KR20220129977A - 저이득 무선 전력 전송 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
장치는 송신기 코일에 자기적으로 결합되도록 구성된 제 1 수신기 코일, 상기 제 1 수신기 코일의 두 단자에 결합된 정류기 회로, 직렬로 연결된 제 2 수신기 코일 및 제 1 보조 스위치를 포함하며, 상기 제 2 수신기 코일은 상기 송신기 코일에 자기적으로 결합되도록 구성되고, 상기 제 1 보조 스위치는 상기 장치의 이득을 높이기 위해 상기 장치의 저전력 모드에 응답하여 상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 2 수신기 코일이 직렬로 연결되게 턴온되도록 구성된다.
Description
본 발명은 저이득 수신기에 관한 것으로, 특정 실시예에서 무선 전력 전송 시스템에서 저이득 수신기에 관한 것이다.
기술이 더욱 발전함에 따라, 무선 전력 전송은 휴대폰, 태블릿 PC, 디지털 카메라, MP3 플레이어 등과 같은 배터리 기반 모바일 장치에 전력을 공급하거나 충전하기 위한 효율적이고 편리한 메커니즘으로서 등장했다. 무선 전력 전송 시스템은 일반적으로 1 차측 송신기와 2 차측 수신기를 포함한다. 상기 1 차측 송신기는 자기 결합을 통해 상기 2 차측 수신기에 자기적으로 결합된다. 상기 자기 결합은 상기 1 차측 송신기에 형성된 1 차측 코일 및 상기 2 차측 수신기에 형성된 2 차측 코일을 갖는 느슨하게 결합된 변압기로 구현될 수 있다.
상기 1 차측 송신기는 전력 컨버터의 1 차측과 같은 전력 변환 유닛을 포함 할 수 있다. 상기 전력 변환 유닛은 전원에 결합되며 전력을 무선 전력 신호로 변환할 수 있다. 상기 2 차측 수신기는 상기 느슨하게 결합된 변압기를 통해 상기 무선 전력 신호를 수신하고 수신된 무선 전력 신호를 부하에 적합한 전력으로 변환할 수 있다.
전력 소모가 더욱 중요해짐에 따라 고전력 밀도 및 고효율 무선 전력 전송 시스템이 요구될 수 있다. 고전력 무선 전송 시스템에서, 전류 출력이 커지면 상기 무선 전력 전송 시스템의 상기 수신기 코일 온도가 상승한다. 이러한 온도 상승은 시스템 효율성을 저하시킨다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 낮은 인덕턴스 수신기 코일을 사용하여 상기 수신기 코일의 온도 상승을 줄일 수 있다. 그러나, 낮은 인덕턴스 수신기 코일을 갖는 수신기는 저전력 애플리케이션 (예를 들어, 무선 전력 전송 시스템의 전력이 10W 미만)과 같은 다양한 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 상기 저전력 애플리케이션에서, 낮은 인덕턴스 수신기 코일을 갖는 상기 수신기는 저전력 송신기(예를 들어, 낮은 입력 전압을 갖는 송신기)와 호환되지 않는다. 훌륭한 동작을 보이는 고성능 수신기를 갖는 것은 바람직하다. 예를 들어, 고효율 수신기는 다양한 동작 조건과 호환된다.
이러한 문제 및 다른 문제는 일반적으로 해결되거나 회피되며, 다양한 동작 조건과 호환되는 고효율 수신기를 제공하는 본 개시의 바람직한 실시예에 의해 일반적으로 기술적 이점이 달성된다.
일 실시예에 따르면, 장치는 송신기 코일에 자기적으로 결합되도록 구성된 제 1 수신기 코일, 상기 제 1 수신기 코일의 두 단자에 결합된 정류기 회로, 및 직렬로 연결된 제 2 수신기 코일 및 제 1 보조 스위치를 포함하며, 상기 제 2 수신기 코일은 상기 송신기 코일에 자기적으로 결합되도록 구성되고, 상기 장치의 저전력 모드에 응답하여, 상기 제 1 보조 스위치는 상기 장치의 이득을 높이기 위해 상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 2 수신기 코일이 직렬로 연결되게 턴온되도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 송신기 코일, 복수의 수신기 코일, 상기 복수의 수신기 코일에 결합된 정류기 회로 및 상기 복수의 수신기 코일 중 하나의 수신기 코일과 직렬로 연결된 보조 스위치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템의 동작 모드를 결정하는 단계, 상기 무선 전력 전송 시스템의 저전력 모드에 응답하여, 상기 보조 스위치를 턴온시키는 것을 통해 상기 복수의 수신기 코일 중 적어도 두 개의 수신기 코일이 직렬로 연결되어 상기 무선 전력 전송 시스템의 이득을 높이도록 상기 복수의 수신기 코일을 구성하는 단계, 및 상기 무선 전력 전송 시스템의 고전력 모드에 응답하여, 상기 보조 스위치를 턴오프시키는 것을 통해 상기 무선 전력 전송 시스템의 이득이 감소되도록 상기 복수의 수신기 코일을 구성하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 시스템은 송신기 회로를 통해 입력 전원에 결합된 송신기 코일, 상기 송신기 코일에 자기적으로 결합된 제 1 수신기 코일, 상기 제 1 수신기 코일에 결합된 정류기 회로, 및 직렬로 연결된 제 2 수신기 코일 및 보조 스위치를 포함하며, 상기 시스템의 저전력 모드에 응답하여, 상기 시스템의 이득을 높이기 위해 상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 2 수신기 코일은 직렬로 연결된다.
전술한 내용은 다음의 본 개시의 상세한 설명이 더 잘 이해 될 수 있도록 본 개시의 특징 및 기술적 이점을 다소 넓게 개괄하였다. 본 개시의 청구항의 주제를 형성하는 본 개시의 추가적인 특징 및 이점이 이하에서 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예는 본 개시의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조 또는 프로세스를 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 쉽게 이용될 수 있음을 당업자는 인식해야 한다. 또한 이러한 등가 구성이 첨부된 청구항에 개진된 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다는 것을 당업자가 인식해야 한다.
본 개시 및 그 이점에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면과 함께 취해진 다음 설명을 이제 참조한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 제 1 구현 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 저전력 모드의 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 저전력 모드의 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 고전력 모드의 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 고전력 모드의 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 제 1 수신기 코일 및 제 2 수신기 코일의 구현을 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 제 2 구현 개략도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 제 3 구현 개략도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 시동 회로의 제 1 구현 개략도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 노멀 모드의 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 노멀 모드의 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 시동 회로의 제 2 구현 개략도를 도시한다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 제 1 위상에서 동작하도록 구성된도 15의 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 17은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 제 2 위상에서 동작하도록 구성된도 15의 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 18은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 2에 도시된 수신기를 제어하는 흐름도를 도시한다.
