KR20230045247A - 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법 - Google Patents

임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230045247A
KR20230045247A KR1020210127852A KR20210127852A KR20230045247A KR 20230045247 A KR20230045247 A KR 20230045247A KR 1020210127852 A KR1020210127852 A KR 1020210127852A KR 20210127852 A KR20210127852 A KR 20210127852A KR 20230045247 A KR20230045247 A KR 20230045247A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wireless power
power transmission
circuit
transmission device
impedance
Prior art date
Application number
KR1020210127852A
Other languages
English (en)
Inventor
구범우
김대현
박재석
박재현
여성구
이정만
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020210127852A priority Critical patent/KR20230045247A/ko
Priority to EP22876811.5A priority patent/EP4322373A1/en
Priority to PCT/KR2022/014478 priority patent/WO2023055039A1/ko
Priority to US17/954,825 priority patent/US20230101152A1/en
Publication of KR20230045247A publication Critical patent/KR20230045247A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/30—Measuring the maximum or the minimum value of current or voltage reached in a time interval
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08—Measuring resistance by measuring both voltage and current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks

Abstract

본 개시에서는 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치가 제공된다. 본 개시의 무선 전력 송신 장치는, 입력 신호 및 구동 전압에 기반하여, 설정된 동작 주파수에 대응하는 신호를 출력하는 트랜지스터; 상기 트랜지스터와 연결되고, 상기 동작 주파수에 대응하는 신호의 임피던스를 변환시키는 매칭 회로; 상기 매칭 회로와 연결된 송신 코일; 상기 트랜지스터와 상기 매칭 회로 사이에서 병렬 연결되고, 상기 동작 주파수의 적어도 하나의 고조파 주파수(harmonic frequency)에 대응하는 신호를 전달하는 LC 공진 회로; 및 상기 LC 공진 회로와 연결되고, 상기 LC 공진 회로를 통해 전달되는 상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호에 기반하여 상기 무선 전력 송신 장치의 로드 임피던스를 센싱하는 임피던스 센싱 회로;를 포함할 수 있다. 본 개시의 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치는 이 밖에 다양한 실시예가 적용될 수 있다.

Description

임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTER COMPRISING AN IMPEDANCE MATCHING CIRCUIT AND METHOD FOR TRANSMITTING A WIRELESS POWER}
본 개시의 다양한 실시예들은 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 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 방수기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않게 되므로 전자 장치의 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있다.
무선 충전 기술이 발전하면서, 하나의 전자 장치(무선 전력 송신 장치)에서 다른 다양한 전자 장치(무선 전력 수신 장치)로 전력을 공급하여 충전하는 방법이 연구되고 있다. 예컨대, 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.
최근에는 예컨대 스마트폰과 같은 전자 장치를 중심으로 전자기 유도 방식 또는 공진 방식을 이용한 무선 충전 기술이 보급되고 있다. 예컨대, 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 공진기와 무선 전력 수신기의 수신 코일 또는 공진기 사이의 전자기 유도 또는 전자기 공진 등의 방법에 의해 무선 전력 수신기로 전력이 전달될 수 있으며, 상기 전달된 전력에 의해 무선 전력 수신기에 포함된 배터리가 충전될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(또는 무선 전력 송신기)는 인버터(inverter)와 공진기를 포함할 수 있다. 인버터는, 직류(direct current, DC) 전력을 교류(alternating current, AC) 전력으로 변환하는 장치이다. 인버터의 효율을 높이기 위하여, 인버터의 출력단에는 다양한 매칭(matching) 회로가 연결될 수 있다.
인버터의 일 예로, 클래스(class) E 인버터(또는, 클래스 E 전력 증폭기(power amplifier, PA))가 있다. 이러한 클래스 E 인버터는, ZVS(zero-voltage switching) 조건 및 ZDS(zero-derivative voltage switching) 조건에서 동작하기 때문에, 높은(예: 1MHz 이상) 스위칭 주파수에서 효율적으로 동작이 가능하다는 이점이 있다.
다양한 실시예에 따라, 클래스 E 인버터의 효율을 높이기 위하여, 공진 네트워크(resonant network)를 로드 네트워크(load network)에 병렬로 추가한 클래스 EFn(여기서, n은 2 이상의 정수) 인버터 또는 클래스 E/Fn 인버터가 사용되고 있다.
다양한 실시예에 따라, 클래스 EF2 인버터는, LC 직렬 공진 회로를 클래스 E 인버터의 로드 네트워크에 병렬로 연결한 형태를 가진다. 금속(예: 수신 단말)과 무선 전력 송신 장치(또는 무선 전력 송신 장치의 클래스 EF2 인버터) 사이의 거리에 따라서 부하 임피던스(ZL)가 변화하여, 클래스 EF2 인버터의 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
예컨대, 금속(예: 수신 단말)과 무선 전력 송신 장치(또는 무선 전력 송신 장치의 클래스 EF2 인버터) 사이의 거리가 가까워질수록 부하 임피던스(ZL)는 커질 수 있다. 상기 무선 전력 송신 장치의 부하 임피던스(ZL)가 커질 경우 무선 전력 송신 장치의 효율이 상대적으로 낮아질 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서는, 동작 주파수에 대응하는 신호를 출력하는 트랜지스터와 병렬 연결된 LC 공진 회로를 통해 고조파 주파수에 대응하는 신호를 센싱함으로써 로드 임피던스를 센싱할 수 있는 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서는, 동작 주파수에 대응하는 신호를 출력하는 트랜지스터와 병렬 연결된 LC 공진 회로를 통해 고조파 주파수에 대응하는 신호를 센싱함으로써 로드 임피던스를 센싱하고, 센싱된 로드 임피던스에 기반하여 임피던스를 조정할 수 있는 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법을 제공할 수 있다.
전술한 과제 또는 다른 과제를 해결하기 위한, 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는, 입력 신호 및 구동 전압에 기반하여, 설정된 동작 주파수에 대응하는 신호를 출력하는 트랜지스터; 상기 트랜지스터와 연결되고, 상기 동작 주파수에 대응하는 신호의 임피던스를 변환시키는 매칭 회로; 상기 매칭 회로와 연결된 송신 코일; 상기 트랜지스터와 상기 매칭 회로 사이에서 병렬 연결되고, 상기 동작 주파수의 적어도 하나의 고조파 주파수(harmonic frequency)에 대응하는 신호를 전달하는 LC 공진 회로; 및 상기 LC 공진 회로와 연결되고, 상기 LC 공진 회로를 통해 전달되는 상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호에 기반하여 상기 무선 전력 송신 장치의 로드 임피던스를 센싱하는 임피던스 센싱 회로;를 포함할 수 있다.
전술한 과제 또는 다른 과제를 해결하기 위한, 한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 송신 방법은, 트랜지스터에서 입력 신호 및 구동 전압에 기반하여, 설정된 동작 주파수에 대응하는 신호를 출력하는 동작; 상기 트랜지스터와 연결된 매칭 회로에서, 상기 동작 주파수에 대응하는 신호를 전달받아 임피던스를 변환시키는 동작; 송신코일에서, 상기 매칭 회로로부터 임피던스 변환된 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 기반하여 자기장을 형성하는 동작; 상기 트랜지스터와 상기 매칭 회로 사이에서 병렬 연결된 LC 공진 회로에서, 상기 동작 주파수의 적어도 하나의 고조파 주파수(harmonic frequency)에 대응하는 신호를 전달하는 동작; 및 상기 LC 공진 회로와 연결된 임피던스 센싱 회로에서, 상기 LC 공진 회로를 통해 전달되는 상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호에 기반하여 상기 무선 전력 송신 장치의 로드 임피던스를 센싱하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법은 고조파 주파수에 대응하는 신호로부터 로드 임피던스를 센싱하고, 센싱된 로드 임피던스에 기반하여 임피던스를 조정함으로써 금속(예컨대, 무선 전력 수신 장치)과의 거리 변화에 따라 충전 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 트랜지스터의 스위칭 파형을 나타내는 그래프이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d, 및 도 4e는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 각 부분에서 측정된 파형을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 트랜지스터의 스위칭 파형을 시간 축에서 나타내는 그래프이다.
도 5b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 트랜지스터의 스위칭 파형을 주파수 축에서 나타내는 그래프이다.
도 6a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 트랜지스터의 스위칭 파형을 시간 축에서 나타내는 그래프이다.
도 6b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 트랜지스터의 스위칭 파형을 주파수 축에서 나타내는 그래프이다.
도 7a, 도 7b, 및 도 7c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 정규화된 센싱값과 임피던스 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 모델링한 회로도이다.
