KR20230036027A - 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시에서는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법이 제공된다. 본 개시의 무선 전력 송신 장치는, 전력 증폭기, 코일을 포함하며, 상기 전력 증폭기를 통해 출력된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호를 수신하고, 상기 수신된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 의해 자기장을 형성하여 전력을 전송하는 송신 공진기, SRR(split ring resonator) 안테나의 대칭축을 중심으로 어느 한 측에 대응하는 형태로 구성되고, 상기 송신 공진기에 근접하여 배치되며, 제2 주파수에 대응하는 신호를 수신하는 안테나; 상기 안테나로 전송되는 상기 제2 주파수에 대응하는 신호의 적어도 일부를 센싱하는 센싱 회로; 및 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 컨트롤러를 포함하며, 상기 센싱 회로의 제1 출력 단자는 상기 안테나의 제1 부분에 연결되고, 상기 센싱 회로의 제2 출력 단자는 상기 송신 공진기의 상기 코일에 연결될 수 있다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTER AND METHOD FOR DETECTING A FOREIGN OBJECT IN THE WIRELESS POWER TRANSMITTER}
본 개시의 다양한 실시예들은 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법에 관한 것이다.
무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 무선 전력 송신 장치(예: 충전 패드)에 올려놓기만 하면 휴대폰의 배터리가 자동으로 충전될 수 있는 기술을 말한다. 이러한 무선 충전 기술은 전자 제품에 전력 공급을 위한 커넥터를 구비하지 않아도 되어 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않게 되므로 전자 장치의 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있다.
무선 충전 기술이 발전하면서, 하나의 전자 장치(예: 무선 전력 송신 장치)에서 다른 다양한 전자 장치(예: 무선 전력 수신 장치)로 전력을 공급하여 충전하는 방법이 연구되고 있다. 무선 충전 기술에는 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진(resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/microwave radiation) 방식이 있다.
예컨대, 스마트폰과 같은 전자 장치를 중심으로 전자기 유도 방식 또는 공진 방식을 이용한 무선 충전 기술이 보급되고 있다. 무선 전력 송신기(power transmitting unit; PTU)(예: 무선 전력 송신 장치)와 무선 전력 수신기(power receiving unit; PRU)(예: 스마트폰 또는 웨어러블 전자 장치)가 접촉하거나 일정 거리 이내로 접근하면, 무선 전력 송신기의 전송 코일(또는 송신 공진기)과 무선 전력 수신기의 수신 코일(또는 수신 공진기) 사이의 전자기 유도 또는 전자기 공진 등의 방법에 의해 무선 전력 수신기의 배터리가 충전될 수 있다.
무선 전력 송신기 또는 무선 전력 송신 장치는 공진 방식 또는 유도 방식에 따라 전류가 흐르면 자기장(magnetic field)을 생성할 수 있는 코일 또는 공진기(예컨대, 커패시터가 연결된 코일)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 무선 전력 송신 장치는 근접한 물체를 검출할 수 있다. 예컨대, 무선 전력 송신 장치는 상기 코일 또는 공진기를 통해 자기장을 생성할 때, 회로 내부에서 측정한 임피던스의 변화를 이용하여 물체의 존재 여부 또는 물체의 근접 여부를 확인할 수 있다. 상기 무선 전력 송신 장치에 포함된 루프 형태의 코일 또는 공진기는 자기장을 형성할 수 있으며, 상기 코일 또는 공진기를 통해 도체 또는 금속의 근접 여부를 센싱할 수 있다. 상기 무선 전력 송신 장치에서 상기 코일 또는 공진기를 통해 형성하는 자기장은 투자율(permeability)과 관련되므로, 상기 도체 또는 금속에 비해 상대적으로 유전율이 높은 인체(human body)의 근접 여부를 상기 코일 또는 공진기를 통해 검출하기 어려울 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서는, 코일 또는 공진기를 포함하는 무선 전력 송신 장치에서 상기 코일 또는 공진기와 근접한 위치에 인체를 검출하기 위한 안테나를 추가로 배치함으로써 인체의 존재 여부 또는 인체의 근접 여부를 확인할 수 있는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법을 제공할 수 있다.
전술한 과제 또는 다른 과제를 해결하기 위한, 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는, 전력 증폭기; 코일을 포함하며, 상기 전력 증폭기를 통해 출력된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호를 수신하고, 상기 수신된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 의해 자기장을 형성하여 전력을 전송하는 송신 공진기; SRR(split ring resonator) 안테나의 대칭축을 중심으로 어느 한 측에 대응하는 형태로 구성되고, 상기 송신 공진기에 근접하여 배치되며, 제2 주파수에 대응하는 신호를 수신하는 안테나; 상기 안테나로 전송되는 상기 제2 주파수에 대응하는 신호의 적어도 일부를 센싱하는 센싱 회로; 및 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 컨트롤러를 포함하며, 상기 센싱 회로의 제1 출력 단자는 상기 안테나의 제1 부분에 연결되고, 상기 센싱 회로의 제2 출력 단자는 상기 송신 공진기의 상기 코일에 연결될 수 있다.
전술한 과제 또는 다른 과제를 해결하기 위한, 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법은, 코일을 포함하는 송신 공진기에서, 전력 증폭기를 통해 출력된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 의해 자기장을 형성하여 전력을 전송하는 동작; 컨트롤러에서, 상기 제1 주파수에 대응하는 전기 신호로부터 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 도체의 근접 여부를 확인하는 동작; 상기 송신 공진기에 근접하여 배치되는 안테나에서 제2 주파수에 대응하는 신호를 전송하는 동작; 및 상기 컨트롤러에서, 상기 제2 주파수에 대응하는 신호로부터 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는 동작;을 포함할 수 있다.
전술한 과제 또는 다른 과제를 해결하기 위한, 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는, 전력 증폭기; 코일을 포함하며, 상기 전력 증폭기를 통해 출력된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호를 수신하고, 상기 수신된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 의해 자기장을 형성하여 전력을 전송하는 송신 공진기; 상기 송신 공진기에 근접하여 배치되며 ,제2 주파수에 대응하는 신호를 수신하는 안테나; 상기 안테나로 전송되는 상기 제2 주파수에 대응하는 신호의 적어도 일부를 센싱하는 센싱 회로; 및 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 근접 여부를 판단하는, 컨트롤러를 포함하며, 상기 센싱 회로의 제1 출력 단자는 상기 안테나의 제1 부분에 연결되고, 상기 센싱 회로의 제2 출력 단자는 상기 송신 공진기의 상기 코일에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법은, 무선으로 전력을 전송하기 위한 공진기 또는 코일 외에 인체를 검출하기 위한 안테나를 추가로 배치함으로써 무선 전력 송신 장치에서 금속 또는 도체의 근접 여부뿐만 아니라 인체의 존재 여부 또는 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 송신 공진기와 안테나를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나의 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 14a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 거리에 따라 변화되는 임피던스를 나타내는 그래프이다.
도 14b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 거리에 따라 변화되는 임피던스를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 거리에 따라 변화되는 위상을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도체 접근 시 각 거리별 주파수에 대응하는 위상을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 인체 접근 시 각 거리별 주파수에 대응하는 위상을 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도체 접근 시 각 거리별 주파수에 대응하는 반사 계수를 나타내는 그래프이다.
도 19는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 인체 접근 시 각 거리별 주파수에 대응하는 반사 계수를 나타내는 그래프이다.