다른 도면에서 대응하는 숫자 및 기호는 달리 지시되지 않는 한 일반적으로 대응하는 부분을 지칭한다. 도면은 다양한 실시예의 관련 측면을 명확하게 도시하기 위해 그려진 것이며 반드시 크기를 조정하여 그려진 것은 아니다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 제 1 구현 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 저전력 모드의 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 저전력 모드의 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 고전력 모드의 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 고전력 모드의 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 제 1 수신기 코일 및 제 2 수신기 코일의 구현을 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 제 2 구현 개략도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 제 3 구현 개략도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 시동 회로의 제 1 구현 개략도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 노멀 모드의 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 노멀 모드의 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 시동 회로의 제 2 구현 개략도를 도시한다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 제 1 위상에서 동작하도록 구성된도 15의 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 17은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 제 2 위상에서 동작하도록 구성된도 15의 시동 회로의 개략도를 도시한다.
도 18은 본 개시의 다양한 실시예에 따라 도 2에 도시된 수신기를 제어하는 흐름도를 도시한다.
다른 도면에서 대응하는 숫자 및 기호는 달리 지시되지 않는 한 일반적으로 대응하는 부분을 지칭한다. 도면은 다양한 실시예의 관련 측면을 명확하게 도시하기 위해 그려진 것이며 반드시 크기를 조정하여 그려진 것은 아니다.
현재 바람직한 실시예의 제조 및 사용은 아래에서 상세히 논의된다. 그러나, 본 개시는 매우 다양한 특정 맥락에서 구현될 수 있는 많은 적용 가능한 발명 개념을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 논의된 특정 실시예는 단지 본 개시를 제조 및 사용하기 위한 특정 방식의 예시일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하지 않는다.
본 개시는 특정 맥락, 즉 상이한 동작 조건과 호환 가능한 저이득 수신기의 바람직한 실시예에 대해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 또한 무선 전력 전송 시스템의 다양한 전력 변환 장치에 적용될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도를 도시한다. 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 입력 전원(102) 및 부하(114) 사이에 캐스케이드로 연결된 무선 전력 전송 장치(101) 및 전력 컨버터(104)를 포함한다. 상기 무선 전력 전송 장치(101)는 송신기(110) 및 수신기(120)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 송신기(110)는 캐스케이드로 연결된 송신기 회로(107) 및 송신기 코일(L1)을 포함한다. 상기 송신기 회로(107)의 입력은 상기 전력 컨버터(104)의 출력에 결합된다. 상기 수신기(120)는 캐스케이드로 연결된 수신기 코일(L2) 및 정류기 회로(112)를 포함한다. 상기 정류기 회로(112)의 출력은 부하 (114)에 결합된다.
상기 송신기(110)는 수신기(120)가 상기 송신기(110) 근처에 배치될 때 자기장을 통해 상기 수신기(120)에 자기적으로 결합된다. 느슨하게 결합된 변압기(115)는 상기 송신기(110)의 일부인 송신기 코일(L1)과 상기 수신기(120)의 일부인 수신기 코일(L2)에 의해 형성되고, 그 결과, 송신기(110)에서 수신기(120)로 전력이 전송될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 송신기(110)는 충전 패드 내부에 있을 수 있다. 상기 송신기 코일은 상기 충전 패드의 상단 표면 아래에 배치된다. 상기 수신기(120)는 휴대폰에 내장될 수 있다. 휴대폰이 충전 패드 근처에 배치될 때, 송신기 코일과 수신기 코일 사이에 자기 결합이 설정될 수 있다. 즉, 송신기 코일과 수신기 코일은 송신기(110)와 수신기(120) 사이에 전력 전송이 발생하는 느슨하게 결합된 변압기를 형성할 수 있다. 송신기 코일(L1)과 수신기 코일(L2) 사이의 결합 강도는 결합 계수 k 에 의해 정량화된다. 일부 실시예에서, k는 약 0.05 내지 약 0.9 범위에 있다.
일부 실시예에서, 송신기 코일(L1)과 수신기 코일(L2) 사이에 자기 결합이 설정된 후, 송신기(110) 및 수신기(120)는 전력이 입력 전원(102)에서부터 부하(114)로 무선 전송되는 전력 시스템을 형성할 수 있다.
상기 입력 전원(102)은 유틸리티 라인 전압을 직류(dc) 전압으로 변환하는 전력 어댑터일 수 있다. 대안적으로, 상기 입력 전원(102)은 태양광 패널 어레이와 같은 재생 가능한 전원일 수 있다. 더욱이, 입력 전원(102)은 재충전 가능한 배터리, 연료 전지 등과 같은 에너지 저장 장치일 수 있다.
부하(114)는 수신기(120)에 결합된 모바일 장치(예를 들어, 휴대폰)에 의해 소비되는 전력을 나타낸다. 대안적으로, 부하(114)는 직렬/병렬로 연결되고 상기 수신기(120)의 출력에 결합된 배터리들 및/또는 재충전 가능한 배터리를 지칭할 수 있다.
송신기 회로(107)는 일부 실시예에 따른 풀 브리지 컨버터의 1 차측 스위치를 포함할 수 있다. 대안적으로, 송신기 회로(107)는 하프 브리지 컨버터, 푸시-풀 컨버터 등과 같은 다른 컨버터의 1 차측 스위치를 포함할 수 있다.
전술한 컨버터는 단지 예일 뿐이라는 점에 유의해야 한다. 당업자는 클래스 E 토폴로지 기반 전력 변환기(예를 들어, 클래스 E 증폭기)와 같은 다른 적절한 전력 변환기가 대안적으로 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
송신기 회로(107)는 공진 커패시터를 더 포함할 수 있다. 상기 공진 커패시터와 송신기 코일의 자기 인덕턴스는 공진 탱크를 형성할 수 있다. 설계 요구 사항 및 다양한 애플리케이션에 따라 상기 공진 탱크에 공진 인덕터가 더 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 공진 인덕터는 외부 인덕터로서 구현될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 상기 공진 인덕터는 연결 와이어로서 구현될 수 있다.