도 9a, 도 9b, 및 도 9c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 정규화된 센싱값과 임피던스 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 고조파 주파수별 센서 게인을 나타내는 그래프이다.
도 13a, 도 13b, 및 도 13c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 정규화된 센싱값과 임피던스 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 17은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치의 회로도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은, 다양한 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 1을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 인버터(예컨대, EF2 인버터(10)), 매칭 회로(15) 및 공진기를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, EF2 인버터(10)는, 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(15)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(15)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, EF2 인버터(10)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 인버터(10)를 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.
비교 예에 따르면, 금속(예: 무선 전력 수신기)이 EF2 인버터(10) 또는 EF2 인버터(10)를 포함하는 무선 전력 송신 장치에 가까워지면 서로 간의 커플링이 증가하고, 부하(17)를 바라본 임피던스(ZL)가 증가하여, EF2 인버터(10) 또는 무선 전력 송신 장치의 효율이 저하될 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 다양한 실시예에 따라, 도 1의 무선 전력 송신 장치의 회로를 도 2에 도시된 바와 같이 모델링함으로써 각 소자 또는 부품에 흐르는 전류 또는 인가되는 전압을 시뮬레이션할 수 있다. 도 2를 참조하면, 트랜지스터(7)의 드레인과 소스 사이에 제1 다이오드가 연결될 수 있으며, 상기 트랜지스터(7)의 드레인과 소스 사이에 인가되는 전압 Vds는 도 3에 도시된 바와 같이 측정될 수 있다. 상기 도 3에 도시된 트랜지스터(7)의 드레인과 소스 사이에 인가되는 전압 Vds는 상기 트랜지스터(7)가 최초 구동된 후 안정화 상태가 된 시점(예컨대, 1×10-5s) 이후 일정 시간 동안 측정된 파형일 수 있다. 예컨대, 상기 파형은 도 3에 도시된 바와 같이 Ts의 주기를 가질 수 있다. 상기 도 3을 참조하면, 하나의 Ts 주기 내에서 트랜지스터(7)가 온 된 상태에 대응하는 구간(예컨대, DTs 구간)에서는 트랜지스터(7)의 드레인과 소스 사이에 인가되는 전압 Vds가 0 또는 0에 가까울 수 있으며, 트랜지스터(7)가 오프된 상태에 대응하는 구간에서는 트랜지스터(7)의 드레인과 소스 사이에 인가되는 전압 Vds가 35~40V에 가까울 수 있다. 상기 도 3의 그래프를 하나의 Ts 주기로 확대하고, 해당 주기 내에서 100개의 샘플을 취하여 그래프로 표시하면 도 4a와 같이 나타낼 수 있다.
다양한 실시예에 따라, RF choke 인덕터(inductor)(Lf)(3)에 흐르는 전류 If는 해당 Ts 주기 내에서 100개의 샘플링을 취하여 그래프로 표시하면, 도 4b와 같이 나타낼 수 있다. 상기 도 4b를 참조하면, If의 리플(ripple)의 크기 ΔIf는 -4A ~ 4A의 값을 가질 수 있다. 상기 ΔIf는 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
다양한 실시예에 따라, 제1 LC 공진 회로(11)(예컨대, 제1 인덕터(11a) 및 제1 커패시터(11b))에 흐르는 전류 Imr은 해당 Ts 주기 내에서 100개의 샘플링을 취하여 그래프로 표시하면, 도 4c와 같이 나타낼 수 있다. 상기 도 4c를 참조하면, 도 4a와 달리 2차 이상의 고조파 주파수 신호가 포함됨을 알 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제2 LC 공진 회로(13)(예컨대, 제2 커패시터(13a) 및 제2 인덕터(13b))에 흐르는 전류 Is는 해당 Ts 주기 내에서 100개의 샘플링을 취하여 그래프로 표시하면, 도 4d와 같이 나타낼 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 매칭 회로(15)는 제2 LC 공진 회로(13)와 직렬 연결된 제3 커패시터(201)(Cps) 및 제2 LC 공진 회로(13)와 병렬 연결된 제4 커패시터(202)(Cpo)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 송신 코일은 상기 제3 커패시터(201)와 직렬 연결된 제3 인덕터(203)(Ltx) 및 제1 저항(204)(Rtx)을 포함할 수 있다. 상기 제3 인덕터(203)(Ltx) 및 제1 저항(204)(Rtx)은 로드 임피던스(ZL)(17)와 함께 Zin으로 모델링할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 송신 코일을 통해 흐르는 전류 itx(예컨대, 제3 인덕터(203)(Ltx) 및 제1 저항(204)(Rtx)을 통해 흐르는 전류)는 해당 Ts 주기 내에서 100개의 샘플링을 취하여 그래프로 표시하면, 도 4e와 같이 나타낼 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 금속(예컨대, 무선 전력 수신 장치)가의 거리가 가까워지면 커플링이 증가하고, 이에 따라 로드 임피던스(ZL)(17)를 RL+jXL로 나타낼 경우, 상기 로드 임피던스 ZL의 실수 성분이 증가하여 로드 임피던스(ZL)(17)의 레지스턴스 RL이 증가할 수 있다. 반면, 로드 임피던스(ZL)(17)의 허수 성분이 감소하여 로드 임피던스(ZL)(17)의 리액턴스 XL은 감소할 수 있다.
후술하는 실시예들에서는, 도 4a에 도시된 Vds에 기반하여 로드 임피던스의 리액턴스를 센싱하는 방법을 설명하기로 한다.
도 5a 및 도 6a는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 트랜지스터의 스위칭 파형을 시간 축에서 나타내는 그래프이고, 도 5b 및 도 6b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 트랜지스터의 스위칭 파형을 주파수 축에서 나타내는 그래프이다. 도 5a및 도 5b는 금속(예컨대, 무선 전력 수신 장치)이 무선 전력 송신 장치와 제1 거리만큼 떨어진 경우의 Vds 파형이며, 도 6a및 도 6b는 금속(예컨대, 무선 전력 수신 장치)이 무선 전력 송신 장치와 제1 거리보다 더 가까운 제2 거리만큼 떨어진 경우의 Vds 파형이다. 도 5b 및 도 6b를 참조하면, 3차 고조파에서 Vds의 차이가 크게 나타남을 알 수 있다. 예컨대, 3차 고조파를 센싱하는 경우 금속이 접근하여 리액턴스 XL이 증가할 수 있다. 이때, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 Vds의 3차 고조파 주파수 신호 Vds,3rd는 8.07V에서 14.5V로 증가함을 알 수 있다. 이와 같이, Vds의 고조파 주파수 신호를 센싱함으로써 로드에 걸리는 리액턴스를 측정할 수 있다.
도 7a, 도 7b, 및 도 7c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 정규화된 센싱값과 임피던스 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7a를 참조하면, Vds의 1차 고조파 주파수(또는 기본 주파수 또는 동작 주파수) 성분인 Vds,1st를 Vin으로 정규화(normalize)하면 Vds,1st/Vin이 될 수 있으며, Vds,1st를 Vin으로 정규화한 값 Vds,1st/Vin는 RL과는 관련성이 적으나 XL과는 관련성이 있음을 알 수 있다. 예컨대, XL이 -0.35에서 -0.05로 0.3만큼 단계적으로 증가할 때 Vds,1st/Vin가 1.34에서 1.24로 0.1만큼 단계적으로 감소함을 알 수 있다. 다양한 실시예에 따라, Vds,1st를 Vin으로 정규화한 값 Vds,1st/Vin에 기반하여 XL 또는 XL의 변화를 추정할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 7b를 참조하면, Vds의 2차 고조파 주파수 성분인 Vds,2st를 Vin으로 정규화하면 Vds,2st/Vin이 될 수 있으며, Vds,2st를 Vin으로 정규화한 값 Vds,2st/Vin는 도 7a와 마찬가지로 RL과는 관련성이 적으나 XL과는 관련성이 있음을 알 수 있다. 예컨대, XL은 -0.3에서 -0.05로 0.25만큼 단계적으로 증가할 때, Vds,2st/Vin가 0.033에서 0.018로 0.015만큼 단계적으로 감소함을 알 수 있다. 다양한 실시예에 따라, Vds,2st를 Vin으로 정규화한 값 Vds,2st/Vin에 기반하여 XL 또는 XL의 변화를 추정할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 7c를 참조하면, Vds의 3차 고조파 주파수 성분인 Vds,3st를 Vin으로 정규화하면 Vds,3st/Vin이 될 수 있으며, Vds,3st를 Vin으로 정규화한 값 Vds,3st/Vin는 도 7c와 마찬가지로 RL과는 관련성이 적으나 XL과는 관련성이 있음을 알 수 있다. 예컨대, XL은 -0.35에서 -0.1로 0.25만큼 단계적으로 증가할 때, Vds,3st/Vin가 0.7에서 0.4로 0.3만큼 단계적으로 감소함을 알 수 있다. 다양한 실시예에 따라, Vds,3st를 Vin으로 정규화한 값 Vds,3st/Vin에 기반하여 XL 또는 XL의 변화를 추정할 수 있다. 비교 예로서, 도 7a와 도 7c를 비교하면, 도 7c의 3차 고조파 주파수 성분을 정규화한 값이 도 7a의 1차 고조파 주파수 성분을 정규화한 값에 비해 상대적으로 변동폭이 크기 때문에 XL에 대한 센싱 성능이 더 우수할 수 있다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 모델링한 회로도이다. 도 8을 참조하면, 전술한 바와 같이 Ltx, Rtx, ZL은 ZIN(801)으로 모델링할 수 있다. 상기 도 8과 같이 모델링한 회로를 통해 Vds의 고조파 주파수 성분들의 합은 도 9a, 도 9b, 도 9c에 도시된 바와 같이 ZIN의 리액턴스 성분인 XIN과 관련성이 있음을 알 수 있다.
