KR20240000598A - 무선 전력 전송 - Google Patents

Abstract

전력 송신기(101)는 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 제공한다. 출력 회로(203, 103)는 구동기(201)에 의해 생성된 구동 신호에 응답하여 전력 전송 신호를 생성한다. 통신기(207)는 진폭 변조를 사용하여 전력 수신기(105)에 메시지들을 송신하고 부하 변조를 사용하여 전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신한다. 제어기(205)는 전력 전송 신호가 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 전력 전송 구간 및 어떠한 전력 전송 신호도 생성되지 않는 통신 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 적용하도록 전력 전송 신호를 생성하기 위해 구동기(201)를 제어한다. 동기화기(209)는 전력 전송 시간 구간 동안 전력 송신기(101)로부터 전력 수신기(105)로 제1 메시지의 적어도 일부를 송신하고, 통신 시간 구간 동안 전력 수신기(105)로부터 응답 메시지를 수신하기 위해 전력 송신기를 제어한다.

Description

무선 전력 전송

본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것이며, 특히, 그러나 비배타적으로, 예를 들어 주방 기기들을 지원하기 위한 것과 같은 고전력 레벨 전력 전송에 관한 것이다.

대부분의 오늘날의 전기 제품들은 외부 전력 공급 장치로부터 전력을 공급받기 위해 전용 전기 접촉을 필요로 한다. 그러나, 이것은 비실용적인 경향이 있으며 사용자가 커넥터를 물리적으로 삽입하거나 달리 물리적 전기 접촉을 확립할 것을 요구한다. 전형적으로, 전력 요건들이 또한 현저히 상이하고, 현재 대부분의 디바이스들은 그들 자신의 전용 전력 공급 장치를 갖추고 있고, 그 결과 전형적인 사용자는 다수의 상이한 전력 공급 장치들을 가지고 있으며 이때 각각의 전력 공급 장치는 특정 디바이스에 전용된다. 비록 내부 배터리의 사용이 사용 동안 전력 공급 장치에 대한 유선 연결에 대한 필요성을 회피할 수 있지만, 배터리는 재충전(또는 교체)을 필요로 할 것이기 때문에 이것은 부분적인 해결책만을 제공할 뿐이다. 배터리의 사용은 또한 디바이스의 무게와 잠재적으로 비용 및 크기를 상당히 증가시킬 수 있다.

현저히 개선된 사용자 경험을 제공하기 위해, 전력이 전력 송신기 디바이스 내의 송신기 코일로부터 개별 디바이스들 내의 수신기 코일로 유도적으로 전송되는 무선 전력 공급 장치를 사용하는 것이 제안되었다.

자기 유도를 통한 전력 송신은 1차 송신기 인덕터/코일과 2차 수신기 코일 간의 긴밀한 결합을 갖는 변압기들에서 대부분 적용되는 잘 알려진 개념이다. 2개의 디바이스 간에 1차 송신기 코일과 2차 수신기 코일을 분리함으로써, 이들 간의 무선 전력 전송이 느슨하게 결합된 변압기의 원리에 기초하여 가능해진다.

그러한 배열은 어떠한 유선 또는 물리적 전기 연결도 이루어질 것을 요구함이 없이 디바이스로의 무선 전력 전송을 허용한다. 실제로, 그것은 외부에서 재충전되거나 전력을 공급받기 위해 간단히 디바이스가 송신기 코일에 인접하게 또는 그 위에 배치되도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 전력 송신기 디바이스들은 디바이스가 전력을 공급받기 위해 간단히 그 상에 배치될 수 있는 수평 표면을 갖도록 배열될 수 있다.

더욱이, 그러한 무선 전력 전송 배열들은 유리하게도 전력 송신기 디바이스가 다양한 전력 수신기 디바이스들과 함께 사용될 수 있도록 설계될 수 있다. 특히, Qi 사양으로 알려진 무선 전력 전송 접근법이 정의되었으며 현재 더욱 개발되고 있다. 이 접근법은 Qi 사양을 충족시키는 전력 송신기 디바이스들과 Qi 사양을 또한 충족시키는 전력 수신기 디바이스들이 동일한 제조자로부터의 것이어야 함 또는 서로 전용되어야 함이 없이 이들이 함께 사용되도록 허용한다. Qi 표준은 동작이 특정 전력 수신기 디바이스에 적응되도록(예를 들어, 특정 전력 소모에 의존하도록) 허용하기 위한 어떤 기능을 추가로 포함한다.

무선 전력 전송 시스템들의 예가 유럽 특허 제3 161 933B1호 및 일본 특허 출원 공개 제2011 062008A호에서 제공된다.

Qi 사양은 무선 전력 컨소시엄에 의해 개발되고, 더 많은 정보를 예를 들어 그들의 웹사이트: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html에서 찾아볼 수 있으며, 그곳에서 특히 정의된 사양 문서들을 찾아볼 수 있다.

무선 전력 컨소시엄은 Qi 사양에 기초하여 주방 기기들에 안전하고, 신뢰성 있고, 효율적인 무선 전력 전송을 제공하는 것을 목표로 하는 Ki 사양(코드리스 키친 사양(Cordless Kitchen Specification)으로도 알려짐)을 계속해서 개발하였다. Ki는 최대 2.2 KW의 훨씬 더 높은 전력 레벨들을 지원한다.

효율적인 무선 전력 전송을 지원하기 위해, Qi 및 Ki 기반 시스템들과 같은 무선 전력 전송 시스템들은 전력 송신기와 전력 수신기 간의 상당한 통신을 이용한다. 처음에, Qi는 전력 전송 신호의 부하 변조를 사용하여 전력 수신기로부터 전력 송신기로의 통신만을 지원하였다. 그러나, 표준의 발전은 양방향 통신을 도입하였고 전력 수신기와 전력 송신기 간의 통신 교환에 의해 많은 기능이 지원된다. 많은 시스템에서, 전력 송신기로부터 전력 수신기로의 통신은 전력 전송 신호를 변조함으로써 달성된다.

그러나, 이것이 더 높은 전력 레벨들에 덜 적합한 경향이 있기 때문에, Ki와 같은 시스템들은, 데이터에 의해 변조되는 캐리어로서 전력 전송 신호를 사용하지 않고 전력 전송 신호와 독립적인 통신 기능을 사용한다. 특히, 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신은 단거리 통신 시스템에 의해, 예컨대 구체적으로 NFC(Near Field Communication) 기반 통신 기술을 사용하여 달성될 수 있다.

전용 통신 기능을 사용하는 것은 많은 상황에서 개선된 성능을 제공할 수 있고, 예를 들어 더 높은 통신 신뢰성 및 진행 중인 전력 전송에 대한 감소된 영향을 갖는 더 빠른 통신을 제공할 수 있다.

전력 수신기는 많은 실시예들에서, 전형적으로 판독기의 동조된 안테나와 수신기의 공진 회로 사이의 전자기 커플링을 사용하는 비접촉 통신을 위한 소형 디바이스인 NFC 비접촉 스마트 카드와 유사한 통신 기능을 제공하는 NFC 통신 기능을 포함할 수 있다. 많은 상황들에서, 스마트 카드는 공진 회로에서 유도된 신호에 의해 전력을 공급받는 수동(passive) 디바이스이다. 유사하게, 전력 수신기의 NFC 통신 기능은 몇몇 상황들에서, 예컨대 시작 동안, NFC 캐리어에 의해 전력을 공급받을 수 있다.

그러나, NFC와 같은 전용 통신 기능의 사용이 많은 상황들에서 유리한 성능 및 동작을 제공할 수 있지만, 그것은 모든 상황들에서 최적이 아닐 수 있다. 많은 상황들에서, 통신 신뢰성은 완벽하지 않을 수 있으며, 통신은 몇몇 에러들을 포함할 수 있고/있거나, 충분히 낮은 비트 에러 레이트를 달성하기 위해 데이터 레이트를 실질적으로 감소시킬 필요가 있을 수 있다.

따라서, 개선된 전력 전송 접근법이 유리할 것이고, 특히, 증가된 유연성, 감소된 비용, 감소된 복잡성, 개선된 전력 전송 동작, 증가된 신뢰성, 감소된 통신 에러, 개선된 통신, 및/또는 개선된 성능을 허용하는 접근법이 유리할 것이다.

따라서, 본 발명은 전술된 불리한 점들 중 하나 이상을 단독으로 또는 임의의 조합으로 바람직하게 완화, 경감 또는 제거하고자 한다.

본 발명의 태양에 따르면, 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기에 전력을 무선으로 제공하기 위한 전력 송신기가 제공되며, 전력 송신기는 출력 회로로서, 출력 회로에 인가되는 구동 신호에 응답하여 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일을 포함하는, 상기 출력 회로; 구동 신호를 생성하도록 배열된 구동기; 진폭 변조를 사용하여 전력 수신기에 메시지들을 송신하고 부하 변조를 사용하여 전력 수신기로부터 메시지들을 수신하도록 배열된 통신기(communicator); 전력 전송 신호가 전력 수신기에 전력을 전송하도록 배열되는 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 어떠한 구동 신호도 출력 회로에 인가되지 않는 적어도 하나의 통신 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 전력 전송 신호에 적용하도록 구동 신호를 생성하기 위해 구동기를 제어하기 위한 제어기; 및 전력 전송 시간 구간 동안 전력 송신기로부터 전력 수신기로 제1 메시지의 적어도 일부를 송신하고, 통신 시간 구간 동안 전력 수신기로부터 응답 메시지를 수신하기 위해 전력 송신기를 제어하도록 배열된 동기화기(synchronizer)를 포함한다.

본 발명은 많은 실시예들에서 개선된 성능을 제공할 수 있고, 특히 많은 실시예들에서 전력 송신기와 전력 수신기 사이에서 개선된 통신을 제공할 수 있으며, 많은 실시예들에서 개선된 전력 전송을 제공할 수 있다.

이 접근법은 간섭 완화/방지와 다른 불리한 효과 사이에서 개선된 절충을 제공함으로써 개선된 성능을 제공할 수 있다. 발명자들은, 전력 전송 신호로부터 통신 기능으로의 간섭이 불리할 수 있지만, 통신과 전력 전송을 완전히 분리하는 것이 필요하지 않다는 것과, 오히려 전반적인 전력 전송 등에 대한 영향들과 통신 성능과 간섭 사이의 개선된 절충을 제공하도록 통신과 변조에 비대칭성을 도입하고 활용하는 보다 신중한 분리에 의해 개선된 성능이 달성될 수 있다는 것을 인식하였다.

많은 시나리오들에서, 이 접근법은 전력 전송에 대한 영향을 감소시키면서 전력 전송 동작으로부터의 간섭의 완화 및 감소를 허용할 수 있다. 이 접근법은 또한 많은 시나리오들에서 개선된 전기적 노이즈를 제공할 수 있고/있거나 감소된 기계적 노이즈를 허용할 수 있다.

이 접근법은, 어떠한 구동 신호도 출력 회로에 공급/인가되지 않는 통신 시간 구간들의 지속기간이 감소되게 할 수 있고, 전력 전송에 대한 중단들을 감소시킬 수 있다. 많은 실시예들에서, 그러한 감소는 통신 성능에 대한 허용 불가능한 영향 없이 달성될 수 있고, 실제로 많은 응용들에서 통신 신뢰성에 대한 매우 약간의 영향만이 초래될 수 있다. 이 접근법은 전력 전송 신호로부터 통신으로의 일부 간섭을 허용할 수 있지만, 덜 신뢰성 있는 부하 변조를 사용하는 통신이 전력 전송 신호로부터의 간섭을 겪지 않을 수 있음을 보장하면서 그러한 간섭을 더 신뢰성 있는 진폭 통신으로 제한할 수 있다.