수신기(120)는 상기 수신기(120)가 송신기(110) 근처에 배치된 후 송신기 코일(L1)에 자기적으로 결합된 수신기 코일(L2)을 포함한다. 결과적으로, 전력은 수신기 코일로 전송될 수 있고, 추가로 정류기 회로(112)를 통해 부하(114)로 전달될 수 있다. 상기 수신기(120)는 2 차 공진 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 정류기 회로(112)는 수신기 코일(L2)의 출력으로부터 수신된 교류 극성 파형을 단일 극성 파형으로 변환한다. 일부 실시예에서, 상기 정류기 회로(112)는 n 형 금속 산화물 반도체(NMOS) 트랜지스터와 같은 스위칭 소자에 의해 형성된 전파(全波) 브리지이다.
또한, 정류기 회로(112)는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET) 장치, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 장치, 슈퍼 접합 트랜지스터(SJT) 장치, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 장치, 질화 갈륨(GaN) 기반 전력 장치 등과 같은 다른 유형의 제어 가능한 장치에 의해 형성될 수 있다.
전력 컨버터(104)는 입력 전원(102)과 무선 전력 전송 장치(101)의 입력 사이에 결합된다. 설계 요구 및 상이한 애플리케이션에 따라, 상기 전력 컨버터(104)는 많은 상이한 구성을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 전력 컨버터(104)는 벅 컨버터와 같은 비 절연 전력 컨버터일 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 컨버터(104)는 선형 레귤레이터로서 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 컨버터(104)는 순방향 컨버터와 같은 절연 전력 컨버터일 수 있다.
전술한 전력 컨버터(104)의 구현은 단지 예일 뿐이며, 청구범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 당업자는 많은 변형, 대안 및 수정을 알 것이다.
동작 시, 무선 전력 전송 시스템(100)은 고전력 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. 상기 고전력 모드에서 송신기와 수신기 사이에 전송되는 전력은 약 40W 내지 약 80W의 범위에 있다. 한편, 무선 전력 전송 시스템(100)은 저전력 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. 상기 저전력 모드에서 송신기와 수신기 사이에 전송되는 전력은 약 5W 내지 약 10W의 범위에 있다.
일부 실시예에서, 수신기(120)는 다중 수신기 코일을 포함한다. 특히, 수신기(120)는 적어도 2 개의 수신기 코일을 포함한다. 제 1 수신기 코일은 도 1에 도시된 수신기 코일(L2)이다. 제 2 수신기 코일은 보조 스위치와 직렬 연결된다. 상기 제 2 수신기 코일 및 보조 스위치는 수신기(120)가 상이한 애플리케이션과 호환되도록 구성된다. 보다 구체적으로, 무선 전력 전송 시스템(100)이 고전력 모드로 동작하도록 구성될 때, 수신기(120) 및 송신기(110)는 저이득 무선 전력 전송 시스템을 형성한다. 일부 실시예에서, 수신기와 송신기 사이의 이득은 약 0.5이다. 예를 들어, 송신기의 입력 전압이 약 20V 일 때 수신기의 출력 전압은 약 10V이다.
고전력 모드에서, 상기 보조 스위치를 턴오프함으로써 제 2 수신기 코일은 제 1 수신기 코일로부터 분리된다. 전력은 송신기 코일(L1)과 제 1 수신기 코일 (L2) 사이에서 전송된다. 제 1 수신기 코일(L2)은 송신기 코일(L1)보다 작다. 이러한 작은 인덕턴스 코일은 수신기 코일의 저항을 감소시켜 상기 수신기(120)에 대한 열 스트레스를 줄이는 데 도움이 된다.
한편, 무선 전력 전송 시스템(100)이 저전력 모드로 동작하도록 구성되는 경우, 상기 보조 스위치를 턴온시켜 제 1 수신기 코일과 제 2 수신기 코일을 직렬로 연결한다. 상기 제 1 수신기 코일과 상기 제 2 수신기 코일은 노멀 인덕턴스를 갖는 등가 코일을 형성한다. 즉, 수신기(120)와 송신기(110)는 노멀 이득을 갖는 무선 전력 전송 시스템을 형성한다. 일부 실시예에서, 수신기와 송신기 사이의 노멀 이득은 약 0.9이다. 예를 들어, 송신기의 입력 전압이 약 20V 일 때 상기 수신기의 출력 전압은 약 18V이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 제 1 구현 개략도를 도시한 것이다. 다시 도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(100)의 수신기(120)는 수신기 코일(L2)과 부하(114) 사이에 연결된 정류기 회로(112)를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 정류기 회로(112)는 도 2에 도시된 바와 같이 풀 브리지 정류기로 구현된다. 상기 정류기 회로(112)는 무선 전력 전송 시스템의 출력(Vo)에 결합된다. 상기 정류기 회로(112)는 수신된 교류 극성 파형을 단일 극성 파형으로 변환하도록 구성된다. 상기 단일 극성 파형은 배터리와 같은 부하에 공급된다.
수신기(120)가 다양한 동작 조건에서 동작할 수 있도록 무선 전력 전송 시스템의 이득을 향상시키기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 추가 수신기 코일(L3)이 보조 스위치(Q5)를 통해 풀 브리지 정류기에 결합된다. 두 개의 수신기 코일(L2 및 L3)은 무선 전력 전송 시스템에서 에너지를 전송하기 위해 송신기 코일에 자기적으로 결합된다. 설명 전반에 걸쳐, 수신기 코일(L2)은 제 1 수신기 코일로 대안적으로 지칭될 수 있다. 수신기 코일(L3)은 제 2 수신기 코일로 대안적으로 지칭될 수 있다.
제 2 수신기 코일(L3)의 인덕턴스는 제 1 수신기 코일(L2)의 인덕턴스보다 크다. 일부 실시예에서, 제 2 수신기 코일(L3)의 인덕턴스는 6uH보다 크다. 제 1 수신기 코일(L2)의 인덕턴스는 3uH 보다 작다.
무선 전력 전송 시스템의 효율을 향상시키기 위해 제 1 커패시터(C1)는 제 1 수신기 코일(L2)과 직렬로 연결된다. 제 2 커패시터(C2)는 제 2 수신기 코일(L3)과 직렬로 연결된다. 상기 제 1 커패시터(C1) 및 상기 제 2 커패시터(C2)는 모두 공진 커패시터이다.
풀 브리지 정류기는 4 개의 스위치 Q1, Q2, Q3 및 Q4를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 스위치(Q1) 및 제 2 스위치(Q2)는 무선 전력 전송 시스템 (100)의 출력 단자(Vo)와 그라운드 사이에 직렬로 연결된다. 마찬가지로, 제 3 스위치(Q3) 및 제 4 스위치(Q4)는 무선 전력 전송 시스템 (100)의 출력 단자(Vo)와 그라운드 사이에 직렬로 연결된다. 스위치(Q1, Q2)의 공통 노드는 제 1 커패시터(C1)를 통해 제 1 수신기 코일(L2)의 제 1 입력 단자에 결합된다. 스위치(Q3, Q4)의 공통 노드는 제 1 수신기 코일(L2)의 제 2 입력 단자에 연결된다.
