KR20240042130A - 전력 전송 장치 및 그를 위한 방법 - Google Patents

Abstract

무선 전력 전송 시스템을 위한 전력 송신기 및/또는 수신기는 전력 전송 신호를 통해 전력을 교환하도록 배열되는 전력 전송 코일(103, 107)을 포함한다. 상보적 전력 전송 장치로부터 제1 데이터를 수신하도록 수신기(207, 307)가 배열된다. 제1 데이터는 각각의 데이터 심볼이 데이터 심볼에 대한 데이터 심볼 값에 의존하는 일정한 변조 레벨을 각각 갖는 시간 구간들의 시퀀스로 표현되는 제1 변조 방식에 따라 전력 전송 신호 상으로 변조된다. 제2 변조 방식에 따라 전력 전송 신호를 변조함으로써 상보적 전력 전송 장치에 제2 데이터를 송신하도록 송신기(205, 305)가 배열된다. 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간은 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간의 약수이다. 제2 데이터의 송신을 전력 전송 신호에 동기화함으로써 제1 데이터와 정렬된 제2 데이터를 송신하기 위해 송신기(205, 305)를 동기화하도록 동기화기(209, 309)가 추가로 배열된다.

Description

전력 전송 장치 및 그를 위한 방법

본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 그를 위한 방법에 관한 것이며 특히, 그러나 비배타적으로, Qi 타입 전력 전송 시스템과 같은, 무선 전력 컨소시엄(Wireless Power Consortium) 무선 전력 전송 시스템을 위한 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다.

대부분의 오늘날의 전기 제품들은 외부 전력 공급 장치로부터 전력을 공급받기 위해 전용 전기 접촉을 요구한다. 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 인덕터로부터 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 컨소시엄(Wireless Power Consortium)에 의해 개발되고, 더 많은 정보는 예를 들어 그들의 웹사이트: http://www.lithalesspowerconsortium.com/index.html에서 발견될 수 있고, 여기서 정의된 사양 문서들이 특별히 발견될 수 있다.

추가적인 개발들은 다양한 새로운 응용들 및 특징들을 도입하려고 시도한다. 예를 들어, 무선 전력 컨소시엄은 히터, 주전자, 블렌더, 팬(pan) 등을 포함한 다양한 주방 응용들 및 기구들에 적용하도록 Qi의 원리를 확장하는 것에 기초한 표준을 개발하고 있다. 이 개발들은 특히 전력 전송을 위한 훨씬 더 높은 전력 레벨을 지원하고, 코드리스 주방 표준(Cordless Kitchen standard)으로서 알려져 있다.

Qi 표준은 전력 수신기로부터 전력 송신기로의 통신을 지원하며, 그에 의해 전력 송신기가 특정 전력 수신기에 적응할 수 있게 할 수 있는 정보를 전력 수신기가 제공하는 것을 가능하게 한다. 현재의 표준에서, 전력 수신기로부터 전력 송신기로의 단방향 통신 링크가 정의되었으며, 여기서 전력 수신기는 전력을 전송하는 전력 전송 신호의 부하 변조를 수행함으로써 통신한다. 특히, 전력 수신기에 의한 전력 전송 신호의 장하(loading)는 전력 신호의 변조를 제공하도록 변경된다. 전기적 특성들에 있어서의 결과적인 변화들(예를 들어, 전류 인출에 있어서의 변동들)이 전력 송신기에 의해 검출되고 디코딩(복조)될 수 있다.

이에 따라, 물리 계층에서, 전력 수신기로부터 전력 송신기로의 통신 채널은 전력 전송 신호를 데이터 캐리어로서 사용한다. 전력 수신기는 송신기 코일 전류 또는 전압의 진폭 및/또는 위상에 있어서의 변화에 의해 검출되는 부하를 변조한다. 데이터는 바이트들 및 패킷들로 포맷된다.

더 많은 정보가 Qi 무선 전력 사양(버전 1.0)의 파트 1의 챕터 6에서 발견될 수 있다.