통신기는 통신기에 의해 생성된 통신 캐리어의 진폭 변조를 사용하여 메시지들을 전력 수신기에 송신하도록 배열될 수 있다. 통신기는 통신기에 의해 생성된 통신 캐리어의 부하 변조를 복조함으로써 전력 수신기로부터 메시지들을 수신하도록 배열될 수 있다. 통신 캐리어는 전력 전송 신호와 상이하다. 통신 캐리어는 구동 신호/전력 전송 신호의 주파수와 상이한 주파수를 가질 수 있다. 통신 캐리어는 구동 신호/전력 전송 신호의 (가능하게는 최대) 주파수보다 더 높은, 종종 10, 100, 500배 이상 더 높은 주파수를 가질 수 있다.

반복 시간 프레임은 주기적 시간 프레임일 수 있다. 반복 시간 프레임은 고정 또는 가변 반복 주파수/주기를 가질 수 있다. 전력 전송 신호는 전력 전송 시간 구간들 동안 활성/온 상태일 수 있고, 통신 시간 구간들 동안 비활성/오프 상태일 수 있다. 구동 신호는 전력 전송 시간 구간들 동안 활성/온 상태일 수 있고, 통신 시간 구간들 동안 비활성/오프 상태일 수 있다.

동기화기는 제1 반복 시간 프레임의 전력 전송 시간 구간 동안 전력 송신기로부터 전력 수신기로 제1 메시지의 적어도 일부를 송신하고, 제1 반복 시간 프레임의 통신 시간 구간 동안 전력 수신기로부터 응답 메시지를 수신하기 위해 전력 송신기를 제어하도록 배열될 수 있다.

응답 메시지는 제1 메시지에 응답하는 메시지일 수 있다. 응답 메시지는 제1 메시지에 의해 야기된 메시지일 수 있고, 한 세트의 메시지들 중 한 메시지일 수 있는데, 제1 메시지에 응답하여 한 세트의 메시지들 중 적어도 하나의 메시지가 송신될 것이 전력 수신기에 의해 요구된다. 응답 메시지는 전력 수신기로부터 제1 메시지로의 확인응답(acknowledge) 메시지일 수 있다.

통신기는 전력 전송 신호와 상이한 통신 캐리어를 사용하여 전력 수신기와 통신하도록 배열될 수 있다.

동기화기는 제1 반복 시간 프레임의 제1 전력 전송 시간 구간 동안 전력 송신기로부터 전력 수신기로 제1 메시지의 적어도 일부를 송신하고, 제1 반복 시간 프레임의 제1 통신 시간 구간 동안 전력 수신기로부터 응답 메시지를 수신하기 위해 장치를 제어하도록 배열될 수 있다.

제1 메시지는 또한 순방향 메시지 또는 질의 메시지로 지칭될 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 동기화기는 통신 시간 구간의 타이밍 특성에 응답하여 제1 메시지를 송신하는 타이밍을 적응시키도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다. 타이밍 특성은 구체적으로 제1 메시지 송신의 시작 시간, 종료 시간, 및/또는 지속기간일 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 동기화기는 통신 시간 구간의 타이밍 특성을 적응시키도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다. 타이밍 특성은 구체적으로 통신 시간 구간의 시작 시간, 종료 시간, 및/또는 지속기간일 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 동기화기는 전력 전송 시간 구간의 타이밍 특성을 적응시키도록 배열된다. 타이밍 특성은 구체적으로 전력 전송 시간 구간의 시작 시간, 종료 시간, 및/또는 지속기간일 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 동기화기는 제1 메시지의 특성에 응답하여 제1 메시지를 송신하는 타이밍 및 통신 시간 구간의 타이밍 특성 중 적어도 하나를 적응시키도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 제1 메시지의 특성은 제1 메시지의 길이, 및 제1 메시지에 대한 적어도 하나의 미리 결정된 응답 메시지의 특성 중 적어도 하나이다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 타이밍 특성은 통신 시간 구간의 지속기간이다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 동기화기는 제1 메시지 및 응답 메시지 중 적어도 하나를 통신시키기 위한 통신 레이트에 응답하여 지속기간을 적응시키도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 동기화기는 응답 메시지의 특성에 응답하여 타이밍 특성을 적응시키도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다. 제2 메시지의 특성은 구체적으로 응답 메시지의 송신 지속기간 및 길이 중 적어도 하나일 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구동기에는 가변 전력 공급 신호가 공급되고, 동기화기는 가변 전력 공급 신호에서의 변동들의 타이밍에 응답하여 타이밍 특성을 적응시키도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있고, 구체적으로 전력 전송 신호에 대한 중단들의 영향을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 동기화기는 통신 시간 구간의 중심 시간을 가변 전력 공급 신호에 대한 신호 최소치와 정렬시키도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 특히 유리한 동작 및/또는 성능을 제공할 수 있고, 예를 들어 몇몇 실시예들에서 전력 전송 신호에 대한 중단들의 영향을 최소화할 수 있고, 예를 들어 예컨대 전력 수신기에 의한 응답에서의 지연의 변동들에 대한 증가된 마진 및 강건성을 제공할 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 통신 시간 구간의 지속기간은 1 msec를 초과하지 않는다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 동기화기는 응답 메시지의 종료의 검출에 응답하여 통신 시간 구간을 종료시키도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 전력 전송 시간 구간은 통신 시간 구간 직전에 전력 강하 구간을 포함하고, 동기화기는 전력 강하 구간 동안 적어도 부분적으로 송신되도록 제1 메시지의 송신을 타이밍 조절하도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기에 전력을 무선으로 제공하는 전력 송신기를 위한 동작의 방법이 제공되며, 전력 송신기는 출력 회로로서, 출력 회로에 인가되는 구동 신호에 응답하여 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일을 포함하는, 상기 출력 회로를 포함하고, 이 방법은 구동 신호를 생성하는 단계; 진폭 변조를 사용하여 전력 수신기에 메시지들을 송신하고 부하 변조를 사용하여 전력 수신기로부터 메시지들을 수신하는 단계; 전력 전송 신호가 전력 수신기에 전력을 전송하도록 배열되는 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 어떠한 구동 신호도 출력 회로에 인가되지 않는 적어도 하나의 통신 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 전력 전송 신호에 적용하도록 구동 신호를 생성하기 위해 구동기를 제어하는 단계; 및 전력 전송 시간 구간 동안 전력 송신기로부터 전력 수신기로 제1 메시지의 적어도 일부를 송신하고, 통신 시간 구간 동안 전력 수신기로부터 응답 메시지를 수신하기 위해 전력 송신기를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 이들 및 다른 태양들, 특징들 및 이점들이 이하에 설명되는 실시예(들)로부터 명백할 것이며 그것을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 전송 시스템의 요소들의 예를 예시한다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 송신기의 요소들의 예를 예시한다.
도 3은 전력 송신기를 위한 하프 브리지 인버터(half bridge inverter)의 예를 예시한다.
도 4는 전력 송신기를 위한 풀 브리지 인버터(full bridge inverter)의 예를 예시한다.
도 5는 NFC 판독기 기능 및 NFC 카드 기능의 요소들의 예를 예시한다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 수신기의 요소들의 예를 예시한다.
도 7은 전력 전송 신호에 대한 반복 시간 프레임의 예를 예시한다.
도 8은 통신 시간 구간에서의 메시지들의 통신의 예를 예시한다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 메시지들의 통신의 예를 예시한다.
도 10은 NFC 메시지들의 통신의 예를 예시한다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 메시지들의 통신의 예를 예시한다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 무선 전력 전송 시스템에서의 메시지들의 통신의 예를 예시한다.

다음의 설명은 Ki 사양으로부터 알려진 것과 같은 전력 전송 접근법을 이용하는 무선 전력 전송 시스템에 적용 가능한 본 발명의 실시예들에 중점을 둔다. 그러나, 본 발명은 이러한 응용으로 제한되는 것이 아니라 많은 다른 무선 전력 전송 시스템들에 적용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 전송 시스템의 예를 예시한다. 전력 전송 시스템은 송신기 코일/인덕터(103)를 포함하는(또는 그에 결합되는) 전력 송신기(101)를 포함한다. 시스템은 수신기 코일/인덕터(107)를 포함하는(또는 그에 결합되는) 전력 수신기(105)를 추가로 포함한다.

시스템은 전력 송신기(101)로부터 전력 수신기(105)로 전력을 유도적으로 전송할 수 있는 유도 전자기 전력 전송 신호를 제공한다. 구체적으로, 전력 송신기(101)는 전자기 신호를 생성하며, 이는 송신기 코일 또는 인덕터(103)에 의해 자기 플럭스로서 전파된다. 전력 전송 신호는 전형적으로 약 20 ㎑ 내지 약 500 ㎑의, 그리고 구체적으로 Ki 호환 가능 시스템에 대해 전형적으로 20 ㎑ 내지 80 ㎑의 범위의 주파수를 가질 수 있다. 송신기 코일(103)과 전력 수신 코일(107)은 느슨하게 결합되고 이에 따라 전력 수신 코일(107)은 전력 송신기(101)로부터 전력 전송 신호(의 적어도 일부)를 픽업한다. 이에 따라, 전력은 송신기 코일(103)로부터 전력 수신 코일(107)로의 무선 유도 결합을 통해 전력 송신기(101)로부터 전력 수신기(105)로 전송된다. 용어 '전력 전송 신호'는 주로 송신기 코일(103)과 전력 수신 코일(107) 사이의 유도 신호/자기 필드(자기 플럭스 신호)를 지칭하는 데 사용되지만, 동등하게 그것은 또한 송신기 코일(103)에 제공되거나 전력 수신 코일(107)에 의해 픽업되는 전기 신호에 대한 지칭으로서 간주되고 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

예에서, 전력 수신기(105)는 구체적으로 수신기 코일(107)을 통해 전력을 수신하는 전력 수신기이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 전력 수신기(105)는 금속 가열 요소와 같은 금속 요소를 포함할 수 있으며, 그 경우에 전력 전송 신호는 요소의 직접 가열을 야기하는 와전류를 직접 유도한다.

시스템은 상당한 전력 레벨들을 전송하도록 배열되고, 구체적으로 전력 송신기는 매우 높은 전력 응용들에 대해, 예컨대 Ki 주방 응용들에 대해 100 W를 초과하고 최대 2000W 초과의 전력 레벨들을 지원할 수 있다.

이하에서, 전력 송신기(101) 및 전력 수신기(105)의 동작은 일반적으로 (본 명세서에 설명된(또는 결과적인) 수정들 및 향상들을 제외한) Ki 사양에 따른 실시예를 특히 참조하여 설명될 것이다.

많은 무선 전력 전송 시스템들, 및 특히 Ki와 같은 고전력 시스템들은 공진 전력 전송을 이용하며, 여기서 송신기 코일(103)은 공진 회로의 일부이고 전형적으로 수신기 코일(107)이 또한 공진 회로의 일부이다. 많은 실시예에서, 공진 회로들은 직렬 공진 회로들일 수 있고, 이에 따라 송신기 코일(103)과 수신기 코일(107)은 대응하는 공진 커패시터와 직렬로 결합될 수 있다. 공진 회로들의 사용은 더 효율적인 전력 전송을 제공하는 경향이 있다.