제 2 수신기 코일(L3), 제 2 커패시터(C2) 및 보조 스위치(Q5)는 스위치 (Q3, Q4)의 공통 노드와 그라운드 사이에 직렬로 연결된다. 동작 중에는 무선 전력 전송 시스템의 저전력 모드에 응답하여, 상기 보조 스위치(Q5)가 턴온된다. Q5를 턴온한 결과, 제 1 수신기 코일(L2) 및 제 2 수신기 코일(L3)이 직렬로 연결되어 무선 전력 전송 시스템의 이득을 증가시킨다. 무선 전력 전송 시스템의 고전력 모드에 응답하여, 보조 스위치(Q5)가 턴오프된다. Q5가 턴오프된 결과, 제 2 수신기 코일(L3)은 제 1 수신기 코일(L2)과 분리된다. 제 1 수신기 코일(L2)로부터 제 2 수신기 코일(L3)을 분리한 결과, 무선 전력 전송 시스템의 이득이 그에 따라 감소된다.
일부 실시예에 따르면, 스위치 Q1, Q2, Q3, Q4 및 Q5는 MOSFET 또는 병렬로 연결된 MOSFET, 이들의 임의의 조합 등으로 구현된다. 대안적인 실시예에 따르면, 상기 스위칭 요소(예를 들어, 스위치 S1)는 IGBT 장치일 수 있다. 대안적으로, 1 차 스위치는 IGCT 장치, GTO 장치, SCR 장치, JFET 장치, MCT 장치, GaN 기반 전력 장치 등과 같은 임의의 제어 가능한 스위치일 수 있다.
도 2는 4 개의 스위치 Q1-Q4를 도시하고 있지만, 본 개시의 다양한 실시예는 다른 변형, 수정 및 대안을 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 별도의 커패시터가 정류기 회로의 각 스위치와 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 별도의 커패시터는 정류기 회로의 공진 프로세스 타이밍을 더 잘 제어하는 데 도움이 된다.
동작 시, 수신기는 무선 전력 전송 시스템의 저전력 모드에 응답하여 두 개의 다른 위상에서 동작하도록 구성된다. 두 개의 다른 위상에서, 제 1 수신기 코일(L2) 및 제 2 수신기 코일(L3)은 직렬로 연결된다. 직렬 연결된 수신기 코일 및 스위치 Q1-Q4는 하프 브리지 정류기를 형성한다. 이 두 위상의 자세한 동작 원리는 도 3-4와 관련하여 아래에서 설명한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 저전력 모드의 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다. 일부 실시예에서, 도 2에 도시된 수신기는 저전력 모드에서 동작하도록 구성된다. 상기 저전력 모드에서 송신기는 저전력 송신기다. 예를 들어, 송신기와 수신기 사이에 전달되는 전력은 약 5W에서 약 10W의 범위에 있다. 상기 송신기의 입력 전압은 약 10V다. 저전력 모드와 호환되기 위하여, 상기 수신기의 이득은 그에 맞춰 증가되어야 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 보조 스위치(Q5)가 턴온된다. 상기 보조 스위치(Q5)가 턴온된 결과, 제 2 수신기 코일(L3) 및 제 1 수신기 코일(L2)는 직렬로 연결된다. 상기 수신기 코일 L2 및 L3의 이러한 직렬 연결은 수신기의 이득을 증가시키는 데 도움이 된다.
저전력 모드의 제 1 위상에서, 스위치 Q2 및 Q4는 각각의 기호에 화살표로 표시된 바와 같이 턴오프된다. 스위치 Q1 및 Q3는 턴온된다. 전류는 보조 스위치(Q5), 제 2 커패시터(C2), 제 2 수신기 코일(L3)을 통해 흐르고, 각각 제 1 전도성 경로와 제 2 전도성 경로로 분할된다. 상기 제 1 전도성 경로는 제 1 스위치(Q1), 제 1 커패시터(C1) 및 제 1 수신기 코일(L2)을 포함한다. 상기 제 2 전도성 경로는 제 3 스위치(Q3)를 포함한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 저전력 모드의 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다. 상기 저전력 모드의 제 2 위상에서, 스위치 Q1 및 Q3는 각각의 기호에 화살표로 표시된 대로 턴오프 된다. 스위치 Q2 및 Q4는 턴온된다. 전류는 보조 스위치(Q5), 제 2 커패시터(C2), 제 2 수신기 코일(L3)을 통해 흐르고 각각 제 3 전도성 경로와 제 4 전도성 경로로 분할된다. 상기 제 3 전도성 경로는 제 2 스위치(Q2), 제 1 커패시터(C1) 및 제 1 수신기 코일(L2)을 포함한다. 상기 제 4 전도성 경로는 제 4 스위치(Q4)를 포함한다.
도 3-4와 관련하여 상술한 저전력 모드를 갖는 것의 유리한 특성은 전류가 두 개의 다른 경로로 분할된다는 점이다. 상기 두 개의 서로 다른 전류 경로를 가지진 결과, 기존의 하프 브리지 정류기에 비해 수신기의 열 스트레스가 감소한다.
도 3-4와 관련하여 상술한 저전력 모드를 갖는 것의 또 다른 유리한 특성은 무선 전력 전송 시스템의 이득이 상기 제 2 수신기 코일(L3)을 상기 제 1 수신기 코일(L2)과 직렬로 연결함으로써 조절될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 제 2 수신기 코일(L3)의 크기를 선택하여 무선 전력 전송 시스템의 이득을 조절할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제 2 수신기 코일(L3)의 크기는 무선 전력 전송 시스템의 이득이 1보다 크도록 선택될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 수신기는 고전력 모드에 응답하여 두 개의 다른 위상에서 동작하도록 구성될 수 있다. 두 개의 다른 위상에서, 제 2 수신기 코일(L3)은 제 1 수신기 코일(L2)에서 분리된다. 제 1 수신기 코일(L2) 및 스위치(Q1-Q4)는 풀 브리지 정류기를 형성한다. 이 두 위상의 자세한 동작 원리는 도 5-6과 관련하여 아래에서 설명한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 고전력 모드의 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다. 일부 실시예에서, 도 2에 도시된 수신기는 고전력 모드에서 동작하도록 구성된다. 상기 고전력 모드에서 송신기는 고전력 송신기다. 예를 들어, 송신기와 수신기 사이에 전송되는 전력은 약 40W에서 약 80W 범위에 있다. 상기 송신기의 입력 전압은 약 20V다. 고전력 송신기와 호환되도록 하기 위해, 그에 맞춰 수신기의 이득을 줄여야 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 보조 스위치(Q5)가 턴오프된다. 상기 보조 스위치(Q5)가 턴오프된 결과, 제 2 수신기 코일(L3)은 제 1 수신기 코일(L2)로부터 분리된다. 즉, 전류는 제 2 수신기 코일(L3)을 통해 흐를 수 없다. 제 1 수신기 코일(L2)은 송신기로부터 전달된 전력을 수신하도록 구성된 유일한 코일이다.
