭 변조) 신호일 수 있다. 파워 서플라이는 DC-DC 컨버터 또는 에너지 저장 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어 신호는 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 포함할 수 있다. 방법은 게이트 드라이버에 결합된 제2 제어기에 의해, PWM 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 예시적인 무선 전력 시스템의 블록도이다.
도 2a-2d는 보조 전원에 결합된 예시적인 무선 전력 수신기의 개략도이다.
도 2e는 도 2a-2d의 무선 전력 수신기에서 예시적인 전압 신호를 예시하는 플롯이다.
도 3a-3d는 예시적인 보호 메커니즘을 포함하는 보조 전원에 결합된 예시적인 무선 전력 수신기의 개략도이다.
도 3e는 도 3c의 하나 이상의 트랜지스터에 결합된 예시적인 게이트 홀드업 회로(hold-up circuit)의 확대도이다.
도 3f는 도 3d의 트랜지스터에 결합된 예시적인 게이트 홀드업 회로의 확대도이다.
도 4a는 도 3a-3f에 예시된 예시적인 보호 메커니즘을 갖는 무선 전력 수신기의 예시적인 전압 신호를 예시하는 플롯이다.
도 4b는 장기간에 걸친 도 4a의 예시적인 전압 신호를 예시하는 플롯이다.
도 5는 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 6은 능동 정류를 이용하는 예시적인 무선 전력 시스템의 개략도이다.
도 7a는 도 7b-7c의 게이트 드라이버 시스템에 신호를 제공하도록 구성된 하나 이상의 컴포넌트를 나타내는 블록도이다.
도 7b-7c은 고장 모드에 대비해 도 7d의 무선 전력 수신기를 보호하기 위한 예시적인 게이트 드라이버 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 7d는 도 7b-7c의 예시적인 게이트 드라이버 시스템과 무선 전력 수신기의 예시적인 능동 정류기 사이의 연결을 나타내는 개략도이다.
도 8은 도 7a-7d의 회로와 관련된 다양한 신호의 로직 테이블이다.
도 9a-9b는 무선 전력 수신기의 예시적인 정류기에서 도 7a-7d의 게이트 드라이버 시스템과 관련된 예시적인 신호를 예시한다.
도 10은 무선 전력 수신기의 보호 모드 동안 트랜지스터 게이트를 구동하기 위한 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 11은 본 명세서에 설명된 시스템 및 방법을 구현하는데 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도이다.
무선 전력 시스템의 컴포넌트(들)를 보호하기 위한 시스템 및 방법의 예시적인 실시예가 본 명세서에 개시된다. 특히, 예시적인 시스템 및 방법은 컴포넌트(들)를 제어하는 공급 회로부에 사용되는 보조 전력의 감소로 인한 과전압(over-voltage) 상태로부터 무선 전력 수신기의 컴포넌트(들)를 보호할 수 있다.
무선 전력 시스템
도 1은 예시적인 보조 드롭아웃 보호를 위한 시스템을 포함하는 예시적인 무선 전력 시스템(100)의 블록도이다. 시스템(100)은 무선 전력 송신기(102) 및 무선 전력 수신기(104)를 포함한다. 송신기(104)에서, 파워 서플라이(105)(예를 들어, AC 주전원, 배터리 등)는 인버터(108)에 전력을 제공한다. 추가 컴포넌트는 인버터 스테이지(108) 이전에 역률 보정(PFC) 회로(106)를 포함할 수 있다. 인버터(108)는 임피던스 정합 네트워크(110)(고정 및/또는 동조 가능한 네트워크 컴포넌트 포함)를 통해 송신기 공진기 코일 및 용량성 컴포넌트(112)("공진기")를 구동한다. 공진기(112)는 수신기 공진기(114)에서 전류 및/또는 전압을 유도하는 발진 자기장을 생성한다. 수신된 에너지는 임피던스 정합 네트워크(116)(고정 및/또는 동조 가능한 네트워크 컴포넌트 포함)를 통해 정류기(118)에 제공된다. 궁극적으로, 정류된 전력은 부하(120)(예를 들어, 전기 또는 하이브리드 차량의 하나 이상의 배터리)에 제공된다. 일부 실시예들에서, 배터리 전압 레벨은 무선 전력 시스템(100)의 다양한 파라미터들(예를 들어, 임피던스)에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 배터리 전압 레벨은 무선 전력 시스템(100)의 다른 부분들에 대한 입력으로서 제공되도록 수신, 결정 또는 측정될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차의 전형적인 배터리 전압 범위는 280-420V 등을 포함한다.
일부 실시예에서, 송신기(102)의 하나 이상의 컴포넌트는 통신 모듈(예를 들어, Wi-Fi, 라디오, 블루투스, 대역내(in-band) 시그널링 메커니즘 등)을 포함할 수 있는 제어기(122)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 송신기(102)의 하나 이상의 컴포넌트는 하나 이상의 센서(124)(예를 들어, 전류 센서(들), 전압 센서(들), 전력 센서(들), 온도 센서(들), 장애 센서(fault sensor)(들) 등)에 결합될 수 있다. 제어기(122) 및 센서(들)(124)는 센서(들)(124) 및 센서(들)(128)로부터의 피드백 신호에 기초하여 송신기(102)의 제어 부분에 작동 가능하게 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 수신기(104)의 하나 이상의 컴포넌트는 통신 모듈(예를 들어, Wi-Fi, 라디오, 블루투스, 대역내 시그널링 메커니즘 등)을 포함할 수 있는 제어기(126)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 송신기(102)의 하나 이상의 컴포넌트는 하나 이상의 센서(128)(예를 들어, 전류 센서(들), 전압 센서(들), 전력 센서(들), 온도 센서(들), 장애 센서(들) 등)에 결합될 수 있다. 제어기(126) 및 센서(들)(128)는 센서(들)(124) 및 센서(들)(128)로부터의 피드백 신호에 기초하여 송신기(102)의 제어 부분에 작동 가능하게 결합될 수 있다.
무선 전력 시스템의 예는 "무선 에너지 전달 시스템"이라는 제목으로 2010년 6월 10일에 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 2010/0141042 및 "차량용 무선 에너지 전송"이라는 제목으로 2012년 5월 10일에 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 2012/0112535에서 찾을 수 있고, 이들 둘 모두는 전체 내용이 참고로 본 명세서에 통합된다.
일부 실시예에서, 예시적인 임피던스 정합 네트워크(110, 116)는 하나 이상의 가변 임피던스 성분을 포함할 수 있다. 하나 이상의 가변 임피던스 성분은 본 명세서에서 함께 "동조 가능한(tunable) 정합 네트워크(TMN)"로 지칭될 수 있다. TMN은 무선 전력 송신기(102) 및/또는 수신기(104)의 임피던스(예를 들어, 리액턴스를 포함)를 조정하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 동조 가능한 정합 네트워크(들)는 "동조 가능한 리액턴스 회로(들)"로 지칭될 수 있다. 일부 애플리케이션, 예를 들어, 무선 전력 송신에서, 무선 전력 송신기(102) 및 수신기(104)에 의해 보여지는 임피던스는 동적으로 변할 수 있다. 이러한 애플리케이션에서, 수신기 공진기 코일(114)과 부하(120) 사이, 그리고 송신기 공진기 코일(112)과 인버터(108) 사이의 임피던스 정합은 불필요한 에너지 손실과 과도한 열을 방지하기 위해 요구될 수 있다.
공진기 코일에 의해 경험되는 임피던스는 동적일 수 있으며, 이 경우 동적 임피던스 정합 네트워크는 시스템 (100)의 성능(예를 들어, 효율성, 전력 전달 등)을 개선하기 위해 가변 임피던스에 정합하도록 제공될 수 있다. 무선 전력 시스템(100)의 파워 서플라이(105)의 경우, 인버터(108)에 로딩되는 임피던스는 전력을 수신하는 부하(120)(예를 들어, 배터리 또는 배터리 충전 회로부(circuitry))의 변화와 송신기(102)와 수신기(104) 사이의 결합의 변화로(예를 들어, 송신기 및 수신기 공진기 코일의 상대 위치의 변화에 의해 유발됨) 인해 매우 가변적일 수 있다. 유사하게, 수신기 공진기(114)에 부하를 가하는 임피던스는 전력을 수신하는 부하(120)의 변화로 인해 동적으로 변화될 수 있다. 또한, 수신기 공진기(114)에 대한 원하는 임피던스 정합은 다른 결합 조건 및/또는 전력 공급 조건에 따라 상이할 수 있다.
따라서, 예를 들어, 고 공진 무선 전력 전송을 통해 전력을 송신 및/또는 수신하는 전력 송신 시스템은 효율적인 전력 송신을 유지하기 위해 임피던스 정합 네트워크(110, 116) 구성 또는 수정하는 것이 요구될 수 있다. TMN의 하나 이상의 컴포넌트는 특정 컴포넌트에 의해 달성 가능한 최소 임피던스와 최대 임피던스 사이의 임피던스를 제시하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 달성 가능한 임피던스는 무선 전력 시스템(100)의 동작 주파수(예를 들어, 80kHz 내지 90kHz)에 의존할 수 있다. 이 구성은 연속적으로, 간헐적으로, 또는 전력 송신의 특정 지점(예를 들어, 전력 송신 시작에서)에서 수행될 수 있다. 동조 가능한 정합 네트워크의 예는 "무선 전력 전송 시스템 제어"라는 제목으로 2017년 8월 3일에 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 2017/0217325와 "PWM 커패시터 제어"라는 제목으로 2017년 8월 10일에 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 2017/0229917에서 찾아볼 수 있고, 둘 모두의 전체 내용이 참고로 본 출원에 통합된다.
고전력 무선 전력 송신기는 고전력에 의존하는 차량, 산업 기계, 로봇 또는 전자 장치의 전력 공급 및/또는 배터리 충전과 같은 애플리케이션에서 무선 전력을 전송하도록 구성될 수 있다. 예시의 목적으로, 이하의 개시는 차량용 무선 전력 전송에 초점을 맞춘다. 그러나, 본 명세서에 설명된 실시예 중 임의의 하나 이상이 무선 전력이 이용될 수 있는 다른 애플리케이션에 적용될 수 있다는 것이 이해된다.
보조 전력 드롭아웃
일부 실시예에서, 무선 전력 수신기(104)는 보조 전력(202)의 소스에 결합될 수 있다. 도 2a-2d는 보조 전원(202)에 결합된 예시적인 무선 전력 수신기(총체적으로 수신기(200)로 지칭됨)의 부분(200a, 200b, 200c, 200d) 각각의 개략도이다. 예를 들어, 보조 전원(202)은 수신기(104)의 하나 이상의 컴포넌트에 전력을 제공할 수 있다. 이들 컴포넌트는 동조 가능한 정합 네트워크(TMN)(206)의 트랜지스터(들)(204b)(예를 들어, 전계 효과 트랜지스터(들)(FET))의 게이트 드라이버(들)(204a), 정류기(212)의 출력에서 보호 회로(210)의 트랜지스터(208b)(예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT))의 드라이버(208a) 등을 포함할 수 있다. 본 명세서의 예시적인 시스템 및 방법은 FET(예를 들어, 접합 FET, 금속 산화물 반도체 FET(MOSFET)), IGBT, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 등을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다양한 유형의 트랜지스터와 함께 동작하도록 구성될 수 있다는 것에 유의한다.
