KR20240011188A - 무선 전력 전송 - Google Patents

Abstract

전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하기 위한 전력 송신기(101)는 출력 회로(303, 103)를 포함하고, 출력 회로는 구동 신호가 출력 회로(303, 103)에 인가될 때 전력 전송 신호를 생성하는 송신기 코일(103)을 포함한다. 부하 함수 회로(307)는 전력 송신기 및 전력 수신기 배열을 위한 구동 신호의 주파수에 대한, 출력 회로(303, 103)에 의한 구동 신호의 로딩의 종속성을 기술하는 부하 함수를 결정한다. 구간 회로(309)는 부하 함수에 응답하여 비-동작 주파수 범위에 의해 분리된 2개의 동작 주파수 범위를 결정한다. 전력 제어기(305)는 적어도 동작 주파수 범위 내의 주파수들을 배제하면서 동작 주파수들 내의 주파수들에 걸쳐 구동 신호의 주파수를 조정함으로써 전력 전송 신호의 전력 레벨을 제어한다.

Description

무선 전력 전송

본 발명은 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이며, 특히, 그러나 비배타적으로, 예를 들어 주방 기기들과 같은 높은 전력 디바이스들로의 유도 전력 전송을 제공하는 전력 송신기의 동작에 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 장치를 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.

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.

무선 전력 전송에 관한 잠재적인 문제는 전력 전송 성능이 특정 조건들에 크게 의존할 수 있다는 것이다. 특히, 효율, 달성가능한 전력 레벨, 적응 응답 시간 등의 관점에서 전력 전송 성능은 크기, 유도 값 및 부하와 같은 전력 송신기 및 전력 수신기의 특성들에 크게 의존하는 경향이 있고, 이들은 상이한 디바이스들 사이에서 매우 실질적으로 변할 수 있다. 전력 전송 동작은 또한, 송신기 코일 및 수신기 코일이 서로 상대적으로 어떻게 위치되는가에 실질적으로 의존할 수 있다. 일반적으로, 더 효율적이고 신뢰성 있는 전력 전송은 서로에 대해 더 가깝게 정렬되고 더 가깝게 있는 코일들에 대해 달성되는 경향이 있다. 전형적으로, 전력 전송 성능은 결합 계수(coupling factor 또는 coupling coefficient)에 의존하며, 결합 계수가 높을수록 전력 전송은 더 효율적이다.

따라서, 전력 전송 동작은 전력 송신기 및 전력 수신기의 둘 모두의 파라미터들뿐만 아니라 전력 송신기와 전력 수신기의 상대적 위치설정과 같은 동작의 특정 시나리오를 포함한 특정 전력 송신기 및 전력 수신기 배열에 실질적으로 의존한다.

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. 전력 수신기는 이러한 에러 신호를 전력 송신기 내의 전력 제어 기능에 전송하여 정적 에러를, 이상적으로는 0으로 감소시킨다. 많은 시스템들에서, 전력 송신기는 전력 전송 신호의 주파수, 진폭 레벨 및/또는 듀티 사이클을 변경함으로써 전력 레벨을 제어할 수 있다. 전력 레벨을 제어하기 위해 주파수 변동을 사용하는 무선 전력 전송 시스템들의 예들이 미국 특허 출원 공개 제2019/089197 A1호 및 중국 특허 출원 공개 제103 299 512A호에 개시되어 있다.

그러나, 그러한 전력 제어 루프의 효율적인 동작은 시스템들의 전력 전송 특성들이 실질적으로 변할 수 있을 때 매우 난제이고 어렵다. 특히, 전력 전송 레벨들을 적응시키기 위해 주파수 제어가 사용될 때, 효율적인 전력 제어 동작이 달성되기 어렵다. 많은 접근법들은 일부 시나리오 및 전력 전송 배열에 대해 최적이 아니고/아니거나 더 복잡한 동작 및 제어를 초래하는 경향이 있을 것이다.

따라서, 전력 전송 시스템에 대한 개선된 동작이 유리할 것이고, 특히, 증가된 유연성, 감소된 비용, 감소된 복잡성, 개선된 전력 제어 동작, 부하 변화 및/또는 동작 조건의 변동에 대한 개선된 적응, 하위 호환성, 더 높은 전력 레벨 전송들에 대한 개선된 적합성, 개선된 전력 전송, 특정 동작 조건에 대한 개선된 적응, 및/또는 개선된 성능을 허용하는 접근법이 유리할 것이다.

따라서, 본 발명은 전술한 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 유도 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일을 포함하는, 상기 출력 회로; 구동 신호를 생성하도록 배열된 구동기; 전력 송신기 및 전력 수신기 배열에 대한 부하 함수를 결정하도록 배열된 부하 함수 회로로서, 부하 함수는 전력 송신기 및 전력 수신기 배열을 위한 구동 신호의 주파수에 대한, 출력 회로에 의해 구동 신호에 제공된 부하의 종속성을 기술하는, 상기 부하 함수 회로; 구동 신호의 주파수를 조정함으로써 유도 전력 전송 신호의 전력 레벨을 제어하기 위한 전력 제어기; 부하 함수에 응답하여 비-동작 주파수 범위에 의해 분리된 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하기 위한 구간 회로를 포함하고, 전력 제어기는 적어도 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위 내의, 그리고 동작 주파수 범위 내의 주파수들을 배제한, 주파수들에 걸쳐 구동 신호의 주파수를 변화시킴으로써 유도 전력 전송 신호의 전력 레벨을 적응시키도록 배열된다.

본 발명은 많은 실시예들에서 개선된 성능을 제공할 수 있고, 특히 많은 실시예들에서 무선 전력 전송을 위한 개선된 전력 제어를 제공할 수 있다. 이 접근법은 많은 실시예들에서 전력 제어를 용이하게 하고 더 낮은 복잡성의 동작을 허용할 수 있다. 이 접근법은 많은 실시예들에서 개선된 전력 제어를 허용할 수 있고, 예를 들어 많은 실시예들에서 개선된 전력 레벨 범위, 더 매끄러운 전력 제어, 출력 회로의 개선된 구동 (예컨대, 제로 전압 스위칭을 사용함), 감소된 과도 현상(transient), 전력 감소, 및/또는 감소된 전압을 감소시킬 수 있다.

이 접근법은 특히 전력 전송의 파라미터들이 실질적으로 변할 수 있는 시스템들에 대한 개선된 전력 제어를 허용할 수 있다. 특히, 본 발명자들은, 예를 들어 공진 커플링(전력 송신기 코일 및/또는 전력 수신기 코일이 공진 회로들의 일부임)을 사용하는 전력 전송 시스템들의 경우, 주파수에 대한 전력 전송 종속성이 종종 상이한 주파수 범위들에서 상이한 거동을 포함할 수 있고, 전력 제어를 주파수 범위들의 서브세트로 선택적으로 제한함으로써 실질적으로 개선된 성능이 종종 달성될 수 있다는 것을 인식하였다.

몇몇 실시예들에서, 부하 함수는 전력 전송 함수(구동 신호의 주파수의 함수로서 전력 수신기로 전송되는 전력의 레벨을 나타낼 수 있음), 전송 전력 부하(구동 신호의 주파수의 함수로서 전력 전송에 의해 야기된 구동기/구동 신호의 로딩을 나타낼 수 있음), 전력 로딩(구동 신호의 주파수의 함수로서 출력 회로에 의한 구동기/구동 신호의 로딩을 나타낼 수 있음), 및/또는 출력 회로의 부하 임피던스(구동 신호의 주파수의 함수로서 출력 회로의 임피던스를 나타낼 수 있음)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 부하 함수는 부하 위상 함수(주파수의 함수로서 출력 회로 및/또는 구동 신호를 위한 전류와 전압 사이의 위상 오프셋을 나타낼 수 있음)이거나 이를 포함할 수 있다.

부하 함수는 구동기의 부하를 나타낼 수 있다. 부하 함수는 구동 신호를 생성하는/구동 신호를 출력 회로에 제공하는 구동기의 출력부의 부하를 기술할 수 있다. 부하는 구동 신호를 생성하는 구동기의 출력부에 제시된 출력 회로의 임피던스일 수 있다.

제1 및 제2 동작 주파수 범위들에 대한 전력 전송 신호를 위한 전력 레벨 범위들은 상이할 수 있다. 많은 실시예들에서, 제1 동작 주파수 범위에 대한 전력 전송 신호를 위한 최대 전력 레벨은 제2 동작 주파수 범위에 대한 전력 전송 신호를 위한 최대 전력 레벨보다 더 높을 수 있고, 제2 동작 주파수 범위에 대한 전력 전송 신호를 위한 최소 전력 레벨은 제1 동작 주파수 범위에 대한 전력 전송 신호를 위한 최소 전력 레벨보다 더 낮을 수 있다(또는 그 반대도 마찬가지임).