고전력 모드의 제 1 위상에서, 스위치 Q2 및 Q3는 각각의 기호에 화살표로 표시된 바와 같이 턴오프된다. 스위치 Q1 및 Q4는 턴온된다. 전류는 도 5에 도시된 점선에 의해 표시된 것처럼 제 1 스위치(Q1), 제 1 커패시터(C1), 제 1 수신기 코일(L2) 및 제 4 스위치(Q4)를 통해 흐른다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 고전력 모드의 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 수신기의 개략도를 도시한다. 상기 저전력 모드의 제 2 위상에서는 각각의 기호에 화살표로 표시된 것처럼 스위치 Q1 및 Q4가 턴오프된다. 스위치 Q2 및 Q3는 턴온된다. 전류는 도 6에 도시된 점선에 의해 표시된 바와 같이 제 2 스위치(Q2), 제 1 커패시터(C1), 제 1 수신기 코일(L2) 및 제 3 스위치(Q3)를 통해 흐른다.
도 5-6과 관련하여 상술한 고전력 모드를 갖는 것의 유리한 특성은 도 2에 도시된 수신기가 고효율을 달성할 수 있다는 것이다. 특히, 제 1 수신기 코일(L2)은 크기가 작다. 이러한 작은 코일은 저항이 낮다. 낮은 저항은 코일 온도를 낮추는 데 도움이 되어 무선 전력 전송 시스템의 효율성을 향상시킨다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 제 1 수신기 코일 및 제 2 수신기 코일의 구현을 도시한다. 일부 실시예에서, 제 1 수신기 코일(L2) 및 제 2 수신기 코일(L3)은 연속 코일에서 나온다. 도 7에 도시된 바와 같이, 연속 코일(702)은 복수의 권선을 갖는다. 연속 코일(702)은 3 개의 단자, 즉 AC1, AC2 및 AC3을 갖는다. 제 1 단자(AC1)는 제 1 커패시터(C1)에 연결된다. 제 2 단자(AC2)는 Q3 및 Q4의 공통 노드에 연결된다. 제 3 단자(AC3)는 제 2 커패시터(C2)에 연결된다.
당업자는 도 7에 도시된 연속 코일(702)이 단순히 일 실시예이고, 두 개의 수신기 코일에 대해 다른 구성이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 두 개의 수신기 코일(L2, L3)은 두 개의 개별 코일로 구현될 수 있다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 제 2 구현 개략도를 도시한다. 도 8에 도시된 수신기는 제 2 수신기 코일(L3), 제 2 커패시터(C2) 및 보조 스위치(Q5)가 제 1 커패시터(C1) 및 제 1 수신기 코일(L2)의 공통 노드와 그라운드 사이에 직렬로 연결된다는 점을 제외하고는 도 2에 도시된 수신기와 유사하다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 제 3 구현 개략도를 도시한다. 도 9에 도시된 수신기는 수신기의 성능을 더욱 향상시키기 위해 제 2 보조 스위치(Q6)가 사용된다는 점을 제외하면 도 2에 도시된 수신기와 유사하다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 스위치(Q1) 및 제 2 스위치(Q2)의 공통 노드는 제 1 커패시터(C1)를 통해 제 1 수신기 코일(L2)의 제 1 단자에 연결된다. 제 3 스위치(Q3) 및 제 4 스위치(Q4)의 공통 노드는 제 2 보조 스위치(Q6)를 통해 제 1 수신기 코일(L2)의 제 2 단자에 연결된다. 제 2 보조 스위치(Q6)는 수신기를 더 잘 제어하기 위해 하나 이상의 제어 변수를 제공한다.
동작 시, 낮은 이득을 갖는 수신기는 상기 수신기가 고전력 송신기에 자기적으로 결합될 때 바이어스 전압을 성공적으로 설정할 수 있다. 반면, 낮은 이득을 갖는 수신기는 상기 수신기가 저전력 송신기에 자기적으로 결합될 때 바이어스 전압을 성공적으로 설정할 수 없다. 상기 수신기가 다양한 동작 조건 하에서 상기 바이어스 전압을 설정하는 것을 돕기 위해 시동 회로가 필요하다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 시동 회로의 제 1 구현 개략도를 도시한다. 상기 시동 회로는 공핍 모드 스위치(Q5)를 포함한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 공핍 모드 스위치(Q5)는 스위치 Q3 및 Q4의 공통 노드와 그라운드 사이에 연결된다. 시동 프로세스 동안 상기 공핍 모드 스위치(Q5)는 바이어스 전압이 설정되기 전에 턴온된다. 턴온된 Q5는 수신기의 바이어스 전압을 설정하는 데 도움이 된다. 보다 구체적으로, 공핍 모드 스위치 Q5, Q1의 바디 다이오드 및 Q2의 바디 다이오드는 하프 브리지 회로를 형성한다. 이 하프 브리지 회로는 낮은 전압 이득 하에서 바이어스 전압을 설정하도록 구성된 전압 더블러(doubler)로서 작용한다. 상기 하프 브리지 회로의 동작 원리는 도 11-12와 관련하여 아래에서 설명한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다. 시동 프로세스 동안 바이어스 전압이 아직 완전히 설정되지 않았기 때문에 Q1-Q4 스위치가 턴온되지 않는다. Q5는 공핍 모드 트랜지스터이기 때문에 턴온된다. 일부 실시예에서, Q5, Q1의 바디 다이오드, Q2의 바디 다이오드, 제 1 수신기 코일(L2)는 바이어스 전압을 설정하도록 구성된 하프 브리지 회로를 형성한다. 상기 하프 브리지 회로는 두 가지 다른 위상에서 동작하도록 구성된다.