일부 경우에, 이 보조 전원(202)은 트랜지스터(204b, 208b)의 게이트에 절연 전원을 제공하는 데 유리할 수 있으며, 이는 저전압 제어 회로부의 노이즈 내성을 증가시킬 수 있다. 이하에 추가로 논의되는 바와 같이, 보조 전원(202)에 의해 공급되는 전력이 감소하거나 드롭아웃되면(예를 들어, 12V 전력 레일(power rail)을 통해), 트랜지스터(204b 및/또는 208b)의 게이트는 턴온 상태로 유지되어 무선 전력 송신기(102)가 수신기 공진기(214) 상의 전압을 유도하기 때문에 과전압 상태를 방지할 수 있다. 예를 들어, 보조 전력을 공급하도록 구성된 배터리의 전압 레벨은 예를 들어, 배터리를 충전하기 위한 교류 발전기(alternator) 없이 감소할 수 있다.
비교를 위해, 도 2a-2d에 제공된 예에서, 무선 전력 수신기(200)는 보조 전력 드롭아웃 동안에 수신기(200)를 위험으로부터 보호하기 위한 보조 전력 드롭아웃 보호 회로를 포함하지 않는다. 도 2e는 무선 전력 수신기(200)의 예시적인 전압 신호를 예시하는 플롯이다. 특히, 보조 전원의 12V 레일(전압 신호(216))이 감소하면, 트랜지스터 게이트(예를 들어, 게이트)에서 결정된 전압도 감소한다(예를 들어, 드라이버 공급 출력이 감소하거나 드롭아웃됨). 예를 들어, 트랜지스터(204b)와 관련된 게이트 스위칭을 나타내는 전압 신호(218)는 시간이 지남에 따라 감소한다. 트랜지스터(208b)와 관련된 게이트 스위칭을 나타내는 전압 신호(220)는 (전압 신호(216)로 표시되는) 보조 전력 드롭아웃 보호 회로의 부재로 인해 0으로 유지된다. 이 예에서 신호(216, 218, 220)는 1ms 이내에 거의 0 또는 0볼트로 간다. 무선 전력 송신기(102)가 수초 동안 계속해서 자기장을 발생시켜, 수신기 공진기(예를 들어, 공진기(214))에 수초 동안 전압을 유도하면, 트랜지스터(204b) 및 정류기(212)의 다이오드는 고장 위험에 취약해지고 및/또는 트랜지스터와 다이오드가 턴오프 있기 때문에 과전압 상태로 인한 피해를 입는다.
보호 시스템 및 방법
도 3a 내지 도 3d는 예시적인 보호 메커니즘을 포함하는 보조 전원(202)에 결합된 예시적인 무선 전력 수신기(총칭하여 수신기(300)라고 함)의 부분(300a, 300b, 300c, 300d) 각각의 개략도이다. 보호 메커니즘은 장애 래치(fault latch)(302) 및 하나 이상의 게이트 홀드업 회로(hold-up circuit)(304a, 304b, 306)를 포함하여 상기에서 논의한 바와 같이 트랜지스터(204b) 및 정류기 다이오드(212)를 잠재적인 과전압 상태로부터 보호할 수 있다. 게이트 홀드업 회로(304a, 304b)의 예는 트랜지스터(들)(204b)와 게이트 드라이버(들)(204a) 사이에 결합된다. 예시적인 게이트 홀드업 회로(306)는 트랜지스터(208b)와 게이트 드라이버(208a) 사이에 결합된다. 도 3e는 하나 이상의 트랜지스터(204b)에 결합된 예시적인 게이트 홀드업 회로(304a)의 확대도이다. 제공된 예에서, 게이트 홀드업 회로(304b)는 게이트 홀드업 회로(304a)와 동일하거나 거의 동일하다. 따라서, 논의 관련 회로(304a)는 회로(304b)에 적용될 수 있다. 도 3f는 트랜지스터(208b)에 결합된 예시적인 게이트 홀드업 회로(306)의 확대도이다.
도 4a는 도 3a-3f의 예시적인 보호 메커니즘을 갖는 무선 전력 수신기(300)의 예시적인 전압 신호를 예시하는 플롯이다. 도 4b는 장기간에 걸친 도 4a의 예시적인 전압 신호를 예시하는 플롯이다. 도 5는 무선 전력 수신기(300)의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 예시적인 방법(500)의 흐름도이다. 단순함을 위해, 다양한 컴포넌트가 아래에서 그룹(예를 들어, 트랜지스터(204b, 208b))으로 지칭된다는 점에 유의한다. 그러나, 본 명세서에서 논의된 예시적인 방법 및 시스템은 무선 전력 수신기(104)의 단일 컴포넌트 또는 컴포넌트의 서브세트(예를 들어, 트랜지스터(들)(204b), 트랜지스터(208b), 트랜지스터(들)(204b)의 트랜지스터 Qtmna1) 등)에 이용 및/또는 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 보조 전원(202)이 "보조 전력 드롭아웃(Auxiliary Power Dropout)"이라는 표제하에 상기에서 설명된 바와 같이 다양한 컴포넌트에 대한 전력 공급을 중단할 때 보조 드롭아웃 보호가 활성화될 수 있다. 결과적으로, 12 V 레일(신호 216)은 0볼트로 감소한다. 이 시간 동안, 송신기(102)가 수신기(104)에 전압을 유도하는 경우, 보조 전원에 의존하는 컴포넌트(들)에 해를 끼칠 위험이 있다.
도 3a 내지 도 5를 함께 참조하면, 단계 (502)에서, 장애 래치(302)의 비교기는 보조 전원(202)의 값과 미리 결정된 임계값 또는 범위의 비교를 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 값은 보조 전력 레일 전압일 수 있다. 전압 값은 미리 결정된 임계 전압 또는 미리 결정된 전압 범위와 비교될 수 있다. 일부 실시예에서, 신호는 값이 미리 결정된 임계값 초과인지, 임계값인지, 또는 임계값 미만인지를 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 미리 결정된 임계값은 보조 전원(202)의 예상 출력보다 3%와 10% 사이이다. 예를 들어, 대략 12V의 전압을 제공하도록 구성된 보조 전원에 대해, 미리 결정된 임계값(400)은 11V(12V 보다 8.3% 아래) 이하일 수 있다. 이 예에서, 장애 래치는 보조 전원(202)이 11V 미만의 전압을 제공할 때 단계(504)에 따라 트리거링될 수 있다. 일부 실시예에서, 신호는 값이 미리 결정된 범위 내에 있는지 또는 밖에 있는지 여부를 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 미리 결정된 범위는 보조 전원(202)의 예상 출력 범위를 벗어난 ±3%에서 ±10%이다. 예를 들어, 대략 12V의 전압을 제공하도록 구성된 보조 전원의 경우, 미리 결정된 범위는 11-13V일 수 있다. (12V에 대해 ±8.3%). 이 예에서, 장애 래치는 보조 전원(202)이 11V 미만 또는 13V 초과의 전압을 제공할 때 단계(504)에 따라 트리거링될 수 있다. 도 4a-4b에 도시된 바와 같이, 예시적인 보조 전원(202)의 12V 레일을 나타내는 신호(216)는 시간 t1에서 대략 12V로부터 감소한다.
단계 (504)에서, 메커니즘(302)의 장애 래치는 생성된 신호에 기초하여 트리거링될 수 있다(t2에서 상승하는 신호(402) 참조). 이것은 트랜지스터 게이트(예를 들어, 트랜지스터(204b 또는 208b)의)를 턴온 하거나 래칭하는 결과를 초래할 수 있다. 일부 실시예에서, 장애 래치의 트리거 시에, 하나 이상의 신호가 게이트 드라이버(204a, 208a)의 입력으로 송신되어 트랜지스터 게이트가 하이 래치(래치된 온 상태(latched-on state))되도록 할 수 있다. 도 4a-4b에서, 장애 래치 출력을 나타내는 신호(402)는 장애 래치가 트리거되었음을 나타내는 시간 t2에서 0V에서 대략 3.3V로 간다. 대략 시간 t2에서, TMN 트랜지스터(들)(204b)의 게이트(들)는 하이(high)를 래치한다. 약간의 전파 지연 후, 대략 시간 t3에서, 보호 회로 트랜지스터(208b)의 게이트는 하이를 래치한다.
단계 (506)에서, 게이트 드라이버(들)(204a, 208a)의 출력(들)은 t4 및 t5 각각에서 트랜지스터(204b, 208b)의 각각의 게이트로부터 하나 이상의 개별 스위치(스위칭 회로라고도 함)(308, 310)를 통해 연결해제(disconnect)될 수 있다. 일부 실시예에서, 게이트 드라이버 출력의 연결해제는 장애 래치의 트리거링 후 50 마이크로초 내, 70 마이크로초 내, 100 마이크로초 내 등에서 발생할 수 있다. 예시적인 스위칭 회로(308)는 다음을 포함할 수 있다:
Figure pct00001
게이트 드라이버 B1 및 B2에 대한 공급 전압 +15Vb가 홀드업(hold-up) 전압 +15Vhub 아래로 드롭(drop)될 때 트랜지스터 Q1을 턴온하도록 구성된 노드 N1 및 노드 N2에 결합된 입력을 갖는 비교기 U1;
Figure pct00002
트랜지스터 Q1이 오프될 때 다음을 포함하여 트랜지스터 NMOS1 및 NMOS2를 턴온하도록 구성된 저항기 분배기:
o 노드 N1과 노드 N4 사이에 결합된 저항기 R1;
o 노드 N3과 노드 N4 사이에 결합된 저항기 R2;
Figure pct00003
이미터(emitter)가 노드 N3에 결합되고, 콜렉터(collector)가 노드 N4에 결합되며, 베이스(base)가 비교기 U1에 의해 턴온될 때 트랜지스터 NMOS1 및 NMOS2를 턴오프하도록 구성된 비교기 U1의 출력에 결합된 NPN 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) Q1.