처음에, Qi는 단방향 통신 링크만을 이용했지만, 전력 전송 동작들의 더 진보된 제어 및 유연성을 허용하기 위해 양방향 통신 링크들이 도입되었다. 전력 송신기로부터 전력 수신기로의 통신은 예를 들어, 예컨대 진폭, 주파수, 또는 위상 변조를 사용하여, 전력 전송 신호를 변조함으로써 달성될 수 있다.

무선 전력 전송 시스템들에서의 통신은 전력 전송 파라미터들의 협상, 무선 전력 전송의 제어, 전력 송신기 및/또는 전력 수신기 인증, 전력 송신기 펌웨어 업데이트, 또는 다른 보조 데이터 전송을 포함한 몇몇 목적들을 충족시킨다. 통신 성능은 전력 전송 시스템의 동작에 중요하다.

예를 들어, 제어 루프 안정성을 보장하기 위해 정확한 타이밍으로 전력 송신기에 피드백 제어 메시지들을 제공하는 것이 전력 수신기 안전에 중요하다. 이러한 통신 링크는 전력 수신기로부터 전력 송신기까지 단방향(simplex)이고, 통상적으로 전력 수신기 측에서 수행되는 전력 전송 신호의 부하 변조로서 구현된다.

다른 통신들은 (예를 들어, 인증 동안 인증서 전송을 위해) 무선 전력 송신기로부터 무선 전력 수신기까지의 통신 채널을 요구한다. 통상적으로, 이러한 채널은 전력 전송 신호의 주파수 변조로서 구현된다.

많은 시스템들에서, 전력 전송 신호는 이에 따라 양방향으로의 통신들에 사용되고, 따라서 전력 전송 신호는 2개의 통신 링크를 지원하는 데 사용된다.

효율적인 통신을 제공하기 위해, 전형적으로 그러한 경우들에서 전력 전송 시스템들은 통신 방향들/채널들이 다중화되고 시간적으로 분할되는 시분할을 이용한다. 구체적으로, 반복 시간 프레임은 전형적으로 2개(또는 그 이상)의 시간 구간으로 분할되는데, 이때 각각의 시간 구간에서 단 하나의 통신 채널만이 활성이다.

그러한 반이중(half-duplex) 통신은 많은 상황들에서 효율적이고/이거나 신뢰할 수 있는 통신을 제공할 수 있다. 그러나, 이 접근법은 또한 하기를 포함한 몇몇 단점들을 갖는다:

둘 모두의 채널의 대역폭이 감소된다.

응답 시간들 및 통신 지연들이 증가될 수 있다. 반이중 프로토콜에 의해 정의된 전용 시간 슬롯들에서 통신이 수행되어야 하므로, 임의의 원하는 순간에서 통신을 개시하는 것이 가능하지 않다.

증가된 오버헤드는 더 큰 패킷들의 세분화로부터 야기될 수 있다. 전력 전송 제어는 정확한 타이밍들을 가져야 하므로, 전송될 최대 페이로드(payload)는 2개의 연속적인 제어 메시지 사이의 시간에 의해 제약될 수 있다.

불충분한 에러 정정은, 예를 들어 더 큰 패킷들에 대해 발생될 수 있다. 수신 측은 예를 들어, 통신 핸드오버가 일어나기 전에 큰 패킷이 에러(들)를 포함하는지 여부를 나타낼 수 없을 수 있다.