전력 제어기는, 구동 신호의 주파수가 비-동작 주파수 범위의 주파수가 아닌 상태로, 구동 신호의 주파수를 제1 동작 주파수 범위의 주파수로부터 제2 동작 주파수 범위의 주파수로 변경함으로써 전력 전송 신호의 전력 레벨을 감소시키도록 배열될 수 있다. 전력 제어기는, 구동 신호의 주파수가 비-동작 주파수 범위의 주파수가 아닌 상태로, 구동 신호의 주파수를 제1 동작 주파수 범위의 주파수로부터 제2 동작 주파수 범위의 주파수로 변경함으로써 전력 전송 신호의 전력 레벨을 증가시키도록 배열될 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구간 회로는 구동 신호의 주파수의 함수로서의 출력 회로의 임피던스의 무효 성분(reactive component)에 응답하여 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다. 특히, 그것은 예를 들어, 예컨대 제로 전압 스위칭(zero voltage switching)을 사용할 때, 개선된 구동을 허용할 수 있다. 부하 함수는 구동 신호의 주파수의 함수로서 출력 회로의 임피던스의 무효 성분을 나타낼 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구간 회로는 출력 회로의 임피던스가 유도성 리액턴스를 갖는 주파수 범위들이도록 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하고, 출력 회로가 비-유도성 임피던스를 갖는 주파수들을 포함하도록 비-동작 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다. 특히, 그것은 예를 들어, 예컨대 제로 전압 스위칭을 사용할 때, 개선된 구동을 허용할 수 있다. 부하 함수는 구동 신호의 주파수의 함수로서 출력 회로의 임피던스의 무효 성분을 나타낼 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구간 회로는 제1 동작 주파수 범위의 상위 주파수에 대한 전송 전력 부하가 제2 동작 주파수 범위의 하위 주파수에 대한 전송 전력 부하와 매칭되도록 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다. 특히, 그것은 동작 주파수 범위들 사이에서 스위칭할 때 감소된 전이 영향들을 제공할 수 있다. 많은 실시예들에서, 그것은 구동 주파수를 실질적으로 변경할 때 전자기 간섭을 특히 감소시킬 수 있다.

구간 회로는, 주파수들에 대한 전송 전력 부하들이 매칭 또는 유사성 기준을 충족하는 경우 이들이 매칭되는 것으로 결정하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 전송 전력 부하들이 1%, 2%, 5%, 또는 10% 이하만큼 상이한 경우에 이들이 매칭되는 것으로 고려될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 매칭 기준은 전송 전력 부하들이 다른 특정 제약들이 충족되는 것을 조건으로 가능한 한 서로 가깝다는 것일 수 있다.

구간 회로는 몇몇 실시예들에서, 전이 주파수들이 매칭이 발생하는 최고 전력 레벨에 대응하도록 동작 주파수 범위들을 결정하도록 배열될 수 있다. 구간 회로는 몇몇 실시예들에서, 전이 주파수들이 매칭이 발생하는 최저 전력 레벨에 대응하도록 동작 주파수 범위들을 결정하도록 배열될 수 있다.

전송 전력 부하는 출력 회로 및/또는 전력 수신기에 의한 구동 신호의 로딩을 위한 전력 레벨을 나타낼 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구간 회로는 제1 동작 주파수 범위의 상위 주파수에 대한 부하 함수의 구배 및 제2 동작 주파수 범위의 하위 주파수에 대한 부하 함수의 구배에 응답하여 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하도록 추가로 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다. 특히, 그것은 동작 주파수 범위 사이에서 스위칭할 때 감소된 전이 영향들을 제공할 수 있다. 많은 실시예들에서, 그것은 구동 주파수를 실질적으로 변경할 때 전자기 간섭을 특히 감소시킬 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구간 회로는 구동 신호의 주파수의 함수로서의 부하 함수의 구배에 응답하여 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다. 특히, 그것은 동작 주파수 범위 사이에서 스위칭할 때 감소된 전이 영향들을 제공할 수 있다. 많은 실시예들에서, 그것은 구동 주파수를 실질적으로 변경할 때 전자기 간섭을 특히 감소시킬 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구간 회로는 부하 함수가 제1 동작 주파수 범위 및 제1 동작 주파수 범위의 주파수들에 대해 단조적이도록 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 제공할 수 있다. 그것은 특히 많은 실시예들에서 더 원활하고/하거나 용이한 전력 제어를 제공할 수 있다.

많은 실시예들에서, 부하 함수는 비-동작 주파수 범위의 적어도 일부 주파수들에 대해 비-단조적일 수 있다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 부하 함수는 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위의 증가하는 주파수들에 대해 단조 감소한다.

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

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구간 회로는 구동 신호의 주파수를 변화시키면서 구동 신호의 특성의 측정들에 응답하여 부하 함수를 결정하도록 배열된다.

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

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구동기는 전력 전송 신호가 전력 수신기에 전력을 전송하도록 배열되는 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 전력 전송 신호의 전력이 전력 전송 구간에 비해 감소되는 적어도 하나의 감소된 전력 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 전력 전송 신호에 적용하기 위해 구동 신호를 생성하도록 배열되며, 여기서 전력 제어기는 단지 전력 전송 구간들 외부에서 구동 신호의 주파수를 변경하도록 배열된다.

이는 많은 시나리오들에서 개선된 성능을 제공할 수 있고, 특히 많은 실시예들에서 전자기 간섭을 감소시킬 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, 감소된 전력 시간 구간들 동안 비활성/오프 상태일 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 감소된 전력 시간 구간들 동안 전력 전송 신호가 생성되지 않는다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 구동기는 전력 전송 신호가 전력 수신기에 전력을 전송하도록 배열되는 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 전력 전송 신호의 전력이 전력 전송 구간에 비해 감소되는 적어도 하나의 감소된 전력 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 전력 전송 신호에 적용하기 위해 구동 신호를 생성하도록 배열되며, 전력 제어기는 단지, 하나의 전력 전송 시간 구간 동안, 제1 동작 주파수 범위 내에서 또는 제2 동작 주파수 범위 내에서 구동 신호의 주파수를 변경하도록 배열된다.

이는 많은 시나리오들에서 개선된 성능을 제공할 수 있고, 특히 개선된 전력 제어를 허용하면서 많은 실시예들에서 전자기 간섭을 감소시킬 수 있다.

전력 제어기는 단지, 구동 신호가 전력 전송 시간 구간 내에 있지 않을 때, 제1 동작 주파수 범위와 제2 동작 주파수 범위 사이에서 구동 신호의 주파수를 변경하도록 배열될 수 있다. 전력 제어기는, 구동 신호가 전력 전송 시간 구간 내에 있지 않을 때만, 제1 동작 주파수 범위와 제2 동작 주파수 범위 사이에서 구동 신호의 주파수를 변경하도록 배열될 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.

몇몇 실시예들에서, 감소된 전력 시간 구간들 동안 전력 전송 신호가 생성되지 않는다.

본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 전력 제어기는 전력 전송 시간 구간의 시작에서의 전력 상승 구간 및 전력 전송 시간 구간의 종료에서의 전력 강하 구간 중 적어도 하나 동안 구동 신호의 듀티 사이클을 감소시킴으로써 전력 레벨을 적응시키도록 배열된다.

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

본 발명의 태양에 따르면, 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기에 전력을 무선으로 제공하기 위한 전력 송신기를 위한 동작의 방법이 제공되며, 전력 송신기는 출력 회로로서, 출력 회로에 인가되는 구동 신호에 응답하여 유도 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일을 포함하는, 상기 출력 회로를 포함하고, 이 방법은 구동 신호를 생성하는 단계; 전력 송신기 및 전력 수신기 배열에 대한 부하 함수를 결정하는 단계로서, 부하 함수는 전력 송신기 및 전력 수신기 배열을 위한 구동 신호의 주파수에 대한, 출력 회로에 의해 구동 신호에 제공된 부하의 종속성을 기술하는, 상기 결정하는 단계; 구동 신호의 주파수를 조정함으로써 유도 전력 전송 신호의 전력 레벨을 제어하는 단계; 부하 함수에 응답하여 비-동작 주파수 범위에 의해 분리된 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하는 단계를 포함하고, 전력 레벨을 제어하는 단계는 적어도 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위 내의, 그리고 동작 주파수 범위 내의 주파수들을 배제한, 주파수들에 걸쳐 구동 신호의 주파수를 변화시킴으로써 유도 전력 전송 신호의 전력 레벨을 적응시키는 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 도 1의 전력 전송 시스템에서의 전력 전송에 대한 전기적 등가 다이어그램의 예를 예시한다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 송신기의 요소들의 예를 예시한다.
도 4는 전력 송신기를 위한 하프 브리지 인버터(half bridge inverter)의 예를 예시한다.
도 5는 전력 송신기를 위한 풀 브리지 인버터(full bridge inverter)의 예를 예시한다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 수신기의 요소들의 예를 예시한다.
도 7은 도 1의 전력 전송 시스템에 대한 부하 함수들의 예를 예시한다.
도 8은 도 1의 전력 전송 시스템에 대한 부하 함수들의 예를 예시한다.
도 9는 도 1의 전력 전송 시스템에 대한 부하 함수들의 예를 예시한다.
도 10은 도 1의 전력 전송 시스템에 대한 부하 함수들의 예를 예시한다.
도 11은 도 1의 전력 전송 시스템에 대한 부하 함수들의 예를 예시한다.
도 12는 도 1의 전력 전송 시스템에 대한 부하 함수들의 예를 예시한다.
도 13은 전력 전송 신호에 대한 반복 시간 프레임의 예를 예시한다.
도 14는 전력 전송 신호에 대한 반복 시간 프레임의 예를 예시한다.
도 15는 도 4의 전력 송신기의 구동 신호에 대한 주파수 변화의 예를 예시한다.

다음의 설명은 Qi 사양 또는 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 종종 Qi 호환 가능 시스템에 대해 전형적으로 95 ㎑ 내지 205 ㎑의 범위의, 또는 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 많은 실시예들에서 500 mW, 1 W, 5 W, 50 W, 100 W 또는 500 W를 초과하는 전력 레벨들을 지원할 수 있다. 예를 들어, Qi 대응 응용들에 대해, 전력 전송은 전형적으로 저전력 응용들에 대해 1 - 5 W 전력 범위(기준 전력 프로파일), Qi 사양 버전 1.2에 대해 최대 15 W, 전동 공구, 랩톱, 드론, 로봇 등과 같은 더 높은 전력 응용들에 대해 최대 100 W의 범위, 그리고 매우 높은 전력 응용들에 대해, 이를테면 예를 들어 Ki 주방 응용들에 대해 100 W 초과 및 최대 2000 W 초과일 수 있다.