Figure pct00004
게이트가 노드 N4에 결합되고, 드레인이 노드 N5에 결합되고, 소스가 노드 N3에 결합되어, Q1에 의해 턴오프될 때 트랜지스터 PMOS1을 턴오프하도록 구성된 N-채널 MOS 트랜지스터 NMOS1;
Figure pct00005
게이트가 노드 N4에 결합고, 드레인이 노드 N6에 결합되고, 및 소스가 노드 N3에 결합되어, 트랜지스터 Q1에 의해 턴오프될 때 트랜지스터 PMOS2를 턴오프하도록 구성된 N-채널 MOS 트랜지스터 NMOS2;
Figure pct00006
트랜지스터 NMOS1이 온 일 때 트랜지스터 PMOS1을 홀드 온(hold on)하고, 트랜지스터 NMOS1이 오프 일 때 트랜지스터 PMOS1을 방전 및 유지하도록 구성된 노드 N5와 노드 N7 사이에 병렬로 연결된 커패시터 C1 및 저항기 R3;
Figure pct00007
게이트가 노드 N5에 결합되고, 드레인이 게이트 드라이버 B1의 출력에 결합되고, 소스가 노드 N7에 결합되어, 트랜지스터 NMOS1에 의해 턴오프될 때 트랜지스터 Qtmnb2에서 게이트 드라이버 B1을 연결해제하도록 구성된 P-채널 MOS 트랜지스터 PMOS1;
Figure pct00008
트랜지스터 NMOS2가 온일 때 트랜지스터 PMOS2를 홀드 온하고, 트랜지스터 NMOS2가 오프일 때 트랜지스터 PMOS2오프를 유지하도록 구성된 노드 N6과 노드 N8 사이에 병렬로 결합된 커패시터 C2 및 저항기 R4; 및
Figure pct00009
게이트가 노드 N6에 결합되고, 드레인이 게이트 드라이버 B2의 출력에 결합되고, 소스가 노드 N8에 결합되어, 트랜지스터 NMOS2에 의해 턴오프될 때 트랜지스터 Qtmnb1에서 게이트 드라이버 B2를 연결해제하도록 구성된 P-채널 MOS 트랜지스터 PMOS2.
이 예시적인 실시예에서, 하나의 목적은 트랜지스터 Qtmnb2 및 Qtmnb1로부터 게이트 드라이버 B1 및 B2의 출력을 연결해제하는 것이다. 따라서, P-채널 MOSFET(예를 들어, PMOS1 및 PMOS2)은 게이트 전압을 소스 전압 아래로 풀링(pull)하여 턴온되기 때문에 하이 사이드 경로(high-side path)와 직렬로 연결되도록 선택되었다. P-채널 MOSFET 게이트를 -5Vb에 연결하기 위해 N-채널 MOSFET(예를 들어, 각각 NMOS1 및 NMOS2)을 사용함으로써, 드라이버 (B1 및 B2 )가 하이일때, P-채널 MOSFET 소스가 +15V 이면 P-채널 MOSFET이 턴온될 수 있다. P-채널 MOSFET은 소스-게이트 전압이 각각 커패시터 C1 및 C2에 의해 홀드 온되기 때문에 드라이버 출력이 -5Vb로 낮아진 후 짧은 시간 기간 동안 온 상태를 유지할 수 있다. N-채널 MOSFET을 턴 오프함으로써, P-채널 MOSFET 게이트가 -5Vb로부터 연결해제되고 소스-게이트 커패시터 C1 및 C2 양단의 각 전압은 개별적으로 저항기 R3 및 R4를 통해 방전되어 제로(0)V로 감소한다. 비교기 U1이 게이트 공급 전압 +15Vb가 +15Vhub 아래로 드롭되었음을 검출하면 N-채널 MOSFET을 턴오프 될 수 있다.
예시적인 스위칭 회로(310)는 다음을 포함할 수 있다:
Figure pct00010
노드 N10과 N11 사이에 결합되고, 지정된 전압을 차단하도록 다이오드 DZ1을 통한 전류를 허용하도록 구성된 저항기 R5;
Figure pct00011
노드 N11과 노드 N12 사이에 결합되고, 저항기 R5와 결합될 때, +15Vg가 다이오드 DZ1의 제너 전압에 트랜지스터 NMOS3의 게이트 전압 임계값을 더한 값보다 클 때 트랜지스터 NMOS3을 턴온된 상태로 유지하도록 구성된 제너 다이오드 DZ1;
Figure pct00012
게이트가 노드 N11에 결합되고, 드레인이 노드 N13에 결합되고, 소스가 노드 N10에 결합되어, +15Vg가 다이오드 DZ1의 제너 전압과 트랜지스터 NMOS3의 게이트 전압 임계값을 더한 값 미만으로 드롭될 때 트랜지스터 PMOS3를 턴오프하도록 구성된 N-채널 MOS 트랜지스터 NMOS3;
Figure pct00013
게이트가 노드 N13에 결합되고, 드레인이 게이트 드라이버 B3의 출력에 결합되고, 소스가 노드 N14에 결합되고, 트랜지스터 NMOS3에 의해 턴오프될 때 트랜지스터 Qprot으로부터 게이트 드라이버 B3을 연결해제하도록 구성된 P-채널 MOS 트랜지스터 PMOS3; 및
Figure pct00014
노드 N13과 노드 N14 사이에 병렬로 결합되고 트랜지스터 NMOS3이 온일 때 트랜지스터 PMOS3을 홀드 온(hold on)하고 트랜지스터 NMOS2가 오프일 때 트랜지스터 PMOS3을 오프 상태로 유지하도록 구성된 커패시터 C3 및 저항기 R6.
이 예시적인 실시예에서, 하나의 목적은 Qprot으로부터 B3의 출력을 연결해제하는 것이다. 따라서 P-채널 MOSFET(예를 들어, PMOS3)은 게이트 전압을 소스 전압 아래로 풀링하여 턴온하기 때문에 하이 사이드 경로(high-side path)와 직렬로 연결되도록 선택되었다. P-채널 MOSFET 게이트를 0Vg에 연결하기 위해 N-채널 MOSFET(예를 들어, NMOS3)을 사용함으로써, 드라이버 B3의 출력이 하이일 때 P-채널 MOSFET 소스가 +15V이면, P-채널 MOSFET이 턴온될 수 있다. P-채널 MOSFET은 소스-게이트 전압이 커패시터 C3에 의해 홀드 온되기 때문에 드라이버 출력이 0Vg로 낮아진 후 짧은 시간 기간 동안 켜져 온 상태를 유지할 수 있다. N-채널 MOSFET을 턴오프시킴으로써, P-채널 MOSFET 게이트는 0Vg에서 연결해제되고, 소스-게이트 커패시터 C3 양단의 전압은 저항기 R6을 통해 방전함으로써 제로(0)V로 감소한다. +15Vg가 다이오드 DZ1의 제너 전압과 NMOS3 게이트 임계 전압을 더한 값 아래로 드롭되면 N 채널 MOSFET을 턴오프될 수 있다.
도 4a-4b를 참조하여, 신호(404a), 비교기 U1의 출력 및 NMOS1 및 NMOS2의 게이트 소스 전압은 t3에서, 시간 t4에서 TMN 트랜지스터(들)(204b)의 게이트로부터 게이트 드라이버(204a)의 출력(들)의 연결해제를 시작하는 제로(0) V로 드롭된다. 시간 t5에서 신호(404b), NMOS3의 게이트 전압은 NMOS3의 게이트 임계 전압 아래로 드롭되고 보호 회로 트랜지스터(들)(208b)의 게이트로부터 게이트 드라이버(208a)의 출력(들)의 연결해제를 개시한다. 스위치의 전압은 시간 t1 또는 그 근처에서 감소하기 시작한다는 것에 유의한다.
단계(508)에서, 트랜지스터(204b, 208b)의 각 게이트의 래치 온 상태는 트랜지스터(204b, 208b)의 게이트에 결합된 각각의 게이트 홀드업(hold-up) 회로(312, 314)를 통해 홀드 또는 유지될 수 있다. 예시적인 게이트 홀드-업 회로(312)는 다음을 포함할 수 있다:
Figure pct00015
노드 N7과 노드 N2 사이에 결합되고, 트랜지스터 PMOS1이 게이트 드라이버 B1으로부터 트랜지스터 Qtmnb2를 연결해제할 때 트랜지스터 Qtmnb2의 게이트를 +15Vhub로 풀링하도록 구성된 저항기 Rhu1;
Figure pct00016
노드 N2와 노드 N8 사이에 결합되고, 트랜지스터 PMOS2가 게이트 드라이버 B2로부터 트랜지스터 Qtmnb1을 연결해제될 때 트랜지스터 Qtmnb1의 게이트를 +15Vhub로 풀링하도록 구성된 저항기 Rhu2;
Figure pct00017
노드 N9와 노드 N2 사이에 결합되고, +15Vb가 드롭 아웃된 후 노드 N2, +15Vhub 및 트랜지스터 Qtmnb2 및 Qtmnb1의 게이트 상에 충분한 전하를 저장하고 고전압을 유지하도록 구성된 커패시터 Chu1; 및
Figure pct00018
노드 N2와 노드 N1 사이에 결합된 저항기 Rhu3과 직렬로 연결되고, +15Vg에 여전히 전압을 갖는 동안 커패시터 Chu1을 충전하고 +15Vb가 드롭아웃된 후 커패시터 Chu1이 방전되는 것을 방지하도록 구성된 다이오드 Dhu1.
이 예시적인 실시예에서, 하나의 목적은 +15Vb가 드롭아웃된 후에 홀드업된 트랜지스터 Qtmnb2 및 Qtmnb1의 게이트를 유지하기 위한 전압 소스를 생성하는 것이다. 벌크 커패시터 Chu1은 +15Vb에 여전히 전압이 있을 때 저항기 Rhu3과 직렬로 연결된 다이오드 Dhu1을 통해 충전될 수 있으며, +15Vb가 Rhu1 및 Rhu2를 통해 각각 드롭아웃된 후 트랜지스터 Qtmnb2 및 Qtmnb1의 게이트에 전압을 공급할 수 있다.
예시적인 게이트 홀드업 회로(314)는 다음을 포함할 수 있다:
Figure pct00019
노드 N14와 노드 N15 사이에 결합되고, 트랜지스터 PMOS3이 게이트 드라이버 B3로부터 트랜지스터 Qprot를 연결 해제할 때 트랜지스터 Qprot의 게이트를 +15Vhug로 풀링(pull)하도록 구성된 저항기 Rhu4;
Figure pct00020
노드 N15와 노드 N16 사이에 결합되고, +15Vg가 드롭아웃된 후 노드 N15, +15Vhug 및 트랜지스터 Qprot의 게이트 상에 충분한 전하를 저장하고 고 전압을 유지하도록 구성된 커패시터 Chu2; 및
Figure pct00021
노드 N15와 노드 N12 사이에 결합되고, +15Vg에 여전히 전압을 갖는 동안 커패시터 Chu2를 충전하고, +15Vg가 드롭아웃된 후 커패시터 Chu2가 방전되는 것을 방지하도록 구성된 저항기 Rhu5와 직렬로 연결된 다이오드 Dhu2.