보통, 무선 전력 전송 시스템은 적절한 동작 포인트를 향해 시스템을 조종하기 위해 전력 제어 루프를 이용한다. 이러한 전력 제어 루프는 전력 송신기로부터 전력 수신기로 송신되는 전력의 양을 변경한다. 수신된 전력(또는 전압 또는 전류)이 측정될 수 있고, 세트포인트 전력 값과 함께, 에러 신호가 생성될 수 있다. 기기는 이러한 에러 신호를 전력 송신기 내의 전력 제어 기능에 전송하여 정적 에러를, 이상적으로는 0으로 감소시킨다.

도 2는 도 1의 전력 송신기(101)의 요소들을 더 상세히 예시한다.

전력 송신기(101)는 송신기 코일(103)에 공급되는 구동 신호를 생성할 수 있는 구동기(201)를 포함하고, 송신기 코일(103)은 응답으로 전자기 전력 전송 신호를 생성하며, 그에 의해 전력 수신기(105)로의 전력 전송을 제공한다. 송신기 코일(103)은 송신기 코일(103) 및 커패시터(203)를 포함하는 출력 공진 회로의 일부이다. 예에서, 출력 공진 회로는 직렬 공진 회로이지만, 다른 실시예들에서, 출력 공진 회로는 병렬 공진 회로일 수 있다는 것이 인식될 것이다. 다수의 인덕터 및/또는 커패시터를 사용하는 것을 비롯한 임의의 적합한 공진 회로가 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

구동기(201)는 출력 공진 회로에 그리고 이에 따라 송신기 코일(103)에 공급되는 전류 및 전압을 생성한다. 구동기(201)는 전형적으로 DC 전압으로부터 교번하는 신호를 생성하는 인버터의 형태의 구동 회로이다. 구동기(201)의 출력부는 전형적으로 스위치 브리지로서, 스위치 브리지의 스위치들의 적절한 스위칭에 의해 구동 신호를 생성하는, 상기 스위치 브리지이다. 도 3는 하프-브리지 스위치 브리지/인버터를 도시한다. 스위치들(S1 및 S2)은 그들이 결코 동시에 닫히지 않도록 제어된다. 교번하여 S1은 S2가 열려 있는 동안 닫히고 S2는 S1이 열려 있는 동안 닫힌다. 스위치들은 원하는 주파수로 열리고 닫히며, 그에 의해 출력에서 교번하는 신호를 생성한다. 전형적으로, 인버터의 출력부는 공진 커패시터를 통해 송신기 인덕터에 연결된다. 도 4는 풀-브리지 스위치 브리지/인버터를 도시한다. 스위치들(S1 및 S2)은 그들이 결코 동시에 닫히지 않도록 제어된다. 스위치들(S3 및 S4)은 그들이 결코 동시에 닫히지 않도록 제어된다. 교번하여 스위치들(S1 및 S4)은 S2 및 S3이 열려 있는 동안 닫히고, 이어서 S2 및 S3은 S1 및 S4가 열려 있는 동안 닫히며, 그에 의해 출력에서 구형파 신호를 생성한다. 스위치들은 원하는 주파수로 열리고 닫힌다.

전력 송신기(101)는 원하는 동작 원리들에 따라 전력 송신기(101)의 동작을 제어하도록 배열된 전력 송신기 제어기(205)를 추가로 포함한다. 구체적으로, 전력 송신기(101)는 Ki 사양에 따라 전력 제어를 수행하기 위해 요구되는 기능들 중 많은 것을 포함할 수 있다.

전력 송신기 제어기(205)는 특히 구동기(201)에 의한 구동 신호의 생성을 제어하도록 배열되고, 그것은 구체적으로 구동 신호의 전력 레벨, 및 따라서 생성된 전력 전송 신호의 레벨을 제어할 수 있다. 전력 송신기 제어기(205)는 전력 전송 단계 동안 전력 수신기(105)로부터 수신된 전력 제어 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 전력 레벨을 제어하는 전력 루프 제어기를 포함한다.

전력 송신기(101)는 전력 수신기의 상보적 통신기와 통신하도록 배열된 제1 통신기(207)를 추가로 포함한다. 제1 통신기(207)는 구체적으로, 캐리어 신호를 생성하고 캐리어를 사용하여 전력 수신기(이의 상보적 통신기)와 통신하도록 배열된다. 특히, 전력 송신기로부터 전력 수신기로의 통신은 캐리어의 진폭 변조에 의한 것이고/이거나, 전력 수신기로부터 전력 송신기로의 통신은 구체적으로 제1 통신기(207)에 의해 생성된 캐리어 신호의 부하 변조에 의한 것일 수 있다.

제1 통신기(207)는 구체적으로 상보적 통신기와 함께 단거리 통신 채널을 설정하도록 배열된다. 예를 들어, 단거리 통신 채널은 개별 실시예의 선호도 및 요건에 따라 30 cm, 50 cm, 1 m, 2 m, 또는 3 m를 초과하지 않는 범위를 갖는 통신 채널일 수 있다. 단거리 통신 채널은 통신 캐리어로서 전력 전송 신호를 사용하지 않는 통신 채널일 수 있다. 오히려, 제1 통신기(207)는 통신에 사용되는 통신 캐리어를 생성하고, 이에 따라 제1 통신기(207)는 통신을 위해 전력 전송 신호를 활용하지 않는 별개의 단거리 통신기일 수 있다.

구체적으로, 제1 통신기(207)는 별개의 단거리 통신 표준에 따라 통신하도록 배열될 수 있고, 제1 통신기(207)는 근거리 통신(NFC) 채널을 사용하여 통신하도록 배열될 수 있다. 따라서, 제1 통신기(207)는 NFC 통신기일 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 단거리 통신 수단이 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 그러나, 하기의 설명은 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신이 NFC 통신을 사용하는 예들에 초점을 맞출 것이다.

제1 통신기(207)는 구체적으로 NFC 스마트 카드 판독기에 대응하는 기능을 가지고 배열될 수 있다. 유사하게, 전력 수신기의 상보적 수신기(나중에 도입된 바와 같은 제2 통신기(609))는 NFC 스마트 카드에 대응하는 기능을 가지고 배열될 수 있다. 그러한 기능의 예가 도 5의 예를 참조하여 설명될 수 있다.

예시된 바와 같이, NFC 스마트 카드 기능(501)(예를 들어, 전력 수신기의 통신 기능에 대응함)은 전기적으로 전형적으로 안테나 코일(L), 동조 커패시터(C), 정류기(503), 및 커패시터(C)와 코일(L)에 의해 형성된 공진 회로에 의해 추출된 신호에 의해 적어도 때때로 전력을 공급받는 NFC 칩(505)을 포함할 수 있다. 대부분의 경우에, 스마트 카드의 병렬 공진이 13.56 ㎒의 공진 주파수로 동조된다.

도 5는 또한 스마트 카드에 저장된 데이터를 판독하기 위한 NFC 판독기 기능(507)(예를 들어, 전력 송신기의 통신 기능에 대응함)의 단순화된 모델을 예시한다. NFC 판독기는 전형적으로 NFC 판독기 칩(509) 및 NFC 안테나(511)를 포함하는데, 이 NFC 안테나는 또한 13.56 ㎒의 공진 주파수에서 동조된다. 스마트 카드 기능(501)(구체적으로, 수신기 코일)을 NFC 판독기 기능(507)(구체적으로, 안테나 코일(L))의 근접지 내로 가져오는 경우, 안테나 코일(L)은 NFC 판독기 기능(507)으로부터의 13.56 ㎒ 자기 필드에 노출되고, NFC 칩(505)은 Vcc 핀을 통해 전력을 공급받는다. 일단 전력을 공급받으면, 스마트 카드 기능 내의 NFC 칩(505)은 부하 변조에 의해 그 자신의 Vcc를 변조하여, 이에 의해, 데이터를 NFC 판독기 기능(507)으로 역 전송할 수 있다. 스마트 카드 내의 NFC 칩(505)의 전력 공급과 NFC 판독기 기능(507)으로의 정보의 역 전송 사이의 시간은 전형적으로 약 30 내지 50 mSec의 범위 내에 있다.

도 6은 전력 수신기(105)의 몇몇 예시적인 요소들을 예시한다.

이 예에서, 수신기 코일(107)은 수신기 코일(107)과 함께 입력 공진 회로를 형성하는 커패시터(603)를 통해 전력 수신기 제어기(601)에 결합된다. 이에 따라, 전력 전송은 공진 회로들 사이의 공진 전력 전송일 수 있다. 다른 실시예들에서, 전력 수신기 및 전력 송신기 중 하나만이 전력 전송을 위해 공진 회로를 활용할 수 있거나, 전력 수신기 및 전력 송신기 중 어느 것도 이를 활용할 수 없다.

전력 수신기 제어기(601)는 스위치(607)를 통해 수신기 코일(107)을 부하(605)에 결합한다. 전력 수신기 제어기(601)는 수신기 코일(107)에 의해 추출된 전력을 부하(605)를 위한 적합한 공급물로 변환하는 전력 제어 경로를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 전력 수신기 제어기(601)는 간단히 입력 공진 회로를 스위치(607) 또는 부하(605)에 연결하는 직접 전력 경로를 제공할 수 있는데, 즉 전력 수신기 제어기(601)의 전력 경로는 간단히 2개의 와이어에 의해 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전력 경로는 DC 전압을 제공하기 위해 예를 들어 정류기들 및 가능하게는 평활 커패시터들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 전력 경로는 예를 들어 전압 제어 회로, 임피던스 정합 회로, 전류 제어 회로 등과 같은 더 복잡한 기능들을 포함할 수 있다. 유사하게, 스위치(607)가 몇몇 실시예들에서만 존재할 수 있고, 몇몇 실시예들에서 부하(605)가 입력 공진 회로에 영구적으로 결합될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

또한, 전력 수신기 제어기(601)는 전력 전송을 수행하기 위해 요구되는 다양한 전력 수신기 제어기 기능, 및 특히 Qi 또는 Ki 사양에 따라 전력 전송을 수행하기 위해 요구되는 기능을 포함할 수 있다.

전력 수신기 제어기(601)는 전력 송신기와 통신하도록 배열되는 제2 통신기(609)를 추가로 포함한다. 제2 통신기(609)는 제1 통신기(207)에 대한 상보적 통신기이고, 구체적으로 제1 통신기(207)와 함께 단거리 통신 채널을 확립하도록 배열된다. 제2 통신기(609)는 구체적으로 NFC 통신 채널을 통한 통신을 지원하는 NFC 통신 유닛/디바이스일 수 있고, 이전에 설명된 바와 같이 NFC 스마트 카드와 유사한 기능을 구현할 수 있다.

제2 통신기(609)는 구체적으로 단거리 통신 채널을 통해 제1 통신기(207)에 의해 송신되는 데이터를 수신하도록 배열된다. 또한, 제2 통신기(609)는 또한 제1 통신기(207)에 데이터를 송신하도록 배열된다.

몇몇 실시예들에서, 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신이 또한, 구체적으로 전력 전송 신호에 의해 지원될 수 있는 제2의 전형적으로 병렬인 통신 채널을 통해 가능할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 전력 수신기는 전력 전송 신호를 부하 변조할 수 있거나, 전력 송신기는 전력 전송 신호를 직접 변조할 수 있다.

동작 시에, 시스템은 전력 전송 신호가 적합한 동작 파라미터들/특성들을 달성하도록, 그리고 전력 전송이 적합한 동작 포인트에서 동작하도록 구동 신호를 제어하도록 배열된다. 그렇게 하기 위해, 전력 송신기는 전력 전송 신호/구동 신호의 전력 특성이 전력 수신기로부터 수신되는 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 제어되는 전력 제어 루프를 사용하여 구동 신호의 파라미터를 제어하도록 배열된다.