제 1 위상에서, 전류는 도 11에 도시된 점선으로 표시된 바와 같이 제 1 스위치(Q1)의 바디 다이오드, 제 1 커패시터(C1), 제 1 수신기 코일(L2) 및 Q5를 통해 흐른다. 상기 전류는 바이어스 전압을 설정하기 위한 바이어스 커패시터(미도시)를 충전하는데 사용된다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다. 제 2 위상에서 전류는 도 12에 도시된 점선에 의해 표시된 것처럼 제 1 스위치(Q2)의 바디 다이오드, 제 1 커패시터(C1), 제 1 수신기 코일(L2) 및 Q5를 통해 흐른다. 상기 전류는 바이어스 전압을 설정하기 위한 바이어스 커패시터(미도시)를 충전하는데 사용된다.
상기 바이어스 전압이 설정된 후, 상기 수신기는 노멀 모드로 진입한다. 상기 노멀 모드에서는 Q5가 턴오프된다. 정류기 회로는 하프 브리지 모드에서 동작하도록 구성된다. 상기 하프 브리지 모드에는 두 개의 서로 다른 위상이 있으며, 이는 각각 도 13 및 도 14와 관련하여 아래에서 설명한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 노멀 모드의 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다. 바이어스 전압이 설정되면, 도 13에 도시된 바와 같이, Q5가 턴오프된다. 노멀 모드의 제 1 위상에서 Q1과 Q3은 각각의 기호에서 화살표로 표시된 대로 턴오프된다. 전류는 제 2 스위치(Q2), 제 1 커패시터(C1), 제 1 수신기 코일(L2) 및 제 4 스위치(Q4)에 의해 형성된 전도성 경로를 통해 흐른다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 노멀 모드의 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 시동 회로의 개략도를 도시한다. 노멀 모드의 제 2 위상에서 Q2 및 Q3는 각각의 기호에서 화살표로 표시된 대로 턴오프된다. 전류는 제 1 스위치(Q1), 제 1 커패시터(C1), 제 1 수신기 코일(L2) 및 제 4 스위치 (Q4)에 의해 형성된 전도성 경로를 통해 흐른다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 도 1에 도시된 무선 전력 전송 시스템의 수신기의 시동 회로의 제 2 구현의 개략도를 도시한다. 도 15에 도시된 시동 회로는 Q5가 공핍 모드 트랜지스터로 구현된다는 점을 제외하면 도 2에 도시된 회로와 유사하다. 시동 프로세스 동안 공핍 모드 스위치(Q5)는 바이어스 전압이 설정되기 전에 턴온된다. 턴온된 Q5는 수신기의 바이어스 전압을 설정하는 데 도움이 된다. 보다 구체적으로, 공핍 모드 스위치(Q5), Q1의 바디 다이오드 및 Q2의 바디 다이오드는 하프 브리지 회로를 형성한다. 이 하프 브리지 회로는 송신기와 수신기 사이의 낮은 전압 이득 하에서 바이어스 전압을 설정하도록 구성된 전압 더블러(doubler) 기능을 한다. 상기 하프 브리지 회로의 동작 원리는 도 16-17과 관련하여 아래에서 설명한다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 제 1 위상에서 동작하도록 구성된 도 15의 시동 회로의 개략도를 도시한다. 시동 프로세스 동안 바이어스 전압이 아직 완전히 설정되지 않았기 때문에 Q1-Q4 스위치가 턴온되지 않는다. Q5는 공핍 모드 트랜지스터이기 때문에 턴온된다. Q5, Q1의 바디 다이오드, Q2의 바디 다이오드, 제 1 수신기 코일(L2)은 하프 브리지 회로를 형성한다. 상기 하프 브리지 회로는 두 가지 다른 위상에서 동작하도록 구성된다.
제 1 위상에서는 도 16에 도시된 점선에 의해 표시된 바와 같이 전류는 제 1 스위치(Q1)의 바디 다이오드, 제 1 커패시터(C1), 제 1 수신기 코일(L2), 제 2 수신기 코일(L3), 제 2 커패시터(C2) 및 Q5를 통해 흐른다. 상기 전류는 바이어스 전압을 설정하기 위해 바이어스 커패시터(미도시)를 충전하는 데 사용된다.
도 17은 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 제 2 위상에서 동작하도록 구성된 도 15의 시동 회로의 개략도를 도시한다. 상기 제 2 위상에서 전류는 도 17에 도시된 점선으로 표시된 것처럼 제 2 스위치(Q2)의 바디 다이오드, 제 1 커패시터(C1) 및 제 1 수신기 코일(L2), 제 2 수신기 코일(L3), 제 2 커패시터(C2) 및 Q5를 통해 흐른다. 상기 전류는 바이어스 전압을 설정하기 위해 바이어스 커패시터 (미도시)를 충전하는 데 사용된다.
도 15-17에 도시된 회로는 Q5가 공핍 모드 트랜지스터라는 점을 제외하고는 도 2에 도시된 회로와 유사하다. 그림 3-6과 관련하여 상술한 저전력 모드 및 고전력 모드 논의는 도 15-17에 도시된 회로에 적용할 수 있다. 다른 전원 모드에 따라 도 15-17에 도시된 회로가 그에 맞춰 구성된다.
도 18은 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 도 2에 도시된 수신기를 제어하는 흐름도를 도시한다. 도 18에 도시된 이 흐름도는 단지 예일 뿐이며, 청구범위를 부당하게 제한해서는 안 된다. 당업자는 많은 변형, 대안 및 수정을 알 것이다. 예를 들어, 도 18에 도시된 다양한 단계가 추가, 제거, 교체, 재배열 및 반복될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 송신기와 수신기를 포함한다. 다른 애플리케이션에 따라 송신기는 고전력 송신기일 수 있다. 수신기(예를 들어, 도 2에 도시된 수신기)가 이 고전력 송신기에 자기적으로 결합되면 상기 수신기는 고전력 모드에서 동작하도록 구성된다. 한편, 상기 송신기가 저전력 송신기이면 상기 수신기는 저전력 모드로 동작하도록 구성된다.
수신기는 다중 수신기 코일을 포함한다. 다른 전력 모드에 따라 다중 수신기 코일을 다르게 구성하여 수신기가 다른 전력 모드와 호환되도록 할 수 있다. 상기 수신기는 다음 단계에 따라 제어된다.
단계 1802에서, 제어기는 무선 전력 전송 시스템의 동작 모드를 결정하도록 구성된다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 송신기 코일, 복수의 수신기 코일, 복수의 수신기 코일에 결합된 정류기 회로 및 복수의 수신기 코일 중 하나의 수신기 코일과 직렬로 연결된 보조 스위치를 포함한다. 무선 전력 전송 시스템은 송신기와 수신기 사이에 노멀 이득이 필요한 저전력 모드에서 동작할 수 있다. 한편, 무선 전력 전송 시스템은 송신기와 수신기 사이에 감소된 이득이 필요한 고전력 모드에서 동작할 수 있다.