예컨대, Vds의 3차 고조파 주파수 성분인 Vds,3st, Vds의 4차 고조파 주파수 성분인 Vds,4st, Vds의 5차 고조파 주파수 성분인 Vds,5st, 및 Vds의 6차 고조파 주파수 성분인 Vds,6st의 합을 Vh로 나타낼 수 있다. 상기 Vh를 Vin으로 정규화한 값을 XIN과 비교하면 도 9a, 도 9b, 및 도 9c와 같이 나타낼 수 있다. 도 9a는 Lf를 200nH, Lo를 66nH, Lmr을 260nH로 설정한 경우 정규화된 Vh와 XL 간의 관계를 나타내며, 도 9b는 Lf를 300nH, Lo를 300nH, Lmr을 600nH로 설정한 경우 정규화된 Vh와 XL 간의 관계를 나타내며, 도 9c는 Lf를 350nH, Lo를 116nH, Lmr을 455nH로 설정한 경우 정규화된 Vh와 XL 간의 관계를 나타낸다. 3가지 경우 모두 특정 RIN의 범위 내에서(예컨대, 10Ω 내에서) XIN의 크기가 작아질수록 정규화된 Vh의 크기가 증가함을 알 수 있다. 이에 따라, 각 인덕터의 인덕턴스 값에 관계 없이 정규화된 Vh에 의해 XL 또는 XL의 변화를 추정할 수 있다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 10을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 인버터(예컨대, EF2 인버터(10)), 매칭 회로(15), 공진기 및 임피던스 센싱 회로(1000)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, EF2 인버터(10)는, 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. 상기 임피던스 센싱 회로(1000)는 HPF(high pass filter)(1010), 포락선 검파기(envelop detector)(1020), 또는 컨트롤러(1030) 중 적어도 하나를 포함할 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. 도 10에서 도 1과 동일한 도면 부호는 동일 또는 유사한 기능을 수행할 수 있으며 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다양한 실시예에 따라, 상기 제1 인덕터(11a)와 상기 제1 커패시터(11b) 사이에 HPF(1010)가 병렬 연결될 수 있다. 상기 HPF(1010)는 적어도 하나의 커패시터와 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 HPF(1010)에 포함된 인덕터에 인가되는 전압(이하, 'VSAC'라 한다.)은 상기 트랜지스터(7)의 드레인-소스 단자에 인가되는 전압 Vds에 대응할 수 있다. 이에 따라, 상기 HPF(1010)에 포함된 인덕터에 인가되는 전압 VSAC을 센싱함으로써 XL 또는 XL의 변화를 추정할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, HPF(1010)의 출력 신호는 포락선 검파기(1020)에 연결될 수 있다. 상기 포락선 검파기(1020)는 상기 HPF(1010)에서 필터링된 신호의 포락선을 검출할 수 있다. 예컨대, 상기 포락선 검파기(1020)의 출력 신호는 상기 VSAC의 피크 값일 수 있으며, 이하에서는 상기 VSAC의 피크 값을 VSDC로 지칭하기로 한다. 이에 따라, 상기 HPF(1010)에 포함된 인덕터에 인가되는 전압 VSAC을 센싱함으로써 XL 또는 XL의 변화를 추정할 수 있다. 상기 포락선 검파기(1020)의 출력값(예컨대, VSAC의 피크 값인 VSDC)은 컨트롤러(1030)로 입력될 수 있다. 상기 컨트롤러(1030)는 상기 포락선 검파기(1020)의 출력값(예컨대, VSAC의 피크 값인 VSDC)에 기반하여 XL 또는 XL의 변화를 추정할 수 있다. 예컨대, 상기 컨트롤러(1030)는 상기 포락선 검파기(1020)의 출력값(예컨대, VSAC의 피크 값인 VSDC)에 기반하여, 매칭 회로(15)의 인덕턴스 또는 커패시턴스를 조정하거나, ZL(17)을 포함하는 ZIN의 XIN을 조정할 수 있다. 상기 컨트롤러(1030)가 상기 포락선 검파기(1020)의 출력값(예컨대, VSAC의 피크 값인 VSDC)에 기반하여, ZL(17)을 포함하는 ZIN의 XIN을 조정하는 다양한 실시예들은 도 14, 도 15 및 도 16의 설명에서 후술하기로 한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 11을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 인버터(예컨대, EF2 인버터(10)), 매칭 회로(15), 공진기 및 임피던스 센싱 회로(1100)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, EF2 인버터(10)는, 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. 상기 임피던스 센싱 회로(1000)는 HPF(high pass filter), 또는 포락선 검파기(envelop detector) 중 적어도 하나를 포함할 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. 도 11에서 도 1과 동일한 도면 부호는 동일 또는 유사한 기능을 수행할 수 있으며 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다양한 실시예에 따라, 상기 제1 인덕터(11a)와 상기 제1 커패시터(11b) 사이에 HPF가 병렬 연결될 수 있다. 상기 HPF는 제5 커패시터(Csac)(1101) 및 제4 인덕터(Lsac)(1102)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 HPF에 포함된 상기 제4 인덕터(1102)에 인가되는 전압 VSAC은 상기 트랜지스터(7)의 드레인-소스 단자에 인가되는 전압 Vds에 대응할 수 있다. 이에 따라, 상기 HPF(1010)에 포함된 제4 인덕터에 인가되는 전압 VSAC을 센싱함으로써 XL 또는 XL의 변화를 추정할 수 있다.
예컨대, 상기 제4 인덕터에 인가되는 전압 VSAC은 하기 <수학식 2> 내지 <수학식 8>에 의해 각 고조파 차수의 Vds 전압과 센서(예: 임피던스 센싱 회로(1000, 1100))의 이득(gain)으로 산출할 수 있다. 먼저 각 고조파 차수의 이득(Gn)은 하기 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
상기 <수학식 2>에서 Zeq는 Cmr(11b), Csac(1101), Lsac(1102)의 임피던스로서, 하기 <수학식 3>과 같이 산출될 수 있다.
Figure pat00003
Cmr(11b)의 임피던스 Zcmr, Lmr(11a)의 임피던스 Zlmr, Csac(1101)의 임피던스 Zcac, Lsac(1102)의 임피던스 Zlac는 각각 <수학식 4>, <수학식 5>, <수학식 6>, 및 <수학식 7>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
상기 수학식들을 이용하여 상기 제4 인덕터(1102)의 양단에 인가되는 전압 VSAC은 각 고조파 차수의 Vds 전압과 센서(예: 임피던스 센싱 회로(1000, 1100))의 이득(gain)으로 산출할 수 있으며, 상기 VSAC을 VIN에 의해 정규화한 값은 하기 <수학식 8>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
다양한 실시예에 따라, 제5 커패시터(Csac)(1101) 및 제4 인덕터(Lsac)(1102) 사이에 포락선 검파기가 병렬로 연결될 수 있다. 예컨대, 제5 커패시터(Csac)(1101) 및 제4 인덕터(Lsac)(1102) 사이에 제2 다이오드(1103)가 병렬 연결될 수 있다. 상기 제2 다이오드(1103)의 일단에는 제6 커패시터(1104) 및 제2 저항(1106)이 연결될 수 있다. 상기 제6 커패시터(1104) 및 제2 저항(1106)은 입력된 신호의 피크를 검출하는 포락선 검파기로 동작할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 제6 커패시터(1104) 또는 제2 저항(1106)에 인가된 전압은 상기 제4 인덕터(1102)의 전압을 포락선 검파한 값으로서 상기 VSAC의 피크 값인 VSDC에 대응할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 임피던스 센싱 회로(1100)는 VSDC를 센싱함으로써 XL 또는 XL의 변화를 추정할 수 있다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 고조파 주파수별 센서 게인을 나타내는 그래프이다. 도 12를 참조하면, 2차 고조파 주파수의 게인(G2)과 10차 고조파 주파수의 게인(G10)이 상대적으로 높게 나타남을 예시하고 있다. 따라서, 상기 <수학식 8>에서 VSAC는 2차 고조파 주파수 성분 및 10차 고조파 주파수 성분에 의해 XL을 효과적으로 센싱할 수 있다.