이하에서, 전력 송신기(101) 및 전력 수신기(105)의 동작이 일반적으로 (본 명세서에 설명된(또는 결과적인) 수정들 및 향상들을 제외한) Qi 또는 Ki 사양들에 따른 또는 무선 전력 컨소시엄에 의해 개발되고 있는 더 높은 전력의 주방 사양에 적합한 실시예를 특히 참조하여 설명될 것이다. 특히, 전력 송신기(101) 및 전력 수신기(105)는 (본 명세서에 설명된(또는 결과적인) 수정들 및 향상들을 제외한) Qi 사양 버전 1.0, 1.1, 1.2 또는 1.3의 요소들을 따르거나 그와 실질적으로 호환 가능할 수 있다.

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.

대부분의 전력 전송 시스템들에서, 전력 전송이 개시되기 전에, 전력 송신기(101)와 전력 수신기(105) 사이의 통신 채널이 확립된다. 통신이 셋업되고 2개의 디바이스의 식별이 달성되었을 때, 전력 송신기(101)는 전력 수신기(105)로의 전력 송신을 시작할 수 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.

전력 송신기(101) 및 전력 수신기(105)의 전력 전송 기능에 대한 전기적 등가 다이어그램의 예가 도 2에 예시되어 있다. 광범위한 전력 송신기들 및 전력 수신기들이 주어진 시스템에 존재할 수 있고, 이들은 실질적으로 상이한 특성들 및 파라미터들을 가질 수 있다. 예를 들어, 코일 크기들, 유도 값들, 및 부하들이 실질적으로 변할 수 있다. 따라서, 시스템 파라미터들은, 도 2에 구체적으로 나타내어진 바와 같이, 상이한 디바이스들, 기계적 구성들, 위치설정 등 사이에서 실제로 크게 변할 수 있다. 특히, 전력 수신기의 배치, 및 이에 따라 수신기 코일(107)과 송신기 코일(103)의 상대적 위치들은 코일들, 즉 1차(전력 송신기측) 인덕터(Lp)와 2차(전력 송신기측) 인덕터(Ls) 사이의 결합에 실질적으로 영향을 미치며, 이에 따라 시스템 거동을 크게 변경할 수 있다.

게다가, 전력 수신 디바이스들은, 예를 들어 수개의 부하들이 상이한 모드들에서 스위치 온 또는 오프되는 것과 같이, 그들이 동작하는 수개의 상이한 모드들을 가질 수 있다. 예를 들어, 전력 수신기가 에어 프라이어 기기인 것에 대해, 가열 요소가 턴온 및 턴오프될 수 있다. 이것은 예를 들어, 말하자면, 50 W로부터 1200 W로의 그리고 그 반대로의 매우 상당한 부하 스텝(load step)을 야기할 수 있다. 게다가, 그러한 부하 스위칭은 온도를 일정하게 유지하기 위해 디바이스의 동작 동안 반복될 수 있다.

시스템들은 또한, 예를 들어 저항성 컴포넌트보다는, 비선형 부하들을 포함할 수 있으며, 전력 수신기는, 예를 들어 푸드 프로세서의 모터와 같은, 모터를 구동할 수 있다. 이것은 시스템의 완전히 상이한 응답을 야기하고, 이것은 특히 제어 시스템 설계에 큰 영향을 미친다.

무선 전력 전송 시스템은 적절한 동작 포인트를 향해 시스템을 조종하기 위해 전력 제어 루프를 이용할 수 있다. 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 신호, 또는 가능하게는 원하는 전력 세트포인트를 전력 송신기 내의 전력 제어 기능에 전송하여 정적 에러를, 이상적으로는 0으로 감소시킨다.

그러나, 시스템 성능 및 동작은 기존의 전력 송신기와 전력 수신기 조합 및 배치들에 따라 크게 변하기 때문에, 적절한 동작 포인트가 또한 크게 변한다.

도 3은 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(301)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(303)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 포함하는 것을 비롯한 임의의 적합한 공진 회로가 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 몇몇 실시예들에서의 출력 회로(103, 303)가 또한 (예를 들어 전류 또는 전압 센서 컴포넌트와 같은) 추가 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다.

구동기(301)는 출력 공진 회로에 그리고 이에 따라 송신기 코일(103)에 공급되는 전류 및 전압을 생성한다. 구동 신호는 송신기 코일(103)을 통해 전류를 야기하여 전자기 전력 전송 신호가 생성되게 한다.

구동기(301)는 전형적으로 DC 전압으로부터 교번하는 신호를 생성하는 인버터의 형태의 구동 회로이다. 구동기(301)의 출력은 전형적으로 스위치 브리지로서, 스위치 브리지의 스위치들의 적절한 스위칭에 의해 구동 신호를 생성하는, 상기 스위치 브리지이다. 도 4는 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 출력은 공진 커패시터를 통해 송신기 인덕터에 연결된다. 도 5는 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(305)를 추가로 포함한다. 구체적으로, 전력 송신기(101)는 Qi 사양 또는 Ki 사양에 따라 전력 제어를 수행하기 위해 요구되는 기능들 중 많은 것을 포함할 수 있다.

전력 송신기 제어기(305)는 특히 구동기(301)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(305)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 제어기(305)는 전력 수신기(105)와 통신하기 위한 기능을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 송신기 제어기(305)는 전력 전송 신호를 변조함으로써 전력 수신기(105)에 데이터를 송신하고, 전력 전송 신호의 부하 변조를 검출함으로써 전력 수신기(105)로부터 데이터를 수신하도록 배열될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 통신 수단이 사용될 수 있는데, 이를테면 예를 들어 NFC 통신과 같은 별개의 통신 기능이 구현될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

송신기 코일(103)을 포함하는 공진 회로의 사용은 많은 시나리오에서 더 효율적인 전력 전송을 제공하는 것으로 잘 알려져 있다. 더욱이, 공진 회로를 또한 이용하는, 즉 수신기 코일(107)이 공진 회로의 일부인 전력 수신기를 갖는 것은, 매우 효율적인 전력 전송, 및 이를테면 예를 들어 구동 신호의 주파수를 제어하는 것에 의한 전력 전송의 용이한 제어를 포함한 다수의 이점을 제공하는 공진 전력 전송을 야기할 수 있다.

도 6은 전력 수신기(105)의 몇몇 예시적인 요소들을 예시한다.

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.

전력 수신기 제어기(601)는 특히 부하(605)를 단락시키는 것이 가능할 수 있는 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 송신기(101)와 통신하기 위한 기능을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 그것은 전력 전송 신호 상에 변조된 데이터를 디코딩 및 복조하도록 배열될 수 있고, 그것은 전력 전송 신호를 부하 변조함으로써 전력 송신기(101)에 데이터를 송신하도록 배열될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, NFC 통신 기능과 같은 별개의 통신 기능이 이용될 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.

전력 수신기로부터 전력 제어 에러 메시지를 수신할 때, 송신 제어기(305)는 요청된 바와 같은 전력 전송 신호의 전력 레벨을 증가시키거나 감소시키기 위해 구동 신호 파라미터가 어떻게 수정되어야 하는지를 결정할 수 있다. 이어서 그것은 구동 신호 파라미터를 그에 맞춰 제어하고 적응시킬 수 있다.

따라서 전력 수신기에서 원하는 동작 포인트를 야기하도록 전력 전송 신호의 전력 특성을 제어하는 전력 제어 루프가 이용된다. 이에 따라 전력 전송의 동작은 전력 제어 루프에 의해 제어되며, 이것의 효과적인 동작은 시스템의 성능에 중요하다. 이에 따라 동작 조건들에 대해 전력 제어 루프를 초기화하거나 적응시키는 것은 최적 성능을 위해 중요하다.

많은 시스템들에서, 전력 적응은 구동 신호 및 전력 전송 신호의 주파수를 적응시킴으로써 완전히 또는 부분적으로 달성된다. 특히 공진 결합 전력 송신기 출력 회로들 및 전력 수신기 입력 회로들을 사용할 때, 즉 송신기 코일(103) 및 수신기 코일(107)이 각자의 공진 회로들의 일부인 경우, 구동 신호의 주파수를 변화시키는 것은 전송되는 전력 레벨을 적응시키기 위한 매우 효율적이고 구현-친화적인 접근법을 제공한다.

그러나, 주파수를 조정하는 그러한 접근법은 다수의 이점을 가질 수 있지만, 본 발명자들은 그것이 또한 단점들을 갖는다는 것과, 효과적이고 정확한 제어가 몇몇 시나리오들에서 달성하기 어려울 수 있다는 것을 인식하였다. 본 발명자들은, 이러한 상세 사항 내의 주파수들이 구동 신호에 할당되지 않도록 배제되는 비-동작 주파수 범위에 의해 분리되는 적합한 비-공통 동작 주파수 범위들 내에서 주파수를 적응시킴으로써 많은 시스템들 및 시나리오들에서 개선된 성능이 달성될 수 있다는 것을 추가로 인식하였다.

특히, 전력 전송 주파수와 구동 신호 주파수 사이의 매우 불규칙적인, 비단조적인(non-monotonic), 그리고/또는 비선형적인 관계들이 종종 시스템에서 하나 초과의 공진 주파수를 가지고서 그리고 공진 주파수들 사이에 매우 가변적인 특성들이 존재하는 상태로 발생할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 도 7은 직면할 수 있는 가능한 전력 전송 함수의 예를 예시한다. 함수의 형상은 종종 실제 무선 전력 전송 시스템에서 직면할 수 있는 것이다.