따라서, 개선된 전력 전송 접근법이 유리할 것이며, 특히, 증가된 유연성, 감소된 비용, 감소된 복잡성, 개선된 통신 성능, 감소된 통신 지연, 증가된 데이터 레이트, 신뢰성 있는 통신, 더 신뢰성 있는 동작, 개선된 에러 검출, 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 일 태양에 따르면, 전력 송신기로부터 전력 수신기로의 무선 전력 전송을 위한 전력 전송 장치가 제공되는데, 전력 전송 장치는 전력 송신기 및 전력 수신기 중 하나이고, 전력 전송 장치는 전력 전송 신호를 통해 상보적 전력 전송 장치의 상보적 전력 전송 코일과 전력을 교환하도록 배열되는 전력 전송 코일로서, 상보적 전력 전송 장치는 전력 송신기 및 전력 수신기 중 다른 하나인, 상기 전력 전송 코일; 상보적 전력 전송 장치로부터 제1 데이터를 수신하도록 배열되는 수신기로서, 제1 데이터는 각각의 데이터 심볼이 데이터 심볼에 대한 데이터 심볼 값에 의존하는 일정한 변조 레벨을 각각 갖는 시간 구간들의 시퀀스로 표현되는 제1 변조 방식에 따라 변조되고, 시간 구간들의 시퀀스는 전력 전송 신호에 동기화되는, 상기 수신기; 제2 변조 방식에 따라 전력 전송 신호를 변조함으로써 상보적 전력 전송 장치에 제2 데이터를 송신하도록 배열되는 송신기로서, 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간(duration)은 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간의 약수(divisor)인, 상기 송신기; 및 제2 데이터의 송신을 전력 전송 신호에 동기화함으로써 제1 데이터와 정렬된 제2 데이터를 송신하기 위해 송신기를 동기화하도록 배열되는 동기화기를 포함한다.

본 발명은 많은 무선 전력 전송 시스템들에서 개선된 성능 및/또는 동작을 허용할 수 있다. 많은 응용들 및 시나리오들에서 개선된 통신 성능이 달성될 수 있다. 많은 응용들에서, 감소된 통신 지연, 증가된 데이터 레이트, 및/또는 더 유연한 통신이 하나 또는 둘 모두의 통신 방향에서 달성될 수 있다. 많은 시나리오들에서, 그러한 개선들은 통신의 허용가능한 신뢰성을 여전히 유지하면서 달성될 수 있고, 구체적으로, 허용가능한 에러 레이트를 유지하면서 그러한 동작을 허용할 수 있다.

이 접근법은 상이한 방향으로의 통신들 사이의 간섭의 영향을 감소시키면서 이들이 통신 캐리어로서 전력 전송 신호를 동시에 사용하는 것을 허용할 수 있다.

이 접근법은, 예컨대 예를 들어 전력 제어 동작, 인증, 협상 등에 대한 지연들을 감소시키는 더 빠른 메시징을 허용함으로써, 많은 실시예들 및 시나리오들에서 개선된 전체 전력 전송 동작을 허용할 수 있다.

동작, 구체적으로 제1 및 제2 데이터의 동시 통신은 전력 전송 단계 동안 수행될 수 있다. 전력 전송 단계는 특히 전력 송신기로부터 전력 수신기로 전력을 전송하기 위한 전력 전송 신호가 생성되는 단계일 수 있다. 전력 전송 단계는 전력 제어 에러 메시지들이 전력 수신기로부터 전력 송신기로 송신되는 단계일 수 있다. 전력 송신기 및 전력 수신기는 전력 전송 단계 동안 전력의 전송을 위한 전력 제어 루프를 구현할 수 있다. 전력 제어 루프는 전력 제어 에러 메시지들에 응답하여 전력 전송 신호의 레벨을 조정할 수 있다.

각각의 데이터 심볼은 제1 변조 방식에 따라 일정한 변조 레벨들의 패턴으로 표현될 수 있는데, 이때 패턴은 상이한 데이터 심볼들에 대해 상이하다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 데이터 심볼은 제2 변조 방식에 따라 일정한 변조 레벨들의 패턴으로 표현될 수 있는데, 이때 패턴은 상이한 데이터 심볼들에 대해 상이하다.

일정한 변조 레벨은 주파수 변조에 대한 일정한 주파수, 위상 변조에 대한 일정한 위상, 진폭 변조에 대한 일정한 진폭, 부하 변조에 대한 일정한 부하 등일 수 있다. 시간 구간들의 시퀀스는 2개 이상의 시간 구간을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 데이터 심볼에 대해 그리고 종종 모든 데이터 심볼들에 대해, 변조 레벨은 시간 구간들의 시퀀스의 시간 구간들 중 적어도 2개에 대해 상이할 수 있다. 일정한 변조 레벨을 갖는 시간 구간은, 데이터 심볼에 따라 변경/변조되는 전력 전송 신호의 파라미터가 일정하거나 시간 구간 동안 변경되지 않음을 의미할 수 있다.