도 20은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 21은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 22는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 23은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 24는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 25는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(160)(예컨대, 전자 장치)는 무선 전력 수신 장치(이하, '전자 장치(150)' 또는 '외부 전자 장치'라 명명함)에 무선으로 전력(161)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(160)는, 다양한 충전 방식에 따라 전자 장치(150)로 전력(161)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(160)는, 유도 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(160)가 유도 방식에 의해 전력(161)을 송신하는 경우에, 무선 전력 송신 장치(160)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 코일, 통신 변복조 회로 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터는 적어도 하나의 코일과 함께 공진 회로(또는 공진기)를 구성할 수도 있다. 무선 전력 송신 장치(160)는, WPC(wireless power consortium) 표준(또는, Qi 표준)에서 정의된 방식으로 동작할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신 장치(160)는, 공진 방식에 따라 전력(161)을 송신할 수 있다. 공진 방식에 의해 전력(161)을 송신하는 경우, 무선 전력 송신 장치(160)는, 예를 들어 전력 소스, 직류-교류 변환 회로, 증폭 회로, 임피던스 매칭 회로, 적어도 하나의 커패시터, 적어도 하나의 공진기 또는 코일, 아웃 밴드 통신 회로(예: BLE(bluetooth low energy) 통신 회로) 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 공진기 또는 코일은 공진 회로를 구성할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(160)는, A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준(또는, AFA(air fuel alliance) 표준)에서 정의된 방식으로 동작할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(160)는, 공진 방식 또는 유도 방식에 따라 전류가 흐르면 자기장을 생성할 수 있는 공진기 또는 코일을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(160)가 자기장을 생성하는 과정을, 무선 전력 송신 장치(160)가 전력(161)을 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다. 아울러, 전자 장치(150)는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장에 의하여 유도 기전력이 발생되는 코일을 포함할 수 있다. 전자 장치(150)가 공진기 또는 코일을 통하여 유도 기전력을 발생시키는 과정을, 전자 장치(150)가 전력(161)을 무선으로 수신한다고 표현할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 의한 무선 전력 송신 장치(160)는, 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(160)는, 인-밴드 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(160) 또는 전자 장치(150)는, 예를 들어 온/오프 키잉(on/off keying) 변조 방식에 따라, 송신하고자 하는 데이터에 대응하여 로드(또는, 임피던스)를 변경할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(160) 또는 전자 장치(150)는, 공진기 또는 코일의 전류, 전압 또는 전력의 크기 변경에 기초하여 로드 변경(또는, 임피던스 변경)을 측정함으로써, 상대 장치에서 전송하고자 하는 데이터를 확인할 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 송신 장치(160)는, 아웃-밴드(또는 아웃 오브 밴드) 방식에 따라 전자 장치(150)와 통신을 수행할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(160) 또는 전자 장치(150)는, 공진기, 코일 또는 패치 안테나와 별도로 구비된 근거리 통신 모듈(예: BLE 통신 모듈)을 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 하우징(210) 및 공진기 몸체(230)를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 다양한 실시예에 따라, 상기 공진기 몸체(230) 또는 공진기 몸체(230)에 포함된 구성의 일부가 하우징(210) 내에 포함될 수도 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 하우징(210) 내에 컨트롤러(211), 전력 증폭기(212), 매칭 회로(213), 신호 생성기(214) 또는 센싱 회로(215)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 컨트롤러(211), 전력 증폭기(212), 매칭 회로(213), 신호 생성기(214), 센싱 회로(215)는 하우징(210) 내부에 포함되거나, 상기 하우징(210)의 외부에 배치될 수도 있다. 상기 신호 생성기(214)는 상기 컨트롤러(211)에 포함되거나, 상기 컨트롤러(211)의 외부에서 별도의 회로로 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 무선 전력 송신 장치(160)의 공진기 몸체(230)는 적어도 하나의 공진기(231) 및 적어도 하나의 안테나(232)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 공진기(231)는 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 커패시터를 더 포함할 수 있다. 각 공진기(231)는 N-턴(turn)의 코일을 포함하여 루프를 형성할 수 있으며, 적어도 일부에 페라이트(ferrite)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 적어도 하나의 공진기(231)는 상기 하우징(210) 내부에 포함되거나, 상기 하우징(210)의 외부에 배치될 수도 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 전력 증폭기(212)는 인버터를 포함할 수 있다. 전력 증폭기(212)는 컨트롤러(211)의 제어에 따라 입력된 전원으로부터 설정된 주파수에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 상기 무선 전력 송신 장치(160)가 공진 방식의 표준에 따라 무선 전력을 전송하는 경우, 상기 설정된 주파수는 6.78MHz일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전력 증폭기(212)로부터 출력된 신호는 매칭 회로(213)로 입력될 수 있다. 상기 전력 증폭기(212)의 다양한 실시예는 도 20의 설명에서 후술하기로 한다.
다양한 실시예에 따라, 상기 매칭 회로(213)는 상기 전력 증폭기(213)로부터 신호를 수신하고 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 매칭 회로(213)는 출력 임피던스가 부하의 임피던스에 정합되도록 하는 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 상기 매칭 회로(213)는 예를 들어, 적어도 하나의 저역 통과 필터, 및/또는 밴드 스탑 필터를 포함할 수 있으며, 저역 통과 필터는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 매칭 회로(213)를 통해 임피던스 매칭된 신호는 상기 적어도 하나의 공진기(231)로 전송될 수 있다. 상기 적어도 하나의 공진기(231)는, 공진 방식 또는 유도 방식에 기반하여 전류가 흐름에 따라 자기장을 생성할 수 있다. 상기 적어도 하나의 공진기(231)가 자기장을 생성하는 과정을, 무선 전력 송신 장치(160)가 전력(161)을 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컨트롤러(211)는 상기 전력 증폭기(212)가 제1 주파수(예컨대, 6.78MHz)에 대응하는 신호를 출력하도록 제어할 수 있다. 예컨대, 전력 증폭기(212)는 상기 컨트롤러(211)의 제어에 따라 입력된 전원으로부터 상기 설정된 제1 주파수(예컨대, 6.78MHz)에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 컨트롤러(211)는 상기 공진기(231)를 통해 도체 또는 금속의 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컨트롤러(211)는 상기 신호 생성기(214)가 제2 주파수(예컨대, 400MHz)에 대응하는 신호를 출력하도록 제어할 수 있다. 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 더 낮은 주파수일 수 있다. 상기 신호 생성기(214)로부터 출력된 제1 주파수에 대응하는 신호는 안테나(232)에서 수신하여 방사될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 센싱 회로(215)는 상기 안테나(232)로 전송되는 제1 주파수에 대응하는 신호의 적어도 일부 또는 상기 안테나(232)로부터 출력되는 신호를 센싱하고, 상기 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 유무 또는 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다. 예컨대, 상기 안테나(232)는 상기 제1 주파수에 대응하는 신호에 기반하여 전기장을 형성할 수 있다. 상기 무선 전력 송신 장치(160)에 인체가 근접하는 경우, 상기 안테나(232)에 의해 형성된 전기장은 인체의 유전율에 영향을 받아 변화할 수 있다. 상기 센싱 회로(215)는 상기 안테나(232)로 전송되는 제1 주파수에 대응하는 신호의 적어도 일부 또는 상기 안테나(232)로부터 출력되는 신호를 센싱하고, 상기 센싱된 신호 또는 상기 센싱된 신호의 변화에 기반하여 인체의 존재 여부 또는 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다. 상기 센싱 회로(215)에서 상기 안테나(232)에 의해 인체를 센싱하는 다양한 실시예는 도 21, 도 22, 도 23, 도 24, 및 도 25의 설명에서 후술하기로 한다.