도 13a, 도 13b, 및 도 13c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 정규화된 센싱값과 임피던스 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 13a, 도 13b, 도 13c은 RL이 10mΩ에서 100mΩ 사이인 값들 30개에 대해 VSAC를 Vin에 의해 정규화한 값(VSAC/Vin)과 XL 간에 상관 관계를 나타낸 그래프이다. 도 13a는 네트워크 출력 인덕터(L1p)가 20nH이며, Csac는 1.8pF이며, Lsac는 2.2μH인 경우의 실험 예이다. 도 13b는 네트워크 출력 인덕터(L1p)가 30nH이며, Csac는 2.1pF이며, Lsac는 2.2μH인 경우의 실험 예이다. 도 13c는 네트워크 출력 인덕터(L1p)가 40nH이며, Csac는 2.7pF이며, Lsac는 2.2μH인 경우의 실험 예이다.
도 13a, 도 13b, 도 13c를 참조하면, RL, 센서 게인, 및 네트워크 출력에 관계 없이 VSAC를 Vin에 의해 정규화한 값(VSAC/Vin)과 XL 간에 상관 관계가 나타남을 알 수 있다. 예컨대, 도 13a를 참조하면, XL이 0.07~0.2인 구간에서 다이나믹 레인지(dynamic range)를 가지며, 감도(sensitivity)는 0.98로 나타남을 알 수 있다. 도 13b를 참조하면, XL이 0.02~0.13인 구간에서 다이나믹 레인지(dynamic range)를 가지며, 감도(sensitivity)는 0.95로 나타남을 알 수 있다. 도 13a를 참조하면, XL이 0.02~0.33인 구간에서 다이나믹 레인지(dynamic range)를 가지며, 감도(sensitivity)는 0.43으로 나타남을 알 수 있다. 도 13a, 도 13b, 도 13c를 참조하면, Csac가 높을수록 게인이 증가하고, 이에 따라 감도가 증가함을 알 수 있다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 14를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 인버터(예컨대, EF2 인버터(10)), 매칭 회로(15), 공진기 및 임피던스 센싱 회로를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, EF2 인버터(10)는, 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. 상기 공진기는 제7 커패시터(Ctx)(1451) 및 가변 코일(Ltx)(1450)를 포함할 수 있다. 상기 임피던스 센싱 회로는 제5 커패시터(1101) 및 제4 인덕터(1102)를 포함하는 HPF 및 포락선 검파기(1410), LPF(low pass filter)(1420), 오류 검출기(1430), 컨트롤러(1440)를 포함할 수 있다. 도 14에서 도 11과 동일한 도면 부호는 동일 또는 유사한 기능을 수행할 수 있으며 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다양한 실시예에 따라, 상기 제1 인덕터(11a)와 상기 제1 커패시터(11b) 사이에 HPF가 병렬 연결될 수 있다. 상기 HPF는 제5 커패시터(Csac)(1101) 및 제4 인덕터(Lsac)(1102)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 HPF에 포함된 상기 제4 인덕터(1102)에 인가되는 전압 VSAC은 상기 트랜지스터(7)의 드레인-소스 단자에 인가되는 전압 Vds에 대응할 수 있다. 이에 따라, 상기 HPF(1010)에 포함된 제4 인덕터(1102)에 인가되는 전압 VSAC을 센싱함으로써 XL 또는 XL의 변화를 추정할 수 있다. 상기 제4 인덕터(1102)에 인가되는 전압 VSAC은 포락선 검파기(1410)에 인가될 수 있다. 상기 포락선 검파기(1410)는 제3 저항(1411), 제1 비교기(1412), 제4 저항(1413), 제3 다이오드(1414), 제4 다이오드(1415)를 포함할 수 있다. 상기 포락선 검파기(1410)의 출력은 입력된 전압 VSAC의 피크 값인 VSDC일 수 있다. 상기 포락선 검파기(1410)의 출력 단에는 제5 다이오드(1416), 및 제5 저항(1417)이 병렬 연결될 수 있다. 또한, 상기 포락선 검파기(1410)의 출력 단에는 LPF(1420)가 연결될 수 있다. 상기 LPF(1420)는 제5 저항(1421) 및 제7 커패시터(1422)를 포함할 수 있다. 상기 LPF(1420)는 오류 검출기(1430)와 연결될 수 있다. 오류 검출기(1430)는 제2 비교기(1431), 피드백 회로(14132)를 포함할 수 있다. 상기 제2 비교기(1431)는 제1 입력 단자(예컨대, (-) 단자)에 VSDC를 입력 받고, 제2 입력 단자(예컨대, (+) 단자)에 기준 전압(Vref)을 입력 받아, 두 입력 값을 비교할 수 있다. 예컨대, 제2 비교기(1431)는 VSDC와 기준 전압(Vref) 간의 차이를 컨트롤러(1440)로 출력할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 컨트롤러(1440)는 상기 VSDC와 기준 전압(Vref) 간의 차이에 기반하여, 공진기의 가변 코일(Ltx)(1451)의 인덕턴스를 조정할 수 있다. 예컨대, 상기 가변 코일(Ltx)(1451)의 인덕턴스를 조정하는 방법으로서, 서보 모터, 마이크로 스텝 모터, 피에조 엑츄에이터를 이용하여 페라이트 코어를 코일에 접근시킴으로써 인덕턴스를 조정할 수 있다. 다른 예로서, 공진기의 코일과 자기적으로 결합된 보조 코일을 스위칭 제어하여 코일의 턴 수를 증가시킴으로써 인덕턱스를 조정할 수 있다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 15를 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 인버터(예컨대, EF2 인버터(10)), 매칭 회로(15), 공진기 및 임피던스 센싱 회로를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, EF2 인버터(10)는, 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. 상기 공진기는 제3 코일(Ltx)(203) 및 제7 커패시터(Ctx)(1451)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 상기 제3 코일(203)과 제7 커패시터(1451) 사이에는 커패시턴스 조정 회로(1500)가 병렬 연결될 수 있다. 상기 커패시턴스 조정 회로(1500)는 적어도 하나의 커패시터(1511, 1521, 1531, 1532)가 병렬 연결되며, 각 커패시터(1511, 1521, 1531, 1532)에는 스위치(예컨대, MOSFET)(1512, 1522, 1532, 1542)가 직렬 연결될 수 있다. 상기 임피던스 센싱 회로는 제5 커패시터(1101) 및 제4 인덕터(1102)를 포함하는 HPF 및 포락선 검파기(1410), LPF(low pass filter)(1420), 오류 검출기(1430), 컨트롤러(1440)를 포함할 수 있다. 도 15에서 도 11 및 도 14와 동일한 도면 부호는 동일 또는 유사한 기능을 수행할 수 있으며 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 14에서 전술한 바와 같이, 제2 비교기(1431)는 VSDC와 기준 전압(Vref) 간의 차이를 컨트롤러(1440)로 출력할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 컨트롤러(1440)는 도 15에 도시된 바와 같이 상기 VSDC와 기준 전압(Vref) 간의 차이에 기반하여 상기 커패시턴스 조정 회로(1500)에 포함된 적어도 하나의 스위치(예컨대, MOSFET)(1512, 1522, 1532, 1542)를 온 또는 오프 상태가 되도록 제어함으로써 부하에 연결된 커패시턴스를 조정할 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(1440)는 상기 VSDC와 기준 전압(Vref) 간의 차이에 기반하여 상기 커패시턴스 조정 회로(1500)에 포함된 적어도 하나의 스위치(예컨대, MOSFET)(1512, 1522, 1532, 1542)를 온 상태가 되도록 제어함으로써 Ctx(1451)와 병렬 연결되는 커패시터에 의해 커패시턴스를 증가시킬 수 있다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 16을 참조하면, 포락선 검파기(1410)의 출력 단에는 제5 다이오드(1416), 및 제5 저항(1417)이 병렬 연결될 수 있다. 또한, 상기 포락선 검파기(1410)의 출력 단에는 LPF(1420)가 연결될 수 있다. 상기 LPF(1420)는 제5 저항(1421) 및 제7 커패시터(1422)를 포함할 수 있다. 상기 LPF(1420)는 비교기(1610)(예컨대, 히스테리시스 비교기(hysteresis comparator))와 연결될 수 있다. 상기 비교기(1431)는 입력된 VSDC를 상한 임계값(Vhigh) 및 하한 임계값(Vlow) 비교하고, 상기 VSDC가 상한 임계값(Vhigh)보다 높거나 하한 임계값(Vlow)보다 낮은 경우 이상 상태(예컨대, OVP(over voltage protection), 과전력, 허용 임피던스 초과 상태)로 판단할 수 있다. 상기 비교기(1431)에서 이상 상태로 판단할 경우, 게이트 드라이버(gate driver)(5)로 제어 신호(예컨대, 디스에이블(disable) 신호)를 전송할 수 있다. 상기 게이트 드라이버(5)는 상기 비교기(1431)로부터 수신된 제어 신호에 기반하여 무선 전력 송신 장치의 출력을 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 게이트 드라이버(5)는 상기 비교기(1431)로부터 수신된 제어 신호에 기반하여 트랜지스터(7)를 온 또는 오프 상태로 제어할 수 있다.