규칙적인, 그리고 전형적으로 빈번한, 구간들에서, 전력 수신기는 전력 제어 에러 메시지를 전력 송신기에 송신한다. 몇몇 실시예들에서, (상대 에러 메시지보다는) 원하는 절대 전력 레벨을 표시하는 직접 전력 세트포인트 변경 메시지가 송신될 수 있다. 전력 수신기(105)는 그러한 전력 제어 루프를 지원하기 위한 기능을 포함하며, 예컨대 전력 수신기 제어기(601)는 부하에 제공되는 부하 신호의 전력 또는 전압을 연속적으로 모니터링하고 이것이 원하는 값 초과인지 또는 미만인지를 검출할 수 있다. 그것은 규칙적인 구간들에서 전력 전송 신호의 전력 레벨이 증가되거나 감소될 것을 요청하는 전력 제어 에러 메시지를 생성할 수 있고, 그것은 이러한 전력 제어 에러 메시지를 전력 송신기에 송신할 수 있다.

따라서, 많은 실시예들에서 시스템은 NFC를 매체로서 사용하여 무선 전력 송신기와 전력 수신기 사이에서 통신한다. NFC의 이점은, 통신 채널의 매우 짧은 범위 특성으로 인해, 이것이 전력 송신기와 전력 송신기에 의해 전력을 공급받는 것이 아닌 전력 수신기 사이의 통신의 위험이 매우 작도록 전력과 통신 코일들 사이에 하나의 물리적 관계를 제공한다는 것이다. 추가적으로, NFC 캐리어는 하베스팅되고(harvested), 전력 송신기를 시작시킴이 없이 무선 수신기 통신 전자장치들에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다.

그러나, NFC를 사용하는 것을 포함한, 무선 전력 전송 시스템에서의 통신에 대한 문제는 통신이 전력 신호로부터의 간섭에 취약할 수 있다는 것이다. 통신 캐리어는 구동 신호 및 전력 전송 신호의 동작 주파수와 매우 상이한 주파수(예를 들어, 20 내지 80 ㎑에 대해 13.56 ㎒)를 가질 수 있지만, Ki와 같은 시스템에서의 전력 전송 신호의 전력 레벨은 매우 높을 수 있고, 통신 캐리어의 전력보다 전형적으로 몇 자릿수 더 높다. 따라서, 통신 성능 및 결과적으로 전체로서 전력 전송의 성능에 영향을 줄 수 있는 상당한 교차 간섭이 일어날 수 있다.

많은 시스템들에서, 예컨대 구체적으로 Ki에서, 이러한 문제는 전력 전송 및 NFC 통신을 시간적으로 분리함으로써 해결되었고, 구체적으로 반복 시간 프레임이 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 하나의 통신 시간 구간으로 분할되는 시간 분할 접근법이 사용될 수 있다. 그러한 경우들에서, 전력 전송은 통신 시간 구간의 외부에서만 수행될 수 있고, 이에 따라 전력 전송으로부터 통신으로의 간섭이 회피될 수 있다.

도 1 및 도 2의 예에서, 구동기(201)는 구동 신호를 생성하여 전력 전송 단계 동안 구동 신호 및 전력 전송 신호를 위한 반복 시간 프레임을 이용하도록 배열된다.

반복 시간 프레임은 적어도 하나의 전력 전송 시간 구간 및 하나의 통신 시간 구간을 포함한다. 그러한 반복 시간 프레임의 예가 도 7에 예시되어 있으며, 여기서 전력 전송 시간 구간들은 PT에 의해 표시되고 통신 시간 구간들은 C에 의해 표시된다. 이 예에서, 각각의 시간 프레임(FRM)은 하나의 측정 시간 구간(C) 및 하나의 전력 전송 시간 구간(PT)만을 포함하고, 이들(뿐만 아니라 시간 프레임 자체)은 실질적으로 각각의 프레임에서 동일한 지속기간을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, (예를 들어, 이물체 검출 구간과 같은) 다른 시간 구간들이 또한 반복 시간 프레임에 포함될 수 있거나, 복수의 통신 시간 구간 및/또는 전력 전송 시간 구간이 각각의 시간 프레임에 포함될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 더욱이, 상이한 시간 구간들(및 실제로 시간 프레임 자체)의 지속기간은 몇몇 실시예들에서 나중에 설명되는 바와 같이 동적으로 변할 수 있다.

이 예에서, 전력 전송은 전력 전송 시간 구간들에서 수행되고, 구체적으로 전력은 통신 시간 구간들 동안 출력 회로에 제공/인가/공급되지 않을 수 있다. 구동기는 전력 전송 시간 구간들 동안 구동 신호 및 이에 따라 전력 전송 신호를 생성하도록 배열되고, 구체적으로 전력 전송 시간 구간들 동안 0이 아닌 진폭/전력을 갖는 구동 신호가 생성된다. 그러나, 통신 시간 구간들 동안, 구동 신호가 출력 회로에 공급되지 않고, 전력이 출력 회로에 제공되지 않는다. 전형적으로, 이는 구동 신호를 생성하지 않는 구동기(201)에 의해 달성된다(또는 동등하게 구동 신호는 0의 또는 0에 가까운 진폭/전력(예를 들어, 구체적으로 0, 1, 2, 3 또는 5, 또는 10 V의 진폭 임계치 및/또는 1, 2, 3, 5, 10 W 미만 또는 예를 들어 전력 전송을 위한 최대 전력의 1, 2, 3, 5, 10%의 전력 임계치 미만)을 갖도록 제어된다.

그러한 반복 시간 프레임을 사용하여, 통신 및 전력 전송은 시간 도메인에서 분리되어, 이에 의해 전력 전송으로부터 통신 동작으로 실질적으로 감소된(및 가능하게는 없는) 교차 간섭을 초래할 수 있다. 따라서, 전력 전송 신호로부터 통신에 야기된 간섭은 실질적으로 감소될 수 있고, 실제로 실질적으로 0으로 감소될 수 있다. 이는 통신 성능 및 신뢰성을 매우 실질적으로 개선하여, 이에 의해 개선되고 더 신뢰할 수 있는 전력 전송 동작으로 이어질 수 있다.

전력 전송 단계에서, 전력 송신기는 그에 따라 시간 프레임들의 전력 전송 시간 구간 동안 전력 전송을 수행하도록 배열된다. 구체적으로, 이들 시간 구간들 동안, 전력 송신기(101) 및 전력 수신기(105)는 전력 제어 루프를 동작시킬 수 있다. 전력 제어 루프는 전력 전송 시간 구간 내의 통신에 기초할 수 있거나, 또는 전용 통신 시간 구간들에서와 같은 전력 전송 시간 구간 외부에서의 통신에 기초할 수 있다. 이에 따라, 전송되는 전력의 레벨은 동적으로 변할 수 있다. 통신 시간 구간들에서, 전력 전송 신호는 효과적으로 스위칭 오프되지만, 전력 전송 시간 구간들 동안 전력 루프 동작들을 제어하기 위한 전력 제어 에러 메시지들이 통신될 수 있다.

그러나, 통신 및 전력 전송 사이의 그러한 시간 분리는 다수의 상당한 이점들을 제공할 수 있는 반면, 이는 또한 몇몇 연관된 단점들을 가질 수 있다. 예를 들어, 반복된 중단은 많은 상황들에서 (예를 들어, 생성된 자기 필드의 변동에 응답하여 주변 물체의 기계적 영향들에 의해 야기되는) 가청 노이즈를 초래할 수 있다. 또한, 구동 신호 및 전력 전송 신호의 스위칭 온 및 오프는 전기 및 전자기 노이즈를 생성할 수 있는 진폭 고조파들을 초래할 수 있다. 예를 들어, 전력 신호를 중단시키는 것은 주 전원(mains) 공급 장치 상으로 전자기 간섭(50 ㎐ 고조파)을 생성할 수 있다. 통신 시간 구간으로 인한 전력의 중단이 클수록, 노이즈를 억제하는 필터가 더 커질 것이 필요할 것이다. 더 큰 통신 시간 구간은 또한 더 높은 전력 레벨들에 대해 전력의 스위칭 온/오프가 일어나게 할 수 있고, 이는 증가된 주 전원 관련 노이즈를 초래하고 잠재적으로 더 많은 전자기 간섭이 발생되게 할 수 있다.

또한, 통신 시간 구간들 동안 전력 전송 신호의 결여는 전력이 더 짧은 시간 동안 제공될 것을 요구하여, 전력 전송 시간 구간들 동안 더 높은 전력 레벨이 요구되게 한다. 또한, 전력 전송이 간헐적일 수 있으므로, 이는 통신 시간 구간들 동안 전력 공급을 유지하기 위해 전력 수신기가 몇몇 형태의 에너지 저장소(예를 들어, 커패시터)를 포함하는 것이 필요한 많은 응용들을 위한 것이다. 많은 접근법들에서, 통신하기 위해 전력 전송을 스위칭 오프하기 위한 요건은 전력 전송 중단들의 지속기간을 최소화하기 위해 통신이 짧은 데이터 메시지들로 제한되게 할 수 있다. 이 단점들은 전력 전송 레벨들의 증가에 대해 중요성이 증가하는 경향이 있고, 매우 높은 전력 레벨들을 전송하는 데 사용될 수 있는 Ki와 같은 응용들에 매우 중요한 경향이 있다.

도 1의 접근법에서, 시스템은 전형적인 종래의 시스템들에 대한 것보다 더 낮은 지속기간을 갖도록 통신 시간 구간들을 감소시키도록 배열된다. 시스템은 구체적으로 전력 송신기(및 전력 수신기)에 의한 송신 및 수신에 대해 비대칭 통신 접근법을 이용하도록 배열된다. 이는 특히 순방향으로(전력 송신기에서 전력 수신기로) 및 역방향으로(전력 수신기에서 전력 송신기로) 그리고 두 방향에서의 전력 전송 시간 구간 및 통신 시간 구간에 대한 상이한 타이밍들 및 관계들로 차이 변조 포맷들을 사용할 수 있다.

전력 송신기(101)는 구체적으로 전력 전송 시간 구간 동안 그리고 진폭 변조를 사용하여 전력 송신기로부터 전력 수신기로 하나 이상의 메시지 중 적어도 일부를 송신하기 위해 전력 송신기(101)를 제어하도록 배열된 동기화기(209)를 포함한다. 동기화기(209)는 부하 변조를 사용하여 그리고 통신 시간 구간 동안 전력 수신기로부터 하나 이상의 응답 메시지를 수신하기 위해 전력 송신기(101)를 제어하도록 추가로 배열된다. 따라서, 하나 이상의 순방향 메시지가 진폭 변조를 사용하여 전력 전송 시간 구간들 동안 송신되는 반면, 역방향으로의 응답 메시지들은 통신 시간 구간들 동안 그리고 부하 변조를 사용하여 수신된다.

따라서, 접근법은, 무간섭 통신을 위해 마련된 통신 시간 구간들 동안 순방향 통신이 송신되는 것이 아니라 오히려 전력 전송 시간 구간 동안 송신되는 반면, 전력 수신기로부터의 응답이 통신 시간 구간들 동안 송신되도록 비대칭 접근법을 이용할 수 있다.