이 예시적인 실시예에서, 하나의 목적은 +15Vb가 드롭아웃된 후에 트랜지스터 Qprot의 게이트를 홀드업 상태로 유지하기 위한 전압 소스를 생성하는 것이다. 벌크 커패시터 Chu2는 +15Vb에 여전히 전압이 가질 때 저항기 Rhu5와 직렬로 연결된 다이오드 Dhu2를 통해 충전될 수 있으며, 그런 다음 Rhu4를 통해 +15Vg가 드롭아웃된 후 트랜지스터 Qprot의 게이트에 전압을 공급할 수 있다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하여, 신호(406a), TMN 트랜지스터(204b)의 게이트 전압은, 시간 t4 및 그 이후에 TMN 트랜지스터(204b) 게이트의 래치 온(latch-on) 상태의 유지를 나타낸다. 시간 t5 및 그 이후의 신호(406b), 보호 회로 트랜지스터(208b)의 게이트 전압은 보호 회로 트랜지스터(208b)의 게이트의 래치 온 상태의 유지를 나타낸다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 홀드업 회로(312, 314)는 트랜지스터(204b, 208b)의 각각의 게이트를 보조 전력이 0V로 또는 그 근처로 드롭된 후 일정 시간 기간 동안 홀드업되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 게이트(들)는 보조 전력이 0V로 또는 거의 0V로 드롭된 후 1초 이하, 2초 이하, 3초 이하 또는 그 이상 동안 홀드업될 수 있다. 예를 들어, 도 4b에서 게이트는 보조 전력이 0V이거나 0V에 가까운 한 홀드업된다.
일부 실시예에서, 홀드업 회로(들)(312, 314)는 트랜지스터 게이트의 래치 온 상태를 유지하기 위한 풀업 저항(들)을 포함한다. 예를 들어, 홀드업 회로(312)는 풀업(pull-up) 저항기(들) Rhu1 및 Rhu2(예를 들어, 10kΩ 저항기(들))를 포함하고, 홀드업 회로(314)는 풀업 저항기 Rhu5(예를 들어, 100kΩ 저항기(들))를 포함하되, 각각의 홀드업 커패시터에 결합된다. 일부 실시예에서, 커패시터 Chu1 및 Chu2의 각각의 커패시턴스 값은 송신기(102)가 수신기(104)의 공진기에 전압을 유도하고 있는 예상되는 시간 동안 홀드업 회로(들)(312, 314)가 트랜지스터 게이트의 래치 온 상태를 유지할 수 있도록 선택될 수 있다. 전형적으로, 커패시턴스 값이 클수록 게이트의 래치 온 상태가 더 오래 유지될 수 있다. 커패시터 Chu1 및 Chu2 각각에 대한 예시적인 홀드업 커패시턴스 값은 1mF이다. 일부 실시예에서, 래치 온 상태를 유지하기 위한 노력에서 캐패시터 Chu1 및 Chu2의 각각의 방전 전류가 낮은 것이 유리할 수 있다. 방전 전류(discharge current)는 트랜지스터(204b, 208b)의 게이트 누설 전류(IGSS)와 스위칭 회로(308, 310)에 있는 MOSFET의 드레인 누설 전류(IDSS)로부터 온다.
홀드업 커패시터Chu2 방전율의 계산 예는 다음과 같다:
Figure pct00022
송신기(102)가 수신기(104)의 공진기 상의 전압을 유도하는 한 홀드업 커패시터 전압이 트랜지스터(204b 및 208b) 게이트 임계 전압보다 높게 유지되는 것이 유리하다. 예시적인 타겟 홀드업 지속시간은 2초이고, 트랜지스터(208b) Qprot의 예시적인 게이트 임계 전압은 7.5V이고, 홀드업 커패시터 Chu2 상의 예시적인 방전 전류는 2.4uA이다. 이러한 요구 사항에 대한 최소 홀드업 커패시터 계산의 예는 다음과 같다:
Figure pct00023
일부 실시예에서, 보조 전원의 값이 예상 값(또는 값의 범위 내)으로 복귀하면 게이트가 해제된다(예를 들어, 더 이상 홀드업 회로(312, 314)에 의해 홀드업되지 않음).
게이트 드라이버 동작
예시적인 무선 전력 수신기에서, 능동 정류는 부하에 전력을 공급하거나 배터리(120)를 충전하기 위해 원하는 DC 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다. 능동 정류는 정류기를 형성하도록 결합된 능동 제어 스위치를 사용한다(예를 들어, 하프 브리지(half-bridge) 구성 또는 풀 브리지(full-bridge) 구성). 스위치는 트랜지스터(예를 들어, FET, MOSFET, BJT, IGBT 등)를 포함할 수 있다. 예시적인 무선 전력 시스템에서, 능동 정류기는 무선 전력 수신기에서 수신된 발진 전류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 데 사용될 수 있으며, 이는 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이 궁극적으로 에너지를 부하로 전달하는 데 사용될 수 있다.
도 6은 능동 정류를 이용하는 예시적인 무선 전력 시스템(600)의 개략도이다. 예시적인 시스템(600)은 무선 전력 송신기(602) 및 수신기(604)를 포함한다. 예시적인 송신기(602)는 필터 회로(608)(이는 예를 들어, 하나 이상의 유도성 컴포넌트 L3tA, L3tB, 하나 이상의 용량성 컴포넌트 등을 포함할 수 있음)에 결합된 인버터(606)(예를 들어, 하프 브리지 인버터 또는 풀 브리지 인버터)를 포함한다. 인버터(606)는 2개 이상의 스위치(예를 들어, 트랜지스터 Q1, Q2, Q3, 및 Q4)를 포함할 수 있다. 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4)는 개별 제어 신호 (PWM1, PWM2, PWM3, PWM4)를 통해 제어될 수 있다. 필터(608)는 전술한 바와 같이 송신 공진기 및/또는 정합 회로(610)(커패시터 C2t, C1tA, C1tB 및 공진기 코일 L1t 포함)에 추가로 결합될 수 있다.
이 예시적인 시스템(600)에서, 회로(208)의 공진기 코일(L1t)은 송신기(602)로부터 수신기(604)로 전력을 무선으로 송신하기 위해 정합 회로(612)(커패시터 C1rA, C1rB, C2r 및 인덕터 L1r 포함)및/또는 수신 공진기의 공진기 코일 L1r에 유도 결합될 수 있다. 송신기 코일 L1t은 발진 자기장을 생성하고,이는 수신기 코일 L1r에서 발진 전류를 유도할 수 있다는 것에 유의한다. 이 전류는 예를 들어, 85kHz의 주파수를 가질 수 있다. 많은 경우에, 전류 I3r은 인버터(606)로 인한 고조파(harmonics)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전류 I3r의 특성(예를 들어, 위상, 진폭, 형상, 고조파 콘텐츠 등)은 수신기(604)의 하나 이상의 컴포넌트에 의해 추가로 영향을 받을 수 있다(예를 들어, 형상화, 왜곡 등). 예를 들어, 회로(612 및 614)는 전류 I3r의 위상 또는 형상을 변경할 수 있는 유도성 및/또는 용량성 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 전류 I3r의 왜곡으로 인해 아래에서 자세히 설명하는 것처럼 정류기 스위치를 작동하는 데 문제가 발생할 수 있다.
예시적인 수신기(604)는 수신 공진기 및/또는 정합 회로(612)에 결합된 필터 회로(614)(예를 들어, 하나 이상의 유도성 컴포넌트 L3rA, L3rB, 하나 이상의 용량성 컴포넌트 등을 포함함)를 포함할 수 있다. 필터 회로(614)는 전류 I3r의 특성(예를 들어, 왜곡 감소)을 변경할 수 있다.
필터 회로(614)는 2개 이상의 스위치(예를 들어, 트랜지스터 Q5, Q6, Q7, 및 Q8)를 포함할 수 있는 정류기(616)(예를 들어, 하프 브리지 정류기, 풀 브리지 정류기 등)에 결합될 수 있다. 예시적인 정류기(616)는 부하(618)(예를 들어, 배터리)에 직접 또는 간접으로 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 전류 센서(620)는 전류 I3r의 특성을 결정(예를 들어, 측정, 감지 등)할 수 있다. 전류 센서(620)는 필터(614)의 출력 및/또는 정류기(616)의 입력에 결합될 수 있다. 예를 들어, 전류 센서(620)는 정류기(616)의 입력에서 전류 I3r의 위상을 결정할 수 있다. 센서 신호는 처리를 위해 프로세서 및/또는 제어기(예를 들어, 제어기(126))에 제공된다. 일부 실시예에서, 프로세서 및/또는 제어기는 전류 센서(620) 신호(들)에 기초하여 정류기(616)의 하나 이상의 스위치를 제어하기 위한 제어 신호(예를 들어, PWM 신호)를 생성할 수 있다. 정류기(616)의 각각의 스위치(예를 들어, 트랜지스터)는 대응하는 게이트 드라이버에 의해 제어될 수 있다. 프로세서 및/또는 제어기는 정류기(616)의 하나 이상의 스위치(예를 들어, 각각 트랜지스터 Q5, Q6, Q7, Q8)의 게이트 드라이버에 제어 신호(예를 들어, PWM5, PWM6, PWM7, PWM8)를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 전류 센서(620)는 전류 I3r에 의한 제로 크로싱(zero-crossing)을 검출하도록 구성된 제로 크로싱 검출기를 포함할 수 있다. 검출기 신호는 스위치의 제어 신호를 결정하기 위해 제어기(예를 들어, 제어기(126))에 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 신호는 정류기 스위치가 다양한 모드에서 동작하게 할 수 있다. 모드는 하드 스위칭(hard switching) 및 소프트 스위칭(soft switching)(예를 들어, 제로 전압 스위칭)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 정류기 스위치는 제1 기간 동안 한 모드에서 동작하고, 제2 기간 동안 다른 모드에서 동작할 수 있다. 일부 경우에, 스위치는 주어진 시간 기간동안 두 가지 모드 사이를 교번할 수 있다.
일부 실시예에서, 능동 정류기(616)의 트랜지스터(들)는 무선 전력 시스템(600)의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 안전 메커니즘으로서 동작할 수 있다. 예를 들어, 다음의 고장 모드 중 하나 이상은 위험할 수 있고/있거나 유해한 영향이 있다: 배터리 (618)을 과충전; 동력 송신 중 출발하는 차량; 수신기(604)의 하나 이상의 컴포넌트의 과전압 상태; 수신기(604)의 하나 이상의 컴포넌트에서의 단락; 및/또는 수신기(604)의 순환 에너지(circulating energy).
일부 경우에, 하나 이상의 위에서 설명된 고장 시나리오로부터 보호하기 위해, 수신기(604)의 트랜지스터가 게이트 드라이버에 의해 턴온되는 것이 유리할 수 있다. 이들 트랜지스터는 (i) 정류기의 트랜지스터(예를 들어, 트랜지스터 Q5 및 Q6이 턴오프되는 동안 트랜지스터 Q7 및 Q8을 턴온함); (ii) TMN(206)의 트랜지스터(204b)의 게이트 드라이버(204a); 및/또는 (iii) 정류기(212)의 출력에서 보호 회로(210)의 트랜지스터(208b)의 게이트 드라이버(208a)를 포함할 수 있다. 게이트 드라이버의 고장은 상기 고장 시나리오 중 하나 이상으로 이어질 수 있다. 게이트 드라이버는 다음 시나리오("고장 모드(failure mode)"라고도 함)에서 하나 이상의 트랜지스터를 턴온하는 것을 실패할 수 있다:
Figure pct00024
게이트 드라이버에 결합된 배터리의 부족 전압(under-voltage) 상태. 예를 들어, 부족 전압 상태는 12V 배터리의 전압이 6V 미만인 것일 수 있다.