변조 방식은 예를 들어 주파수 변조 방식, 위상 변조 방식, 진폭 변조 방식, 부하 변조 방식 등일 수 있다.

시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간의 약수인 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 지속기간은 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 지속기간의 정수 배수인 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간과 동등하다. 약수/배수는 1의 인수(factor)만큼일 수 있다. 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 지속기간은 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간과 동일할 수 있다.

송신기는 시간 구간들의 시퀀스의 시간 구간들의 지속기간이 심볼 지속기간의 정수 배수이도록 이 심볼 지속기간을 갖는 제2 변조 방식에 따라 전력 전송 신호를 변조함으로써 상보적 전력 전송 장치에 제2 데이터를 송신하도록 배열될 수 있다.

송신기는 제2 변조 방식에 따라 전력 전송 신호를 변조함으로써 상보적 전력 전송 장치에 제2 데이터를 송신하도록 배열될 수 있는데, 이때 시간 구간들의 지속기간은 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간의 정수 배수이다.

동기화기는 제2 데이터의 송신을 전력 전송 신호에 동기화함으로써 제1 데이터의 시간 구간들의 시퀀스와 정렬된 제2 데이터를 송신하기 위해 송신기를 동기화하도록 배열될 수 있다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 시간 구간들의 지속기간은 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간의 적어도 2배이다.

이는 많은 시나리오들 및 응용들에서 개선된 성능 및 동작을 제공할 수 있다. 그것은 많은 시나리오들에서 낮은 복잡성의 동작을 허용하고, 용이하고/하거나 개선된 통신을 허용할 수 있다. 많은 실시예들에서, 이 접근법은 많은 무선 전력 전송 시스템들에서 특히 유리할 수 있는 용이한 비대칭 통신을 허용할 수 있다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 시간 구간들의 지속기간은 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간의 적어도 8배이다.

이는 많은 시나리오들 및 응용들에서 개선된 성능 및 동작을 제공할 수 있다. 그것은 많은 시나리오들에서 낮은 복잡성의 동작을 허용하고, 용이하고/하거나 개선된 통신을 허용할 수 있다. 많은 실시예들에서, 이 접근법은 많은 무선 전력 전송 시스템들에서 특히 유리할 수 있는 용이한 비대칭 통신을 허용할 수 있다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 제1 변조 방식은 2상(biphase) 변조를 채용한다.

이는 많은 응용들에서 특히 유리한 동작을 허용할 수 있고/있거나 용이한 동작을 제공할 수 있다. 특히, 그것은 많은 응용들에서 반대 방향들로의 통신들 사이의 간섭을 감소시키는 접근법을 용이하게 할 수 있다. 시간 구간들의 시퀀스의 각각의 시간 구간은 2상 변조의 구간에 대응할 수 있다. 시간 구간들의 시퀀스 각각은 2개의 구간을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 제1 변조 방식은 맨체스터(Manchester) 코드를 채용할 수 있다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 제1 데이터의 송신에 대한 심볼 지속기간에 걸친 제2 데이터의 송신에 대한 평균 변조 레벨은 제2 데이터의 데이터 값들에 독립적이다.

이는 많은 응용들 및 시나리오들에서 개선된 통신 및 무선 전력 전송 동작을 제공할 수 있다. 특히, 그것은 양방향으로의 통신들 사이의 간섭을 감소시킴으로써 개선된 통신을 허용할 수 있다. 이 접근법은 많은 시나리오들에서 제2 데이터의 송신으로부터 제1 데이터의 수신으로의 간섭을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 송신기는 제2 데이터에 대한 데이터 크기를 제1 데이터에 대한 심볼 지속기간에 정렬시키기 위해 다수의 더미(dummy) 심볼들을 송신하도록 배열된다.

이것은 많은 실시예들 및 응용들에서 개선된 성능을 제공할 수 있다.