다양한 실시예에 따라, 컨트롤러(211)는 상기 공진기(231)를 통해 확인된 금속 또는 도체의 존재 또는 근접 여부 및/또는 상기 안테나(232)를 통해 확인된 인체의 존재 또는 근접 여부를 확인하고, 상기 무선 전력 송신 장치(160)의 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 컨트롤러(211)는 상기 공진기(231) 및/또는 상기 안테나(232)를 통해 확인된 도체 또는 인체의 존재 또는 근접 여부를 확인함에 기반하여 전자 장치(150)에 대한 충전 동작을 제어하거나, 임피던스를 조정할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 송신 공진기와 안테나를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 공진기 몸체((230)는 적어도 하나의 공진기(231)와 적어도 하나의 안테나(232)를 포함할 수 있다. 상기 공진기(231)는 복수의 코일들(예컨대, 5개의 코일들)을 적층하여 구성할 수 있다. 상기 공진기(231)의 하단에는 슬릿(320)을 형성할수 있다. 상기 공진기(231)의 하단에 형성된 슬릿(320)에는 적어도 하나의 커패시터(예컨대, 100pF의 커패시터)가 연결될 수 있다. 상기 공진기(231)의 하단에 형성된 슬릿(320)에는 제1 포트(port)(311)가 연결될 수 있다. 상기 제1 포트(311)는 도 2에서 전술한 매칭 회로(213)에 연결될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 공진기(231)는 상기 제1 포트(311)를 통해 전송된 제1 주파수(예컨대, 6.78MHz)에 대응하는 신호에 의해 자기장을 형성함으로써 전자 장치(150)로 전력을 전송할 수 있다. 상기 공진기(231)는 전술한 바와 같이 무선으로 전력을 전송하는 역할을 할 수도 있으며, 도체 또는 금속을 센싱하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)와 근접한 위치에 적어도 하나의 안테나(232)가 배치될 수 있다. 도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 개구가 형성될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 내측에 2 개의 안테나들(232a, 232b)이 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 공진기(231)의 내측 제1 면에 제1 안테나(232a)가 배치될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 내측 제2 면에 제2 안테나(232b)가 배치될 수 있다. 상기 제1 면과 상기 제2 면은 서로 대향하는 면일 수 있다. 상기 도 3에서는 2개의 안테나들(232a, 232b)이 서로 대향하는 면에 배치됨을 예시한다. 다양한 실시예에 따라, 공진기(231)에 근접하여 배치되는 안테나(232)의 개수, 안테나(232)가 배치되는 위치(예컨대, 공진기(231)의 내측 또는 외측), 안테나(232)의 방향은 다양하게 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제1 안테나(232a)의 일 부분에는 제2 포트(312)의 제1 단자가 연결될 수 있다. 상기 제2 포트(312)의 제2 단자는 공진기(231)에 연결될 수 있다. 상기 제2 포트(312)의 제2 단자는 공진기(231)에 연결되어 접지(ground) 역할을 할 수 있다. 상기 제1 안테나(232a)는 상기 공진기(231)의 내측에 근접하여, 상기 송신 공진기(231)의 형상에 대응하여 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 안테나(232a)는 상기 공진기(231)의 내측에서 상기 공진기(231)의 형상을 따라 구브러진 형태로 배치될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 제2 포트(312)를 통해 제2 주파수(예컨대, 400MHz)에 대응하는 신호를 제1 안테나(232a)로 전송할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 제1 안테나(232a)와 상기 공진기(231)의 사이에는 제1 유전체 기판(301)이 배치될 수 있다. 상기 제1 안테나(232a)는 전술한 바와 같이 인체의 존재 또는 인체의 근접 여부를 센싱하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제2 안테나(232b)의 일 부분에는 제3 포트(313)의 제1 단자가 연결될 수 있다. 상기 제3 포트(313)의 제2 단자는 공진기(231)에 연결될 수 있다. 상기 제3 포트(313)의 제2 단자는 공진기(231)에 연결되어 접지(ground) 역할을 할 수 있다. 상기 제2 안테나(232b)는 상기 공진기(231)의 내측에 근접하여, 상기 송신 공진기(231)의 형상에 대응하여 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 안테나(232b)는 상기 공진기(231)의 내측에서 상기 공진기(231)의 형상을 따라 구브러진 형태로 배치될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 제3 포트(313)를 통해 제2 주파수 또는 제3 주파수에 대응하는 신호를 제2 안테나(232b)로 전송할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 제2 안테나(232b)와 상기 공진기(231)의 사이에는 제2 유전체 기판(302)이 배치될 수 있다. 상기 제2 안테나(232b)는 전술한 바와 같이 인체의 존재 또는 인체의 근접 여부를 센싱하기 위해 사용될 수 있다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나의 형태를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 전술한 적어도 하나의 안테나(232)는 SRR(split ring resonator) 안테나 또는 SRR 안테나의 적어도 일부 형상을 이용하여 구현될 수 있다. 예컨대, 안테나(232)는 SRR(split ring resonator) 안테나(410)의 대칭축을 중심으로 어느 한 측에 대응하는 반쪽 형태로 구성되어, 상기 공진기(231)에 근접하여 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 안테나(232)는 'C'자 형상을 가질 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 SRR 안테나(410)는 기판(410a)상에 고정하여 배치될 수 있으며, 상기 SRR 안테나(410)의 일 단은 상기 공진기(231)와 일정 간격의 공간(410b)을 형성하도록 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 공진기(231)와 일정 간격의 공간(410b)을 형성하여 배치되는 SRR 안테나(410)의 일 단에는 탭을 형성하여 도 3에서 전술한 제2 포트(312)의 제1 단자가 연결될 수 있다. 상기 제2 포트(312)의 제2 단자는 상기 공진기(231)에 연결되어 접지(ground)의 기능을 할 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 개구가 형성될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 일측에 안테나(501)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 일측 정면부에 안테나(501)가 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 공진기(231)의 정면이 되면서, 상기 안테나(501)의 측면을 활용하여 인체를 센싱할 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 개구가 형성될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 외부 일측에 안테나(601)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 외부 우측 측면부에 안테나(601)가 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 공진기(231)의 정면이 되면서, 상기 안테나(601)의 정면을 활용하여 인체를 센싱할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 안테나(601)는 SRR(split ring resonator) 안테나 또는 SRR 안테나의 적어도 일부 형상을 이용하여 구현될 수 있다. 예컨대, 안테나(601)는 SRR(split ring resonator) 안테나의 대칭축을 중심으로 어느 한 측에 대응하는 반쪽 형태로 구성되어, 상기 공진기(231)에 근접하여 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 안테나(232)는 IFA(inverted F antenna) 형태를 가질 수 있다. 예컨대, SRR 안테나의 반쪽 형태에서 추가로 스터브(stub)(601b)를 형성할 수 있다. 상기 안테나(601)의 일측에 연장된 스터브(601b)는 공진기(231)에 연결되어 임피던스 매칭을 위해 사용될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 안테나(601)는 기판상에 고정하여 배치될 수 있으며, 상기 안테나(601)의 일 단은 상기 공진기(231)와 일정 간격의 공간을 형성하도록 배치될 수 있으며, 상기 안테나(601)의 일 단은 제2 포트의 제1 단자(601b)가 연결될 수 있다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 개구가 형성될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 외부 일측에 안테나(701)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 외부 좌측 측면부에 안테나(701)가 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 공진기(231)의 정면이 되면서, 상기 안테나(701)의 정면을 활용하여 인체를 센싱할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 도 7에 도시된 안테나(701)는 상기 도 6에 도시된 안테나(601)와 비교할 때, 배치되는 위치와 방향이 서로 상이할 수 있다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 개구가 형성될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 내부 일측에 안테나(801, 802)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 내부 좌측 측면부에 제1 안테나(801)가 배치될 수 있다. 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 내부 우측 측면부에 제2 안테나(802)가 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 공진기(231)의 정면이 되면서, 상기 안테나(801, 802)의 정면을 활용하여 인체를 센싱할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 도 8에 도시된 안테나(801, 802)는 상기 도 6 또는 도 7에 도시된 안테나(601, 701)와 비교할 때, 배치되는 위치와 방향이 서로 상이할 수 있다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 개구가 형성될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 외부 일측에 안테나(901, 902)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 외부 좌측 측면부에 제1 안테나(901)가 배치될 수 있다. 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 외부 우측 측면부에 제2 안테나(902)가 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 공진기(231)의 정면이 되면서, 상기 안테나(901, 902)의 정면을 활용하여 인체를 센싱할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 도 9에 도시된 안테나(901, 902)는 상기 도 6, 도 7, 또는 도 8에 도시된 안테나(601, 701, 801, 802)와 비교할 때, 배치되는 위치와 방향이 서로 상이할 수 있다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 개구가 형성될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 외부 일측에 안테나(1001, 1002)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 외부 좌측 측면부에 제1 안테나(1001)가 배치될 수 있다. 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 외부 우측 측면부에 제2 안테나(1002)가 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 도 10에 도시된 안테나(1001, 1002)는 상기 도 9에 도시된 안테나(901, 902)와 비교할 때, 제1 안테나(901, 1001)의 방향은 서로 상이하나, 제2 안테나(902, 1002)의 방향은 서로 동일할 수 있다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 개구가 형성될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 내부 일측에 안테나(1101, 1102)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 내부 좌측에서 상부로 연장되는 측면부에 제1 안테나(1101)가 배치될 수 있다. 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 내부 우측에서 하부로 연장되는 측면부에 제2 안테나(1102)가 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 공진기(231)의 정면이 되면서, 상기 안테나(1101, 1102)의 정면을 활용하여 인체를 센싱할 수 있다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 개구가 형성될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 내부 일측에 안테나(1201, 1202, 1203, 1204)가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 내부 상부 측면부에 제1 안테나(1201)가 배치될 수 있다. 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 내부 우측 측면부에 제2 안테나(1202)가 배치될 수 있다. 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 내부 하부 측면부에 제3 안테나(1203)가 배치될 수 있다. 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 공진기(231)의 내부 좌측 측면부에 제4 안테나(1204)가 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 공진기(231)의 정면이 되면서, 상기 안테나(1201, 1202, 1203, 1204)의 정면을 활용하여 인체를 센싱할 수 있다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나가 송신 공진기에 배치되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 상기 공진기(231)의 루프 형상을 위에서 바라볼 때 개구가 형성될 수 있으며, 상기 공진기(231)의 외부에서 상기 공진기(231)를 둘러싸며 안테나(1301, 1002)가 배치될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 안테나(1301)는 IFA(inverted F antenna) 형태를 가질 수 있다. 예컨대, SRR 안테나의 반쪽 형태에서 추가로 스터브(stub)(1301a)를 형성할 수 있다. 상기 안테나(1301)의 일측에 연장된 스터브(1301a)는 공진기(231)에 연결되어 임피던스 매칭을 위해 사용될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 안테나(1301)는 기판상에 고정하여 배치될 수 있으며, 상기 안테나(1301)의 일 단은 상기 공진기(231)와 일정 간격의 공간을 형성하도록 배치될 수 있으며, 상기 안테나(1301)의 일 단은 제2 포트의 제1 단자(1301b)가 연결될 수 있다.