Figure pct00025
게이트 드라이버에 결합된 배터리의 과전압(over-voltage) 상태. 예를 들어, 과전압 상태는 12V 배터리의 전압이 18V보다 큰 것일 수 있다.
Figure pct00026
게이트 드라이버의 파워 서플라이는 고장, 부족 전압, 과전압 또는 단락 이벤트를 가질 수 있다.
Figure pct00027
부적절한 PWM 생성(예를 들어, PWM 신호가 낮음(예를 들어, 0 또는 접지)).
Figure pct00028
게이트 드라이버에 결합된 제어기가 고장났다.
능동 정류기(616)의 트랜지스터(들)에 대한 게이트 드라이버(들)는 하나 이상의 전술한 고장 모드로부터 보호하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 게이트 드라이버(들)는 정류기를 효과적으로 단락시키기 위해 정류기 트랜지스터의 게이트를 래치 온 또는 턴온시키도록 구성될 수 있다(예를 들어, 트랜지스터 Q5 및 Q6이 턴오프 되어 있는 동안 트랜지스터 Q7 및 Q8 턴온). 정류기를 단락시킴으로써, 무선 전력 수신기 및/또는 결합된 차량은 설명된 바와 같이 다양한 고장 상태로부터 보호될 수 있다.
도 7a는 도 7b-7c의 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)에 신호를 제공하도록 구성된 하나 이상의 컴포넌트(700a)를 나타내는 블록도를 예시한다. 도 7b 내지 도 7c는 고장 모드에 대비해 무선 전력 수신기(700d)를 보호하기 위한 예시적인 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)을 나타내는 블록도를 예시한다. 예시적인 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)은 사전 구동 스테이지(pre-drive stage)(702), 파워 서플라이(704), 에너지 저장 장치(706) 및 사후 구동 스테이지(post-drive stage)(710)를 포함한다. 도 7d는 무선 전력 수신기(700d)(예를 들어, 로우 사이드 트랜지스터(Q1, Q2)를 가짐)를 위한 예시적인 능동 정류기(726)와 예시적인 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c) 사이의 연결을 예시한다.
도 7a를 참조하면, 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)은 보호 모드를 인에이블 하기 위해 안전 제어기(714)로부터 하나 이상의 신호를 수신할 수 있다. 제어기(714)는 다음과 같이 구성될 수 있다:
Figure pct00029
파워 서플라이(704)(예를 들어, 절연된 DC-DC 컨버터)의 출력 전압 레벨(들)(예를 들어, 1차 출력 전압 레벨 VPRI 및/또는 2차 출력 전압 레벨 VSEC)을 모니터링한다;
Figure pct00030
파워 서플라이에 결합된 12V 배터리의 전압 레벨을 모니터링한다; 및/또는
Figure pct00031
게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)에 대한 고장 상태에 따라 신호(예를 들어, "HW ENABLE")를 생성한다.
HW ENABLE은 전력 송신 모드 동안 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)의 하드웨어의 정상 동작을 인에이블 하는 하드웨어 제어 신호이다. 제어기(714)는 사전 구동 스테이지(702)에 제공하기 위해 파워 서플라이(704)로부터 모니터링된 전압 레벨 VPRI, VSEC에 적어도 부분적으로 기초하여 하드웨어 신호 HW ENABLE을 생성할 수 있다. 일부 경우에, 신호 HW ENABLE은 이진 출력을 가질 수 있다. HW ENABLE 신호는 고장 상태에 있지 않을 때 "하이(high)"("어써트됨(asserted)"이라고도 함)일 수 있다. 고장 상태에 있지 않을 때, PWM 신호는 전력 송신 모드에서 스위칭을 인에이블 한다. 고장 상태가 발생하면 HW ENABLE이 "로우(low)"("비활성화됨(disabled)"이라고도 함)이다. 하드웨어 신호 HW ENABLE은 전력 스테이지 과전류 또는 과전압 이벤트가 안전 제어기(714)에 의해 검출된 것에 응답하여 디어써트(de-assert)될 수 있다. HW ENABLE 신호는 12V 배터리의 전압이 너무 낮거나(낮은 임계값과 비교될 때, 예를 들어 6V, 8V, 10V 등) 너무 높으면(더 높은 임계값과 비교될 때, 예를 들어, 14V, 16, 18V 등) 로우로 설정될 수 있다.
안전 제어기(714)는 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)의 보호 모드를 인에이블하기 위해 인에이블 신호(SW ENABLE)를 디어써트하도록 구성될 수 있다. 신호 SW ENABLE은 전력 송신 모드 동안 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)의 소프트웨어 또는 펌웨어의 정상 작동을 인에이블하는 소프트웨어 제어 신호이다. 신호 SW ENABLE은 모니터링된 전압 레벨 VPRI, VSEC에 적어도 부분적으로 기반한다. 신호 SW ENABLE은 시스템이 전력 송신 모드일 때 하이(어써트됨)이고, 보호 모드일 때 로우(디어써트됨)이다. 인에이블 신호 SW ENABLE은 안전 제어기가 시스템(예를 들어, 게이트 드라이버 시스템 (700b 및 700c), 무선 전력 수신기, 무선 전력 시스템 등)의 모든 장애 래치를 제거했을 때, 또는 더 많은 진단 자가 테스트 루틴이 수행된 경우 및/또는 시스템 초기화 상태 전이의 올바른 순서가 발생한 경우 생성(하이 또는 어써트)될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기(714)는 안전을 위해 무선 전력 시스템의 하나 이상의 부분을 모니터링하는 역할을 하는 하나 이상의 집적 회로(IC)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(714)는 무선 전력 수신기와 연관된 다른 제어기 또는 컴퓨팅 시스템과 분리될 수 있다. 제어기(714)는 (예를 들어, 자동차 산업과 관련된) 하나 이상의 규제 표준에 따라 동작하고, 일부 경우에, 무선 전력 수신기와 관련된 하나 이상의 신호를 모니터링하도록 구성된 ASIC(application-specific IC)일 수 있다.
일부 실시예에서, 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)은 전력 제어기(예를 들어, 마이크로제어기(MCU))(720)로부터 하나 이상의 신호를 수신할 수 있다. 전력 제어기(720)는 전압 레귤레이터(7160)로부터 차량 배터리로의 전력을 조정하는 임무를 수행할 수 있다 (예를 들어, 수신된 신호에 기초하여). 제어기(720)는 트랜지스터 게이트(들)(예를 들어, 도 7d의 트랜지스터 Q1, Q2의 게이트 G1, G2)를 제어하기 위한 펄스 폭 변조(PWM) 신호(예를 들어, PWMA, PWMB)를 생성하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 파워 서플라이(704)의 1차측 전압 레벨 VPRI는 전압 레귤레이터(716)(예를 들어, DC-DC 컨버터를 포함함)에 의해 생성될 수 있다. 전압 레귤레이터는 배터리 전압(예를 들어, 무선 전력 수신기가 충전하도록 구성된 전기 자동차 배터리)을 모니터링할 수 있다. 전압 VPRI는 제어기(714 및 720)에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템의 컴포넌트에 따라 상이한 전압 레벨(예를 들어, VPRI_1, VPRI_2, VPRI_3 등)에 대한 필요에 따라 하나 이상의 1차 전압 레벨이 있을 수 있다. 이러한 상이한 1차 전압 레벨은 하나 이상의 컨버터 또는 레귤레이터에 의해 제공될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 예시적인 파워 서플라이(704)는 1차측에서 저전압 신호 VPRI(예를 들어, 3.3V)를 생성하도록 구성되고, 이는 제어기(714), 제어기(720), 및/또는 사전 구동 회로(702)에 제공된다. 1차 전압 VPRI가 미리 결정된 임계값(예를 들어, 3V, 2.5V, 2V, 1V 이하) 미만일 때, 사전 구동 회로(702)는 부족 전압 신호 PRI UVLO를 생성하도록 구성된다. 예시적인 파워 서플라이(704)는 에너지 저장 장치(energy storage)(706) CE-BANK(예를 들어, 하나 이상의 배터리, 하나 이상의 커패시터, 등) 및/또는 커패시터(들) CVSEC에 제공되는 2차측 상에 고전압 신호 VSEC(예를 들어, 15V)를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(700b, 700c)은 VSEC가 감소하거나 드롭아웃되는 경우에 에너지 저장 장치(706)에 의존한다. 2차 전압 VSEC는 예를 들어, 부족 전압(under-voltage) 상태를 검출하기 위해 제어기(714) 및/또는 사전 구동 회로(702)의 모니터에 제공될 수 있다. 예를 들어, 모니터는 전압 레벨 VSEC를 더 낮은 임계값(예를 들어, 15V, 14V, 12V, 10V 이하)과 비교할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(714)의 모니터는 전압 레벨 VSEC를 더 높은 임계값(예를 들어, 16V, 18V, 20V, 또는 그 이상)과 비교할 수 있다.
예시적인 사전 구동 회로(702)는 (a) 제어 신호 PWMA 및 장애 신호 HW ENABLE을 수신하도록 구성된 제1 NOR 로직 게이트(722a) 및 (b) 제어 신호 PWMB 및 장애 신호 HW ENABLE을 수신하도록 구성된 제2 NOR 로직 게이트(722b)에 결합될 수 있다. 사전 구동 회로(702)는 NOR 게이트(722a, 722b)의 출력을 수신하도록 구성된다. 사전 구동 회로(702) 및 NOR 게이트(722a, 722b)는 반전된 제어 신호
Figure pct00032
를 생성하도록 구성된다. 사전 구동 회로(702)는 장애 신호 HW ENABLE 및 인에이블 신호 SW ENABLE을 수신하도록 구성된 AND 로직 게이트(724)에 결합될 수 있다. 사전 구동 회로(702)는 1차 저전압 측에서 AND 게이트(724)의 출력을 수신하고, 2차 고전압 측에서 래치 신호 LATCH FETS를 출력하도록 구성될 수 있다. 래치 신호 LATCH FETS는 사후 구동(post-drive) 회로(710)에 대한 입력으로서 제공된다.
예시적인 반전 사후 구동 회로(710)는 제어 신호
Figure pct00033
를 수신, 처리 및/또는 반전시킬 수 있다. 따라서, 전력 송신 모드에서, 사후 구동 회로(710)는 회로(700d)(도 9a 참조)의 게이트 G1, G2의 스위칭을 제어하도록 구성된 제어 신호 POST-PWMA, POST-PWMB(플롯 906a, 906b)를 출력한다. 보호 모드에서, 사후 구동 회로(710)는 게이트 G1, G2가 래치 온되도록 제어 신호 POST-PWMA, POST-PWMB(플롯 908a, 908b)를 출력한다(도 9b 참조). 신호 LATCH FETS는 LATCH FETS가 하이일 때 제어 신호
Figure pct00034
가 사후 구동 회로(710)를 통해 게이트 G1, G2로 전달될 수 있도록 구성될 수 있다. 신호 LATCH FETS가 로우이면, 신호 POST-PWMA, POST-PWMB 신호는 게이트 G1, G2를 하이로 래치할 수 있다.