도 17은, 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신기(1700) 및 무선 전력 수신기(1750)의 블록도를 도시한다.
다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 송신기(1700)(예: 무선 전력 송신 장치)는, 전력 송신 회로(1720), 제어 회로(1712), 통신 회로(1730), 센싱 회로(1715) 및/또는 저장 회로(1716)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 송신기(1700)는, 전력 송신 회로(1720)를 통해, 무선 전력 수신기(1750)로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(1700)는, 공진 방식에 따라 전력을 송신할 수 있다. 공진 방식에 의한 경우에는, 무선 전력 송신기(1700)는, 예를 들어, A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준(또는, AFA(air fuel alliance) 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다. 무선 전력 송신기(1700)는, 공진 방식 또는 유도 방식에 따라서, 전류(예: 교류 전류)가 흐르면 유도 자기장(예: Tx 필드)을 생성할 수 있는 도전성 패턴(1724)(예: 송신 코일)을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기(1700)가 도전성 패턴(1724)을 통하여 자기장(예: Tx 필드)을 생성하는 과정을 무선 전력을 출력한다고 표현할 수 있고, 도전성 패턴(1724)을 통하여 생성된 자기장(예: Tx 필드)에 기반하여 무선 전력 수신기(1750)에 유도 기전력이 생성되는 과정을 무선 전력을 수신한다고 표현할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해, 무선 전력 송신기(1700)가 무선 전력 수신기(1750)에 전력을 무선으로 송신한다고 표현할 수 있다. 아울러, 무선 전력 수신기(1750)는, 주변에 형성된 시간에 따라 크기가 변경되는 자기장(예: Tx 필드)에 의하여 유도 기전력이 발생되는 도전성 패턴(1776)(예: 송신 코일)을 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(1750)의 도전성 패턴(1776)에서 유도 기전력을 발생됨에 따라서, 도전성 패턴(1776)으로부터 교류 전류가 출력되거나, 또는 도전성 패턴(1776)에 교류 전압이 인가되는 과정을, 무선 전력 수신기(1750)가 전력을 무선으로 수신한다고 표현할 수 있다. 다른 예로, 무선 전력 송신기(1700)는, 유도 방식에 따라 전력을 송신할 수 있다. 유도 방식에 의한 경우에는, 무선 전력 송신기(1700)는, 예를 들어, WPC(wireless power consortium) 표준 (또는, Qi 표준)에서 정의된 방식으로 구현될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전력 송신 회로(1720)는, 전력 어댑터(1721), 전력 생성 회로(1722), 매칭 회로(1723), 도전성 패턴(예: 송신 코일)(1724), 또는 제1 통신 회로(1731)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전력 송신 회로(1720)는, 도전성 패턴(1724)을 통하여 무선으로 무선 전력 수신기(1750)에 전력을 전송하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전력 송신 회로(1720)는, 외부로부터 직류 또는 교류 파형의 형태로 전력을 공급 받을 수 있으며, 공급 받은 전력을 교류 파형의 형태로 무선 전력 수신기(1750)에 공급할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전력 어댑터(1721)는, 외부로부터 교류 또는 직류 전원을 입력 받거나 배터리 장치의 전원 신호를 수신하여, 설정된 전압 값을 가지는 직류 전력을 출력할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전력 어댑터(1721)에서 출력되는 직류 전력의 전압 값은 제어 회로(1712)에 의하여 제어될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전력 어댑터(1721)로부터 출력되는 직류 전력은 전력 생성 회로(1722)로 출력될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전력 생성 회로(1722)는, 전력 어댑터(1721)로부터 출력된 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 출력할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전력 생성 회로(1722)는, 소정의 증폭기(미도시)를 포함할 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전력 생성 회로(1722)는, 전력 어댑터(1721)를 통해 입력되는 직류 전류가 설정된 이득(gain)보다 작으면, 증폭기(미도시)를 이용하여 설정된 이득(gain)으로 직류 전류를 증폭할 수 있다. 또는, 전력 생성 회로(1722)는, 제어 회로(1712)로부터 입력되는 제어 신호에 기초하여 전력 어댑터(1721)로부터 입력되는 직류 전류를 교류로 변환하는 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 생성 회로(1722)는, 소정의 인버터(미도시)를 통해 전력 어댑터(1721)로부터 입력되는 직류 전류를 교류로 변환할 수 있다. 또는, 전력 생성 회로(1722)는, 게이트 구동 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 게이트 구동 장치(미도시)가 전력 어댑터(1721)로부터 입력되는 직류 전류를 온(on)/오프(off)하여 제어하면서, 직류 전류를 교류로 변경할 수도 있다. 또는, 전력 생성 회로(1722)는 무선 전원 발생기(예: 오실레이터)를 통해 교류 전원 신호를 생성할 수도 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 매칭 회로(1723)는, 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전력 생성 회로(1722)로부터 출력된 교류 전류(예: 교류 신호)가 도전성 패턴(1724)에 전달되면, 전달된 교류 신호에 의하여 도전성 패턴(1724)에 전자기장이 형성될 수 있다. 매칭 회로(1723)의 임피던스를 조정하여, 형성되는 전자기장(예: 전자기장 신호)의 주파수 대역이 조정될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 매칭 회로(1723)는, 임피던스 조정에 의해, 도전성 패턴(1724)을 통해 무선 전력 수신기(1750)로 전송되는 출력 전력이 고효율 또는 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 매칭 회로(1723)는, 제어 회로(1712)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭 회로(1723)는, 인덕터(예: 코일), 커패시터 또는 스위치 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어 회로(1712)는, 스위치 장치를 통해 인덕터 또는 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제1 통신 회로(1731)(예: 공진 회로)는 도전성 패턴(1724)에 의해 발생되는 전자기파를 이용하여 인-밴드(in-band) 형식으로 통신(예: 데이터 통신)을 수행할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 센싱 회로(1715)는, 전력 송신 회로(1720)의 도전성 패턴(1724)에 인가되는 전류/전압의 변화를 센싱할 수 있다. 도전성 패턴(1724)에 인가되는 전류/전압의 변화에 따라서, 무선 전력 수신기(1750)로 전송될 전력의 양이 변화할 수 있다. 또는, 센싱 회로(1715)는, 무선 전력 송신기(1700)의 온도 변화를 센싱할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 센싱 회로(1715)는, 전류/전압 센서 또는 온도 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(1712)는, 무선 전력 송신기(1700)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(1712)는 저장 회로(1716)에 저장된 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(1700)의 동작을 제어할 수 있다. 제어 회로(1712)는, CPU, 마이크로프로세서, 또는 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(1712)는, 통신 회로(1730)를 통해 무선 전력 수신기(1750)로부터 수신한 메시지에 기반하여 무선 전력 수신기(1750)의 상태를 디스플레이 모듈(1717)에 표시할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(1712)는, 전력 송신 회로(1720)를 통해 무선 전력 수신기(1750)로 무선으로 전력을 송신하도록 제어할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(1712)는, 통신 회로(1730)를 통해 무선 전력 수신기(1750)로부터 무선으로 정보를 수신하도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 전력 수신기(1750)로부터 수신된 정보는, 무선 전력 수신기(1750)의 배터리 상태와 관련된 충전 설정 정보, 무선 전력 수신기(1750)로 전송되는 전력의 양의 조절과 관련된 전력량 제어 정보, 무선 전력 수신기(1750)의 충전 환경과 관련된 환경 정보 또는 무선 전력 수신기(1750)의 시간 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 충전 설정 정보는, 무선 전력 송신기(1700)와 무선 전력 수신기(1750) 간 무선 충전 시점에서의 무선 전력 수신기(1750)의 배터리 상태와 관련된 정보일 수 있다. 예를 들어, 충전 설정 정보는 무선 전력 수신기(1750)의 배터리 전체 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 배터리 사용량, 충전 모드, 충전 방식 또는 무선 수신 주파수 대역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전력량 제어 정보는, 무선 전력 송신기(1700)와 무선 전력 수신기(1750) 간 무선 충전 중 무선 전력 수신기(1750)에 충전된 전력량의 변화에 따라 전송된 초기 전력의 양을 제어하기 위한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 환경 정보는, 무선 전력 수신기(1750)의 센싱 회로(1755)에 의해 무선 전력 수신기(1750)의 충전 환경을 측정한 정보로서, 예를 들어, 무선 전력 수신기(1750)의 내부 온도 또는 외부 온도 중 적어도 하나를 포함하는 온도 데이터, 무선 전력 수신기(1750) 주변의 조도(밝기)를 나타내는 조도 데이터, 또는 무선 전력 수신기(1750) 주변의 소리(소음)를 나타내는 소리 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예들에 따르면, 제어 회로(1712)는, 무선 전력 수신기(1750)로부터 수신된 정보 중 충전 설정 정보에 기반하여, 무선 전력 수신기(1750)로 전송될 전력을 생성하거나 전송하도록 제어할 수 있다. 또는, 제어 회로(1712)는, 무선 전력 수신기(1750)로부터 수신된 정보 중 적어도 일부(예: 전력량 제어 정보, 환경 정보 또는 시간 정보 중 적어도 하나)에 기반하여, 무선 전력 수신기(1750)로 전송되는 전력의 양을 결정하거나 변경할 수 있다. 