단계 1804에서, 무선 전력 전송 시스템의 저전력 모드에 응답하여, 복수의 수신기 코일은 보조 스위치를 턴온시키는 것을 통해 복수의 수신기 코일 중 적어도 두 개의 수신기 코일이 직렬로 연결되어 상기 무선 전력 전송 시스템의 이득을 높이도록 상기 복수의 수신기 코일을 구성된다.
단계 1806에서, 무선 전력 전송 시스템의 고전력 모드에 응답하여, 복수의 수신기 코일은 보조 스위치를 턴오프시키는 것을 통해 무선 전력 전송 시스템의 이득이 감소되도록 구성된다.
본 개시의 실시예 및 그 이점이 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경, 대체 및 개조가 본 명세서에서 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
더욱이, 본 출원의 범위는 명세서에 설명된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 구성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예로 제한되도록 의도되지 않는다. 여기에서 설명된 실시예들과 대응하는 것이 본 개시에 따라 활용될 수 있기 때문에 당업자는 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 프로세스, 기계, 제조, 물질의 구성, 수단, 방법 또는 현재 존재하거나 이후에 개발될 단계를 본 개시 내용으로부터 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항은 그 범위 내의 이러한 프로세스, 기계, 제조, 물질의 구성, 수단, 방법 또는 단계를 포함하도록 의도된다.
Claims (20)
- 송신기 코일에 자기적으로 결합되도록 구성된 제 1 수신기 코일;
상기 제 1 수신기 코일의 두 단자에 결합된 정류기 회로; 및
직렬로 연결된 제 2 수신기 코일 및 제 1 보조 스위치를 포함하며,
상기 제 2 수신기 코일은 상기 송신기 코일에 자기적으로 결합되도록 구성되고; 그리고
장치의 저전력 모드에 응답하여, 상기 제 1 보조 스위치는 상기 장치의 이득을 높이기 위해 상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 2 수신기 코일이 직렬로 연결되게 턴온되도록 구성되는,
장치. - 제 1 항에 있어서, 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터를 더 포함하고,
상기 정류기 회로는 직렬로 연결된 제 1 스위치 및 제 2 스위치와, 직렬로 연결된 제 3 스위치 및 제 4 스위치를 포함하고,
상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 공통 노드는 상기 제 1 커패시터를 통해 상기 제 1 수신기 코일의 제 1 단자에 연결되며;
상기 제 3 스위치 및 상기 제 4 스위치의 공통 노드는 상기 제 1 수신기 코일의 제 2 단자에 연결되며;
상기 제 2 수신기 코일, 상기 제 2 커패시터 및 상기 제 1 보조 스위치는 제 3 스위치 및 제 4 스위치의 공통 노드와 그라운드 사이에 직렬로 연결되는,
장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 2 수신기 코일은 무선 전력 전송 시스템에서 에너지를 전송하기 위해 상기 송신기 코일에 자기적으로 결합되는,
장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 장치의 고전력 모드에 응답하여, 상기 제 2 수신기 코일은 상기 제 1 보조 스위치의 턴오프를 통해 상기 제 1 수신기 코일로부터 분리되고, 상기 고전력 모드에서 상기 정류기 회로는 풀 브리지 정류기로 구성되는,
장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 2 수신기 코일은 연속 코일에서 나오는 것인,
장치. - 제 1 항에 있어서, 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터를 더 포함하고,
상기 정류기 회로는 직렬로 연결된 제 1 스위치 및 제 2 스위치와, 직렬로 연결된 제 3 스위치 및 제 4 스위치를 포함하고,
상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 공통 노드는 상기 제 1 커패시터를 통해 상기 제 1 수신기 코일의 제 1 단자에 연결되고;
상기 제 3 스위치 및 상기 제 4 스위치의 공통 노드는 상기 제 1 수신기 코일의 제 2 단자에 연결되고;
상기 제 2 수신기 코일, 상기 제 2 커패시터 및 상기 제 1 보조 스위치는 상기 제 1 커패시터 및 상기 제 1 수신기 코일의 공통 노드와 그라운드 사이에 직렬로 연결되는,
장치. - 제 1 항에 있어서, 제 1 커패시터, 제 2 커패시터 및 제 2 보조 스위치를 더 포함하고,
상기 정류기 회로는 직렬로 연결된 제 1 스위치 및 제 2 스위치와, 직렬로 연결된 제 3 스위치 및 제 4 스위치를 포함하고,
상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 공통 노드는 상기 제 1 커패시터를 통해 상기 제 1 수신기 코일의 제 1 단자에 연결되고;
상기 제 3 스위치 및 상기 제 4 스위치의 공통 노드는 상기 제 2 보조 스위치를 통해 상기 제 1 수신기 코일의 제 2 단자에 연결되고;
상기 제 2 수신기 코일, 상기 제 2 커패시터 및 상기 제 1 보조 스위치는 상기 제 3 스위치 및 상기 제 4 스위치의 공통 노드와 그라운드 사이에 직렬로 연결되는,
장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 정류기 회로는 직렬로 연결된 제 1 스위치 및 제 2 스위치와, 직렬로 연결된 제 3 스위치 및 제 4 스위치를 포함하고, 상기 장치의 저전력 모드 동안, 상기 정류기 회로, 상기 제 1 수신기 코일, 상기 제 2 수신기 코일 및 상기 제 1 보조 스위치는 하프 브리지 동작 모드에서 동작하도록 구성되는,
장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 하프 브리지 동작 모드의 제 1 위상에서, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치는 턴온되고, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 4 스위치는 턴오프되며;
상기 하프 브리지 동작 모드의 제 2 위상에서, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치는 턴오프되고, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 4 스위치는 턴온되는,
장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 정류기 회로는 부하에 결합된 출력을 가지며, 상기 정류기 회로는 교류 극성 파형을 단일 극성 파형으로 변환하도록 구성되는,