많은 실시예들에서, 송신기는 제2 데이터에 대한 데이터 패킷(크기)을 시간 구간들에 정렬시키기 위해 다수의 더미 심볼들을 송신하도록 배열된다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 송신기는 제1 데이터가 부정 확인응답(non-acknowledgement) 기준을 충족시키지 않는 한 제2 데이터를 계속 송신하도록 배열된다.

이는 많은 실시예들에서 개선된 통신을 제공할 수 있고, 많은 응용들에서 더 높은 처리량을 허용할 수 있는데, 여기서 데이터가 연속적으로 송신되고, 에러 또는 원하지 않는 상황이 발생하는 경우에만 동작이 취해진다.

부정 확인응답 기준은 예를 들어 예상 확인응답 메시지가 수신되지 않는다는 고려사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 송신기는 제1 데이터가 부정 확인응답 기준을 충족시키는 것에 응답하여 제2 데이터를 재송신하도록 배열된다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 전력 전송 장치는 전력 수신기이고, 제1 변조 방식은 주파수 변조를 사용하며, 제2 변조 방식은 부하 변조를 사용한다.

이는 많은 시나리오들에서 특히 유리한 동작 및/또는 성능 및/또는 구현을 허용할 수 있다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 전력 전송 장치는 전력 송신기이고, 제1 변조 방식은 부하 변조를 사용하며, 제2 변조 방식은 주파수 변조를 사용한다.

이는 많은 시나리오들에서 특히 유리한 동작 및/또는 성능 및/또는 구현을 허용할 수 있다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 동기화기는 전력 전송 신호의 진폭 변동에 응답하여 송신기를 동기화하도록 배열된다.