그러나, 그러한 전력 전송 함수들은 제어하기 어려울 수 있고, 특히 원활하고, 효율적이며, 신뢰할 수 있는 전력 적응이 달성되도록 전력 제어 루프를 정확하게 동작시키는 것이 난제일 수 있다. 그러한 문제들은 전형적으로 전송 함수가 비단조적이고 가능하게는 비선형적인 경우에 악화된다.

예를 들어, 시스템이 2개의 상이한 공진 피크를 갖는 도 7과 같은 예에서, 원하는 전력 레벨들을 달성하기 위해 더 낮은 주파수 피크에 가깝도록 주파수를 제어하는 것이 때때로 필요할 수 있다(예를 들어, 2.2 kW에 도달하기 위해, 더 낮은 주파수 피크에 더 가깝도록 주파수를 제어하는 것이 필요할 수 있다). 그러나, 다른 시간들에서, 전력 레벨들을 충분한 정확도를 가지고서 충분히 낮은 값들로 감소시키기 위해 제2 (더 높은 주파수) 피크보다 더 높도록 주파수를 제어하는 것이 바람직하거나 심지어 필요할 수 있다. 그러나, 특정 동작 조건들에 추가로 의존하고 실질적으로 변할 수 있는 비단조적 관계들로 인해, 제어는 최적이 아닐 수 있다. 예를 들어, 주파수를 제1 공진 피크에 가까운 것으로부터 제2 공진 피크보다 더 높은 것까지 증가시킬 때, 시스템은 제2 피크 자체를 통해 스위핑할 수 있고, 이는 전력이 제2 피크에 걸쳐 이러한 스위프의 일부로서 증가함에 따라 전력 수신기에서 과전압 또는 과전류와 같은 바람직하지 않은 성능을 야기할 수 있다.

도 3의 전력 송신기는 많은 시나리오들에서 개선된 동작 및/또는 구현을 제공하도록 배열될 수 있고, 종종 이전 단락들에서 설명된 바와 같은 단점들을 회피, 개선, 감소 및/또는 완화할 수 있다.

청구항 3의 전력 송신기는 현재의 전력 송신기 및 전력 수신기 배열에 대한 부하 함수를 결정하도록 배열된 부하 함수 회로(307)를 포함하는데, 여기서 부하 함수는 출력 회로에 의한 구동 신호의 로딩이 현재의 전력 송신기 및 전력 수신기 배열을 위한 구동 신호의 주파수에 어떻게 의존하는지를 나타낸다.

부하는 구동기의 부하일 수 있다. 부하는 구동 신호를 생성하는/구동 신호를 출력 회로에 제공하는 구동기의 출력부의 부하일 수 있다. 부하는 구동 신호를 출력 회로에 제공하는 구동기의 출력부가 경험하는 출력 회로의 부하일 수 있다. 신호의 부하는 신호를 생성/제공하는 출력부의 부하일 수 있다. 부하는 임피던스일 수 있다. 부하는 출력 회로의 임피던스일 수 있다. 출력 회로에 의한 구동 신호의 부하 및/또는 로딩은 출력 회로에 제공되는 전력의 특성/특징일 수 있다. 전력은 유효 전력(active power) 성분 및 무효 전력(reactive power) 성분 둘 모두를 포함하는 복합 전력일 수 있다. 부하는 구동 신호에 의해 출력 회로에 제공/전송되는 유효 전력, 무효 전력, 및/또는 피상 전력(apparent power)을 나타낼 수 있다.

전력 송신기 및 전력 수신기 배열은 컴포넌트 값들 등과 같은 전력 송신기 및 전력 수신기의 파라미터들 및 특징들을 포함할 수 있다. 그러한 파라미터들 및 특징들은 정적일 수 있다. 전력 송신기 및 전력 수신기 배열은 현재의 시나리오/상황/배열에 대한 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 상호작용의 파라미터들 및 특징들을 추가로 포함할 수 있다. 그러한 파라미터들 및 특징들은 상대 위치, 예를 들어 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 결합을 포함할 수 있다. 그러한 파라미터들 및 특징들은 전형적으로 동적일 수 있고, 동일한 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 상이한 전력 전송들에 대해 상이할 수 있다. 출력 회로에 의해 구동 신호 및 구동기에 제공되는 부하는 전력 수신기, 및 이것이 송신기 코일(103)에 어떻게 결합되는지(상대 위치, 결합 파라미터들 등을 포함함)에 의존한다. 따라서, 부하가 전력 송신기에서 결정될 수 있지만 그리고 그것이 내부 전력 송신기 파라미터(구동기와 출력 회로 사이의 결합)이지만, 부하는 전력 송신기 및 전력 수신기 배열에 의존하고 이를 반영한다.

따라서, 부하 함수는 구동 신호 및 이에 따라 전력 전송 신호의 주파수가 변화할 때 발생하는 로딩의 변화들을 반영한다. 많은 실시예들에서, 부하 함수는 출력 회로(103, 303)에 의해 구동 신호로부터 그리고 이에 따라 구동기(301)로부터 추출되는 전력을 나타내는 부하 전력 함수일 수 있다. 많은 실시예들에서, 부하 전력 함수는 구체적으로 전력 전송 신호에 의해 전력 수신기로 전송되는 전력의 레벨을 나타내는 전력 전송 함수일 수 있고, 구체적으로 전력 수신기의 부하(605)에 제공되는 전력의 레벨을 나타내는 부하 전력 레벨 함수일 수 있다.

전력 전송 신호를 생성하기 위한 전력 송신기의 출력부에서의 공진 회로 및/또는 전력 수신기에 의해 전력 전송 신호로부터 전력을 추출하기 위한 공진 회로를 이용하는 공진 시스템에서, 전송되는 전력 레벨은 구동 신호와 전력 전송 신호의 주파수에 의존한다. 따라서, 부하(605)에 제공되는 전력 레벨은 구동 신호 주파수에 의존할 수 있고, 그래서 결과적으로 전력 수신기 입력 회로, 전력 전송 신호, 전력 송신기 출력 회로, 구동 신호, 및 구동부로부터 각각 추출되는 전력일 수 있다. 이에 따라, 이들의 각각은 주파수의 함수로서 변할 수 있고, 부하 함수는 이러한 전력 레벨들 및 부하들 중 하나, 그 이상, 또는 실제로 모두를 나타낼 수 있다.

그러나, 구동 신호 주파수 및 전력 전송 신호 주파수에 대한 의존성은 전력 신호로 제한되는 것이 아니라, 또한 구동 신호 전류(즉, 출력 회로(103, 303)에 의해 추출되는 부하 전류)와 같은 다른 파라미터들로 확장될 것이다. 유사하게, 전력 수신기에서의 전류 또는 전압들은 주파수에 의존할 수 있고, 따라서 구동 신호의 로딩을 반영할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 부하 함수는 구동 신호의 부하의 그러한 다른 파라미터들을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 부하 함수는 특정 전력 송신기 및 전력 수신기 배열에 대한 주파수의 함수로서 구동 신호에 대한 전류 및/또는 전압 파라미터의 변동을 나타낼 수 있다. 주파수의 함수로서의 구동 신호의 전력 레벨은 전류 및 전압 파라미터의 변화를 주파수의 함수로서 반영하는 부하 함수의 예일 수 있다(전력이 전압 및 전류에 의해 결정됨을 염두에 둔다).

많은 실시예들에서, 부하 함수는 구동 신호, 또는 가능하게는 전력 수신기에서의 유도 신호의 전압과 전류 사이의 위상차를 주파수의 함수로서 나타낼 수 있다. 구동 신호의 위상차는 예를 들어 출력 회로(103, 303)에 의한 로딩이 유도성 리액턴스 또는 용량성 리액턴스를 갖는지 여부를 나타낼 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 부하 함수는 다수의 값을 제공하는 다차원 함수일 수 있다. 예를 들어, 부하 함수는 몇몇 실시예들에서 전력 전송 신호에 대한 전력 전송 레벨 및 구동 신호의 위상차 둘 모두를 반영할 수 있다.

부하 함수 회로(307)는 현재의 전력 수신기 및 전력 송신기 배열에 대한, 구체적으로 현재의 전력 전송 동작에 대한 부하 함수를 결정하도록 배열될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 부하 함수 회로(307)는 전력 송신기 및 전력 수신기의 알려진 특성들로부터의 계산들 또는 결정들에 기초하여 부하 함수를 결정하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 부하 함수 회로(307)는 도 2의 등가 다이어그램의 컴포넌트들에 대한 전력 송신기의 파라미터들을 제공하는 저장된 정보를 가질 수 있다. 예를 들어, 부하 함수 회로(307)는 송신기 코일(103)의 인덕턴스뿐만 아니라 공진 커패시터의 커패시턴스 등의 정보를 가질 수 있다. 또한, 전력 수신기는 수신기 코일(107)의 인덕턴스, 공진 커패시터, 부하 등과 같은 전력 수신기의 파라미터들에 관한 정보를 송신할 수 있다. 부하 함수 회로(307)는 결합 계수(coupling factor)를 추가로 추정 또는 계산할 수 있다. 이어서, 그것은 등가 회로의 동작을 분석하여 부하 함수를 결정하도록 진행할 수 있다. 예를 들어, 그것은 구동기(201) 상의 출력 회로(103, 303)의 부하 및 구동 신호를 주파수의 함수로서 결정할 수 있다.