도 8은 회로(들)(700a), 게이트 드라이버 시스템(700b 및 700c), 및/또는 수신기(700d)와 관련된 다양한 신호의 로직 테이블(800)이다. 로직 테이블(800)은 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)의 안전 동작을 이해하는데 사용될 수 있다. 테이블(800)의 좌측은 로직 입력(802)을 포함하고, 우측은 로직 출력(804)을 포함한다는 것에 유의한다.
테이블(800)의 행 #14의 예시적인 시나리오에서, 로직 입력(802)은 장애 신호 HW ENABLE을 표시하지만 인에이블 신호 SW ENABLE을 표시하지 않는다. 이 예에서, 게이트 G1, G2는 하이로 래치되고 PWM 신호(PWMA, PWMB)는 생성되지 않는다.
행 #19의 예시적인 시나리오에서, 로직 입력(802)은 제어기(720)로부터의 인에이블 신호 HW ENABLE, SW ENABL 및 부족 전압 상태(반전 신호
Figure pct00035
에 따라) 없음을 표시한다. 따라서 행 #19에 대한 로직 출력 (804)는 제어 신호 PWMA, PWMB의 생성을 포함하므로, 트랜지스터 Q1, Q2가 전력 송신 모드에서 동작할 수 있게 한다. 테이블(800)에서 알 수 있듯이, 행 #16-19의 로직 조합은 PWM 신호가 전력 송신 모드에 대해 생성될 수 있도록 하는 신호 조합 (행 #1-15와 비교)세트이다.
도 9a 내지 도 9b는 무선 전력 수신기의 예시적인 정류기(900)에서 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)과 관련된 예시적인 신호를 예시한다. 도 9a는 교류(902a) 및 교류 전압(902b)이 정류기(900)에 입력되어 배터리 VDC에 대한 출력 전류(904)를 초래하는 전력 송신 모드 동안의 신호를 도시한다. 전력 송신 모드 동안 사후 구동 신호 PWMA, PWMB는 게이트 G1, G2가 상태를 전환하도록 한다(플롯 906a, 906b로 표시됨). 따라서 게이트는 보호 모드에 있지 않는다. 이에 비해, 보호 모드의 도 9b에서, 게이트 드라이버의 사후 구동 신호 PWMA, PWMB는 온 상태에 있다(플롯 908a, 908b로 표시됨). 트랜지스터 게이트가 홀드 온(hold on)되면, 입력 전류가 로우 사이드 트랜지스터 Q1, Q2를 통해 단락되어 안전 또는 보호 모드가 인에이블된다. 이것은 정류기 출력 전류(904)가 0으로 드롭되게 한다.
본 명세서에 설명된 게이트 드라이버(들) 구현 및 동작은 정류기(212)의 출력에서 TMN(206)의 트랜지스터(204b)의 게이트 드라이버(204a) 및/또는 보호 회로(210)의 트랜지스터(208b)의 게이트 드라이버(208a)에 적용될 수 있다는 것에 유의한다.
도 10은 상기에서 설명된, 무선 전력 수신기의 컴포넌트들을 보호하기 위한 예시적인 방법(1000)의 흐름도이다. 단계 (1002)에서, 게이트 드라이버(예를 들어, 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c))는 전력이 부하(예를 들어, 배터리)로 전달되도록 전력 송신 모드에서 정류기(예를 들어, 정류기(900))의 트랜지스터 게이트(예를 들어, 게이트 G1, G2)의 스위칭을 제어하기 위해 하나 이상의 제어 신호(예를 들어, PWM 신호 POST-PWMA, POST-PWMB)를 제공할 수 있다.
단계(1004)에서, 게이트 드라이버에 결합된 제어기(예를 들어, 안전 제어기(714))는 보호 신호를 생성할 수 있다. 보호 신호는 (i) 수신기의 하나 이상의 컴포넌트의 장애를 나타내는 장애 신호(fault signal), (ii) 트랜지스터 게이트(예를 들어, 게이트 G1 또는 G2)가 래치되어야 함을 나타내는 인에이블 신호(enable signal); 및/또는 (iii) 부족 전압 상태가 게이트 드라이버의 전원(예를 들어, 전원(704) 및/또는 에너지 뱅크(706))에 존재함을 나타내는 적어도 하나의 부족 전압 신호(undervoltage signal)를 포함할 수 있다.
단계 (1006)에서, 게이트 드라이버는 전력이 부하에 송신되지 않도록 수신된 보호 신호에 기초하여 트랜지스터 게이트를 래치하도록 제어 신호를 조정할 수 있다. 상기의 예시적인 실시예에서 설명된 바와 같이, 게이트 드라이버 시스템(700b, 700c)의 사전 구동 회로(702)는 전력 제어기(720)로부터 PWM 신호 PWMA, PWMB를 수신할 수 있다. 사전 구동 회로(702)는 신호
Figure pct00036
를 사후 구동 회로(710)에 제공할 수 있고, 이는 PWM 신호 POST-PWMA, POST-PWMB를 트랜지스터 게이트 G1, G2에 제공한다. 도 9a를 참조하면, 전력 송신 모드 동안, 플롯(906a, 906b)에 예시된 PWM 신호 POST-PWMA, POST-PWMB는 게이트 G1, G2의 스위칭을 구동하는 데 사용된다. 보호 모드에서 PWM 신호 POST-PWMA, POST-PWMB는 게이트 G1, G2에 래치하도록 조정된다. 도 9b를 참조하면, 플롯(908a 및 908b)은 하이 상태로 유지되는 PWM 신호 POST-PWMA 및 POST-PWMB를 각각 예시한다(개별적으로 화살표 910a 및 910b로 표시됨). 이로 인해 게이트 G1 및 G2가 각각 래칭 온되고 부하로의 전력 송신이 중단된다. 예를 들어 송신 전력은 조정 직후에 중단되거나 시간이 지남에 따라 감소할 수 있다. 래칭의 결과로서, 예시적인 정류기 출력 전류(904)는 시간 t0 후에 0으로 감소한다.
하드웨어 및 소프트웨어구현
도 11은 본 명세서에 설명된 시스템 및 방법을 구현하는데 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 시스템(1100)의 블록도이다. 범용 컴퓨터, 네트워크 기기, 모바일 디바이스, 또는 다른 전자 시스템은 또한 시스템(1100)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 시스템(1100)은 프로세서(1110), 메모리(1120), 저장 디바이스(1130), 및 입력/출력 디바이스(1140)를 포함한다. 컴포넌트(1110, 1120, 1130, 1140) 각각은 예를 들어, 시스템 버스(1150)를 사용하여 상호 연결될 수 있다. 프로세서(1110)는 시스템(1100) 내에서 실행을 위한 명령들을 처리할 수 있다. 일부 구현예들에서, 프로세서(1110)는 단일 스레드(single-threaded) 프로세서이다. 일부 구현예들에서, 프로세서(1110)는 멀티 스레드(multi-threaded) 프로세서이다. 프로세서(1110)는 메모리(1120) 또는 저장 디바이스(1130)에 저장된 명령들을 처리할 수 있다.
메모리(1120)는 시스템(1100) 내에 정보를 저장한다. 일부 구현예들에서, 메모리(1120)는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체이다. 일부 구현예들에서, 메모리(1120)는 휘발성 메모리 유닛이다. 일부 구현예들에서, 메모리(1120)는 비휘발성 메모리 유닛이다. 일부 예에서, 상기에서 설명된 데이터의 일부 또는 전부는 개인용 컴퓨팅 디바이스, 하나 이상의 중앙 집중식 컴퓨팅 디바이스에서 호스팅되는 데이터 저장소에, 또는 클라우드 기반 저장소를 통해 저장될 수 있다. 일부 예에서 일부 데이터는 한 위치에 저장되고, 다른 데이터는 다른 위치에 저장된다. 일부 예에서 양자 컴퓨팅이 사용될 수 있다. 일부 예에서는 함수형 프로그래밍 언어를 사용할 수 있다. 일부 예에서, 플래시 기반 메모리와 같은 전기 메모리가 사용될 수 있다.
저장 디바이스(1130)는 시스템(1100)을 위한 대용량 저장 디바이스를 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장 디바이스(1130)는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체이다. 다양한 상이한 구현예들에서, 저장 디바이스(1130)는, 예를 들어, 하드 디스크 디바이스, 광 디스크 디바이스, 솔리드-데이트 구동, 플래시 구동, 또는 일부 다른 대용량 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저장 디바이스는 장기 데이터(예를 들어, 데이터베이스 데이터, 파일 시스템 데이터 등)를 저장할 수 있다. 입력/출력 디바이스(1140)는 시스템(1100)에 대한 입력/출력 동작을 제공한다. 일부 구현예에서, 입력/출력 디바이스(1140)는 하나 이상의 네트워크 인터페이스 디바이스, 예를 들어 이더넷 카드, 직렬 통신 디바이스, 예를 들어, RS-232 포트 및/또는 무선 인터페이스 디바이스 예를 들어, 802.11 카드, 3G 무선 모뎀 또는 4G 무선 모뎀을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 입력/출력 디바이스는 입력 데이터를 수신하고 출력 데이터를 다른 입력/출력 디바이스, 예를 들어, 키보드, 프린터 및 디스플레이 디바이스(1160)로 발송하도록 구성된 드라이버 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 모바일 컴퓨팅 디바이스, 모바일 통신 디바이스, 기타 디바이스가 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기에서 설명된 접근 방식의 적어도 일부는 실행 시 하나 이상의 처리 디바이스가 상기에서 설명된 프로세스 및 기능을 수행하게 하는 명령에 의해 실현될 수 있다. 이러한 명령은 예를 들어, 스크립트 명령 또는 실행 코드와 같은 해석된 명령, 또는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 다른 명령을 포함할 수 있다. 저장 디바이스(1130)는 서버 팜 또는 널리 분산된 서버의 세트와 같은 네트워크를 통해 분산 방식으로 구현되거나 단일 컴퓨팅 디바이스로 구현될 수 있다.