또는, 제어 회로(1712)는, 매칭 회로(1723)가 임피던스를 변경하도록 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 디스플레이 모듈(1717)는, 무선 전력 송신기(1700)의 상태, 환경 정보 또는 충전 상태와 관련된 전반적인 정보를 표시할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 통신 회로(1730)는, 무선 전력 수신기(1750)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신 회로(1730)는, 무선 전력 수신기(1750)의 통신 회로(1780)와 데이터 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로(1730)는, 신호를 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 통신 회로(1730)는, 전력 송신 회로(1720)와 하나의 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신기(1700)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수 있는 제1 통신 회로(1731), 또는 전력 송신 회로(1720)와 상이한 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신기(1700)가 아웃-오브-밴드(out-of-band) 형식으로 통신을 수행할 수 있는 제2 통신 회로(1732) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 통신 회로(1730)가 인-밴드 형식으로 통신을 수행할 수 있는 제1 통신 회로(1731)를 포함하는 경우, 제1 통신 회로(1731)는 전력 송신 회로(1720)의 도전성 패턴(1724)을 통해 수신되는 전자기장 신호의 주파수 및 신호 레벨을 수신할 수 있다. 제어 회로(1712)는, 도전성 패턴(1724)을 통해 수신된 전자기장 신호의 주파수 및 신호 레벨을 복호화하여 무선 전력 수신기(1750)로부터 수신되는 정보를 추출할 수 있다. 또는, 제1 통신 회로(1731)는 전력 송신 회로(1720)의 도전성 패턴(1724)에 무선 전력 수신기(1750)로 전송하고자 하는 무선 전력 송신기(1700)의 정보에 대한 신호를 인가(예: 온/오프 키잉(on/off keying) 변조 방식에 따라 로드(예: 도전성 패턴(1724))의 임피던스를 변경)하거나, 매칭 회로(1723)로부터 출력되는 신호가 도전성 패턴(1724)에 인가됨으로써 발생하는 전자기장 신호에 무선 전력 송신기(1700)의 정보에 대한 신호를 추가하여 무선 전력 수신기(1750)로 무선 전력 송신기(1700)의 정보를 전송할 수 있다. 제어 회로(1712)는, 매칭 회로(1723)에 포함된 스위치 장치의 온/오프 제어를 통해 매칭 회로(1723)의 인덕터 및 커패시터 중 적어도 하나와 연결 상태를 변화시켜 무선 전력 송신기(1700)의 정보가 출력되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 통신 회로(1730)가 아웃-오브-밴드 형식으로 통신을 수행할 수 있는 제2 통신 회로(1732)를 포함하는 경우, 제2 통신 회로(1732)는, NFC(near field communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신, 블루투스 통신, BLE(bluetooth low energy) 통신 방식, 또는 UWB 통신 방식 등을 이용하여 무선 전력 수신기(1750)의 통신 회로(1780)(예: 제2 통신 회로(1782))와 통신을 수행할 수 있다.
상술한 통신 회로(1730)의 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본 개시의 실시예들은 통신 회로(1730)에서 수행하는 특정 통신 방식으로 그 권리범위가 한정되지 않는다.
다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 수신기(1750)(예: 무선 전력 수신 장치)는 전력 수신 회로(1770), 제어 회로(1752), 통신 회로(1780), 센싱 회로(1755), 및/또는 디스플레이 모듈(1757)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전력 수신 회로(1770)는 무선 전력 송신기(1700)의 전력 송신 회로(1720)로부터 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신 회로(1770)는, 내장된 배터리의 형태로 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하도록 구현될 수도 있다. 전력 수신 회로(1770)는, 매칭 회로(1771), 정류 회로(1772), 조정 회로(1774), 배터리(1775) 및/또는 도전성 패턴(1776)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전력 수신 회로(1770)는, 전력 송신 회로(1720)의 도전성 패턴(1724)에 인가된 전류/전압에 대응하여 발생된 전자기파 형태의 무선 전력을 도전성 패턴(1776)을 통해 수신할 수 있다. 예를 들어, 전력 수신 회로(1770)는, 전력 송신 회로(1720)의 도전성 패턴(1724)과 전력 수신 회로(1770)의 도전성 패턴(1776)에 형성된 유도된 기전력을 이용하여 전력을 수신할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 매칭 회로(1771)는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(1700)의 도전성 패턴(1724)을 통해 전송된 전력이 도전성 패턴(1776)에 전달되어 전자기장이 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 매칭 회로(1771)는, 임피던스를 조정하여 형성된 전자기장(예: 전자기장 신호)의 주파수 대역을 조정할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 매칭 회로(1771)는, 이러한 임피던스 조정에 의해 도전성 패턴(1776)을 통해 무선 전력 송신기(1700)로부터 수신되는 입력 전력이 고효율 및 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 매칭 회로(1771)는, 제어 회로(1752)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭 회로(1771)는, 인덕터(예: 코일), 커패시터 또는 스위치 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어 회로(1752)는, 스위치 장치를 통해 인덕터 또는 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 정류 회로(1772)는, 도전성 패턴(1776)에 수신되는 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있으며, 예를 들어, 브릿지 다이오드(bridge diode)의 형태로 구현될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 조정 회로(1773)는, 정류된 전력을 설정된 이득(gain)으로 컨버팅할 수 있다. 조정 회로(1773)는, DC/DC 컨버터(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조정 회로(1773)는, 출력단의 전압이 5V가 되도록 정류된 전력을 컨버팅할 수 있다. 또는, 조정 회로(1773)의 전단에는 인가될 수 있는 전압의 최소값 또는 최대값이 설정될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 스위치 회로(1774)는, 조정 회로(1773) 및 배터리(1775)를 연결할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 스위치 회로(1774)는 제어 회로(1752)의 제어에 따라 온(on)/오프(off) 상태를 유지할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 배터리(1775)는, 조정 회로(1773)로부터 입력되는 전력을 공급 받아 충전될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 센싱 회로(1755)는, 무선 전력 수신기(1750)에 수신되는 전력 상태 변화를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센싱 회로(1755)는, 소정의 전류/전압 센서(미도시)를 통해 도전성 패턴(1776)에 수신되는 전류/전압 값을 주기적으로 또는 비주기적으로 측정할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 수신기(1750)는 소정의 전류/전압 센서(미도시)를 통해 측정된 전류/전압에 기반하여 무선 전력 수신기(1750)에 수신되는 전력의 양을 산출할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 센싱 회로(1755)는, 무선 전력 수신기(1750)의 충전 환경 변화를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센싱 회로(1755)는, 소정의 온도 센서(미도시)를 통해 무선 전력 수신기(1750)의 내부 온도 또는 외부 온도 중 적어도 하나를 주기적으로 또는 비주기적으로 측정할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 디스플레이 모듈(1757)는, 무선 전력 수신기(1750)의 충전 상태와 관련된 전반적인 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 모듈(1757)는 무선 전력 수신기(1750)의 배터리 전체 용량, 배터리 잔량, 배터리 충전량, 배터리 사용량 또는 충전 예상 시간 중 적어도 하나를 표시할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 통신 회로(1780)는, 무선 전력 송신기(1700)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신 회로(1780)는, 무선 전력 송신기(1700)의 통신 회로(1730)와 데이터 통신을 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 통신 회로(1780)는, 무선 전력 송신기(1700)의 통신 회로(1730)와 유사하거나 동일하게 동작할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(1752)는 통신 회로(1780)를 통해, 무선 전력 수신기(1750)의 배터리 상태와 관련된 정보에 기반하여 필요한 전력량을 수신하기 위한 충전 설정 정보를 무선 전력 송신기(1700)로 송신할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(1752)는 무선 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 송신기(1700)가 식별되면, 무선 전력 수신기(1750)의 배터리 전체 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 배터리 사용량, 충전 모드, 충전 방식 또는 무선 수신 주파수 대역 중 적어도 하나에 기반하여 필요한 전력량을 수신하기 위한 충전 설정 정보를, 통신 회로(1780)를 통해 무선 전력 송신기(1700)로 송신할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(1752)는, 통신 회로(1780)를 통해, 무선 전력 수신기(1750)에 충전된 전력량의 변화에 따라 무선 전력 송신기(1700)로부터 수신되는 전력의 양을 제어하기 위한 전력량 제어 정보를 무선 전력 송신기(1700)로 송신할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(1752)는, 통신 회로(1780)를 통해, 무선 전력 수신기(1750)의 충전 환경 변화에 따른 환경 정보를 무선 전력 송신기(1700)로 송신할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(1752)는, 센싱 회로(1755)에 의해 측정된 온도 데이터 값이 설정된 온도 기준값 이상이면, 측정된 온도 데이터를 무선 전력 송신기(1700)로 전송할 수 있다.