이에 따라, 몇몇 실시예들에서, 부하 함수는 이미 알려진 시스템 정보, 즉 공진 주파수, 인덕턴스, 부하 값 및 결합 계수 등을 포함한 전기 파라미터들로부터 추출될 수 있다. 이러한 파라미터들 중 일부는 가능하게는 측정들 또는 적합성 테스팅(compliance testing)에 의해 추출될 수 있다. 이어서, 이러한 파라미터들은 이미 알려진 부하 함수식들과 함께 사용되어 부하 함수를 결정할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 부하 함수 회로(307)는 구동 신호의 주파수를 변화시키면서 구동 신호의 특성의 측정들에 응답하여 부하 함수를 결정하도록 배열될 수 있다. 부하 함수 회로(307)는 주파수 범위에 걸쳐 주파수 스위프를 수행하고 구동 신호의 파라미터를 직접 측정할 수 있다. 예를 들어, 구동 신호 주파수는 20 ㎑로부터 100 ㎑까지 변할 수 있고, 구동 신호의 전류 및 전압이 측정될 수 있다. 부하 함수 회로(307)는 이어서 예컨대 전압과 전류 사이의 위상 오프셋/차이(및 이에 따라 구동 신호를 로딩하는 출력 회로(103, 303)의 임피던스의 위상)를 결정할 수 있고/있거나 구동 신호의 (저항성) 전력의 레벨을 결정할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 구간 회로(309)는 부하 함수가 생성되므로(그리고 이에 따라 부하 함수가 반드시 저장될 필요는 없음) 부하 기능을 직접 평가하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 구간 회로(309)는 주파수 스위프 동안 구동 신호 전류 및 전압을 직접 평가할 수 있고, 출력 회로(103, 303)의 임피던스가 유도성 임피던스인 주파수 구간들을 직접 검출할 수 있다.

부하 함수 회로(307)는 구체적으로, 전력 로딩/전송 함수에 대한 더 낮은 주파수 피크 및 더 높은 주파수 피크와 같은 부하 함수의 극한치들뿐만 아니라 가능하게는 이들 사이의 최소치를 검출하도록 배열될 수 있다.

부하 함수 회로(307)는 부하 함수를 공급받는 구간 회로(309)에 결합된다. 구간 회로(309)는 비-동작 주파수 범위에 의해 분리되는 (적어도) 2개의 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열된다. 구간 회로(309)는 (구동 신호/전력 전송 신호의) 구동 주파수가 비-동작 주파수 범위에 속하지 않게 제한되도록 전력 송신기 제어기(205) 및 구동기를 제어하도록 배열된다. 따라서, 이 접근법에서, 전력 송신기 제어기(205)는 주파수들이 동작 주파수 범위들로 제한되고 하나 또는 가능하게는 그 이상의 비-동작 주파수 범위들로부터 배제되도록 주파수-기반 전력 제어를 이용하도록 배열된다. 따라서, 송신기 코일(103)은 적어도 더 낮은 주파수 범위 및 더 높은 주파수 범위를 포함하지만 더 낮은 주파수 범위와 더 높은 주파수 범위를 분리하는 비-동작 주파수 범위를 배제하는 동작 범위에 걸쳐 구동 주파수를 변화시킬 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 구간 회로(309)는 구동 신호의 전류와 전압 사이의 위상차에 응답하여 그리고 구체적으로 위상이 양인지 또는 음인지 여부(및 이에 따라, 예를 들어 전류가 전압에 앞서는지 또는 뒤처지는지 여부)에 따라, 제1 및 제2 동작 주파수 범위들 및 이에 따라 비-동작 주파수 범위를 결정하도록 배열될 수 있다.

구간 회로(309)는, 몇몇 실시예들에서, 상이한 주파수들에 대한 출력 회로(103, 303)의 임피던스의 위상에 응답하여 제1 및 제2 동작 주파수 범위들 및 이에 따라 비-동작 주파수 범위를 결정하도록 배열될 수 있다. 구간 회로(309)는, 몇몇 실시예들에서, 상이한 주파수들에 대한 출력 회로(103, 303)의 임피던스의 무효 성분에 응답하여 그리고 구체적으로 임피던스의 허수 성분에 응답하여, 제1 및 제2 동작 주파수 범위들 및 이에 따라 비-동작 주파수 범위를 결정하도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 출력 회로(103, 303)의 임피던스는 출력 회로(103, 303)의 임피던스의 위상을 결정하기 위해 구동 신호의 전류와 전압 사이의 상대 위상차가 평가되는 상태로 주파수 스위프 동안 측정될 수 있다. 이어서, 구간 회로(309)는 제1 및 제2 동작 주파수 범위들을 임피던스의 위상이 미리 결정된 구간 내에 있는 주파수 범위들로서 결정하도록 진행할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 구간 회로(309)는 구체적으로 임피던스가 유도성 또는 비-유도성 또는 용량성인 무효 성분을 갖는지 여부에 따라 제1 및 제2 동작 주파수 범위들을 결정하도록 배열될 수 있다. 구간 회로(309)는 위에서 나타낸 바와 같이 임피던스를 결정할 수 있고, 이어서 임피던스가 0 초과 또는 0 미만의 위상을 갖는지 여부 및 이에 따라 그것이 용량성 리액턴스 또는 유도성 리액턴스인지 여부를 결정할 수 있다. 구간 회로(309)는 구체적으로 몇몇 실시예들에서 임피던스의 임의의 저항성 성분을 무시할 수 있다.

구동 신호의 전압 및 전류 사이의 0의 위상 오프셋, 및 이에 따라 출력 회로(103, 303)에 의한 순수 저항성 로딩은 구동 신호의 전력 로딩 또는 전력 수신기에 제공되는 전력에 대한 전력 전송 레벨을 설명하는 부하 함수의 국부적 최소치 및 최대치와 일치하는 경향이 있을 것이다.

이어서, 구간 회로(309)는 출력 회로의 임피던스가 유도성 리액턴스를 갖는 구간들이도록 그리고 임피던스가 비-동작 동작 주파수 범위의 적어도 일부 주파수들에 대해 비-유도성 임피던스를 갖도록 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정할 수 있다. 따라서, 이 접근법은 구동 신호의 주파수들이 출력 회로(103, 303)에 의한 제시된 부하가 유도성이도록 하는 것을 보장할 수 있다.

도 8은 부하 함수의 하나의 출력 값을 각각 제공하는 2개의 별개의 (부분) 부하 함수에 의해 형성되는 부하 함수의 예를 예시한다. 구체적으로, 제1 부하 함수는 출력 회로(103, 303)의 임피던스의 위상을 구동 신호의 주파수의 함수로서 제공하고, 제2 함수는 전력 전송 레벨/부하 전력 레벨을 구동 신호의 함수로서 제공한다. 동등하게, 함수들의 각각이 별개의 완전한 부하 함수로서 간주될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

구간 회로(309)는 예를 들어 몇몇 실시예들에서 임피던스 위상 함수만을 고려하고 임피던스의 위상에 기초하여 주파수 범위들을 결정할 수 있다.

예를 들어, 도 8에 예시된 바와 같이, 구간 회로(309)는 위상이 0인, 즉 임피던스가 완전히 저항성이고 전류와 전압 사이의 위상차가 0안 주파수들을 결정할 수 있다. 도 8의 예에서, 이는 대략 23 ㎑, 32 ㎑ 및 46 ㎑에서 발생할 수 있다. 시스템은 구체적인 예에서 23 ㎑(순전히 저항성인, 즉 0의 위상을 갖는 임피던스와 일치함)인 제1 공진 주파수 초과의 주파수들을 갖도록 구동 신호를 제어함으로써 전력을 조절하도록 설계될 수 있다. 이어서, 이는 제1 주파수 범위를 임피던스 임피던스가 32 ㎑에서 용량성이 될 때까지 23 ㎑의 제1 공진 주파수로부터의 범위인 것으로서 결정할 수 있다. 이어서, 이는 제2 주파수 범위를 임피던스가 다시 유도성이 되는 주파수를 초과하는 주파수 범위로서, 즉 46 ㎑ 초과의 주파수로서 결정할 수 있다. 전형적으로, 예를 들어 실제 고려사항에 의해 주어지는, 상위 범위가 또한 있을 것이다. 따라서, 도 9에 예시된 2개의 주파수 범위는 동작 주파수 범위들로서 결정될 수 있는데, 이때 중간 범위(이 예에서 32 ㎑ 내지 46 ㎑)가 비-동작 주파수 범위로서 결정된다.

구간 회로(309)는, 비-동작 주파수 범위를 회피/배제하면서 동작 주파수 범위들 내에서 구동 신호의 주파수를 변화시킴으로써 전력 전송 신호의 전력을 제어하도록 배열되는 전력 송신기 제어기(205)에 결정된 동작 주파수 범위들의 정보를 제공하도록 배열된다. 예를 들어, 주파수는 초기에 64 ㎑로 설정될 수 있다. 전력 수신기는 전력 송신기 제어기(205)가 주파수를 감소시켜 더 높은 전력 레벨을 초래할 수 있는 것에 응답하여 더 높은 전력 레벨을 요청하도록 진행할 수 있다. 전력 수신기가 계속 더 높은 전력을 요청하는 경우, 구동 신호 주파수는 증가된 전력 레벨들에 대한 요청들이 여전히 수신되고 상태에서 46 ㎑에서 피크에 도달할 수 있다. 전력 송신기 제어기(205)는 응답하여, 비-동작 주파수 범위로 이동하기보다는 오히려 주파수를 감소시키도록 진행할 수 있고; 전력 송신기 제어기(205)는 원하는 전력 레벨에 도달할 때까지, 증가된 전력에 대한 계속된 요청들이 점진적인 주파수 감소들로 이어지는 상태로 주파수를 32 ㎑로 감소시키도록 진행할 것이다. 이러한 방식으로, 전력 레벨은 비-동작 주파수 범위를 스킵하면서 주파수의 계속된 감소에 의해 본래의 500W로부터 예컨대 2.0 kW까지 증가될 수 있다. 유사하게, 주파수를 연속적으로 증가시키고 비-동작 주파수 범위를 스킵함으로써 전력이 감소될 수 있다.