이하, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 16, 도 17, 도 18, 도 19를 참조하여, 안테나를 통해 특정 주파수에 대응하는 신호를 전송하는 경우 금속 또는 인체가 거리에 따라 변화되는 상황에서의 다양한 시뮬레이션 결과를 설명한다. 후술하는 시뮬레이션에서는 거리에 따른 임피던스 또는 위상의 변화에 기반하여 물체(예컨대, 금속 또는 인체)의 근접 여부 판단을 설명하고 있으나, 상기 임피던스 또는 위상 외에도 안테나를 통해 신호를 전송할 때 측정할 수 있는 다른 파라미터(예컨대, Q-팩터, 반사 계수, 반사 손실, 커플링 계수, 또는 정재파비)들에 의해서도 물체의 근접 여부를 판단할 수 있으며, 후술하는 파라미터들로 한정되는 것은 아니다.
도 14a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 거리에 따라 변화되는 임피던스를 나타내는 그래프이다.
도 14a를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)의 안테나(232)를 통해 제2 주파수(예컨대, 2.4GHz)에 대응하는 신호를 전송하여 전기장을 형성하는 경우, 물체가 안테나(232)에 근접할 때, 거리에 따라 변화되는 임피던스를 나타내는 그래프이다.
상기 도 14a에서 실선으로 표시된 그래프(1411)는 인체(예컨대, 손)을 안테나에 근접시킬 경우 거리에 따라 변화되는 임피던스(impedance)의 실수값을 나타낸다. 점선으로 표시된 그래프(1412)는 금속을 안테나에 근접시킬 경우 거리에 따라 변화되는 임피던스(impedance)의 실수값을 나타낸다. 도 14a를 참조하면, 손과 금속은 안테나와의 거리가 10mm 이상인 상태에서는 임피던스의 실수 값이 유사하게 나타나지만, 안테나와의 거리가 10mm 미만으로 근접한 상태에서는 임피던스의 실수 값의 차이가 증가함을 확인할 수 있다. 예컨대, 안테나와 금속 간의 거리가 5mm 미만인 경우 임피던스의 실수 값이 20옴 미만으로 나타나지만, 안테나와 손 간의 거리가 5mm 미만인 경우 임피던스의 실수 값이 60옴 이상으로 나타남을 확인할 수 있다. 예컨대, 물체가 안테나에 근접할 경우, 상기 도 14a에 도시된 바와 같이 안테나를 통해 제2 주파수의 신호를 전송하여 전기장을 형성하고, 임피던스를 측정함으로써 물체가 손인지 금속인지를 구분할 수 있으며, 물체가 근접하고 있는지 여부를 확인할 수 있다.
도 14b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 거리에 따라 변화되는 임피던스를 나타내는 그래프이다.
도 14b를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)의 안테나(232)를 통해 도 14a에서의 제2 주파수와 다른 제3 주파수(예컨대, 0.9GHz)에 대응하는 신호를 전송하여 전기장을 형성하는 경우, 물체가 안테나(232)에 근접할 때, 거리에 따라 변화되는 임피던스를 나타내는 그래프이다.
상기 도 14b에서 실선으로 표시된 그래프(1421)는 인체(예컨대, 손)을 안테나에 근접시킬 경우 거리에 따라 변화되는 임피던스(impedance)의 실수값을 나타낸다. 점선으로 표시된 그래프(1422)는 금속을 안테나에 근접시킬 경우 거리에 따라 변화되는 임피던스(impedance)의 실수값을 나타낸다. 도 14b를 참조하면, 손과 금속은 안테나와의 거리가 30mm 이상인 상태에서는 임피던스의 실수 값이 유사하게 나타나지만, 안테나와의 거리가 30mm 미만으로 근접한 상태에서는 임피던스의 실수 값의 차이가 증가함을 확인할 수 있다. 예컨대, 금속의 경우 안테나와의 거리에 상관 없이 임피던스의 실수 값이 20옴 미만으로 나타나지만, 손의 경우 안테나와 손 간의 거리가 20mm 미만인 경우 임피던스의 실수 값이 급격히 증가함을 확인할 수 있다. 예컨대, 물체가 안테나에 근접할 경우, 상기 도 14b에 도시된 바와 같이 안테나를 통해 제3 주파수의 신호를 전송하여 전기장을 형성하고, 임피던스를 측정함으로써 물체가 손인지 금속인지를 구분할 수 있으며, 물체가 근접하고 있는지 여부를 확인할 수 있다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 거리에 따라 변화되는 위상을 나타내는 그래프이다.
도 15를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)의 안테나(232)를 통해 제4 주파수(예컨대, 0.95GHz)에 대응하는 신호를 전송하여 전기장을 형성하는 경우와 제5 주파수(예컨대, 0.98GHz)에 대응하는 신호를 전송하여 전기장을 형성하는 경우 물체가 안테나(232)에 근접할 때, 거리에 따라 변화되는 임피던스 값의 각도 또는 위상을 나타내는 그래프이다. 상기 임피던스 값의 각도 또는 위상은 하기 <수학식 1>에 의해 산출될 수 있다.
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상기 도 15에서 점선으로 표시된 그래프(1501a, 1501b)는 인체(예컨대, 손)을 안테나에 근접시킬 경우 거리에 따라 변화되는 임피던스 값의 각도 또는 위상을 나타낸다. 상기 도 15에서 실선으로 표시된 그래프(1502a, 1502b)는 인체(예컨대, 손)을 안테나에 근접시킬 경우 거리에 따라 변화되는 임피던스 값의 각도 또는 위상을 나타낸다. 예컨대, 1501a는 950MHz의 신호를 전송할 때 손이 근접하는 경우의 그래프이고, 1502a는 950MHz의 신호를 전송할 때 금속이 근접하는 경우의 그래프이다. 1501b는 980MHz의 신호를 전송할 때 손이 근접하는 경우의 그래프이고, 1502b는 980MHz의 신호를 전송할 때 금속이 근접하는 경우의 그래프이다.