동기화기(309)는 순방향 메시지가 전력 전송 시간 구간 동안 (적어도 부분적으로) 발생하도록 그러나 순방향 메시지에 대한 응답 메시지가 통신 시간 구간 동안 (적어도 부분적으로) 발생하도록 통신 및/또는 전력 전송 시간 구간들의 타이밍 및/또는 순방향 메시지 및/또는 응답 메시지의 타이밍을 제어하도록 배열될 수 있다. 따라서, 동기화기(309)는 순방향 메시지가 전력 전송과 동시에 전송될 수 있는 반면, 응답 메시지가 전력 전송이 없는 상태로 발생하도록 동작을 제어하기 위해 배열된다. 따라서, 순방향 메시지는 전력 전송 신호로부터의 간섭이 존재하게 하면서 송신될 수 있는 반면, 응답 메시지는 그러한 간섭이 발생하지 않을 때 통신된다.

접근법은, 제1 전력 전송 구간(801, 901) 및 제2 전력 전송 시간 구간(803, 903)이 전력 전송 신호(PTS)의 진폭에 의해 예시된 바와 같이 통신 시간 구간(805, 905)에 의해 분리되는 예를 예시하는 도 8 및 도 9를 참조하여 예시될 수 있다.

도 8의 예는 현재 접근법이 개선될 수 있는 접근법을 나타낸다. 도 8의 예에서, 제1 통신기(207) 및 전력 송신기는 제1 순방향 메시지(807)를 송신하고, 제1 순방향 메시지는 구체적으로 세트포인트/전력 요청 메시지일 수 있으며, 세트포인트/전력 요청 메시지에 대해 수신기는 통신 시간 구간 동안, 즉 전력 전송이 중지되는 동안 원하는 전력 레벨 메시지를 나타내는 메시지로 응답할 것이 요구된다.

다른 예로서, 몇몇 시스템들에서, 전력 송신기는 데이터가 전력 송신기에 의해 요청될 때만 전력 수신기로부터 송신될 수 있도록 마스터로서 배열될 수 있다. 그러한 경우들에서, 전력 송신기는 전력 수신기가 전력 송신기로 송신할 임의의 계류 중인 데이터 또는 메시지들을 갖는지 여부를 질의하기 위해 순방향 메시지를 송신할 수 있다. 이어서, 전력 수신기는 이 질의에 응답할 수 있다. 따라서, 몇몇 경우들에서, 전력 송신기가 임의의 데이터 통신에 대한 필요성을 갖지 않을지라도, 전력 수신기가 임의의 계류 중인 송신들을 갖는지 확인하기 위해 순방향 메시지가 전력 수신기로 전송될 수 있다(즉, 순방향 메시지는 임의의 잠재적인 데이터 통신을 위해 전력 수신기를 폴링하는(poll) 데 사용될 수 있다).

순방향 메시지의 송신 후에, 어떠한 메시지도 어느 방향으로 송신되지 않는 마진 또는 핸드오버 구간(809)이 있다. 핸드오버 구간(809)은 예를 들어 전력 수신기가 순방향 메시지에 응답하기 전에 순방향 메시지를 처리하게 하는 데 사용될 수 있고, 회로가 역방향 통신을 위해 설정될 수 있음을 보장하는 지연을 제공할 수 있는 등등이다. 따라서, 핸드오버 구간(809)은 진폭 변조된 판독 또는 기록 메시지의 송신과 부하 변조된 응답 사이의 지연을 나타낼 수 있다. 이는 송신기에 의한 송신으로부터 수신으로의 스위칭 및 수신기에 의한 준비와 응답에 필요하게 될 수 있다.

핸드오버 구간(809) 후에, 제2 통신기(509) 및 전력 수신기는 응답 메시지(811)를 전력 송신기로 송신한다.

도 8의 예에서, 통신은 통신 시간 구간(805) 동안 수행되고, 따라서 전력 전송 신호로부터의 간섭이 완전히 회피될 수 있다. 그러나, 이는 통신 시간 구간(805)이 통신의 타이밍을 초과하는 지속기간을 갖는 그러한 접근법에 대해 본질적으로 요구된다. Ki의 전형적인 메시지의 경우, 이는 통신 시간 구간 지속기간이 1.5 msec를 초과할 것을 요구한다. 단일 시간 프레임의 전형적인 지속기간은 10 msec여서, 전체 시간의 비교적 높은 비율이 통신에 요구될 수 있고 전력 전송으로부터 배제될 수 있다.

도 9는 도 1, 도 2, 및 도 6의 시스템에 의해 사용되는 접근법에서의 대응하는 예를 도시한다. 이러한 접근법에서, 순방향 메시지(907)의 송신이 개시되고, 전형적으로 또한 제1 전력 전송 구간(901) 내에서 완료된다. 그러나, 핸드오버 시간 구간(909) 및 응답 메시지(911)는 제1 전력 전송 시간 구간(901)과 후속의 제2 전력 전송 시간 구간(903) 사이의 통신 시간 구간(905) 내에 속하도록 타이밍 조절된다. 많은 실시예들에서, 핸드오버 구간(909)의 일부 또는 실제로 전부는 제1 전력 전송 시간 구간(901) 내에 있을 수 있다. 그 결과, 도 9의 접근법에서, 순방향 메시지(907)는 간섭이 일어날 수 있는 동안 송신되는 반면, 응답 메시지는 전력 전송 신호로부터의 어떠한 간섭도 발생하지 않는 시간 동안 통신된다. 그러나, 순방향 메시지가 진폭 변조를 사용하여 통신되고 응답 메시지가 부하 변조를 사용하여 통신됨에 따라, 간섭 조건들의 차이에도 불구하고 둘 모두의 방향으로 신뢰성 있는 통신이 달성될 수 있다. 또한, 이 접근법은 통신 시간 구간들의 지속기간이 잠재적으로 실질적으로 감소되게 할 수 있다. 예를 들어, 특정 예에서, 순방향 Ki 메시지는 600 μs 이상의 지속기간을 가질 것이고, 전력 전송 구간(901) 동안 이 메시지를 송신하는 것은 통신 시간 구간(905)의 지속기간이 1.5 msec로부터 0.9 msec 이하로 감소되게 한다. 이러한 감소는 동작을 개선할 수 있고, 특히 더 효율적인 전력 전송을 제공할 수 있으며, 기계적 노이즈를 감소시킬 수 있고, 전기적 노이즈 및 고조파 생성을 감소시킬 수 있고/있거나, 증가된 양의 데이터가 송신되게 할 수 있다.

이 접근법은 순방향 및 역방향으로의 변조 포맷들이 상이하다는 것, 구체적으로 진폭 변조가 전력 전송 신호로부터의 간섭에 강건할 수 있는 강건한 통신을 허용할 수 있는 반면, 역방향으로의 통신이 전력 전송 신호로부터의 간섭에 매우 민감할 수 있는 부하 변조를 사용할 수 있다는 것을 활용할 수 있다.

이 접근법은 특히 NFC 통신에 매우 적합할 수 있다. 예를 들어, 전력 송신기는 먼저 13.56 ㎒의 연속 통신 캐리어를 송신할 수 있다. 다음으로, 전력 송신기는 판독 또는 기록 커맨드를 전력 수신기로 전송함으로써 통신을 개시할 수 있다. 전력 송신기는 순방향으로 통신 캐리어의 100% 진폭 변조(캐리어를 온/오프 스위칭하는 진폭 시프트 키잉(keying))를 사용할 수 있다.

전력 수신기는 데이터 또는 확인응답을 전력 송신기로 다시 전송함으로써 메시지/커맨드에 응답할 수 있다. 전력 수신기는 제1 통신기(207)에 의해 생성된 통신 캐리어를 부하 변조함으로써 이러한 통신을 수행할 수 있다. 이러한 변조는, 당업자에게 알려진 바와 같이, 예를 들어 수신기 공진 NFC 회로를 이조(detuning)시킴으로써 또는 추가 저항을 부가함으로써 달성될 수 있다. 그 결과, 송신기 측에서 공급되는 신호의 진폭은 변화될 것이지만, 이 변화는 전형적으로 매우 작다(전형적으로 단지 수 퍼센트).

송신기 코일에서의 이러한 상대적 작은 진폭 변화는 전력 수신기로부터 데이터를 수신하기 위해 제1 통신기(207)에 의해 검출되어야 한다. 부하 변조가 매우 작은 변동들을 초래하기 때문에, 이는 전방 방향으로 적용된 100% AM 변조에 대한 것보다 간섭에 실질적으로 더 민감한 경향이 있다. 상이한 메시지들을 위한 통신 캐리어에 대한 진폭 변동들의 예가 도 10에 예시되어 있다.

Ki의 예에서 그리고 NFC를 사용하여, 1.5 msec의 전력 전송 신호의 중단이 둘 모두의 방향으로 통신하는 데 현재 사용될 수 있다. 이는 데이터가 전력 수신기로부터 전력 송신기로 송신될 때만 전력 전송 신호를 중단시키고 통신이 다른 방향으로 있을 때 중단하지 않음으로써 실질적으로 감소될 수 있다. 실제로, 1.5 ms 갭의 밖에서, 전력 송신기로부터 전력 수신기로 판독 커맨드를 송신하기 위해 적어도 600 μs가 사용된다. 커맨드의 송신 동안 전력을 온 상태로 유지함으로써, 이러한 전력 갭은 600 μs 이하만큼 단축될 수 있다. 실제로, 600 μs가 Ki에서 사용되는 최단 판독 커맨드이다. 더 긴 순방향 커맨드들/메시지들은 심지어 더 빨리 시작되어, (응답 메시지의 타이밍에 따라) 잠재적으로 훨씬 더 짧은 갭을 허용할 수 있다.

통신 시간 구간의 지속기간은 많은 실시예들에서 감소될 수 있고, 종종 지속기간은 1 msec, 0.5 msec, 0.2 msec, 또는 0.1 msec를 초과하지 않을 수 있다.

반복 시간 프레임들과 통신들의 동기화의 정확한 접근법이 개별 실시예 및 응용의 선호도들 및 요건들에 따라 좌우될 수 있음이 인식될 것이다.

많은 실시예들에서, 동기화기(209)는 제1 메시지의 송신의 타이밍 및/또는 응답 메시지를 수신하는 타이밍을 적응시킴으로써 동기화를 수행하도록 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 많은 실시예들에서, 동기화기(209)는 통신 시간 구간 및/또는 전력 전송 시간 구간의 타이밍 특성을 적응시키도록 배열될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 동기화기(209)는 반복 시간 프레임의 타이밍 특성을 적응시키도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 제1 메시지의 송신의 타이밍 및 응답 메시지의 타이밍이 고정될 수 있고, 동기화기(209)는 제1 메시지의 송신이 전력 전송 시간 구간 동안에 있고 응답 메시지가 통신 시간 구간 동안에 있도록 통신 시간 구간의 타이밍을 제어하도록 배열될 수 있다. 이는 예를 들어 전력 전송 시간 구간의 종료 시간을 제어함으로써, 예를 들어 통신 시간 구간에 대응하는 갭을 생성하기 위해 전력 전송 신호가 오프로 스위칭되는 시간을 제어함으로써 달성될 수 있다. 유사하게, 다음의 전력 전송 시간 구간의 시작은 일정 시간에 시작하도록 적응될 수 있는데, 그 시간 후에 응답이 수신되어야 하거나 수신된다. 동등하게, 통신 시간 구간들은 전력 전송 신호의 스위칭 오프 및/또는 온의 타이밍을 제어함으로써 적응될 수 있다.