이 접근법에서, 전력 레벨 제어는 주파수가 주파수 범위들 내에서 점진적으로 변경되지만 비-동작 주파수 범위를 점핑/스킵하도록 비-공통 범위에 걸쳐 구동 신호 주파수를 변화시킴으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 하나의 동작 주파수 범위의 종료로부터 다음의 동작 주파수 범위의 시작까지의 갑작스런 변화가 수행될 수 있는 비-동작 주파수 범위와 교차할 때를 제외하고는 미리 결정된 주파수 변화율이 사용될 수 있다.

이 접근법은 많은 상황들에서 특히 예시된 것들과 같은 복잡한 전력 전송/부하 함수들을 갖는 시나리오들에 대해 개선된 동작 및 성능을 제공할 수 있다.

설명된 예의 특정 이점은 예를 들어, 그것이 출력 회로(103, 303)의 임피던스 및 이에 따라 구동기(201)에 의해 구동되는 부하가 모든 주파수들에 대해 유도성(또는 가능하게는 저항성, 즉 비용량성) 부하이게 할 수 있다는 것이다. 이는 많은 실시예들에서 상당한 이점일 수 있는데, 그 이유는 그것이 구동기(201)의 출력 회로가 제로 전압 스위칭(ZVS)으로서 알려진 기법을 사용하여 동작할 수 있다는 것을 용이하게 하거나 가능하게 할 수 있기 때문이다. ZVS의 경우, 개별 트랜지스터에 걸친 전압이 0일 때 출력 트랜지스터들의 스위칭이 수행된다. 이는 시스템에서의 손실을 실질적으로 감소시키고 효율을 증가시킬 수 있다. 그러나, ZVS는 일차 전류와 전압 사이의 위상각이 음이어야 할 것을 요구하는데, 즉 임피던스가 유도성 리액턴스를 갖는 것을 요구한다. 설명된 접근법, 및 실제로 도 9의 동작 주파수 범위 선택들의 예는 구체적으로, 복잡한 부하 및 전력 전송 함수들에 대해서도, 구동기(201)에 의해 구동되는 임피던스가 항상 유도성이고 이에 의해 효율적인 ZVS 동작을 허용한다는 것을 보장할 수 있다.

효율적인 ZVS 동작을 달성하도록 유도성 모드에서 동작하기 위해, 예시적인 구현예로서, 인버터 전압과 인버터 출력 전류 사이의 위상을 측정하는 표준 위상 검출기가 적용될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 구간 회로(309)는 출력 회로(103, 303)의 전력 전송 부하가 2개의 동작 주파수 범위의 전이 주파수들에 대해 서로 매칭되도록 동작 주파수 범위들을 결정하도록 배열될 수 있다. 구체적으로, 주파수 범위들은 (가능하게는 손실들을 포함하는) 전력 전송에 의해 야기되는 구동 신호의 로딩이 더 낮은 동작 주파수 범위의 상위 주파수 및 더 높은 동작 주파수 범위의 하위 주파수에 대해 대략 동일하도록 선택될 수 있다.

2개의 주파수에서의 전송 전력 부하들이 매칭 또는 유사성 기준을 충족시킬 때 전송 전력 부하의 매칭이 발생하는 것으로 간주될 수 있다. 정확한 기준은 개별 실시예의 특정 요건들 및 선호도들에 의존할 것이다. 많은 실시예들에서, 2개의 주파수에 대한 전력 전송 부하들이 10%, 5%, 2%, 또는 심지어 1% 이하만큼 상이하다면 매칭이 존재하는 것으로 구간 회로(309)에 의해 간주될 수 있다.

부하가 저항성 요소인 경우, 매칭 기준은 특히 중요하지 않다. 과소 또는 과대 전력은 전력 제어에 의해 원래의 전력으로 다시 제어될 것이다.

전력 전송 부하에 대한 매칭 기준은 구체적으로 부하가 유도성인 요건과 같은 다른 요건들과 조합될 수 있다. 예를 들어, 구간 회로(309)는 먼저, 구동 신호 상의 출력 회로 부하가 유도성인 주파수 범위들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 의해 나타낸 범위들이 식별될 수 있다. 이어서, 구간 회로(309)는 전력 전송 부하들이 동일한, 예컨대 구체적으로 전력 전송이 동일한 이러한 주파수 범위들 내에서 주파수들을 결정하도록 진행할 수 있다.

이는 예를 들어, 전력 전송 부하가 더 높은 주파수 범위의 최저 주파수에 대한 전력 전송 부하와 동일한 더 낮은 주파수 범위에서 주파수를 결정함으로써 달성될 수 있다. 이어서, 더 낮은 주파수 범위는 유도성이 되는 부하로부터, 전형적으로 제1 피크 주파수로부터, 전력 전송 부하가 더 높은 주파수 범위의 최저 주파수에 대해 동일한 주파수까지의 범위를 포함하도록 설정될 수 있다. 이러한 예에서, 더 낮은 주파수 범위는 이에 따라 상위 주파수 범위와 매칭되도록 감소될 수 있다. 도 10의 예에 대한 결과적인 주파수 범위들의 일례.

다른 예로서, 구간 회로(309)는 전력 전송 부하가 더 낮은 주파수 범위의 최고 주파수에 대한 전력 전송 부하와 동일한 상위 주파수 범위에서의 주파수를 결정하도록 배열될 수 있다. 이어서, 더 높은 주파수 범위는 이러한 주파수로부터의 범위를 포함하도록 설정될 수 있다. 이러한 예에서, 상위 주파수 범위는 이에 따라 더 낮은 주파수 범위와 매칭되도록 감소될 수 있다. 도 11의 예에 대한 결과적인 주파수 범위들의 일례.

몇몇 실시예들에서, 구간 회로(309)는, 부하 함수의 구배에 응답하여, 동작 주파수 범위들 및 이에 따라 비-동작 주파수 범위를 결정하도록 배열될 수 있다.

예를 들어, 출력 회로(103, 303)의 임피던스의 위상의 구배가 결정될 수 있고, 임피던스가 유도성인 것으로부터 용량성으로(또는 그 반대로) 변화하는 주파수들은 구배의 크기가 최대인 주파수들로서, 즉 출력 회로(103, 303)의 임피던스의 위상 오프셋의 구배의 극치들로서 결정될 수 있다. 이러한 접근법은 위상의 제로 교차들이 전형적으로 최대 위상 변화들과, 즉 구배가 최대인 주파수들과 정렬된다는 고려에 기초할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 위상 대 주파수의 변화율(dfase/df 변화율)가 모니터링될 수 있고, 다른 주파수 슬롯/시간 구간으로의 주파수 점프는, 예컨대 예를 들어 주어진 임계치가 초과될 때, 이 변화율에 기초하여 결정될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 구간 회로(309)는 더 낮은 동작 주파수 범위의 상위 주파수에 대한 부하 함수의 구배 및 더 높은 동작 주파수 범위의 하위 주파수에 대한 부하 함수의 구배에 응답하여 동작 주파수 범위들을 결정하도록 배열될 수 있다. 구간 회로(309)는 동작 주파수 범위들에 대한 그리고 이에 따라 동작 주파수 범위들 사이의 점프 또는 전이가 발생하는 주파수들에 대한 전이/종료 주파수들에서의 구배들에 기초하여 동작 주파수 범위들을 결정하도록 배열될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 구간 회로(309)는 예를 들어, 전이 주파수들에서의 구배들이 가능한 한 밀접하게 매칭되도록, 그리고 예를 들어 그들이 매칭 조건을 충족하도록, 예컨대 예를 들어 그들이 10%, 5%, 3%, 2%, 또는 1% 이하만큼 상이하도록 동작 주파수 범위들을 결정하도록 배열될 수 있다. 그러한 접근법은 예를 들어 많은 실시예들에서 개선된 전력 제어 및 조절을 제공할 수 있다. 예를 들어, 그것은 더 원활한 전력 조절을 제공할 수 있으며, 이때 전력 증가율은 구동 주파수 갭에 걸쳐 일관하고 이에 의해 이들 사이의 점프를 덜 눈에 띄게 한다.

많은 실시예들에서, 동작 주파수 범위의 결정은 부하 함수의 구배가 1인 다수의 파라미터를 고려할 수 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 구간 회로(309)는 출력 회로(103, 303)의 부하가 유도성이고 전력 전송 부하가 동일한 주파수들을 결정할 수 있다. 그러나, 도 9 내지 도 11로부터 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 요건들은 이득이 제2 피크의 최대치 미만이고 피크들 사이의 최소 이득 초과인, 더 낮은 동작 주파수 범위 및 더 높은 동작 주파수 범위의 각각에 대한 범위를 포함하는 주파수 범위에 대해 충족될 수 있다. 이어서, 구간 회로(309)는 전이 주파수들을, 전력 전송 부하들이 동일하고 이러한 구간 내에 있는, 그리고 구배들이 동일하거나 그들 사이의 차이가 가능한 한 작은, 주파수들로서 선택하도록 진행할 수 있다. 결과적인 주파수 범위들의 일례가 도 12에 예시되어 있다. 그러한 접근법은 많은 실시예들에서 특히 효율적이고 원활한 전력 제어를 제공할 수 있다.

이 접근법은 예를 들어, 구동 주파수가 전력 제어의 일부로서 더 낮은 주파수 범위로부터 더 높은 주파수 범위로(또는 그 반대로) 스위핑될 수 있으므로, 전력 레벨이 원활하고 연속적인 방식으로 최대 레벨과 최소 레벨 사이에서 변할 수 있다는 것을 허용할 수 있다.