도 15를 참조하면, 37.5mm 미만의 거리에서는 안테나를 통해 전송되는 신호의 주파수가 950MHz인 경우에 비해 980MHz인 경우에서의 금속과 손의 임피던스 값의 각도 또는 위상의 차이가 큼을 확인할 수 있다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도체 접근 시 각 거리별 주파수에 대응하는 위상을 나타내는 그래프이다. 도 17은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 인체 접근 시 각 거리별 주파수에 대응하는 위상을 나타내는 그래프이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 도 16 및 도 17의 각 그래프는 서로 거리가 상이한 그래프를 나타낸다. 예컨대, 도 16 및 도 17에 표시된 화살표의 방향은 도체가 근접함에 따라 각 거리에서 측정된 임피던스 값의 위상의 그래프를 나타낸다.
다양한 실시예에 따라, 도 16을 참조하면, 도체가 안테나에 접근하는 경우 각 거리에 대응하는 그래프들 간의 차이가 크지 않음을 확인할 수 있다. 도 17을 참조하면, 인체가 안테나에 접근하는 경우 각 거리에 대응하는 그래프들 간의 차이가 상대적으로 도체의 경우보다 크게 나타남을 확인할 수 있다. 전술한 바와 같이, 안테나를 통해 설정된 주파수에 대응하는 신호를 전송하여 전기장을 형성하고, 임피던스 값의 각도 또는 위상에 기반하여 도체가 근접하는 지 인체가 근접하는지 여부를 확인할 수 있다.
도 18은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도체 접근 시 각 거리별 주파수에 대응하는 반사 계수를 나타내는 그래프이다. 도 19는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 인체 접근 시 각 거리별 주파수에 대응하는 반사 계수를 나타내는 그래프이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 도 18 및 도 19의 각 그래프는 서로 거리가 상이한 그래프를 나타낸다. 예컨대, 도 18 및 도 19에 표시된 화살표의 방향은 도체가 근접함에 따라 각 거리에서 측정된 반사 계수(S11)의 그래프를 나타낸다.
다양한 실시예에 따라, 도 18을 참조하면, 도체가 안테나에 접근하는 경우 각 거리에 대응하는 그래프들 간의 차이가 크지 않음을 확인할 수 있다. 도 19를 참조하면, 인체가 안테나에 접근하는 경우 각 거리에 대응하는 그래프들 간의 차이가 상대적으로 도체의 경우보다 크게 나타남을 확인할 수 있다. 전술한 바와 같이, 안테나를 통해 설정된 주파수에 대응하는 신호를 전송하여 전기장을 형성하고, 반사 계수에 기반하여 도체가 근접하는 지 인체가 근접하는지 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 도 18 및 19에서는 반사 계수들을 비교하여 도체 또는 인체의 근접을 구분하는 방법을 설명하였으나, 상기 반사 계수 외에도, 안테나를 통해 신호를 전송할 때 측정할 수 있는 다른 파라미터(예컨대, Q-팩터, 반사 손실, 커플링 계수, 또는 정재파비)들에 의해서도 물체의 근접 여부를 판단할 수 있으며, 상기 파라미터들로 한정되는 것은 아니다.
도 20은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 20을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 전력 증폭기(212)(예컨대, EF2 인버터), 매칭 회로(213) 및 공진기(231)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 전력 증폭기(212)에 대응하는 EF2 인버터는, RF choke 인덕터(inductor)(Lf)(3), 게이트 드라이버(gate driver)(5), 트랜지스터(7), 션트 커패시터(shunt capacitor)(Cp)(9), 제1 LC 공진 회로(11), 및 제2 LC 공진 회로(13)를 포함할 수 있다.
트랜지스터(7)는, 입력 전원(1)으로부터 DC 전압(Vin)을 구동 전압으로 인가 받아 동작할 수 있다. 트랜지스터(7)는, 게이트 드라이버(5)로부터 입력단(예: 게이트(gate))을 통해, 펄스 형태(예: 구형파(square wave))의 입력 신호를 수신하여 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다. 트랜지스터(7)는, 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET)를 포함할 수 있다.
RF choke 인덕터(3)는, DC 전류만 트랜지스터(7)에 전달되도록, 입력 전원(1)으로부터 트랜지스터(7)에 RF 신호가 전달되는 것을 차단할 수 있다.
션트 커패시터(9)는, 트랜지스터(7)와 병렬로 연결되고, 트랜지스터(7)가 턴 온 또는 턴 오프되는 동안, 방전되거나(discharged) 충전될(charged) 수 있다. 션트 커패시터(9)는, 트랜지스터(7)와 병렬로 연결된 별도의 커패시터일 수 있으며, 트랜지스터(2)의 내부 커패시턴스(예: 드레인-소스 커패시턴스(Cds))를 포함하는 개념으로 설명될 수도 있다.
트랜지스터(7)가 게이트 드라이버(5)로부터 입력 신호를 수신하여 턴 온 또는 턴 오프됨에 기반하여, RF 신호(또는 RF 전력)가 생성될 수 있다. 상기 생성된 RF 신호는 게이트 드라이버(5)로부터 트랜지스터(7)의 게이트로 입력되는 입력 신호에 대응하는 동작 주파수를 갖는 신호일 수 있다. 예컨대, 상기 무선 전력 송신 장치가 공진 방식의 표준에 따라 무선 전력을 전송하는 경우 상기 동작 주파수는 6.78MHz일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 RF 신호 또는 RF 전력은 트랜지스터(7)의 출력단을 통해 제1 LC 공진 회로(11) 및/또는 제2 LC 공진 회로(13)로 전달될 수 있다. 더욱 상세하게는, 트랜지스터(7)가 턴 온 되면(예: 트랜지스터(7)가 포화 상태가 되면), 트랜지스터(7)는 전기적으로 단락되어 소스(source)와 연결된 접지에 대한 단락 회로로 해석될 수 있으며, 출력단의 전압은 0으로 해석될 수 있다. 상기 트랜지스터(7)가 턴 온됨에 따라 RF choke 인덕터(3)를 통해 트랜지스터(7)로 흐르는 전류는 점차 증가할 수 있다. 이후, 트랜지스터(7)가 턴 오프 되면, RF choke 인덕터(3)를 통해 흐르는 전류는 션트 커패시터(9)로 향하게 되며, 션트 커패시터(9)가 점차 충전됨에 따라 트랜지스터(7)의 출력단의 전압(예: 션트 커패시터(9)의 양단 전압)은 최대값에 도달할 때까지 증가할 수 있다. 이후에, 션트 커패시터(9)가 점차 방전됨에 따라 션트 커패시터(9)로부터 트랜지스터(7)의 출력단을 통해 제1 LC 공진 회로(11) 및/또는 제2 LC 공진 회로(13)로 전류가 흐르면서 션트 커패시터(9)의 양단 전압이 점차 감소할 수 있다. 트랜지스터(7)가 턴 오프된 후 다시 턴 온되기 전에(예: RF choke 인덕터(3)를 통해 트랜지스터(7)로 전류가 다시 흐르기 시작하기 전에), 트랜지스터(7)의 출력단의 전압(예: 션트 커패시터(9)의 양단 전압 및 트랜지스터(7)의 드레인-소스 전압(drain-source voltage))이 점차 감소하여 0이 되고 트랜지스터(7)의 출력단의 전압이 감소하는 변화량이 0이 되도록, 트랜지스터(7), 션트 커패시터(9) 및 입력 신호가 설정될 수 있다. 이후에, 트랜지스터(7)가 다시 턴 온 되면, RF choke 인덕터(3)를 통해 흐르는 전류는 트랜지스터(7)로 향하게 되며, 트랜지스터(7)가 온 상태인 동안 트랜지스터(7)의 출력단의 전압은 0으로 유지될 수 있다. 상술한 바와 같이, 트랜지스터(7)가 온 상태인 동안에는 트랜지스터(7)의 출력단의 전압이 0이고, 오프 상태인 동안에는 RF choke 인덕터(3)를 통해 흐르는 전류가 션트 커패시터(9)를 향하게 됨에 따라 RF choke 인덕터(3)를 통해 트랜지스터(7)로 흐르는 전류가 0이기 때문에(다시 말해, 트랜지스터(7)의 출력단의 전압이 0이 아닌(non-zero)인 기간과 드레인-소스 전류가 0이 아닌 기간이 중첩되지 않기 때문에), 트랜지스터(7)에서 소모되는 전력은 이상적으로는 0일 수 있다. 하지만, 이상적이지 않은(non-ideal) 경우에 있어서는, 트랜지스터(7)가 턴 온 또는 턴 오프됨에 기반하여 RF 전력을 생성하기 때문에, 생성된 RF 전력은 원하는 주파수 성분(예: 동작 주파수의 기본 성분)뿐만 아니라, 2차 이상의 고조파 주파수(harmonic frequency) 성분을 포함할 수 있다. 트랜지스터(7)의 듀티 사이클(duty cycle)은, 입력 신호에 기반하여, 예를 들어, 50%로 설정될 수 있다.