장치. - 송신기 코일, 복수의 수신기 코일, 상기 복수의 수신기 코일에 결합된 정류기 회로 및 상기 복수의 수신기 코일 중 하나의 수신기 코일과 직렬로 연결된 보조 스위치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템의 동작 모드를 결정하는 단계;
상기 무선 전력 전송 시스템의 저전력 모드에 응답하여, 상기 보조 스위치를 턴온시키는 것을 통해 상기 복수의 수신기 코일 중 적어도 두 개의 수신기 코일이 직렬로 연결되어 상기 무선 전력 전송 시스템의 이득을 높이도록 상기 복수의 수신기 코일을 구성하는 단계; 및
상기 무선 전력 전송 시스템의 고전력 모드에 응답하여, 상기 보조 스위치를 턴오프시키는 것을 통해 상기 무선 전력 전송 시스템의 이득이 감소되도록 상기 복수의 수신기 코일을 구성하는 단계를 포함하는,
방법. - 제 11 항에 있어서, 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터를 더 포함하고,
상기 정류기 회로는 직렬로 연결된 제 1 스위치 및 제 2 스위치와, 직렬로 연결된 제 3 스위치 및 제 4 스위치를 포함하고,
상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 공통 노드는 상기 제 1 커패시터를 통해 상기 복수의 수신기 코일 중 제 1 수신기 코일의 제 1 단자에 연결되고;
상기 제 3 스위치 및 상기 제 4 스위치의 공통 노드는 상기 복수의 수신기 코일 중 상기 제 1 수신기 코일의 제 2 단자에 연결되고;
상기 복수의 수신기 코일 중 제 2 수신기 코일, 상기 제 2 커패시터 및 상기 보조 스위치는 상기 제 3 스위치 및 상기 제 4 스위치의 공통 노드와 그라운드 사이에 직렬로 연결되는,
방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 저전력 모드의 제 1 위상에서, 전류가 상기 보조 스위치, 상기 제 2 커패시터, 상기 제 2 수신기 코일을 통해 흐르고, 각각 제 1 전도성 경로 및 제 2 전도성 경로로 분할되도록 상기 정류기 회로를 구성하는 단계 - 상기 제 1 전도성 경로는 상기 제 1 스위치, 상기 제 1 커패시터 및 상기 제 1 수신기 코일을 포함하고, 상기 제 2 전도성 경로는 상기 제 3 스위치를 포함함-; 및
상기 저전력 모드의 제 2 위상에서, 상기 전류가 상기 보조 스위치, 상기 제 2 커패시터, 상기 제 2 수신기 코일을 통해 흐르고, 각각 제 3 전도성 경로 및 제 4 전도성 경로로 분할되도록 상기 정류기 회로를 구성하는 단계 - 상기 제 3 전도성 경로는 상기 제 2 스위치, 상기 제 1 커패시터 및 상기 제 1 수신기 코일을 포함하고, 상기 제 4 전도성 경로는 상기 제 4 스위치를 포함함-;를 더 포함하는,
방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 고전력 모드의 제 1 위상에서, 전류가 상기 제 1 스위치, 상기 제 1 커패시터, 상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 4 스위치를 통해 흐르도록 상기 정류기 회로를 구성하는 단계; 및
상기 고전력 모드의 제 2 위상에서 전류가 상기 제 2 스위치, 상기 제 1 커패시터, 상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 3 스위치를 통해 흐르도록 상기 정류기 회로를 구성하는 단계;를 더 포함하는,
방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 보조 스위치는 공핍 모드 트랜지스터인,
방법. - 제 15 항에 있어서,
시동 프로세스의 제 1 위상에서, 전류가 상기 제 1 스위치, 상기 제 1 커패시터 및 상기 제 1 수신기 코일의 바디 다이오드, 상기 제 2 수신기 코일, 상기 제 2 커패시터 및 상기 보조 스위치를 통해 흐르도록 상기 정류기 회로를 구성하는 단계; 및
상기 시동 프로세스의 제 2 위상에서, 상기 전류가 상기 제 2 스위치, 상기 제 1 커패시터 및 상기 제 1 수신기 코일의 바디 다이오드, 상기 제 2 수신기 코일, 상기 제 2 커패시터 및 상기 보조 스위치를 통해 흐르도록 상기 정류기 회로를 구성하는 단계; 를 더 포함하는,
방법. - 송신기 회로를 통해 입력 전원에 결합된 송신기 코일;
상기 송신기 코일에 자기적으로 결합된 제 1 수신기 코일;
상기 제 1 수신기 코일에 결합된 정류기 회로; 및
직렬로 연결된 제 2 수신기 코일 및 보조 스위치를 포함하며,
시스템의 저전력 모드에 응답하여, 상기 시스템의 이득을 높이기 위해 상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 2 수신기 코일은 직렬로 연결되는,
시스템. - 제 17 항에 있어서, 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터를 더 포함하고,
상기 정류기 회로는 직렬로 연결된 제 1 스위치 및 제 2 스위치와, 직렬로 연결된 제 3 스위치 및 제 4 스위치를 포함하고,
상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 공통 노드는 상기 제 1 커패시터를 통해 상기 제 1 수신기 코일의 제 1 단자에 연결되고;
상기 제 3 스위치 및 상기 제 4 스위치의 공통 노드는 상기 제 1 수신기 코일의 제 2 단자에 연결되고; 그리고
상기 제 2 수신기 코일, 상기 제 2 커패시터 및 상기 보조 스위치는 상기 제 3 스위치 및 상기 제 4 스위치의 공통 노드와 그라운드 사이에 직렬로 연결되는,
시스템. - 제 18 항에 있어서,
상기 저전력 모드의 제 1 위상에서, 상기 정류기 회로는 전류가 상기 보조 스위치, 상기 제 2 커패시터, 상기 제 2 수신기 코일을 통해 흐르고, 각각 제 1 전도성 경로 및 제 2 전도성 경로로 분할되도록 구성되며, - 상기 제 1 전도성 경로는 상기 제 1 스위치, 상기 제 1 커패시터 및 상기 제 1 수신기 코일을 포함하고, 상기 제 2 전도성 경로는 상기 제 3 스위치를 포함함 -; 그리고
상기 저전력 모드의 제 2 위상에서, 상기 정류기 회로는 전류가 상기 보조 스위치, 상기 제 2 커패시터, 상기 제 2 수신기 코일을 통해 흐르고, 각각 제 3 전도성 경로 및 제 4 전도성 경로로 분할되도록 구성되는, - 상기 제 3 전도성 경로는 상기 제 2 스위치, 상기 제 1 커패시터 및 상기 제 1 수신기 코일을 포함하고, 상기 제 4 전도성 경로는 상기 제 4 스위치를 포함함-
시스템. - 제 18 항에 있어서,
상기 시스템의 고전력 모드의 제 1 위상에서, 상기 정류기 회로는 전류가 상기 제 1 스위치, 상기 제 1 커패시터, 상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 4 스위치를 통해 흐르도록 구성되고; 그리고
상기 시스템의 고전력 모드의 제 2 위상에서, 상기 정류기 회로는 전류가 상기 제 2 스위치, 상기 제 1 커패시터, 상기 제 1 수신기 코일 및 상기 제 3 스위치를 통해 흐르도록 구성되는,
시스템.
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