많은 실시예들에서, 동기화기(209)는 통신 시간 구간, 전력 전송 시간 구간, 제1 메시지의 송신, 및/또는 제1 통신기(207)가 제1 메시지의 특성에 기초하여 전력 수신기로부터 응답 메시지를 수신하도록 배열될 때의 타이밍 특성을 적응시키도록 배열될 수 있다. 특성은 구체적으로 제1 메시지의 길이 또는 제1 메시지의 송신을 위한 예상 시간일 수 있다.

예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 시스템은 9.1 msec의 지속기간을 갖는 전력 전송 시간 구간 및 0.9 msec의 통신 시간 구간으로 분할되는 10 msec 기간을 구비하는 고정된 반복 시간 프레임을 사용할 수 있다. 동기화기(209)는 송신될 수 있는 가능한 순방향 메시지들 및 각각의 메시지에 대한 송신 지속기간(예를 들어, 비트들의 개수를 비트/초 단위의 송신 레이트로 나눈 것으로서 결정됨)의 표를 포함할 수 있다. 제1 메시지가 송신되어야 할 각각의 반복 시간 프레임에 대해, 전력 송신기 제어기(205)는 어느 메시지가 송신되는지를 나타낼 수 있고, 동기화기(209)는 메시지를 송신하기 위한 대응하는 지속기간을 결정할 수 있다. 이어서, 이는 전력 전송 시간 구간의 종료에서 메시지의 송신 지속기간을 뺀 것에 대응하는 시간에서 제1 메시지를 송신하기 시작하도록 제1 통신기(207)를 제어할 수 있는데, 즉 이는 전력 전송 시간 구간의 종료에서 종료되도록 제1 메시지의 송신 시간을 제어할 수 있다.

이어서, 동기화기(209)는 통신 시간 구간 동안, 제2 통신기(609)로부터의 임의의 메시지, 즉 제2 통신기(509)의 NFC 부하 변조 기능에 의해 통신되는 임의의 메시지를 수신하도록 제1 통신기(207)를 제어할 수 있다. 따라서, 제1 통신기(207)는 부분 시간 구간들 동안의 송신 구성/동작으로부터 통신 시간 구간들 동안의 수신 구성/동작으로 스위칭하도록 배열될 수 있다.

많은 실시예들에서, 동기화기(209)는 통신 시간 구간, 전력 전송 시간 구간, 제1 메시지의 송신, 및/또는 제1 통신기(207)가 응답 메시지의 예상 특성의 특성에 기초하여 전력 수신기로부터 응답 메시지를 수신하도록 배열될 때의 타이밍 특성을 적응시키도록 배열될 수 있다. 응답 메시지는 제1 메시지에 의존할 수 있고, 따라서 적응은 제1 메시지 및 이러한 제1 메시지에 대한 예상 응답 메시지에 기초할 수 있다.

예를 들어, 몇몇 제1 메시지들은 단순히 단일 확인응답 메시지의 형태의 응답 메시지를 요구할 수 있는데, 이는 단일 비트 확인응답만큼 짧게 구현될 수 있다. 다른 제1 메시지들의 경우, 응답 메시지가 데이터를 포함할 것이 요구될 수 있고, 많은 더 이상의 비트들을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 동기화기(209)는, 각각의 가능한 제1 메시지에 대해, 전력 수신기가 전력 송신기로 다시 송신할 수 있는 응답 메시지들의 최대 길이를 저장하는 표를 포함할 수 있다. 동기화기(209)는 몇몇 실시예들에서 예상 응답 메시지의 특성들에 기초하여 통신 시간 구간들의 지속기간을 적응시키도록 배열될 수 있고, 구체적으로 제1 메시지에 대한 최장의 가능한 응답 메시지가 통신 시간 구간의 종료 전에 수신되기에 (틀림없이) 충분히 길도록 통신 시간 구간의 지속기간을 적응시킬 수 있다.

통신 시간 구간들의 지속기간은 예를 들어 통신 시간 구간의 시작 시간 및/또는 종료 시간을 변경함으로써 적응될 수 있다. 구체적으로, 전력 전송 신호의 스위칭 온 또는 스위칭 오프의 타이밍이 제어될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 메시지의 송신의 타이밍은 예를 들어 응답 메시지에 기초하여, 예컨대 예를 들어 응답 메시지가 바로 통신 시간 구간 내에서 송신되게 하기 위해 조절된 통신 시간 구간의 타이밍과 일치하도록 제1 메시지의 송신의 타이밍이 동기화되게 적응시킴으로써, 적응될 수 있다.

따라서, 동기화기(209)는 제1 메시지의 길이와 같은 제1 메시지의 특성에 기초하여 그리고/또는 응답 메시지의 예상 또는 최대 길이와 같은 (예상) 응답 메시지의 특성에 기초하여 통신 시간 구간 및/또는 제1 메시지의 송신의 타이밍 특성을 설정하도록 배열될 수 있다.

도 11은 도 9의 예에 대응하는 그러나 제1 메시지가 실질적으로 더 긴 예를 예시한다. 이 예에서, 동기화기(209)는 제1 메시지의 종료가 제1 전력 전송 시간 구간의 종료에서 여전히 종료되도록 제1 메시지의 송신의 시작이 더 이르게 되게 적응시키도록 배열될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 동기화기(209)는 제1 메시지 및 응답 메시지 중 적어도 하나를 통신시키기 위한 통신 레이트에 응답하여 지속기간을 적응시키도록 배열될 수 있다. 제1 메시지 및/또는 응답 메시지에서의 송신을 위한 통신 레이트는 몇몇 실시예들에서 가변적일 수 있다. 예를 들어, 제1 통신기(207)와 제2 통신기(509) 사이의 더 큰 거리의 경우, 시스템은 증가된 비트 에러 레이트를 보상하기 위해 통신 레이트를 감소시키도록 배열될 수 있다. 그러한 경우들에서, 메시지들을 통신시키는 데 더 오래 걸릴 수 있고, 동기화기(209)는 이를 제1 메시지 및/또는 응답 메시지를 위한 송신 지속기간을 결정함에 있어서 그리고 이에 대응하여 타이밍을 적응시키기 위해 고려할 수 있다. 통신 지속기간은 단순히, 예를 들어 비트 단위의 메시지의 길이를 초당 비트 단위의 통신 레이트로 나눈 것에 의해 결정될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 동기화기(209)는 구체적으로 응답 메시지의 종료의 검출에 응답하여 통신 시간 구간을 종료하도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 가변 길이 응답 메시지의 경우, (예를 들어, 중지 표시를 검출함으로써 그리고/또는 가변 길이 메시지가 특정 현재 조건들에서 얼마나 많은 비트들을 갖는지에 대한 지식으로부터) 메시지의 모든 데이터가 수신되었다는 것이 검출될 수 있다. 메시지의 종료가 검출되자마자, 동기화기(209)는 전력 송신기 제어기(205)를 제어하도록 진행하여 구동기(201)를 제어하여 구동 신호를 생성하며, 따라서 전력 송신기가 전력 전송 신호를 스위칭 온하고 후속 전력 전송 구간이 시작되게 할 수 있다. 따라서, 그러한 경우에, 전력 송신기는 각각의 반복 시간 프레임에 대한 가변 메시지의 길이와 일치하도록 통신 시간 구간을 자동으로 적응시킬 수 있다. 도 11의 예에 대응하는 이러한 접근법의 예가 도 12에 예시되어 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 전송 신호의 스위칭 오프는 급격할 수 있고, 구동기(201)는 예를 들어 전력 전송 시간 구간의 종료에서 구동 신호를 단순히 스위칭 오프할 수 있다. 그러나, 많은 실시예들에서, 전력 송신기 제어기(205)는 전력 전송 신호의 전력 레벨의 점진적인 감소를 도입하도록 배열될 수 있고, 구체적으로 통신 시간 구간 직전에서 그리고 전력 전송 시간 구간의 종료에서 전력 강하 구간을 도입하도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 전력 전송 시간 구간의 종료 전의 미리 결정된 시간 구간에서, 전력 송신기는 전력 레벨이 전력 전송 시간 구간의 종료에서 0으로 감소된 때까지 매끄러운 전이가 발생하도록 전력 전송 신호의 전력 레벨의 점진적인 감소를 개시할 수 있다. 도 9, 도 11 및 도 12의 예에서, 1 msec의 전력 강하 시간 구간이 도입되어 전력 레벨을 초기 값으로부터 0으로 점진적으로 감소시킨다.

전력 강하 구간은, 그렇지 않으면 도입될 수 있는 더 높은 주파수/고조파 노이즈를 감소시킬 수 있고 예를 들어 스위치 과도 현상(switch transient) 등을 완화할 수 있는 점진적인 전이를 허용할 수 있다. 많은 실시예들에서, 전력 강하 구간은 구배가 P_max/msec의 1, 2, 3, 5 또는 10배를 초과하지 않는 전력 전송 신호에 대한 전력 레벨 곡선을 따를 수 있는데, 여기서 P_max/msec는 반복 시간 프레임 동안의 전력 전송 신호의 최대 순간 전력이다. 많은 실시예들에서, 전력 강하 구간은 구배가 P_max/msec의 1, 0.5, 0.3, 0.2, 또는 0.1배 미만이 아닌 전력 전송 신호에 대한 전력 레벨 곡선을 따를 수 있는데, 여기서 P_max는 반복 시간 프레임 동안의 전력 전송 신호의 최대 순간 전력이다.

동기화기(209)는 실시예들에서, 전력 강하 구간 동안 적어도 부분적으로 송신되도록 제1 메시지의 송신을 타이밍 조절하도록 전력 강하 구간이 배열되게 할 수 있다. 많은 실시예들에서, 전력 강하 시간 구간은 제1 메시지의 송신의 지속기간보다 더 길고, 제1 메시지는 전력 강하 시간 구간 내에서 전적으로 송신될 수 있다.

전력 강하 시간 구간의 도입은 더 효율적인 스위칭 및 전력 강하 동작을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 메시지의 개선된 통신을 허용할 수 있다. 특히, 감소된 전력 레벨들은 전력 전송 신호로부터의 제1 메시지의 송신에 대한 간섭을 감소시킬 수 있다.

많은 실시예들에서, 통신 시간 구간 후에 전력 전송 시간 구간의 시작은 전력 레벨이 점진적으로 증가되는 전력 상승 시간 구간을 포함할 수 있다. 도 9, 도 11 및 도 12의 예에서, 1 msec의 지속기간을 갖는 전력 상승 시간 구간이 활용된다.

많은 실시예들에서, 구동기(201)에는 가변 전력 공급 신호, 전형적으로 가변 공급 전압이 공급될 수 있다. 구동 신호는 전형적으로 가변 전력 공급 신호를 따르고 구체적으로 가변 공급 전압을 따르는 진폭을 갖도록 생성될 수 있다. 예를 들어, 예컨대 도 3 또는 도 4에 대응하는 구동기(201)의 출력 인버터의 경우, 구동 신호는 스위치 요소들에 걸친 작은 전압 하강을 제외하고는 공급 전압과 동일한 진폭을 가질 것이다.

예를 들어, 많은 실시예들에서, 구동기(201) 및 출력 인버터를 위한 공급 전압은 정류된(및 가능하게는 부분적으로 평활화된) AC 주 전원 전압으로부터 생성될 수 있다. 비-평활화되고 정류된 전압의 경우, 입력 공급 전압 및 이에 따른 구동 신호 전압은 주 전원 전압의 제로 교차에 대응하는 시간에서 최소 0 볼트에 도달할 것이다. 부분적으로 평활화되어진 정류된 공급 전압들의 경우, 최소 전압은 제로 교차에 대해 지연을 가지고 발생할 수 있으며, 0 볼트보다 더 높을 수 있다.