구간 회로(309)는, 구체적으로 부하 함수가 전력 전송 또는 부하 전력 함수이거나 이를 포함할 때, 부하 함수가 동작 주파수 범위들의 주파수들에 대해 단조적이도록 동작 주파수 범위들을 결정하도록 배열될 수 있다. 구체적으로, 동작 주파수 범위에 속하는 모든 주파수들에 대해, 전송되는 부하 전력 및/또는 전력은 주파수들을 증가시키기 위해 감소할 수 있다(또는 가능하게는 일부 주파수들에 대해 일정할 수 있다). 이러한 단조 특성은 동작 주파수 범위들에 걸쳐 연장된다. 대조적으로, 비-동작 주파수 범위에 속하는 주파수들에 대해, 함수는 비-단조적일 수 있고, 예를 들어 도 9 내지 도 12의 예들에서와 같이, 전력 레벨은 비-동작 주파수 범위의 일부 주파수들에 대해 증가할 수 있다. 많은 실시예들에서, 구간 회로(309)는, 부하 함수가 동작 주파수 범위들 중 어느 하나의 범위의 주파수들을 증가시키기 위해 단조 감소 부하 전력 레벨을 나타낸다는 제약을 가지고서, 동작 주파수 범위들을 결정할 수 있다.

도 1 및 도 3의 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 13에 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 수행된다. 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 간격들 동안, (실질적인) 전력 전송 신호가 생성되지 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 밖에서의 통신에 기초할 수 있다. 예를 들어, 각각의 이물체 시간 구간은 복수의 교번하는 전력 전송 시간 구간 및 통신 시간 구간에 의해 분리될 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.

많은 실시예들에서, 구동 신호 및 전력 전송 신호는 이에 따라 (전력이 전송되고 전력 제어 루프가 전형적으로 동작되는) 전력 전송 시간 구간들 및 (전력이 전력 전송 시간 구간들에 비해 감소되는) 감소된 전력 시간 구간들을 포함하는 반복 시간 프레임을 이용하도록 구동된다. 이러한 감소된 전력 시간 구간들은 전형적으로 (전력 전송으로부터의 간섭이 없거나 감소된 상태로) 적어도 일부 통신이 수행되는 통신 시간 구간들로서 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 감소된 전력 시간 구간들은 이물체 검출을 위해 사용될 수 있고, 실제로 많은 실시예들에서, 감소된 전력 시간 구간들이 동시 통신 및 이물체 검출을 수행하는 데 사용된다.

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 4 또는 도 5에 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.

그러한 실시예들에서, 감소된 전력/이물체 검출들/통신 시간 구간들은 (절대) 공급 신호/전압에서 최소치들에 동기화될 수 있다. 동기화기(209)는 가변 전력 공급 신호의 최소치들의 시간이 감소된 전력 시간 구간들 내에 속하도록 그리고 전형적으로 이들 주위에 중심을 두도록 통신 시간 구간을 동기화하도록 배열될 수 있다.

많은 실시예들에서, 감소된 전력 시간 구간들의 타이밍은, 감소된 전력 시간 구간들이 가변 전력 공급 신호의 최소치들의 시간 주위에 그리고 이에 따라 전형적으로 또한 전력 전송 신호의 최소치들 주위에 중심을 두도록 하는 것이다. 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.

예를 들어, 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. 생성된 구동 신호/전력 전송 신호의 예가 전력 전송 시간 구간들(PT) 및 통신/이물체 검출 시간 구간들(C) 동안 구동 신호/전력 전송 신호를 도시하는 도 14에 예시되어 있다.

그러한 반복 시간 프레임들을 사용하는 몇몇 실시예들에서, 전력 송신기 제어기(205)는 단지 전력 전송 구간들 사이에서 구동 신호의 주파수를 변경하도록 배열될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 구동 주파수 및 이에 따라 전력 레벨은 전력 수신기로부터 수신된 제어 에러 메시지들에 기초하여 변경될 수 있지만, 전력 전송 구간들 사이에서만 변경될 수 있고 각각의 시간 구간 내에서 일정하게 유지될 수 있다. 하나의 주파수 범위로부터 다른 주파수 범위로의 변경은 그러한 경우들에서 감소된 전력 시간 구간 동안 발생할 수 있고, 이 접근법은 그렇지 않으면 큰 주파수 단차에 대해 발생할 수 있는 과도적 영향들을 감소시킬 수 있다. 도 15는 그러한 실시예에서 주파수가 전력을 감소시키기 위해 어떻게 변경될 수 있는지의 예를 예시한다(이 예에서, 더 낮은 주파수 범위의 상위 주파수는 28 ㎑이고, 더 높은 주파수 범위의 하위 주파수는 56 ㎑이다).

이 접근법은 감소된 전력 레벨들에서 주파수 변경들이 발생할 때 임의의 상당한 전력 불연속들 또는 과도적 영향들 없이 점진적인 변경을 달성할 수 있다. 이 예에서, 감소된 전력 시간 구간 동안, 전력 신호에 대한 새로운 주파수가 결정될 수 있는데, 이때 그 주파수는 이어서 완전한 전력 전송 시간 구격에 걸쳐 안정하게 유지된다. 뒤따르는 감소된 전력 시간 구간 동안, 새로운 주파수가 결정되고 적용된다. 이는, 전력 전송 슬롯 동안, 증가된 전자기 간섭과 같은 상당한 과도적 영향들을 잠재적으로 야기할 점프를 주파수가 갑자기 만들지 않는 것을 보장할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 송신기 제어기(205)는 전력 전송 시간 구간들 내에서 그러나 주파수 범위들 사이가 아닌 주파수 범위 내에서만 주파수를 변경하도록 배열될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 전력 송신기 제어기(205)는 단지, 전력 전송 시간 구간 동안, 상이한 동작 주파수 범위들 사이가 아닌 더 낮은 동작 주파수 범위 내에서 또는 더 높은 동작 주파수 범위 내에서 구동 신호의 주파수를 변경하도록 배열될 수 있다. 따라서, 그러한 실시예들에서, 전력 제어 루프는 개별 전력 전송 시간 구간들 동안 구동 신호 주파수 및 이에 따라 전력 레벨을 동적으로 업데이트할 수 있다. 그러나, 전력 제어 루프가 주파수를 더 낮은 주파수 범위의 상위 주파수 초과로 증가하도록 또는 더 낮은 주파수 범위 미만으로 감소하도록 변경시키고자 하는 경우, 다음의 감소된 전력 시간 구간까지 그러한 변경이 이루어지지 않는다. 따라서, 전력 전송 시간 구간들 동안 개별 동작 주파수 범위 내의 더 작은 주파수 변동들이 허용되지만 동작 주파수 범위들 사이의 큰 주파수 단차들은 방지되며, 전력 레벨이 낮은(또는 실질적으로 0인) 감소된 전력 시간 구간들로 제한된다.

몇몇 실시예들에서, 전력 전송 시간 구간들과 감소된 전력 시간 구간들 사이의 전이는 전력 전송 시간 구간의 시작 동안의 전력 상승 구간 동안에 그리고/또는 전력 전송 시간 구간의 종료 동안의 전력 강하 구간 동안에 전력 레벨이 점진적으로 감소됨으로써 더 점진적으로 이루어질 수 있다. 이는 전력 과도 현상 및 전자기 인터페이스를 감소시키고 더 효율적인 동작을 제공할 수 있다.

예를 들어, 완전한 감소된 전력 시간 구간에 걸쳐 일정한 주파수를 갖기보다는, 감소된 전력 슬롯들의 시작 및 종료는 전력 전송 시간 구간에 대한 전력 온 및 오프 스위칭을 원활하게 하기 위해 구동 신호의 변경을 포함할 수 있다. 이는 전자기 적합성을 위한 개선된 스펙트럼을 달성할 수 있다.

많은 실시예들에서, 전력 레벨은 전력 전송 시간 구간의 시작에서 전력 상승 구간 동안 구동 신호의 듀티 사이클을 감소시킴으로써 그리고/또는 전력 전송 시간 구간의 종료에서 전력 강하 구간 동안 듀티 사이클을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 따라서, 구동 신호의 듀티 사이클을 제어함으로써, 구동 신호의 구동 주파수에 기초하여 전력 제어 동작에 영향을 미치지 않으면서 전력 전송 시간 구간들의 시작 및 종료에서 더 원활한 전력 과도 현상이 달성될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 전력 송신기는 동작 주파수 범위들 사이에서의 스위칭에 있어서 히스테리시스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 더 낮은 동작 주파수 범위로부터 더 높은 동작 주파수 범위로 변경될 때, 점프 후의 새로운 주파수는 소정의 적합한 값만큼 동작 주파수 범위의 최저 주파수보다 더 높도록(예를 들어, 몇몇 실시예들에 대해 더 높은 동작 주파수 범위의 최저 주파수보다 3 ㎑ 더 높음) 설정될 수 있다. 유사하게, 더 높은 동작 주파수 범위로부터 더 낮은 동작 주파수 범위로 변경될 때, 점프 후의 새로운 주파수는 소정의 적합한 값만큼 동작 주파수 범위의 최고 주파수보다 더 낮도록(예를 들어, 더 낮은 동작 주파수 범위의 최고 주파수보다 3 ㎑ 더 낮음) 설정될 수 있다. 동등하게, 동작 주파수 범위는 구동 주파수가 현재 어느 동작 주파수 범위 내에 있는지에 따라 상이한 종료 주파수들을 갖는 것으로 간주될 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.