예시적인 처리 시스템이 도 11에 설명되었지만, 본 명세서에 설명된 주제, 기능 동작 및 프로세스의 실시예는 본 명세서에 개시된 구조 및 이들의 구조적 등가물, 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함하는 다른 유형의 디지털 전자 회로부로, 유형적으로 구현된 컴퓨터 소프트웨어 또는 펌웨어로, 컴퓨터 하드웨어로 구현될 수 있다. 본 명세서에 기술된 주제의 실시예는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 즉, 데이터 처리 장치에 의해 실행되거나 데이터 처리 장치의 동작을 제어하기 위해 유형의 비휘발성 프로그램 캐리어에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령의 하나 이상의 모듈로 구현될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 프로그램 명령은 인공적으로 생성된 전파 신호, 예를 들어, 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위해 적절한 수신기 디바이스로의 송신을 위한 정보를 인코딩하기 위해 생성되는 기계 생성 전기, 광학 또는 전자기 신호에 인코딩될 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 기계 판독 가능 저장 디바이스, 기계 판독 가능 저장 기판, 랜덤 또는 직렬 액세스 메모리 디바이스, 또는 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있다.
용어 "시스템"은 예를 들어, 프로그램 가능한 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서 또는 컴퓨터를 포함하여 데이터를 처리하기 위한 모든 종류의 장치, 디바이스 및 기계를 포함할 수 있다. 처리 시스템은 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 특수 목적 로직 회로부를 포함할 수 있다. 처리 시스템은 하드웨어에 추가하여, 해당 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 생성하는 코드, 예를 들어, 프로세서 펌웨어, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 체제 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 모듈, 소프트웨어 모듈, 스크립트 또는 코드라고도 함)은 컴파일되거나 해석된 언어, 또는 선언적 또는 절차적 언어를 포함하는 모든 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립 실행형 프로그램으로서 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 다른 유닛으로서 임의의 형태로 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 파일 시스템의 파일에 대응할 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다. 프로그램은 다른 프로그램 또는 데이터를 보유하는 파일의 일부(예를 들어, 마크업 언어 문서에 저장된 하나 이상의 스크립트), 해당 프로그램에 전용된 단일 파일, 또는 다수의 조정된 파일(예를 들어, 하나 이상의 모듈, 서브 프로그램, 또는 코드의 일부를 저장하는 파일)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 또는 한 사이트에 위치되거나 다수의 사이트에 분산되고 통신 네트워크로 상호 연결된 다수의 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있다.
본 명세서에 설명된 프로세스 및 로직 흐름은 입력 데이터에 대해 동작하고 출력을 생성함으로써 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그래밍 가능한 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다. 프로세스 및 로직 흐름은 또한 특수 목적 로직 회로부 예를 들어, FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)에 의해 수행될 수 있고 장치도 이들로서 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 컴퓨터는 예를 들어, 범용 또는 특수 목적 마이크로프로세서 또는 둘 모두, 또는 임의의 다른 종류의 중앙 처리 유닛을 포함할 수 있다. 일반적으로, 중앙 처리 유닛은 판독 전용 메모리나 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 모두에서 명령과 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터는 일반적으로 명령을 수행하거나 실행하기 위한 중앙 처리 유닛과 명령 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 디바이스를 포함한다. 일반적으로, 컴퓨터는 또한 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 디바이스, 예를 들어 자기, 광자기 디스크 또는 광 디스크로부터 데이터를 수신하거나 이들로 데이터를 전송하거나 둘 모두를 포함하거나 데이터를 수신, 전송 또는 둘 모두를 위해 작동 가능하게 결합된다. 그러나 컴퓨터는 이러한 디바이스를 필요로 하지 않는다. 더욱이 컴퓨터는 다른 디바이스 예컨대, 몇 가지를 들자면, 휴대전화, PDA(Personal Digital Assistant), 모바일 오디오 또는 비디오 플레이어, 게임 콘솔, GPS(Global Positioning System) 수신기 또는 휴대용 저장 디바이스(예를 들어, USB(범용 직렬 버스) 플래시 구동)에 내장될 수 있다.
컴퓨터 프로그램 명령 및 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어 EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 디바이스와 같은 반도체 메모리 디바이스; 자기 디스크, 예를 들어, 내부 하드 디스크 또는 이동식 디스크; 자기 광 디스크; 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함하는 모든 형태의 비휘발성 메모리, 매체 및 메모리 디바이스를 포함한다. 프로세서와 메모리는 특수 목적 로직 회로부에 의해 보완되거나 통합될 수 있다.
본 명세서에 설명된 주제의 실시예는 예를 들어, 데이터 서버와 같은 백엔드 컴포넌트를 포함하거나 예를 들어, 애플리케이션 서버와 같은 미들웨어 컴포넌트를 포함하거나 프론트엔드 컴포넌트 예를 들어, 사용자가 본 명세서에 설명된 주제의 구현예와 상호 작용할 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스 또는 웹 브라우저를 갖는 클라이언트 컴퓨터를 포함하거나, 또는 하나 이상의 이러한 백엔드, 미들웨어 또는 프론트 엔드 컴포넌트의 임의의 조합을 포함하는 컴퓨팅 시스템에서 구현될 수 있다. 시스템의 컴포넌트는 통신 네트워크와 같은 디지털 데이터 통신의 임의의 형태 또는 매체에 의해 상호 연결될 수 있다. 통신 네트워크의 예는 근거리 통신망("LAN") 및 광역 통신망("WAN"), 예를 들어 인터넷을 포함한다.
컴퓨팅 시스템은 클라이언트와 서버를 포함할 수 있다. 클라이언트와 서버는 일반적으로 서로 멀리 떨어져 있으며, 전형적으로 통신 네트워크를 통해 상호 작용한다. 클라이언트와 서버의 관계는 각각의 컴퓨터에서 실행되고 서로 클라이언트-서버 관계를 갖는 컴퓨터 프로그램 덕분에 발생한다.
본 명세서는 많은 특정 구현 세부사항을 포함하지만, 이들은 청구될 수 있는 범위에 대한 제한으로 해석되어서는 안 되며 오히려 특정 실시예에 특정될 수 있는 특징부의 설명으로 해석되어야 한다. 별도의 실시예와 관련하여 본 명세서에 설명된 특정 특징부는 단일 실시예에서 조합하여 구현될 수도 있다. 역으로, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징부는 또한 개별적으로 또는 임의의 적절한 서브 조합으로 다수의 실시예에서 구현될 수 있다. 더욱이, 특징부가 특정 조합으로 작용하는 것으로 위에서 설명될 수 있고 심지어 초기에 그렇게 청구될 수도 있지만, 청구된 조합의 하나 이상의 특징부가 일부 경우에 조합에서 제거될 수 있고 청구된 조합은 서브 조합으로 또는 서브 조합의 변형에 관한 것일 수 있다.
유사하게, 동작들이 도면에 특정 순서로 도시되어 있지만, 이는 바람직한 결과를 달성하기 위해 그러한 동작이 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서로 수행되거나 도시된 모든 동작이 수행되어야 함을 요구하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 상황에서는 멀티 태스킹과 병렬 처리가 유리할 수 있다. 더욱이, 상기에서 설명된 실시예에서 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 모든 실시예에서 그러한 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 설명된 프로그램 컴포넌트 및 시스템은 일반적으로 단일 제품으로 함께 통합되거나 여러 제품으로 패키징될 수 있음을 이해해야 한다.
주제의 특정 실시예가 설명되었다. 다른 실시예는 다음 청구항의 범위 내에 있다. 예를 들어, 청구항에 언급된 액션들은 상이한 순서로 수행될 수 있으며 여전히 바람직한 결과를 달성할 수 있다. 일 예로서, 첨부 도면에 도시된 프로세스는 바람직한 결과를 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 반드시 필요로 하는 것은 아니다. 특정 구현예에서, 멀티 태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수 있다. 설명된 프로세스에서 다른 단계 또는 스테이지가 제공되거나 단계 또는 스테이지가 제거될 수 있다. 따라서, 다른 구현예는 다음 청구항의 범위 내에 있다.
용어
본 명세서에 사용된 어구 및 용어는 설명을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
명세서 및 청구범위에 사용된 용어 "대략", 문구 "대략적으로 동일" 및 다른 유사한 문구(예를 들어, "X는 대략 Y의 값을 갖는다" 또는 "X는 대략 Y와 동일하다")는 하나의 값(X)이 다른 값(Y)의 미리 결정된 범위 내에 있음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 미리 결정된 범위는 달리 표시되지 않는 한 플러스 또는 마이너스 20%, 10%, 5%, 3%, 1%, 0.1%, 또는 0.1% 미만일 수 있다.
명세서 및 청구범위에 사용된 부정관사 "a" 및 "an"은 명백하게 반대로 표시되지 않는 한 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 명세서 및 청구범위에 사용된 문구 "및/또는 그렇게 결합된 요소, 즉 일부 경우에 결합적으로 존재하고, 다른 경우에 분리적으로 존재하는 요소의 "어느 하나 또는 둘 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"으로 나열된 다수의 요소는 동일한 방식으로 즉, 그렇게 결합된 요소 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 요소 외에, 구체적으로 식별된 요소들과 관련되거나 관련되지 않은 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및/또는 B"에 대한 언급은 "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때, 일 실시예에서 A만을 (선택적으로 B 이외의 요소를 포함함); 다른 실시예에서, B만을 (선택적으로 A 이외의 요소를 포함함); 또 다른 실시예에서, A 및 B 둘 모두 (선택적으로 다른 요소를 포함함); 등을 지칭할 수 있다.
명세서 및 청구범위에서 사용된 "또는"은 위에서 정의된 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목을 분리할 때 "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적 즉, 요소들의 수 또는 목록 중 적어도 하나를 포함하지만 하나 이상을 또한 포함하고, 선택적으로, 추가적인 열거되지 않은 항목들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "단지 하나" 또는 "정확히 하나"와 같이, 반대로 명확하게 표시된 용어들만이, 또는 청구항들에서 사용될 때, "이루어진"은, 요소들의 수 또는 목록 중 정확히 하나의 요소를 포함하는 것을 지칭할 것이다. 일반적으로 사용된 용어 "또는"은 "어느 하나", "중 하나", "중 하나만" 또는 "정확히 하나"와 같은 배타성 용어에 의해 선행될 때 배타적 대안(즉, "어느 하나 또는 다른 하나, 둘 모두는 아님")을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 청구범위에서 사용될 때 "필수적으로 구성되는 것"은 특허법 분야에서 사용되는 통상적인 의미를 갖는다.
명세서 및 청구범위에 사용된, 하나 이상의 요소의 목록과 관련하여 "적어도 하나의"라는 문구는 목록의 요소 중 임의의 하나 이상의 요소로부터 선택된 하나 이상의 요소, 그러나 요소 목록에 구체적으로 나열된 각각의 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함해야 하는 것은 아니며 요소 목록 내의 요소의 임의의 조합을 제외할 필요는 없는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 정의는 또한 "적어도 하나"라는 문구가 언급하는 요소 목록 내에서 구체적으로 식별된 요소 이외에, 구체적으로 식별된 요소와 관련되거나 관련되지 않은 요소가 선택적으로 존재할 수 있음을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는 동등하게 "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는 한 실시예에서, B가 존재하지 않고 (선택적으로 B 이외의 요소를 포함함) 하나 초과의 A를 선택적으로 포함하는 적어도 하나; 또 다른 실시예에서, A가 존재하지 않고 (선택적으로 A 이외의 요소를 포함함) 하나 초과의 B를 선택적으로 포함하는 적어도 하나; 또 다른 실시예에서, 선택적으로 하나 초과의 A, 및 선택적으로 하나 초과의 B를 포함하는(그리고 선택적으로 다른 요소들을 포함하는) 적어도 하나를 지칭할 수 있다.