구동기(201)에 대한 공급이 변화하는 실시예들에서, 동기화기(311)는 전력 공급 신호의 변동들의 타이밍에 응답하여 전력 전송 시간 구간들, 통신 시간 구간들, 및/또는 제1 메시지의 송신(및/또는 제2 메시지의 수신)에 대한 타이밍 특성을 적응시키도록 배열될 수 있다. 전형적으로, 동기화기(209)는 공급 변동들에 따라 이러한 모든 특징부들의 타이밍을 적응시키도록 배열될 수 있다.

구체적으로, 동기화기(209)는 통신 시간 구간들을 공급 신호/전압의 최소치들에 동기화하도록 배열될 수 있다. 동기화기(209)는 가변 전력 공급 신호의 최소치들의 시간이 통신 시간 구간들 내에 속하도록 통신 시간 구간을 동기화하도록 배열될 수 있다.

특히, 많은 실시예들에서, 동기화기(209)는, 통신 시간 구간들이 가변 전력 공급 신호의 최소치들의 시간 주위에 그리고 이에 따라 전형적으로 또한 전력 전송 신호의 최소치들 주위에 중심을 두도록 통신 시간 구간들의 타이밍을 제어하도록 배열될 수 있다. 많은 실시예들에서, 동기화기(209)는 통신 시간 구간들이 입력 공급 전압의 0 레벨들(종종 입력 주 전원 전압의 제로 교차들) 주위에 실질적으로 중심을 두도록 통신 시간 구간들의 타이밍을 제어하도록 배열될 수 있다.

유사하게, 동기화기(209)는 전력 공급 변동들의 타이밍에 따라 다른 특징부들의 타이밍, 예컨대 통신 시간 구간의 시작 시간, 전력 강하 시간 구간의 시작, 전력 전송 시간 구간의 타이밍, 및 제1 메시지의 송신 시간을 적응시키도록 배열될 수 있다.

타이밍은 몇몇 실시예들에서 각각의 개별 반복 시간 프레임에 대해 적응될 수 있거나, 예를 들어 복수의 후속 반복 시간 프레임에 대해 결정되고 이에 적용될 수 있다.

일례로서, 몇몇 실시예들에서, 동기화기(209)는 전력 공급 장치의 변동들에 반복 시간 프레임들을 동기화할 수 있다. 구동기(201)에 50 ㎐의 정류된 주 전원 전압이 공급되는 경우, 주 전원의 제로 교차 및 이에 따라 정류된 공급 전압의 최소치가 10 msec 구간에서 발생하고, 각각의 반복 시간 프레임은 10 msec의 지속기간을 갖도록 설정될 수 있다.

동기화기(209)는 먼저 (예를 들어, 전력 송신기 제어기(205) 또는 제1 통신기(207)에 의해 지시된 바와 같은) 다음 반복 시간 프레임에서 송신되어야 할 제1 메시지를 평가할 수 있다. 이어서, 이는 제1 메시지의 지속기간, 및 제1 메시지에 대한 응답 메시지의 최대 지속기간을 결정하도록 진행할 수 있다. 이는 예를 들어 표 검색(table look-up)에 기초하여 결정될 수 있다. 이어서, 동기화기(209)는 통신 시간 구간의 지속기간을 결정할 수 있고, 구체적으로, 제1 메시지에 대한 전력 수신기의 응답 시간의 변동 및 불확실성을 허용하기에 충분한 시간 마진을 부가하는 것을 포함하여, 응답 메시지가 통신 시간 구간 내에서 완전히 전송되게 하기에 충분히 길도록 지속기간을 결정할 수 있다.

일단 통신 시간 구간의 지속기간이 결정되면, 최소 공급 전압의 시간에 대한 통신 시간 구간의 시작 시간이 결정될 수 있다. 구체적으로, 통신 시간 구간의 시작 시간은 통신 시간 구간의 중심 시간이 가변 전력 공급 신호에 대한 신호 최소치와 정렬되도록 결정될 수 있다. 구체적으로, 동기화기(209)는 중심 시간이 최소 공급 신호의 시간과 일치하도록 통신 시간 구간의 시작 시간 및/또는 지속기간을 적응시킬 수 있다. 이 예에서, 시작 시간은 전력 공급 신호/전압에 대한 제로 교차/최소치 이전에 통신 시간 구간의 지속기간의 절반으로서 결정될 수 있다.

통신 시간 구간의 시작 시간은 또한 이전 전력 전송 시간 구간의 종료 시간일 수 있고, 통신 시간 구간의 종료 시간은 후속 전력 전송 시간 구간의 시작 시간일 수 있다. 따라서, 동기화기(209)는 이들 시간에 구동 신호 및 전력 전송 신호를 스위칭 오프 및 온하도록 구동기(201)를 제어할 수 있다.

전력 강하 구간이 이용되는 실시예들에서, 이러한 전력 강하 시간 구간의 시작 시간이 결정될 수 있다. 예를 들어, 전력 강하 시간 구간에 대한 미리 결정된 지속기간 및 전력 프로파일이 사용될 수 있고, 전력 강하 동작에 대한 시작 시간은 통신 시간 구간의 결정된 시작 시간으로부터 이러한 지속기간을 감하는 것에 의해 결정될 수 있다. 이어서, 동기화기(209)는 이 시간에 전력 강하 프로파일을 개시하도록 전력 송신기 제어기(205)를 제어할 수 있다.

전력 시간 구간이 이용되는 경우, 동기화기(209)는 통신 시간 구간의 종료 시간에 적합한 전력 상승 프로파일에 따라 전력 상승을 개시하도록 전력 송신기 제어기(205)를 제어할 수 있다.

동기화기(209)는 제1 메시지를 송신하기 위한 타이밍을 추가로 결정할 수 있다. 제1 메시지의 송신은 구체적으로 통신 시간 구간에 중심을 둔 응답 메시지의(구체적으로 최대 지속기간의) 송신을 초래할 것으로 예상되도록 하는 것일 수 있다.

예를 들어, 주어진 제1 메시지에 대해, 어떤 가능한 응답 메시지들이 수신될 수 있는지 및 최대 지속기간이 얼마인지가 알려질 수 있다. 또한, 제1 메시지의 수신 후에, 전력 수신기는, 그러나 주어진 구간 내에 있는 것으로 알려질 수 있는 가변 지연, 즉 200 내지 400 μs의 지연을 가지고서 응답 메시지를 송신할 수 있다. 이어서, 동기화기(209)는 제1 메시지에 대한 시작 시간을 통신 시간 구간의 중심 점 이전의 주어진 시간으로서 결정할 수 있는데, 여기서 주어진 시간은 제1 메시지의 지속기간 + 응답 메시지의 최대 지속기간의 절반 + 중위 지연(median delay)(300 μs)으로서 결정된다. 최대 지속기간 응답 메시지에 대해 그리고 중위 지연의 경우, 이는 응답 메시지가 통신 시간 구간의 중간/중심에서 수신되게 할 것이다. 실제 지연이 더 높거나 더 낮은 경우, 응답 메시지는 중심 시간에 대해 오프셋될 수 있지만, 이것의 지속기간이 지연의 변동들을 통합하는 것으로 결정되었으므로 여전히 통신 시간 구간 내에 있을 것이다. 유사하게, 최대 길이보다 더 짧은 응답 메시지가 송신되는 경우, 응답 메시지는 통신 시간 구간 내에 중심을 두지 않을 수 있지만 여전히 이것 내에 속할 것이다. 그러나, 제1 메시지는 전형적으로 긴 지속기간을 가지며, 제1 메시지의 적어도 일부 및 전형적으로 전부가 전력 전송 시간 구간 동안 송신된다.

몇몇 실시예들에서, 전력 수신기에는 반복 시간 프레임 및/또는 전력 전송 시간 구간 및/또는 통신 시간 구간의 타이밍에 관한 정보가 제공될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 그러한 실시예들에서, 전력 수신기는 통신 시간 구간 내에 속하도록 응답 메시지의 송신의 타이밍을 적응시킬 수 있다. 그러나, 많은 실시예들에서, 전력 수신기는 적합한 제1 메시지의 수신에 응답하여 단순히 응답 메시지를 송신할 수 있다. 전력 수신기는 가능하게는 반복 시간 프레임의 타이밍에 관한(또는 심지어 이의 존재에 관한) 지식 없이 동작할 수 있고, 제1 메시지를 수신할 때 응답 메시지를 비동기식으로 송신할 수 있다. 언급된 바와 같이, 응답은 가변적일 수 있는 지연을 포함할 수 있지만, 반복 시간 프레임 및 전력 송신기 동작이 그러한 변형들을 고려하도록 적응될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 응답 메시지의 타이밍은 제1 메시지의 타이밍에 의해 주어지고, 이에 따라 응답 메시지의 송신 및 수신의 타이밍 및 동기화는 전력 송신기, 구체적으로 전력 송신기의 동기화기(209)에 의해 달성된다.

설명된 접근법의 특별한 이점은 그것이 더 짧은 통신 시간 구간들, 및 전력 전송 신호에서의 갭들을 허용한다는 것이다. 특히, 통신 시간 구간의 지속기간은 제1 메시지의 길이에 의존하지 않는다. 이는 많은 실시예들 및 응용들에서 실질적으로 더 긴 제1 메시지들이 송신되게 할 수 있다. 유사하게, 양방향 통신이 동일한 통신 시간 구간 내에서 수행되어야 하는 경우보다, 동일한 통신 시간 구간 지속기간에 대해 더 많은 응답 데이터가 포함될 수 있다.

따라서, 접근법의 이점은 그것이 전력 송신기와 전력 수신기 사이에서 실질적으로 더 많은 데이터가 통신되게 할 수 있다는 것이다. 이는 신규한 응용들 및 기능을 가능하게 할 수 있고, 향상된 전력 전송 동작을 허용할 수 있다.

위의 설명은 명료함을 위해 상이한 기능 회로들, 유닛들 및 프로세서들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였음이 인식될 것이다. 그러나, 본 발명으로부터 벗어남이 없이 상이한 기능 회로들, 유닛들 또는 프로세서들 간의 기능의 임의의 적합한 분산이 사용될 수 있음이 명백할 것이다. 예를 들어, 별개의 프로세서들 또는 제어기들에 의해 수행되도록 예시된 기능이 동일한 프로세서 또는 제어기에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 특정 기능 유닛들 또는 회로들에 대한 참조들은 오로지 엄격한 논리적 또는 물리적 구조 또는 조직을 나타내기보다는 설명된 기능을 제공하기 위한 적합한 수단에 대한 참조들로 간주되어야 한다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 임의의 적합한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명은 선택적으로 하나 이상의 데이터 프로세서 및/또는 디지털 신호 프로세서 상에서 실행되는 컴퓨터 소프트웨어로서 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예의 요소들 및 컴포넌트들은 임의의 적합한 방식으로 물리적으로, 기능적으로 그리고 논리적으로 구현될 수 있다. 실제로 기능은 단일 유닛에서, 복수의 유닛에서, 또는 다른 기능 유닛들의 일부로서 구현될 수 있다. 그렇기 때문에, 본 발명은 단일 유닛에서 구현될 수 있거나, 상이한 유닛들, 회로들 및 프로세서들 간에 물리적으로 그리고 기능적으로 분산될 수 있다.