본 발명의 선택적 특징에 따르면, 동기화기는 전력 전송 신호의 사이클들에 응답하여 송신기를 동기화하도록 배열된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 전력 수신기 및 전력 수신기로의 무선 전력 전송을 수행하기 위한 전력 송신기를 포함하는 전력 전송 시스템이 제공되는데, 전력 송신기는 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기의 제2 전력 전송 코일에 전력을 전송하도록 배열되는 제1 전력 전송 코일; 전력 수신기로부터 제1 데이터를 수신하도록 배열되는 제1 수신기로서, 제1 데이터는 각각의 데이터 심볼이 데이터 심볼에 대한 데이터 심볼 값에 의존하는 일정한 변조 레벨을 각각 갖는 시간 구간들의 시퀀스로 표현되는 제1 변조 방식에 따라 변조되고, 시간 구간들의 시퀀스는 전력 전송 신호에 동기화되는, 상기 제1 수신기; 제2 변조 방식에 따라 전력 전송 신호를 변조함으로써 전력 수신기에 제2 데이터를 송신하도록 배열되는 제1 송신기로서, 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간은 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간의 약수인, 상기 제1 송신기; 및 제2 데이터의 송신을 전력 전송 신호에 동기화함으로써 제1 데이터와 정렬된 제2 데이터를 송신하기 위해 송신기를 동기화하도록 배열되는 제1 동기화기를 포함하고, 전력 수신기는 전력 전송 신호를 통해 전력 송신기의 제1 전력 전송 코일로부터 전력을 수신하도록 배열되는 제2 전력 전송 코일; 제2 변조 방식에 따라 제1 데이터를 전력 송신기로 송신하도록 배열되는 제2 송신기; 제2 변조 방식에 따라 제2 데이터를 전력 송신기로부터 수신하도록 배열되는 제2 수신기; 및 시간 구간들의 시퀀스의 시간 구간들이 전력 전송 신호와 정렬된 상태로 제1 데이터를 송신하도록 제2 송신기를 동기화하도록 배열되는 제2 동기화기를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 전력 송신기로부터 전력 수신기로의 무선 전력 전송을 위한 전력 전송 장치를 위한 동작 방법이 제공되는데, 전력 전송 장치는 전력 송신기 및 전력 수신기 중 하나이고, 전력 전송 장치는 전력 전송 신호를 통해 상보적 전력 전송 장치의 상보적 전력 전송 코일과 전력을 교환하도록 배열되는 전력 전송 코일로서, 상보적 전력 전송 장치는 전력 송신기 및 전력 수신기 중 다른 하나인, 상기 전력 전송 코일을 포함하며, 이 방법은 상보적 전력 전송 장치로부터 제1 데이터를 수신하는 단계로서, 제1 데이터는 각각의 데이터 심볼이 데이터 심볼에 대한 데이터 심볼 값에 의존하는 일정한 변조 레벨을 각각 갖는 시간 구간들의 시퀀스로 표현되는 제1 변조 방식에 따라 변조되고, 시간 구간들의 시퀀스는 전력 전송 신호에 동기화되는, 상기 제1 데이터를 수신하는 단계; 제2 변조 방식에 따라 전력 전송 신호를 변조함으로써 상보적 전력 전송 장치에 제2 데이터를 송신하는 단계로서, 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간은 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간의 약수인, 상기 제2 데이터를 송신하는 단계; 및 제2 데이터의 송신을 전력 전송 신호에 동기화함으로써 제1 데이터와 정렬되도록 제2 데이터의 송신을 동기화하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 전력 수신기 및 전력 수신기로의 무선 전력 전송을 수행하기 위한 전력 송신기를 포함하는 전력 전송 시스템을 위한 동작 방법이 제공되는데, 전력 송신기는 전력 전송 신호를 통해 전력 수신기의 제2 전력 전송 코일에 전력을 전송하도록 배열되는 제1 전력 전송 코일을 포함하고, 전력 수신기는 전력 전송 신호를 통해 전력 송신기의 제1 전력 전송 코일로부터 전력을 수신하도록 배열되는 제2 전력 전송 코일을 포함하며, 이 방법은, 전력 송신기가, 전력 수신기로부터 제1 데이터를 수신하는 단계로서, 제1 데이터는 각각의 데이터 심볼이 데이터 심볼에 대한 데이터 심볼 값에 의존하는 일정한 변조 레벨을 각각 갖는 시간 구간들의 시퀀스로 표현되는 제1 변조 방식에 따라 변조되고, 시간 구간들의 시퀀스는 전력 전송 신호에 동기화되는, 상기 제1 데이터를 수신하는 단계; 제2 변조 방식에 따라 전력 전송 신호를 변조함으로써 전력 수신기에 제2 데이터를 송신하는 단계로서, 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간은 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간의 약수인, 상기 제2 데이터를 송신하는 단계; 및 제2 데이터의 송신을 전력 전송 신호에 동기화함으로써 제1 데이터와 정렬되도록 제2 데이터의 송신을 동기화하는 단계를 수행하는 단계; 및

전력 수신기가, 제2 변조 방식에 따라 제1 데이터를 전력 송신기로 송신하는 단계; 제2 변조 방식에 따라 제2 데이터를 전력 송신기로부터 수신하는 단계; 및 제2 데이터의 송신을 전력 전송 신호에 동기화함으로써 시간 구간들의 시퀀스의 시간 구간들과 정렬되도록 제1 데이터의 송신을 동기화하는 단계를 수행하는 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 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 수신기의 요소들의 예를 예시한다.
도 4는 2상 코딩의 예를 예시한다.
도 5은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전송 방식들의 예를 예시한다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 송신기를 위한 인버터의 예를 예시한다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 송신기를 위한 인버터의 예를 예시한다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 송신기를 위한 신호들의 예를 예시한다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전송 방식들의 예를 예시한다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전송 방식들의 예를 예시한다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전송 방식들의 예를 예시한다.