제1 LC 공진 회로(11)는, 트랜지스터(7)와 병렬로 연결될 수 있다. 제1 LC 공진 회로(11)는, 서로 직렬로 연결된 제1 인덕터(Lmr)(11a)(예컨대, 코일(coil)) 및 제1 커패시터(Cmr)(11b)를 포함할 수 있다. 제1 인덕터(11a) 및 제1 커패시터(11b)는, 제1 LC 공진 회로(11)의 공진 주파수가 입력 신호의 동작 주파수(fs)의 2차 고조파 주파수(2fs)에 대응하도록 하는 적절한 소자값들을 가질 수 있다. 제1 LC 공진 회로(11)는, 2차 고조파 주파수(2fs)에서 전기적으로 단락 회로(short circuit)로 해석될 수 있다. 제1 LC 공진 회로(11)는, 2차 고조파 주파수(2fs)에서 전기적으로 단락됨에 기반하여 트랜지스터(7)로부터 생성된 RF 전력의 2차 고조파 성분이 제2 LC 공진 회로(13)로 전달되는 것을 방지하는 2차 하모닉 필터(2nd harmonic filter)(예: 밴드 스탑 필터(band-stop filter))로 동작할 수 있다.
제2 LC 공진 회로(13)는, 트랜지스터(7)의 출력단에 직렬로 연결될 수 있다. 제2 LC 공진 회로(13)는, 서로 직렬로 연결된 제2 커패시터(Co)(13a) 및 제2 인덕터(Lo)(13b)를 포함할 수 있다. 제2 커패시터(13a) 및 제2 인덕터(13b)는, 제2 LC 공진 회로(13)의 공진 주파수가 입력 신호의 동작 주파수(fs)에 대응(예: 기본 주파수(또는, 1차 고조파 주파수)(fs)에 대응)하도록 하는 적절한 소자값들을 가질 수 있다. 제2 LC 공진 회로(13)는, 1차 고조파 주파수(fs)에서 전기적으로 단락 회로로 해석될 수 있다. 제2 LC 공진 회로(13)는, 1차 고조파 주파수(fs)에서 전기적으로 단락됨에 기반하여 트랜지스터(7)로부터 생성된 RF 전력의 기본 성분(또는, 1차 고조파 성분)(예컨대, 동작 주파수에 대응하는 성분)을 통과시키는 밴드 패스 필터(band-pass filter)(또는, 저역 통과 필터(low-pass filter))로 동작할 수 있다.
매칭 회로(213)는, 제2 LC 공진 회로(13)에 직렬로 연결될 수 있다. 매칭 회로(15)는, 출력 임피던스(예: 제2 LC 공진 회로(13)를 바라본 임피던스)가 부하(ZL)(17)의 임피던스에 정합되도록 하는 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 매칭 회로(213)는, 예를 들어, 적어도 하나의 저역 통과 필터, 및/또는 밴드 스탑 필터를 포함할 수 있으며, 저역 통과 필터는, 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
부하(17)(또는 로드)는, 전력 증폭기(10)(예컨대, EF2 인버터)에 의해 생성된 RF 전력을 수신하거나, 수신하여 동작하는 적어도 하나의 하드웨어 구성 요소(예: 회로 소자)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 부하(17)는, EF2 인버터를 포함하는 무선 전력 송신 장치(예: 전자 장치)의 하드웨어 구성 요소(예: 송신 코일) 및/또는 자기적으로 커플링된 전자 장치로부터 전력을 수신하는 수신 장치(예: 무선 전력 수신 장치 또는 무선 전력 수신기)를 포함할 수 있다.
도 21은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 21을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(160)는 컨트롤러(211), 신호 생성기(214), 센싱 회로(215), 안테나(232)를 포함할 수 있다. 상기 센싱 회로(215)는 상기 신호 생성기(214)에서 생성된 신호의 적어도 일부 및/또는 상기 안테나(232)로 전송되는 신호를 커플러(110)에 의해 센싱할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 센싱 회로(215)는 커플러(110), 제1 감쇠기(111a), 제2 감쇠기(111b), 제1 스플리터(112a), 제2 스플리터(112b), 순방향 전력 검출기(113), 반사 전력 검출기(또는 역방향 전력 검출기(114)), 파형 변환기(115), 위상 검출기(116)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 후술하는 도 23에 도시된 바와 같이 상기 임피던스 센싱 회로(108)에서 제1 감쇠기(111a), 제2 감쇠기(111b), 제1 스플리터(112a), 제2 스플리터(112b), 순방향 전력 검출기(113), 반사 전력 검출기(114) 중 적어도 하나는 생략될 수 있으며, 상기 커플러(110)에서 커플링된 신호가 파형 변환기(115)로 직접 입력될 수도 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 커플러(110)의 입력 포트(input port)(이하, 설명의 편의상 '제1 포트'라 한다.)는 신호 생성기(214)의 플러스(+) 단자에 연결될 수 있으며, 상기 커플러(110)의 출력 포트(output port)(이하, 설명의 편의상 '제2 포트'라 한다.)는 안테나(232)의 일단에 연결될 수 있다. 신호 생성기(214)의 마이너스(-) 단자는 상기 안테나(232)의 타단에 연결될 수 있다. 상기 커플러(110)의 입력 포트(제1 포트)로 입력되는 신호(이하, 설명의 편의상 '순방향 신호(forward signal)'라 지칭한다.)는 커플러(110) 내에서 커플링되어 제1 커플링 포트(이하, 설명의 편의상 '제3 포트'라 한다.)를 통해 제1 감쇠기(111a)로 입력될 수 있다. 상기 커플러(110)의 출력 포트(제2 포트)를 통해 입력되는 반사 신호(reflected signal)(이하, 설명의 편의상 '역방향 신호(backward signal)'라 지칭한다.)는 커플러(110) 내에서 커플링되어 제2 커플링 포트(이하, 설명의 편의상 '제4 포트'라 지칭한다.)를 통해 제2 감쇠기(111b)로 입력될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 커플러(110)의 제3 포트를 통해 출력된 신호는 제1 감쇠기(111a)로 입력되고, 상기 제1 감쇠기(111a)는 입력된 신호를 감쇠시켜 제1 스플리터(112a)로 출력시킬 수 있다. 상기 커플러(110)의 제4 포트를 통해 출력된 신호는 제2 감쇠기(111a)로 입력되고, 상기 제2 감쇠기(111b)는 입력된 신호를 감쇠시켜 제2 스플리터(112b)로 출력시킬 수 있다. 상기 제1 스플리터(112a)로 입력된 신호는 제1 순방향 신호 및 제2 순방향 신호로 출력될 수 있으며, 상기 제1 순방향 신호는 파형 변환기(115)로 입력되고, 상기 제2 순방향 신호는 순방향 전력 검출기(113)로 입력될 수 있다. 상기 제2 스플리터(112b)로 입력된 신호는 제1 역방향 신호(제1 반사 신호) 및 제2 역방향 신호(제2 반사 신호)로 출력될 수 있으며, 상기 제1 역방향 신호는 파형 변환기(115)로 입력되고, 상기 제2 역방향 신호는 반사 전력 검출기(또는 역방향 전력 검출기)(114)로 입력될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 파형 변환기(115)는 제1 스플리터(112a)에서 출력된 제1 순방향 신호 및 제2 스플리터(112b)에서 출력된 제1 역방향 신호를 입력 받아 전압 파형 신호 및 전류 파형 신호를 출력할 수 있다. 상기 파형 변환기(115)에서 출력된 전압 파형 신호 및 전류 파형 신호는 위상 검출기(116)로 입력될 수 있다. 위상 검출기(116)는 상기 파형 변환기(115)로부터 출력된 전압 파형 신호 및 전류 파형 신호를 입력 받아 전압 파형 신호와 전류 파형 신호 간의 위상차에 대응하는 전압(V_phs)을 출력할 수 있다. 