본 발명이 몇몇 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 본 명세서에 기재된 특정 형태로 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범주는 첨부된 청구항들에 의해서만 제한된다. 또한, 소정 특징이 특정 실시예들과 관련하여 설명되는 것처럼 보일 수 있지만, 당업자는 설명된 실시예들의 다양한 특징들이 본 발명에 따라 조합될 수 있음을 인식할 것이다. 청구항들에서, 용어 '포함하는'은 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.

또한, 개별적으로 열거되지만, 복수의 수단, 요소, 회로 또는 방법 단계는 예를 들어 단일 회로, 유닛 또는 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 또한, 개개의 특징들이 상이한 청구항들에 포함될 수 있지만, 이들은 아마도 유리하게 조합될 수 있으며, 상이한 청구항들에의 포함은 특징들의 조합이 실현 가능하지 않고/않거나 유리하지 않다는 것을 암시하지 않는다. 또한 하나의 카테고리의 청구항들에의 소정 특징의 포함은 이 카테고리로의 제한을 암시하는 것이 아니라, 오히려 그 특징이 적절한 바에 따라 다른 청구항 카테고리들에 동등하게 적용될 수 있음을 나타낸다. 하나의 독립 청구항의 종속 청구항에의 소정 특징의 포함은 이러한 독립 청구항으로의 제한을 암시하는 것이 아니라, 오히려 그 특징이 적절한 바에 따라 다른 독립 청구항들에 동등하게 적용될 수 있음을 나타낸다. 또한, 청구항들에서의 특징들의 순서는 특징들이 작용되어야 하는 임의의 특정 순서를 암시하지 않으며, 특히 방법 청구항에서의 개별 단계들의 순서는 단계들이 이 순서대로 수행되어야 함을 암시하지 않는다. 오히려, 단계들은 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 단수형 언급은 복수를 배제하지 않는다. 이에 따라 "부정관사(a, an)", "제1", "제2" 등에 대한 언급은 복수를 배제하지 않는다. 청구항들에서의 참조 부호들은 단지 명료화 예로서 제공되며, 어떤 방식으로도 청구항들의 범주를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

일반적으로, 무선 전력 전송 시스템 및 이를 위한 동작 방법들의 예들은 하기 실시예들에 의해 나타내어진다.

실시예들:

실시예 1. 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하기 위한 전력 송신기(101)로서, 전력 송신기(101)는,

출력 회로(203, 103)로서, 출력 회로(203, 103)에 인가되는 구동 신호에 응답하여 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103)을 포함하는, 상기 출력 회로;

구동 신호를 생성하도록 배열된 구동기(201);

진폭 변조를 사용하여 전력 수신기(105)에 메시지들을 송신하고 부하 변조를 사용하여 전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하도록 배열된 통신기(207);

전력 전송 신호가 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 어떠한 전력 전송 신호도 생성되지 않는 적어도 하나의 통신 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 전력 전송 신호에 적용하도록 구동 신호를 생성하기 위해 구동기(201)를 제어하도록 배열된 제어기(205);

전력 전송 시간 구간 동안 전력 송신기(101)로부터 전력 수신기(105)로 제1 메시지의 적어도 일부를 송신하고, 통신 시간 구간 동안 전력 수신기(105)로부터 응답 메시지를 수신하기 위해 전력 송신기를 제어하도록 배열된 동기화기(209)

를 포함하는, 전력 송신기.

실시예 2. 실시예 1의 전력 송신기로서, 동기화기(209)는 통신 시간 구간의 타이밍 특성에 응답하여 제1 메시지를 송신하는 타이밍을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 3. 실시예 1 또는 실시예 2의 전력 송신기로서, 동기화기(209)는 통신 시간 구간의 타이밍 특성을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 4. 실시예 2 또는 실시예 3의 전력 송신기로서, 동기화기(209)는 제1 메시지의 특성에 응답하여 제1 메시지를 송신하는 타이밍 및 통신 시간 구간의 타이밍 특성 중 적어도 하나를 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 5. 실시예 4의 전력 송신기로서, 제1 메시지의 특성은,

제1 메시지의 길이; 및

제1 메시지에 대한 적어도 하나의 미리 결정된 응답 메시지의 특성

중 적어도 하나인, 전력 송신기.

실시예 6. 실시예 3 내지 실시예 5 중 어느 한 실시예의 전력 송신기로서, 타이밍 특성은 통신 시간 구간의 지속기간인, 전력 송신기.

실시예 7. 실시예 6의 전력 송신기로서, 동기화기(209)는 제1 메시지 및 응답 메시지 중 적어도 하나를 통신시키기 위한 통신 레이트에 응답하여 지속기간을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 8. 실시예 3 내지 실시예 7 중 어느 한 실시예의 전력 송신기로서, 동기화기(209)는 응답 메시지의 특성에 응답하여 타이밍 특성을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 9. 실시예 3 내지 실시예 8 중 어느 한 실시예의 전력 송신기로서, 구동기(201)에는 가변 전력 공급 신호가 공급되고, 동기화기(209)는 가변 전력 공급 신호에서의 변동들의 타이밍에 응답하여 타이밍 특성을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 10. 실시예 9의 전력 송신기로서, 동기화기(209)는 통신 시간 구간의 중심 시간을 가변 전력 공급 신호에 대한 신호 최소치와 정렬시키도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 11. 임의의 이전 실시예의 장치로서, 통신 시간 구간의 지속기간은 1 msec를 초과하지 않는, 장치.

실시예 12. 임의의 이전 실시예의 장치로서, 동기화기(209)는 응답 메시지의 종료의 검출에 응답하여 통신 시간 구간을 종료하도록 배열되는, 장치.

실시예 13. 임의의 이전 실시예의 장치로서, 전력 전송 시간 구간은 통신 시간 구간 직전에 전력 강하 구간을 포함하고, 동기화기(209)는 전력 강하 구간 동안 적어도 부분적으로 송신되도록 제1 메시지의 송신을 타이밍 조절하도록 배열되는, 전력 송신기.

실시예 14. 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하는 전력 송신기(101)를 위한 동작의 방법으로서, 전력 송신기(101)는,

출력 회로(203, 103)로서, 출력 회로(203, 103)에 인가되는 구동 신호에 응답하여 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103)을 포함하는, 상기 출력 회로를 포함하고; 방법은,

구동 신호를 생성하는 단계;

진폭 변조를 사용하여 전력 수신기(105)에 메시지들을 송신하고 부하 변조를 사용하여 전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하는 단계;

전력 전송 신호가 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 어떠한 전력 전송 신호도 생성되지 않는 적어도 하나의 통신 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 전력 전송 신호에 적용하도록 구동 신호를 생성하기 위해 구동기(201)를 제어하는 단계; 및

전력 전송 시간 구간 동안 전력 송신기(101)로부터 전력 수신기(105)로 제1 메시지의 적어도 일부를 송신하고, 통신 시간 구간 동안 전력 수신기(105)로부터 응답 메시지를 수신하기 위해 전력 송신기를 제어하는 단계

를 포함하는, 방법.

Claims (14)

1. 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하기 위한 전력 송신기(101)로서, 상기 전력 송신기(101)는,
   출력 회로(203, 103)로서, 상기 출력 회로(203, 103)에 인가되는 구동 신호에 응답하여 상기 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103)을 포함하는, 상기 출력 회로;
   상기 구동 신호를 생성하도록 배열된 구동기(201);
   진폭 변조를 사용하여 상기 전력 수신기(105)에 메시지들을 송신하고 부하 변조를 사용하여 상기 전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하도록 배열된 통신기(communicator)(207);
   상기 전력 전송 신호가 상기 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 어떠한 구동 신호도 상기 출력 회로(203, 103)에 인가되지 않는 적어도 하나의 통신 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 상기 전력 전송 신호에 적용하도록 상기 구동 신호를 생성하기 위해 상기 구동기(201)를 제어하도록 배열된 제어기(205); 및
   전력 전송 시간 구간 동안 상기 전력 송신기(101)로부터 상기 전력 수신기(105)로 제1 메시지의 적어도 일부를 송신하고, 통신 시간 구간 동안 상기 전력 수신기(105)로부터 응답 메시지를 수신하기 위해 상기 전력 송신기를 제어하도록 배열된 동기화기(synchronizer)(209)
   를 포함하는, 전력 송신기.
2. 제1항에 있어서, 상기 동기화기(209)는 상기 통신 시간 구간의 타이밍 특성에 응답하여 상기 제1 메시지를 송신하는 타이밍을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 동기화기(209)는 상기 통신 시간 구간의 타이밍 특성을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 동기화기(209)는 상기 제1 메시지의 특성에 응답하여 상기 제1 메시지를 송신하는 상기 타이밍 및 상기 통신 시간 구간의 상기 타이밍 특성 중 적어도 하나를 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 메시지의 상기 특성은,
   상기 제1 메시지의 길이; 및
   상기 제1 메시지에 대한 적어도 하나의 미리 결정된 응답 메시지의 특성
   중 적어도 하나인, 전력 송신기.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이밍 특성은 상기 통신 시간 구간의 지속기간인, 전력 송신기.
7. 제6항에 있어서, 상기 동기화기(209)는 상기 제1 메시지 및 상기 응답 메시지 중 적어도 하나를 통신시키기 위한 통신 레이트에 응답하여 상기 지속기간을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.
8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동기화기(209)는 상기 응답 메시지의 특성에 응답하여 상기 타이밍 특성을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.
9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동기(201)에는 가변 전력 공급 신호가 공급되고, 상기 동기화기(209)는 상기 가변 전력 공급 신호에서의 변동들의 타이밍에 응답하여 상기 타이밍 특성을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.
10. 제9항에 있어서, 상기 동기화기(209)는 상기 통신 시간 구간의 중심 시간을 상기 가변 전력 공급 신호에 대한 신호 최소치와 정렬시키도록 배열되는, 전력 송신기.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통신 시간 구간의 지속기간은 1 msec를 초과하지 않는, 전력 송신기.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동기화기(209)는 상기 응답 메시지의 종료의 검출에 응답하여 상기 통신 시간 구간을 종료하도록 배열되는, 전력 송신기.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 전송 시간 구간은 상기 통신 시간 구간 직전에 전력 강하 구간을 포함하고, 상기 동기화기(209)는 상기 전력 강하 구간 동안 적어도 부분적으로 송신되도록 상기 제1 메시지의 송신을 타이밍 조절하도록 배열되는, 전력 송신기.
14. 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하는 전력 송신기(101)를 위한 동작의 방법으로서, 상기 전력 송신기(101)는,
    출력 회로(203, 103)로서, 상기 출력 회로(203, 103)에 인가되는 구동 신호에 응답하여 상기 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103)을 포함하는, 상기 출력 회로를 포함하고; 상기 방법은,
    상기 구동 신호를 생성하는 단계;
    진폭 변조를 사용하여 상기 전력 수신기(105)에 메시지들을 송신하고 부하 변조를 사용하여 상기 전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하는 단계;
    상기 전력 전송 신호가 상기 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 어떠한 구동 신호도 상기 출력 회로(203, 103)에 인가되지 않는 적어도 하나의 통신 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 상기 전력 전송 신호에 적용하도록 상기 구동 신호를 생성하기 위해 구동기(201)를 제어하는 단계; 및
    전력 전송 시간 구간 동안 상기 전력 송신기(101)로부터 상기 전력 수신기(105)로 제1 메시지의 적어도 일부를 송신하고, 통신 시간 구간 동안 상기 전력 수신기(105)로부터 응답 메시지를 수신하기 위해 상기 전력 송신기를 제어하는 단계
    를 포함하는, 방법.