도 17에서 무선 전력 송신기(1700)와 무선 전력 수신기(1750)가 각각 전력 송신 회로(1720) 및 전력 수신 회로(1770)만을 포함하는 것으로 도시하였으나, 무선 전력 송신기(1700)와 무선 전력 수신기(1750)는, 각각 전력 송신 회로(1720) 및 전력 수신 회로(1770)를 모두 포함할 수도 있다. 이에 따라, 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신기(1700)와 무선 전력 수신기(1750)는, 전력 송신기 및 전력 수신 장치의 기능을 모두 수행할 수도 있다.
다양한 실시예 중 어느 하나에 따른 무선 전력 송신 장치는, 입력 신호 및 구동 전압에 기반하여, 설정된 동작 주파수에 대응하는 신호를 출력하는 트랜지스터; 상기 트랜지스터와 연결되고, 상기 동작 주파수에 대응하는 신호의 임피던스를 변환시키는 매칭 회로; 상기 매칭 회로와 연결된 송신 코일; 상기 트랜지스터와 상기 매칭 회로 사이에서 병렬 연결되고, 상기 동작 주파수의 적어도 하나의 고조파 주파수(harmonic frequency)에 대응하는 신호를 전달하는 LC 공진 회로; 및 상기 LC 공진 회로와 연결되고, 상기 LC 공진 회로를 통해 전달되는 상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호에 기반하여 상기 무선 전력 송신 장치의 로드 임피던스를 센싱하는 임피던스 센싱 회로;를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호는, 2차 고조파 주파수 신호 내지 20차 고조파 주파수 신호 중 적어도 하나의 고조파 주파수 신호를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 LC 공진 회로는, 적어도 하나의 코일 및 상기 적어도 하나의 코일과 직렬 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함하며, 상기 임피던스 센싱 회로는, 상기 적어도 하나의 코일과 상기 적어도 하나의 커패시터 사이에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 임피던스 센싱 회로는, 상기 LC 공진 회로의 상기 적어도 하나의 커패시터와 병렬 연결되는 제1 커패시터; 및 상기 제1 커패시터에 직렬 연결되는 제1 인덕터를 포함하며, 상기 제1 인덕터의 양단에 걸리는 전압에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 제1 인덕터의 양단에 걸리는 전압은 각 고조파 주파수에 대해 상기 LC 공진 회로의 양단에 걸리는 전압 및 상기 임피던스 센싱 회로의 게인에 기반하여 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 임피던스 센싱 회로는, 상기 제1 커패시터와 상기 제1 인덕터 사이에 병렬 연결되며, 상기 제1 인덕터의 양단에 결리는 전압의 피크 값을 검출하는 포락선 검파기를 더 포함하며, 상기 포락선 검파기로부터 검출된 피크 값에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 임피던스 센싱 회로는, 상기 포락선 검파기와 연결되는 오류 검출기를 더 포함하며, 상기 오류 검출기는, 제1 입력 단자를 통해 상기 포락선 검파기의 출력 신호를 입력받고, 제2 입력 단자를 통해 기준 전압 신호를 입력 받아, 상기 두 입력 신호 간의 차에 대응하는 오류 신호를 출력할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 무선 전력 송신 장치는, 상기 오류 검출기로부터 오류 신호를 입력받아, 상기 입력된 오류 신호에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 조정할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 임피던스 센싱 회로는, 상기 제1 인덕터의 양단에 걸리는 전압을 상기 구동 전압에 의해 정규화한 값에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 무선 전력 송신 장치는, 상기 임피던스 센싱 회로로부터 출력된 로드 임피던스에 대응하는 센싱값을 수신하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 무선 전력 송신 장치는, 상기 매칭 회로에 직렬 연결되는 가변 코일을 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 센싱값에 기반하여, 상기 가변 코일을 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 무선 전력 송신 장치는, 상기 매칭 회로에 연결되는 가변 커패시터를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 센싱값에 기반하여, 상기 가변 커패시터를 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 가변 커패시터는 적어도 하나의 커패시터 및 상기 적어도 하나의 커패시터와 직렬 연결되는 적어도 하나의 스위치를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하여, 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 조정할 수 있다.
다양한 실시예 중 어느 하나에 따른 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 송신 방법은, 트랜지스터에서 입력 신호 및 구동 전압에 기반하여, 설정된 동작 주파수에 대응하는 신호를 출력하는 동작; 상기 트랜지스터와 연결된 매칭 회로에서, 상기 동작 주파수에 대응하는 신호를 전달받아 임피던스를 변환시키는 동작; 송신코일에서, 상기 매칭 회로로부터 임피던스 변환된 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 기반하여 자기장을 형성하는 동작; 상기 트랜지스터와 상기 매칭 회로 사이에서 병렬 연결된 LC 공진 회로에서, 상기 동작 주파수의 적어도 하나의 고조파 주파수(harmonic frequency)에 대응하는 신호를 전달하는 동작; 상기 LC 공진 회로와 연결된 임피던스 센싱 회로에서, 상기 LC 공진 회로를 통해 전달되는 상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호에 기반하여 상기 무선 전력 송신 장치의 로드 임피던스를 센싱하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호는, 2차 고조파 주파수 신호 내지 20차 고조파 주파수 신호 중 적어도 하나의 고조파 주파수 신호를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은, 상기 LC 공진 회로의 양단에 걸리는 전압에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은, LC 공진 회로에 포함된, 적어도 하나의 코일과 적어도 하나의 커패시터 사이에 병렬 연결되는 제1 커패시터 및 제1 인덕터 중, 상기 제1 인덕터의 양단에 걸리는 전압에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은, 상기 제1 인덕터의 양단에 결리는 전압의 피크 값에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은, 상기 피크 값과 기준 전압 신호 간의 비교 결과에 기반하여, 오류 신호를 출력하는 동작을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은, 상기 출력된 오류 신호에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 조정하는 동작을 더 포함할 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.