상기 위상 검출기(116)에서 출력된 위상차에 대응하는 전압은 컨트롤러(211)로 입력될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 컨트롤러(211)는 상기 위상 검출기(116)로부터 출력된 전압 파형 신호와 전류 파형 신호 간의 위상차에 대응하는 전압(V_phs)을 입력 받고, 입력된 위상차에 대응하는 전압(V_phs)에 기반하여 임피던스 변화를 확인할 수 있다. 컨트롤러(211)는 상기 확인된 임피던스 변화에 기반하여 도체 또는 인체의 존재 여부 또는 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 순방향 전력 검출기(113)는 제1 스플리터(112a)로부터 출력된 제2 순방향 신호를 입력 받아, 순방향 전력의 크기를 검출할 수 있다. 예컨대, 순방향 전력 검출기(113)는 입력된 제2 순방향 신호의 전력의 크기를 검출하고, 순방향 신호의 전압(V_fwd)을 출력할 수 있다. 상기 순방향 전력 검출기(113)에서 출력된 순방향 신호의 전압(V_fwd)은 컨트롤러(211)로 입력될 수 있다. 반사 전력 검출기(114)는 제2 스플리터(112b)로부터 출력된 제2 역방향 신호(제2 반사 신호)를 입력 받아, 역방향 전력의 크기를 검출할 수 있다. 예컨대, 반사 전력 검출기(114)는 입력된 제2 역방향 신호의 전력의 크기를 검출하고, 역방향 신호(반사 신호)의 전압(V_ref)을 출력할 수 있다. 상기 반사 전력 검출기(114)에서 출력된 역방향 신호(반사 신호)의 전압(V_ref)은 컨트롤러(211)로 입력될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 컨트롤러(211)는 순방향 전력 검출기(113)로부터 출력된 순방향 신호의 전압(V_fwd) 및 반사 전력 검출기(114)로부터 출력된 역방향 신호(반사 신호)의 전압(V_ref)에 기반하여 임피던스 변화를 확인할 수 있다. 컨트롤러(211)는 상기 확인된 임피던스 변화에 기반하여 도체 또는 인체의 존재 여부 또는 근접 여부를 확인할 수 있다.
도 22는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 22를 참조하면, 전술한 바와 같이 커플러(110)의 제1 포트(2211)(P1)에서 커플링된 신호(예: 순방향 신호)는 제3 포트(2213)(P3)를 통해 출력될 수 있다. 상기 제3 포트(2213)를 통해 출력된 신호는 제1 감쇠기(111a), 제1 스플리터(112a)를 통해 파형 변환기(115)로 입력될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 제1 감쇠기(111a) 및/또는 상기 제1 스플리터(112a)는 생략될 수 있다. 커플러(110)의 제3 포트(2213)(P3)에서 커플링된 신호(예: 반사 신호 또는 역방향 신호)는 제4 포트(2214)(P4)를 통해 출력될 수 있다. 상기 제4 포트(2214)를 통해 출력된 신호는 제2 감쇠기(111b), 제2 스플리터(112b)를 통해 파형 변환기(115)로 입력될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 제2 감쇠기(111b) 및/또는 상기 제2 스플리터(112b)는 생략될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 파형 변환기(115)로 입력된 제1 스플리터(112a)의 출력 신호 및 제2 스플리터(112b)의 출력 신호는 두 신호의 차이 또는 합에 기반하여(예컨대, 두 신호를 합산 또는 감산함으로써) 전압 파형 신호 및 전류 파형 신호를 출력할 수 있다. 상기 파형 변환기(115)로부터 출력된 전압 파형 신호 및 전류 파형 신호는 위상 검출기(116)로 입력될 수 있다. 상기 위상 검출기(116)는 상기 파형 변환기(115)로부터 출력된 전압 파형 신호 및 전류 파형 신호를 입력 받아 전압 파형 신호와 전류 파형 신호 간의 위상차에 대응하는 전압(V_phs)을 출력할 수 있다. 상기 위상 검출기(116)에서 출력된 위상차에 대응하는 전압은 컨트롤러(211)로 입력될 수 있다.
도 23은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 23을 참조하면, 커플러(110)의 제1 포트(P1)(2211)에서 커플링된 신호(예: 순방향 신호)는 제3 포트(P3)(2213)를 통해 출력되어, 제1 감쇠기(111a)로 입력될 수 있다. 제1 감쇠기(111a)에서 감쇠된 신호는 파형 변환기(115)의 가산 회로(2310)(adder circuit) 및 감산 회로(2320)(substractor circuit)로 입력될 수 있다. 커플러(110)의 제2 포트(P2)(2212)에서 커플링된 신호(예: 역방향 신호 또는 반사 신호)는 제4 포트(P4)(2214)를 통해 출력되어, 제2 감쇠기(111b)로 입력될 수 있다. 제2 감쇠기(111b)에서 감쇠된 신호는 파형 변환기(115)의 가산 회로(2310)(adder circuit) 및 감산 회로(2320)(substractor circuit)로 입력될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 가산 회로(2310)는 제1 감쇠기(111a)와 제2 감쇠기(111b)로부터 출력된 신호의 합에 기반하여 전류 파형 신호를 출력할 수 있다. 감산 회로(2320)는 제1 감쇠기(111a)와 제2 감쇠기(111b)로부터 출력된 신호의 차이에 기반하여 전압 파형 신호를 출력할 수 있다.
도 24는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 24를 참조하면, 커플러(110)의 제1 포트(P1)(2211)에서 커플링된 신호(예: 순방향 신호)는 제3 포트(P3)(2213)를 통해 출력되어, 제1 감쇠기(111a)로 입력될 수 있다. 제1 감쇠기(111a)에서 감쇠된 신호는 제1 스플리터(112a)로 입력될 수 있다. 제1 스플리터(112a)는 입력된 신호를 순방향 전력 검출기(113) 및 파형 변환기(115)로 분배하여 출력할 수 있다. 예컨대, 제1 스플리터(112a)에서 출력된 신호는 파형 변환기(115)의 가산 회로(2310)(adder circuit) 및 감산 회로(2320)(substractor circuit)로 입력될 수 있다. 커플러(110)의 제2 포트(P2)(2212)에서 커플링된 신호(예: 역방향 신호 또는 반사 신호)는 제4 포트(P4)(2214)를 통해 출력되어, 제2 감쇠기(111b)로 입력될 수 있다. 제2 감쇠기(111b)에서 감쇠된 신호는 제2 스플리터(112b)로 입력될 수 있다. 제2 스플리터(112b)는 입력된 신호를 반사 전력 검출기(114) 및 파형 변환기(115)로 분배하여 출력할 수 있다. 예컨대, 제2 스플리터(112b)에서 출력된 신호는 파형 변환기(115)의 가산 회로(2310)(adder circuit) 및 감산 회로(2320)(substractor circuit)로 입력될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 가산 회로(2310)는 제1 스플리터(112a)와 제2 스플리터(112b)로부터 출력된 신호의 합에 기반하여 전류 파형 신호를 출력할 수 있다. 감산 회로(2320)는 제1 스플리터(112a) 및 제2 스플리터(112b)로부터 출력된 신호를 감산하여 전압 파형 신호를 출력할 수 있다.
도 25는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 25를 참조하면, 다양한 실시예에 따라, 파형 변환기(115)를 통해 출력된 전류 파형 신호는 제1 제로 크로싱 검출기(2510)를 통해 제로 크로싱 된 신호를 출력한 후 위상 검출기(116)로 입력될 수 있다. 파형 변환기(115)를 통해 출력된 전압 파형 신호는 제2 제로 크로싱 검출기(2520)를 통해 제로 크로싱 된 신호를 출력한 후 위상 검출기(116)로 입력될 수 있다.