다음이 제공될 수 있다:

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

출력 회로(303, 103)로서, 출력 회로(303, 103)에 인가되는 구동 신호에 응답하여 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103)을 포함하는, 상기 출력 회로;

구동 신호를 생성하도록 배열된 구동기(301);

전력 송신기 및 전력 수신기 배열에 대한 부하 함수를 결정하도록 배열된 부하 함수 회로(307)로서, 부하 함수는 전력 송신기 및 전력 수신기 배열을 위한 구동 신호의 주파수에 대한, 출력 회로(303, 103)에 의한 구동 신호의 로딩의 종속성을 기술하는, 상기 부하 함수 회로;

구동 신호의 주파수를 조정함으로써 전력 전송 신호의 전력 레벨을 제어하기 위한 전력 제어기(305);

전력 전송 함수에 응답하여 비-동작 주파수 범위에 의해 분리된 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하기 위한 구간 회로(309)

를 포함하고,

전력 제어기(305)는 적어도 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위 내의, 그리고 동작 주파수 범위 내의 주파수들을 배제한, 주파수들에 걸쳐 구동 신호의 주파수를 변화시킴으로써 전력 전송 신호의 전력 레벨을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.

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

출력 회로(303, 103)로서, 출력 회로(303, 103)에 인가되는 구동 신호에 응답하여 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103)을 포함하는, 상기 출력 회로; 이 방법은,

구동 신호를 생성하는 단계;

전력 송신기 및 전력 수신기 배열에 대한 부하 함수를 결정하는 단계로서, 부하 함수는 전력 송신기 및 전력 수신기 배열을 위한 구동 신호의 주파수에 대한, 출력 회로(303, 103)에 의한 구동 신호의 로딩의 종속성을 기술하는, 상기 결정하는 단계;

구동 신호의 주파수를 조정함으로써 전력 전송 신호의 전력 레벨을 제어하는 단계;

전력 전송 함수에 응답하여 비-동작 주파수 범위에 의해 분리된 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하는 단계

를 포함하고,

전력 레벨을 제어하는 단계는 적어도 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위 내의, 그리고 동작 주파수 범위 내의 주파수들을 배제한, 주파수들에 걸쳐 구동 신호의 주파수를 변화시킴으로써 전력 전송 신호의 전력 레벨을 적응시키는 단계를 포함한다.

Claims (14)

1. 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하기 위한 전력 송신기(101)로서,
   출력 회로(303, 103)로서, 상기 출력 회로(303, 103)에 인가되는 구동 신호에 응답하여 상기 유도 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103)을 포함하는, 상기 출력 회로;
   상기 구동 신호를 생성하도록 배열된 구동기(301);
   상기 전력 송신기 및 전력 수신기 배열에 대한 부하 함수를 결정하도록 배열된 부하 함수 회로(307)로서, 상기 부하 함수는 상기 전력 송신기 및 전력 수신기 배열을 위한 상기 구동 신호의 주파수에 대한, 상기 출력 회로(303, 103)에 의해 상기 구동 신호에 제공된 부하의 종속성을 기술하는, 상기 부하 함수 회로;
   상기 구동 신호의 상기 주파수를 조정함으로써 상기 유도 전력 전송 신호의 전력 레벨을 제어하기 위한 전력 제어기(305);
   상기 부하 함수에 응답하여 비-동작 주파수 범위에 의해 분리된 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하기 위한 구간 회로(309)
   를 포함하고,
   상기 전력 제어기(305)는 적어도 상기 제1 동작 주파수 범위 및 상기 제2 동작 주파수 범위 내의, 그리고 상기 비-동작 주파수 범위 내의 주파수들을 배제한, 주파수들에 걸쳐 상기 구동 신호의 상기 주파수를 변화시킴으로써 상기 유도 전력 전송 신호의 상기 전력 레벨을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.
2. 제1항에 있어서, 상기 구간 회로(309)는 상기 구동 신호의 주파수의 함수로서의 상기 출력 회로(303, 103)의 임피던스의 무효 성분(reactive component)에 응답하여 상기 제1 동작 주파수 범위 및 상기 제2 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열되는, 전력 송신기.
3. 제2항에 있어서, 상기 구간 회로(309)는 상기 출력 회로(303, 103)의 상기 임피던스가 유도성 리액턴스를 갖는 주파수 범위들이도록 상기 제1 동작 주파수 범위 및 상기 제2 동작 주파수 범위를 결정하고, 상기 출력 회로(303, 103)가 비-유도성 임피던스를 갖는 주파수들을 포함하도록 상기 비-동작 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열되는, 전력 송신기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구간 회로(309)는 상기 제1 동작 주파수 범위의 상위 주파수에 대한 전송 전력 부하가 상기 제2 동작 주파수 범위의 하위 주파수에 대한 전송 전력 부하와 매칭되도록 상기 제1 동작 주파수 범위 및 상기 제2 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열되는, 전력 송신기.
5. 제4항에 있어서, 상기 구간 회로(309)는 상기 제1 동작 주파수 범위의 상기 상위 주파수에 대한 상기 부하 함수의 구배 및 상기 제2 동작 주파수 범위의 상기 하위 주파수에 대한 상기 부하 함수의 구배에 응답하여 상기 제1 동작 주파수 범위 및 상기 제2 동작 주파수 범위를 결정하도록 추가로 배열되는, 전력 송신기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구간 회로(309)는 상기 구동 신호의 주파수의 함수로서의 상기 부하 함수의 구배에 응답하여 상기 제1 동작 주파수 범위 및 상기 제2 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열되는, 전력 송신기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구간 회로(309)는 상기 부하 함수가 상기 제1 동작 주파수 범위 및 상기 제2 동작 주파수 범위의 주파수들에 대해 단조적이도록 상기 제1 동작 주파수 범위 및 상기 제2 동작 주파수 범위를 결정하도록 배열되는, 전력 송신기.
8. 제7항에 있어서, 상기 부하 함수는 상기 제1 동작 주파수 범위 및 상기 제2 동작 주파수 범위의 증가하는 주파수들에 대해 단조 감소하는, 전력 송신기.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구간 회로(309)는 상기 구동 신호의 상기 주파수를 변화시키면서 상기 구동 신호의 특성의 측정들에 응답하여 상기 부하 함수를 결정하도록 배열되는, 전력 송신기.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동기(201)는 상기 유도 전력 전송 신호가 상기 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 상기 유도 전력 전송 신호의 전력이 상기 전력 전송 구간에 비해 감소되는 적어도 하나의 감소된 전력 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 상기 유도 전력 전송 신호에 적용하기 위해 상기 구동 신호를 생성하도록 배열되며,
    상기 전력 제어기(305)는 단지 전력 전송 구간들 외부에서 상기 구동 신호의 상기 주파수를 변경하도록 배열되는, 전력 송신기.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동기(201)는 상기 유도 전력 전송 신호가 상기 전력 수신기(105)에 전력을 전송하도록 배열되는 적어도 하나의 전력 전송 구간 및 상기 유도 전력 전송 신호의 전력이 상기 전력 전송 구간에 비해 감소되는 적어도 하나의 감소된 전력 시간 구간을 포함하는 반복 시간 프레임을 상기 유도 전력 전송 신호에 적용하기 위해 상기 구동 신호를 생성하도록 배열되며,
    상기 전력 제어기(305)는 단지, 하나의 전력 전송 시간 구간 동안, 상기 제1 동작 주파수 범위 내에서 또는 상기 제2 동작 주파수 범위 내에서 상기 구동 신호의 상기 주파수를 변경하도록 배열되는, 전력 송신기.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 전력 제어기는 전력 전송 시간 구간의 시작에서의 전력 상승 구간 및 상기 전력 전송 시간 구간의 종료에서의 전력 강하 구간 중 적어도 하나 동안 상기 구동 신호의 듀티 사이클을 감소시킴으로써 상기 전력 레벨을 적응시키도록 배열되는, 전력 송신기.
13. 유도 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기(105)에 전력을 무선으로 제공하기 위한 전력 송신기(101)를 위한 동작의 방법으로서, 상기 전력 송신기(101)는,
    출력 회로(303, 103)로서, 상기 출력 회로(303, 103)에 인가되는 구동 신호에 응답하여 상기 유도 전력 전송 신호를 생성하도록 배열된 송신기 코일(103)을 포함하는, 상기 출력 회로를 포함하고, 상기 방법은,
    상기 구동 신호를 생성하는 단계;
    상기 전력 송신기 및 전력 수신기 배열에 대한 부하 함수를 결정하는 단계로서, 상기 부하 함수는 상기 전력 송신기 및 전력 수신기 배열을 위한 상기 구동 신호의 주파수에 대한, 상기 출력 회로(303, 103)에 의해 상기 구동 신호에 제공된 부하의 종속성을 기술하는, 상기 결정하는 단계;
    상기 구동 신호의 상기 주파수를 조정함으로써 상기 유도 전력 전송 신호의 전력 레벨을 제어하는 단계;
    상기 부하 함수에 응답하여 비-동작 주파수 범위에 의해 분리된 제1 동작 주파수 범위 및 제2 동작 주파수 범위를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전력 레벨을 제어하는 단계는 적어도 상기 제1 동작 주파수 범위 및 상기 제2 동작 주파수 범위 내의 그리고 상기 비-동작 주파수 범위 내의 주파수들을 배제한 주파수들에 걸쳐 상기 구동 신호의 상기 주파수를 변화시킴으로써 상기 유도 전력 전송 신호의 상기 전력 레벨을 적응시키는 단계를 포함하는, 방법.
14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 전력 송신기를 포함하고 상기 전력 수신기를 추가로 포함하는, 무선 전력 전송 시스템.