3 : RF choke 인덕터 5 : 게이트 드라이버
7 : 트랜지스터 9 : 션트 커패시터
10 : 인버터 11 : 제1 LC 공진 회로
13 : 제2 LC 공진 회로 15 : 매칭 회로
17 : 부하

Claims (20)

  1. 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    입력 신호 및 구동 전압에 기반하여, 설정된 동작 주파수에 대응하는 신호를 출력하는 트랜지스터;
    상기 트랜지스터와 연결되고, 상기 동작 주파수에 대응하는 신호의 임피던스를 변환시키는 매칭 회로;
    상기 매칭 회로와 연결된 송신 코일;
    상기 트랜지스터와 상기 매칭 회로 사이에서 병렬 연결되고, 상기 동작 주파수의 적어도 하나의 고조파 주파수(harmonic frequency)에 대응하는 신호를 전달하는 LC 공진 회로; 및
    상기 LC 공진 회로와 연결되고, 상기 LC 공진 회로를 통해 전달되는 상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호에 기반하여 상기 무선 전력 송신 장치의 로드 임피던스를 센싱하는 임피던스 센싱 회로;를 포함하는, 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호는,
    2차 고조파 주파수 신호 내지 20차 고조파 주파수 신호 중 적어도 하나의 고조파 주파수 신호를 포함하는, 무선 전력 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 LC 공진 회로는,
    적어도 하나의 코일 및 상기 적어도 하나의 코일과 직렬 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함하며,
    상기 임피던스 센싱 회로는,
    상기 적어도 하나의 코일과 상기 적어도 하나의 커패시터 사이에 연결되는, 무선 전력 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 센싱 회로는,
    상기 LC 공진 회로의 상기 적어도 하나의 커패시터와 병렬 연결되는 제1 커패시터; 및
    상기 제1 커패시터에 직렬 연결되는 제1 인덕터를 포함하며,
    상기 제1 인덕터의 양단에 걸리는 전압에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱하는, 무선 전력 송신 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 인덕터의 양단에 걸리는 전압은,
    각 고조파 주파수에 대해 상기 LC 공진 회로의 양단에 걸리는 전압 및 상기 임피던스 센싱 회로의 게인에 기반하여 결정되는, 무선 전력 송신 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 임피던스 센싱 회로는,
    상기 제1 커패시터와 상기 제1 인덕터 사이에 병렬 연결되며, 상기 제1 인덕터의 양단에 결리는 전압의 피크 값을 검출하는 포락선 검파기를 더 포함하며,
    상기 포락선 검파기로부터 검출된 피크 값에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱하는, 무선 전력 송신 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 임피던스 센싱 회로는,
    상기 포락선 검파기와 연결되는 오류 검출기를 더 포함하며,
    상기 오류 검출기는,
    제1 입력 단자를 통해 상기 포락선 검파기의 출력 신호를 입력받고, 제2 입력 단자를 통해 기준 전압 신호를 입력 받아, 상기 두 입력 신호 간의 차에 대응하는 오류 신호를 출력하는, 무선 전력 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는,
    상기 오류 검출기로부터 오류 신호를 입력받아, 상기 입력된 오류 신호에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 조정하는, 무선 전력 송신 장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 임피던스 센싱 회로는,
    상기 제1 인덕터의 양단에 걸리는 전압을 상기 구동 전압에 의해 정규화한 값에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱하는, 무선 전력 송신 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는,
    상기 임피던스 센싱 회로로부터 출력된 로드 임피던스에 대응하는 센싱값을 수신하는 컨트롤러를 더 포함하는, 무선 전력 송신 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는,
    상기 매칭 회로에 직렬 연결되는 가변 코일을 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 센싱값에 기반하여, 상기 가변 코일을 제어하는, 무선 전력 송신 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치는,
    상기 매칭 회로에 연결되는 가변 커패시터를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는 상기 센싱값에 기반하여, 상기 가변 커패시터를 제어하는, 무선 전력 송신 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가변 커패시터는
    적어도 하나의 커패시터 및 상기 적어도 하나의 커패시터와 직렬 연결되는 적어도 하나의 스위치를 포함하며,
    상기 컨트롤러는,
    상기 적어도 하나의 스위치를 제어하여, 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 조정하는, 무선 전력 송신 장치.
  14. 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 송신 방법에 있어서,
    트랜지스터에서 입력 신호 및 구동 전압에 기반하여, 설정된 동작 주파수에 대응하는 신호를 출력하는 동작;
    상기 트랜지스터와 연결된 매칭 회로에서, 상기 동작 주파수에 대응하는 신호를 전달받아 임피던스를 변환시키는 동작;
    송신코일에서, 상기 매칭 회로로부터 임피던스 변환된 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 기반하여 자기장을 형성하는 동작;
    상기 트랜지스터와 상기 매칭 회로 사이에서 병렬 연결된 LC 공진 회로에서, 상기 동작 주파수의 적어도 하나의 고조파 주파수(harmonic frequency)에 대응하는 신호를 전달하는 동작; 및
    상기 LC 공진 회로와 연결된 임피던스 센싱 회로에서, 상기 LC 공진 회로를 통해 전달되는 상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호에 기반하여 상기 무선 전력 송신 장치의 로드 임피던스를 센싱하는 동작을 포함하는, 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 송신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고조파 주파수에 대응하는 신호는,
    2차 고조파 주파수 신호 내지 20차 고조파 주파수 신호 중 적어도 하나의 고조파 주파수 신호를 포함하는, 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 송신 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 LC 공진 회로의 양단에 걸리는 전압에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱하는, 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 송신 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 방법은,
    LC 공진 회로에 포함된, 적어도 하나의 코일과 적어도 하나의 커패시터 사이에 병렬 연결되는 제1 커패시터 및 제1 인덕터 중, 상기 제1 인덕터의 양단에 걸리는 전압에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱하는, 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 송신 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제1 인덕터의 양단에 결리는 전압의 피크 값에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 센싱하는, 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 송신 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 피크 값과 기준 전압 신호 간의 비교 결과에 기반하여, 오류 신호를 출력하는 동작을 더 포함하는, 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 송신 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 출력된 오류 신호에 기반하여, 상기 로드 임피던스를 조정하는 동작을 더 포함하는, 무선 전력 송신 장치의 무선 전력 송신 방법.
KR1020210127852A 2021-09-28 2021-09-28 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법 KR20230045247A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210127852A KR20230045247A (ko) 2021-09-28 2021-09-28 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법
EP22876811.5A EP4322373A1 (en) 2021-09-28 2022-09-27 Wireless power transmission device including impedance matching circuit, and wireless power transmission method
PCT/KR2022/014478 WO2023055039A1 (ko) 2021-09-28 2022-09-27 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법
US17/954,825 US20230101152A1 (en) 2021-09-28 2022-09-28 Wireless power transmitting device including impedance matching circuit and wireless power transmission method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210127852A KR20230045247A (ko) 2021-09-28 2021-09-28 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230045247A true KR20230045247A (ko) 2023-04-04

Family

ID=85783149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210127852A KR20230045247A (ko) 2021-09-28 2021-09-28 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20230045247A (ko)
WO (1) WO2023055039A1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140101028A (ko) * 2013-02-07 2014-08-19 한국전자통신연구원 주파수 체배기를 이용한 무선 전력 전송 장치 및 그 방법
KR102155371B1 (ko) * 2013-09-09 2020-09-11 삼성전자주식회사 고조파 노이즈 제거를 위한 무선 전력 전송 방법 및 장치
JP2017532943A (ja) * 2014-10-20 2017-11-02 モーメンタム ダイナミックス コーポレーション 内在的力率補正の方法および装置
KR102458770B1 (ko) * 2015-07-17 2022-10-26 한국전자통신연구원 전자파 저감 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023055039A1 (ko) 2023-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6110236B2 (ja) 受電装置及び非接触給電システム
US9995777B2 (en) Device detection through dynamic impedance change measurement
US20180351370A1 (en) Power transmission device, wireless power feeding system, and control method
TWI565179B (zh) 無線功率接收器及其功率管理方法
KR101436063B1 (ko) 무선 전력 송수신 장치
JP2020025457A (ja) 受電装置
US20100110741A1 (en) Miniature high voltage/current ac switch using low voltage single supply control
US10218208B2 (en) Wireless power transfer system having wireless power transfer system-charger
US20130257167A1 (en) Apparatuses, systems, and methods for power transfer adjustment in wireless power transfer systems
KR20130035205A (ko) 수전 장치 및 비접촉 급전 시스템
US20130313911A1 (en) Power supply apparatus and power control method thereof
JP6465247B2 (ja) アンテナ装置および電子機器
TW201325009A (zh) 送電裝置、受電裝置、非接觸式電力傳送系統、及在非接觸式電力傳送系統的送電電力之控制方法
US11495962B2 (en) Electronic device wirelessly receiving power and method of operating same
CN110999030A (zh) 无线充电装置、接收器装置及其相关方法
US20230040473A1 (en) Electronic device for carrying out overvoltage protection operation and control method therefor
US9673867B2 (en) Power transmission device and power feeding system
US9899874B2 (en) Electric power supplying device, of a wireless electric power transmission apparatus and method for supplying electric power
CN116918210A (zh) 无线供电的传感器系统
US20160359467A1 (en) Dynamic adjustment of power for wireless power transfer
KR20230045247A (ko) 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법
EP4322373A1 (en) Wireless power transmission device including impedance matching circuit, and wireless power transmission method
US20210376642A1 (en) Electronic device to wirelessly receive power and operating method thereof
JP6112222B2 (ja) 周波数特性測定方法
US10811906B2 (en) Adaptation of an electromagnetic recharging