다양한 실시예 중 어느 하나에 따른 무선 전력 송신 장치는, 전력 증폭기; 코일을 포함하며, 상기 전력 증폭기를 통해 출력된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호를 수신하고, 상기 수신된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 의해 자기장을 형성하여 전력을 전송하는 송신 공진기; SRR(split ring resonator) 안테나의 대칭축을 중심으로 어느 한 측에 대응하는 형태로 구성되고, 상기 송신 공진기에 근접하여 배치되며, 제2 주파수에 대응하는 신호를 수신하는 안테나;상기 안테나로 전송되는 상기 제2 주파수에 대응하는 신호의 적어도 일부를 센싱하는 센싱 회로; 및 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 컨트롤러를 포함하며, 상기 센싱 회로의 제1 출력 단자는 상기 안테나의 제1 부분에 연결되고, 상기 센싱 회로의 제2 출력 단자는 상기 송신 공진기의 상기 코일에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 임피던스의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 위상에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 Q-팩터, 반사 계수, 반사 손실, 커플링 계수, 또는 정재파비 중 적어도 하나의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 송신 공진기를 통해 전송되는 상기 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 기반하여 도체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 안테나는, 상기 송신 공진기의 내측에 근접하여 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 안테나는, 상기 송신 공진기의 내측에 근접하여, 상기 송신 안테나의 코일의 형상에 대응하여 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 안테나는, 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하고, 상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 대향하여 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 안테나는, 상기 송신 공진기의 외측에 근접하여 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다 더 클 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 안테나는, 상기 안테나의 제2 부분에 스터브를 형성하여, IFA(inverted F antenna) 형태를 형성할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 스터브는 상기 송신 공진기에 연결되어 임피던스 매핑을 수행할 수 있다.
다양한 실시예 중 어느 하나에 따른 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법은, 코일을 포함하는 송신 공진기에서, 전력 증폭기를 통해 출력된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 의해 자기장을 형성하여 전력을 전송하는 동작; 컨트롤러에서, 상기 제1 주파수에 대응하는 전기 신호로부터 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 도체의 근접 여부를 확인하는 동작; 상기 송신 공진기에 근접하여 배치되는 안테나에서 제2 주파수에 대응하는 신호를 전송하는 동작; 및 상기 컨트롤러에서, 상기 제2 주파수에 대응하는 신호로부터 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는 동작;을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은, 상기 제2 주파수에 대응하는 신호로부터 센싱된 신호의 임피던스의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은, 상기 제2 주파수에 대응하는 신호로부터 센싱된 신호의 위상에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은, 상기 제2 주파수에 대응하는 신호로부터 센싱된 신호의 Q-팩터, 반사 계수, 반사 손실, 커플링 계수, 또는 정재파비 중 적어도 하나의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예 중 어느 하나에 따른 무선 전력 송신 장치는, 전력 증폭기; 코일을 포함하며, 상기 전력 증폭기를 통해 출력된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호를 수신하고, 상기 수신된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 의해 자기장을 형성하여 전력을 전송하는 송신 공진기; 상기 송신 공진기에 근접하여 배치되며 ,제2 주파수에 대응하는 신호를 수신하는 안테나; 상기 안테나로 전송되는 상기 제2 주파수에 대응하는 신호의 적어도 일부를 센싱하는 센싱 회로; 및 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 근접 여부를 판단하는, 컨트롤러를 포함하며, 상기 센싱 회로의 제1 출력 단자는 상기 안테나의 제1 부분에 연결되고, 상기 센싱 회로의 제2 출력 단자는 상기 송신 공진기의 상기 코일에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 임피던스의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 위상에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는, 상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 Q-팩터, 반사 계수, 반사 손실, 커플링 계수, 또는 정재파비 중 적어도 하나의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 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. "제1", "제2", 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: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 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.
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.
150 : 전자 장치 160 : 무선 전력 송신 장치
210 : 하우징 211 : 컨트롤러
212 : 전력 증폭기 213 : 매칭 회로
214 : 신호 생성기 215 : 센싱 회로
230 : 공진기 몸체 231 : 공진기
232 : 안테나

Claims (20)

  1. 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    전력 증폭기;
    코일을 포함하며, 상기 전력 증폭기를 통해 출력된 제1 주파수에 대응하는 신호를 전기 수신하고, 상기 수신된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 의해 자기장을 형성하는 송신 공진기;
    SRR(split ring resonator) 안테나의 대칭축을 중심으로 어느 한 측에 대응하는 형태로 구성되고, 상기 송신 공진기에 근접하여 배치되며, 제2 주파수에 대응하는 신호를 수신하는 안테나;
    상기 안테나로 전송되는 상기 제2 주파수에 대응하는 신호의 적어도 일부를 센싱하는 센싱 회로; 및
    상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 컨트롤러를 포함하며,
    상기 센싱 회로의 제1 단자는 상기 안테나의 제1 부분에 연결되고, 상기 센싱 회로의 제2 단자는 상기 송신 공진기의 상기 코일에 연결되는, 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 임피던스의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 위상에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 Q-팩터, 반사 계수, 반사 손실, 커플링 계수, 또는 정재파비 중 적어도 하나의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 송신 공진기를 통해 전송되는 상기 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 기반하여 도체의 근접 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 안테나는,
    상기 송신 공진기의 내측에 근접하여 배치되는, 무선 전력 송신 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 안테나는,
    상기 송신 공진기의 내측에 근접하여, 상기 송신 공진기의 코일의 형상에 대응하여 배치되는, 무선 전력 송신 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 안테나는,
    제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하고,
    상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 대향하여 배치되는, 무선 전력 송신 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 안테나는,
    상기 송신 공진기의 외측에 근접하여 배치되는, 무선 전력 송신 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다 더 큰, 무선 전력 송신 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 안테나는,
    상기 안테나의 제2 부분에 스터브를 형성하여, IFA(inverted F antenna) 형태를 형성하는, 무선 전력 송신 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 스터브는 상기 송신 공진기에 연결되어 임피던스 매핑을 수행하는, 무선 전력 송신 장치.
  13. 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법에 있어서,
    코일을 포함하는 송신 공진기에서, 전력 증폭기를 통해 출력된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 의해 자기장을 형성하여 전력을 전송하는 동작;
    컨트롤러에서, 상기 제1 주파수에 대응하는 전기 신호로부터 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 도체의 근접 여부를 확인하는 동작;
    상기 송신 공진기에 근접하여 배치되는 안테나에서 제2 주파수에 대응하는 신호를 전송하는 동작; 및
    상기 컨트롤러에서, 상기 제2 주파수에 대응하는 신호로부터 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는 동작;을 포함하는, 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제2 주파수에 대응하는 신호로부터 센싱된 신호의 임피던스의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제2 주파수에 대응하는 신호로부터 센싱된 신호의 위상에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제2 주파수에 대응하는 신호로부터 센싱된 신호의 Q-팩터, 반사 계수, 반사 손실, 커플링 계수, 또는 정재파비 중 적어도 하나의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 장치의 근접 물체 검출 방법.
  17. 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    전력 증폭기;
    코일을 포함하며, 상기 전력 증폭기를 통해 출력된 제1 주파수에 대응하는 신호를 전기 수신하고, 상기 수신된 제1 주파수에 대응하는 전기 신호에 의해 자기장을 형성하여 전력을 전송하는 송신 공진기;
    상기 송신 공진기에 근접하여 배치되며 ,제2 주파수에 대응하는 신호를 수신하는 안테나;
    상기 안테나로 전송되는 상기 제2 주파수에 대응하는 신호의 적어도 일부를 센싱하는 센싱 회로; 및
    상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호에 적어도 기반하여, 인체의 근접 여부를 판단하는, 컨트롤러를 포함하며,
    상기 센싱 회로의 제1 출력 단자는 상기 안테나의 제1 부분에 연결되고, 상기 센싱 회로의 제2 출력 단자는 상기 송신 공진기의 상기 코일에 연결되는, 무선 전력 송신 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 임피던스의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 위상에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 센싱 회로를 통해 센싱된 신호의 Q-팩터, 반사 계수, 반사 손실, 커플링 계수, 또는 정재파비 중 적어도 하나의 변화에 기반하여, 인체의 근접 여부를 확인하는, 무선 전력 송신 장치.
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