"포함하는", "구성하는", "갖는", "함유하는", "수반하는" 및 이들의 변형의 사용은 이후에 나열된 항목 및 추가 항목을 포괄하는 의미이다.
청구 요소를 수정하기 위한 청구범위에서 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수 용어의 사용은 그 자체로 하나의 청구 요소가 다른 청구 요소보다 우선권, 우선 순위 또는 순서 또는 방법의 작용이 수행되는 시간적 순서를 의미하지 않는다. 서수 용어는 단지 특정 이름을 가진 하나의 청구 요소를 동일한 이름을 가진 다른 요소(그러나 서수 용어의 사용을 위한)와 구별하여 청구 요소를 구별하기 위한 라벨로서 사용된다.

Claims (40)

  1. 개개의 하나 이상의 게이트 드라이버에 의해 제어되도록 구성된 하나 이상의 트랜지스터를 포함하는 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법으로서,
    상기 게이트 드라이버는 보조 전원에 의해 전력이 공급되도록 구성되고, 상기 방법은,
    비교기에 의해, 상기 보조 전원의 값과 미리 결정된 임계값의 비교를 나타내는 신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 신호에 기초하여 장애 래치(fault latch)를 트리거링하는 단계로서, 상기 트리거링은 상기 하나 이상의 트랜지스터의 개개의 게이트의 래치 온 상태(latched-on state)를 야기하기 위해 상기 게이트 드라이버의 개개의 입력에 신호를 송신하는 단계를 포함하는, 상기 트리거링하는 단계;
    상기 하나 이상의 게이트 드라이버에 개별적으로 결합된 하나 이상의 스위치에 의해, 상기 게이트 드라이버의 개개의 출력을 개개의 트랜지스터 게이트로부터 연결해제하는 단계; 및
    상기 트랜지스터 게이트에 개별적으로 결합된 하나 이상의 게이트 홀드업(hold-up) 회로에 의해, 일정 시간 기간 동안 상기 개개의 트랜지스터 게이트의 상기 래치 온 상태를 유지하는 단계를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 기간은 상기 무선 전력 수신기의 공진기 상에 유도된 전압과 관련된 지속기간(duration)과 적어도 부분적으로 중첩되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 전원은 전압원이고, 상기 시간 기간은 상기 보조 전원의 값이 0볼트인 지속기간과 적어도 부분적으로 중첩되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 게이트 드라이버는 상기 무선 전력 수신기의 동조 가능한 정합 네트워크(tunable matching network)의 상기 개개의 트랜지스터 게이트를 구동하도록 구성되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 게이트 드라이버는 상기 무선 전력 수신기의 정류기 입력 또는 정류기 출력에 결합된 보호 회로의 상기 개개의 트랜지스터 게이트를 구동하도록 구성되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 전원의 값은 전압 값인, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호는 상기 보조 전원의 값이 상기 미리 결정된 임계값을 초과하는지 또는 미만인지를 나타내는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 게이트 홀드업 회로는 각각 적어도 하나의 풀업 저항기(pull-up resistor)를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 게이트 홀드업 회로 각각은 상기 시간 기간에 기초한 커패시턴스 값을 갖는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기간은 2초 이하인, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하는 방법.
  11. 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로로서,
    상기 하나 이상의 컴포넌트는 개개의 게이트 드라이버에 의해 제어되도록 구성된 하나 이상의 트랜지스터를 포함하고, 상기 게이트 드라이버는 보조 전원에 의해 전력이 공급되도록 구성되고, 상기 회로는,
    상기 보조 전원의 값과 미리 결정된 임계값의 비교를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 비교기;
    상기 비교기에 결합된 장애 래치(fault latch)로서, 상기 장애 래치는 상기 생성된 신호에 기초하여 트리거링하고, 상기 하나 이상의 트랜지스터의 개개의 게이트의 래치 온 상태를 야기하기 위해 상기 게이트 드라이버의 개개의 입력에 신호를 송신하도록 구성된, 상기 장애 래치;
    상기 하나 이상의 게이트 드라이버에 개별적으로 결합되고, 개개의 트랜지스터 게이트로부터 상기 게이트 드라이버의 개개의 출력을 연결해제하도록 구성된 하나 이상의 스위치; 및
    상기 트랜지스터 게이트에 개별적으로 결합되고, 일정 시간 기간 동안 상기 개개의 트랜지스터 게이트의 래치 온 상태를 유지하도록 구성된 하나 이상의 게이트 홀드업 회로(hold-up circuit)를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 시간 기간은 상기 무선 전력 수신기의 공진기 상에 유도된 전압과 관련된 지속기간과 적어도 부분적으로 중첩되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 보조 전원은 전압원이고, 상기 시간 기간은 상기 보조 전원의 값이 0볼트인 지속기간과 적어도 부분적으로 중첩되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 게이트 드라이버는 상기 무선 전력 수신기의 동조 가능한 정합 네트워크의 상기 하나 이상의 개개의 트랜지스터 게이트를 구동하도록 구성되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 게이트 드라이버는 상기 무선 전력 수신기의 정류기 입력 또는 정류기 출력에 결합된 보호 회로의 하나 이상의 개개의 트랜지스터 게이트를 구동하도록 구성되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 보조 전원의 값은 전압인, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 신호는 상기 보조 전원의 값이 상기 미리 결정된 임계값을 초과하는지 또는 미만인지를 나타내는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 게이트 홀드업 회로는 각각 적어도 하나의 풀업 저항기를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 게이트 홀드업 회로 각각은 상기 시간 기간에 기초한 커패시턴스 값을 갖는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 기간은 2초 이상인, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 위한 보호 회로.
  21. 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템으로서,
    상기 컴포넌트는 하나 이상의 트랜지스터 게이트를 포함하고, 상기 시스템은,
    전력이 수신기에 결합된 부하에 송신되도록 상기 트랜지스터 게이트의 스위칭을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 신호를 제공하도록 구성된 게이트 드라이버; 및
    상기 게이트 드라이버에 결합되고, 보호 신호를 생성하도록 구성된 제1 제어기를 포함하고, 상기 보호 신호는,
    (i) 상기 수신기의 하나 이상의 컴포넌트에 있는 장애를 나타내는 장애 신호(fault signal);
    (ii) 상기 트랜지스터 게이트가 래치(latch)되어야 함을 나타내는 신호; 및
    (iii) 상기 게이트 드라이버의 파워 서플라이에 부족 전압 상태(undervoltage condition)가 존재함을 나타내는 적어도 하나의 부족 전압 신호(undervoltage signal) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 생성된 보호 신호에 기초하여, 상기 게이트 드라이버는 전력이 상기 부하로 송신되지 않도록 상기 트랜지스터 게이트를 래치하도록 상기 제공된 제어 신호를 조정하도록 구성되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 트랜지스터 게이트는 능동 정류기의 일부를 형성하고, 상기 트랜지스터 게이트를 래치하도록 상기 제어 신호를 조정하는 것은 상기 능동 정류기의 입력에서 단락 (short circuit) 을 야기하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 트랜지스터 게이트는 상기 능동 정류기의 로우 사이드(low-side) 트랜지스터인, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 장애 신호는 상기 게이트 드라이버의 파워 서플라이의 출력 전압이 미리 결정된 전압 레벨 미만임을 나타내는 부족 전압 신호를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 조정된 제어 신호는 일정 시간 기간 동안 상기 트랜지스터 게이트를 턴온하도록 구성되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 파워 서플라이는 DC-DC 컨버터 또는 에너지 저장 장치(energy storage) 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 신호인, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버에 결합되고, 상기 PWM 신호를 생성하도록 구성된 제2 제어기를 더 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제1 제어기 및 제2 제어기는 별개의 제어기인, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 부하는 배터리이고, 상기 시스템은,
    상기 배터리의 전압 레벨을 나타내는 신호를 제2 제어기에 제공하도록 구성된 전압 레귤레이터를 더 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  31. 제 21 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는 상기 무선 전력 수신기, 상기 게이트 드라이버, 또는 상기 파워 서플라이 중 적어도 하나와 연관된 하나 이상의 신호를 모니터링하여 상기 보호 신호를 생성하도록 구성되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 시스템.
  32. 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법으로서,
    상기 컴포넌트는 적어도 하나의 게이트 드라이버에 의해 제어되도록 구성된 적어도 하나의 트랜지스터 게이트를 포함하고, 상기 방법은,
    게이트 드라이버에 의해, 전력이 상기 수신기에 결합된 부하에 송신되도록 상기 트랜지스터 게이트의 스위칭을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 신호를 제공하는 단계;
    상기 게이트 드라이버에 결합된 제1 제어기에 의해, 보호 신호를 생성하는 단계로서, 상기 보호 신호는:
    (i) 상기 수신기의 하나 이상의 컴포넌트에 있는 장애를 나타내는 장애 신호;
    (ii) 상기 트랜지스터 게이트가 래치되어야 함을 나타내는 신호; 및
    (iii) 부족 전압 상태가 상기 게이트 드라이버의 파워 서플라이에 존재함을 나타내는 적어도 하나의 부족 전압 신호 중 적어도 하나를 포함하는, 상기 생성하는 단계;
    상기 수신된 보호 신호에 기초하여 상기 게이트 드라이버에 의해, 전력이 상기 부하에 송신되지 않도록 상기 트랜지스터 게이트를 래치하기 위해 상기 제공된 제어 신호를 조정하는 단계를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 트랜지스터 게이트는 능동 정류기의 일부를 형성하고,
    상기 트랜지스터 게이트를 래치하기 위해 상기 제어 신호를 조정하는 단계는 상기 능동 정류기의 입력에서 단락을 야기하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 트랜지스터 게이트는 상기 능동 정류기의 로우 사이드 트랜지스터인, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 장애 신호는 상기 게이트 드라이버의 파워 서플라이의 출력 전압이 미리 결정된 전압 레벨 미만임을 나타내는 부족 전압 신호를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법.
  36. 제 32 항에 있어서,
    상기 조정된 제어 신호는 일정 시간 기간 동안 상기 트랜지스터 게이트를 턴온하도록 구성되는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법.
  37. 제 32 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 신호인, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법.
  38. 제 32 항에 있어서,
    상기 파워 서플라이는 DC-DC 컨버터 또는 에너지 저장 장치 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법.
  39. 제 32 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 신호인, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버에 결합된 제2 제어기에 의해, 상기 PWM 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 수신기의 하나 이상의 컴포넌트를 보호하기 위한 방법.
KR1020227028999A 2020-01-29 2021-01-28 무선 전력 전송 시스템을 위한 보조 전력 드롭아웃 보호 KR20220129067A (ko)

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