다음의 설명은 Qi 또는 Ki 사양들로부터 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)로의 무선 유도 전력 전송을 제공한다. 특히, 전력 송신기(101)는 송신기 코일 또는 인덕터(103)에 의해 자속으로서 전파되는, 무선 유도 전력 전송 신호(전력 전송 신호 또는 유도 전력 전송 신호로도 지칭됨)를 생성한다. 전력 전송 신호는 전형적으로 약 20 ㎑ 내지 약 500 ㎑의, 그리고 종종 Qi 호환 가능 시스템에 대해 전형적으로 95 ㎑ 내지 205 ㎑의 범위의 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어 고전력 주방 응용들을 위해 개발된 Ki 사양들과 같은 고전력 응용들의 경우, 주파수는 예를 들어 전형적으로 20 ㎑ 내지 80 ㎑의 범위일 수 있다. 송신기 코일(103)과 수신기 코일(107)은 느슨하게 결합되고 이에 따라 수신기 코일(107)은 전력 송신기(101)로부터의 전력 전송 신호(의 적어도 일부)를 픽업한다. 이에 따라, 전력은 송신기 코일(103)로부터 수신기 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 수신기 코일(107) 간의 유도 신호/자기장(자속 신호)을 지칭하는 데 사용되지만, 동등하게 그것은 또한 송신기 코일(103)에 제공되는 또는 수신기 코일(107)에 의해 픽업되는 전기 신호에 대한 지칭으로서 간주되고 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.

예에서, 전력 수신기(105)는 특히 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 와전류(eddy current)를 유도하여 요소의 직접 가열을 야기한다.

시스템은 상당한 전력 레벨들을 전송하도록 배열되며, 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 전송들은 전형적으로 저전력 응용들을 위해 1 내지 5 W 전력 범위일 수 있고, 예를 들어 무선 전력 컨소시엄에 의해 개발되고 있는 Ki 사양들에 의해 지원되는 것들과 같은, 고전력 응용들을 위해 100 W 초과 및 최대 2000 W 초과일 수 있다.

이하에서, 전력 송신기(101) 및 전력 수신기(105)의 동작은 Qi 사양(본 명세서에 설명된(또는 결과적인) 수정들 및 향상들을 제외함)에 따른 실시예를 특히 참조하여 설명될 것이다.

도 1의 시스템은 전력 전송 동작을 지원하기 위해 양방향 통신을 이용한다. 양방향 통신은 전력 전송을 구성하고, 확립하고, 제어하는 데 사용되며, 다양한 제어 데이터의 교환을 포함할 수 있다. 특히, 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이의 통신 채널은 전력 시스템 안정성을 위해 절대 필요한, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기로의 피드백 루프를 확립하기 위해 중요한 것으로 간주된다.

전력 송신기와 전력 수신기 사이의 통신은 유리하게는 많은 시스템들에서 전력 전송 신호를 통신 캐리어로서 사용하여 달성될 수 있다. 전력 송신기 또는 전력 수신기의 통신 송신기는 송신되는 데이터에 응답하여 전력 전송 신호를 변조할 수 있고, 상보적 전력 수신기는 전력 전송 신호를 복조하여 데이터를 검색할 수 있다. 전력 전송 신호를 사용하는 통신은 또한 대역내(in-band) 통신으로서 알려져 있다.

구체적으로 Qi와 같은 많은 시스템들은 양방향으로의 통신을 위해 전력 전송 신호를 사용하고, 따라서 데이터는 동일한 통신 캐리어를 사용하여 반대 방향들로 통신된다. 따라서, 그러한 시스템들에서의 특정 상황은 디바이스들 사이에서 전력을 전송하는 단일 전력 전송 신호가 반대 방향들로의 다수의 통신 링크들에 대해 통신 캐리어로서 또한 사용된다는 것이다.

그러한 다중 통신들을 지원하기 위해, Qi와 같은 시스템들은 2개의 방향으로의 통신이 상이한 시간 구간들에서 수행되어 한 번에 하나의 방향으로만 통신이 수행되는 시분할 접근법을 채용한다. 구체적으로, 반복 시간 프레임이 전력 전송 신호를 위해 채용되는데, 이때 시간 프레임은 전력 송신기로부터 전력 수신기로의 통신(이후로, 순방향 통신의 순방향으로 또한 지칭됨)을 위한 그리고 전력 수신기로부터 전력 송신기로의 통신(이후로, 역방향 또는 역방향 통신으로 지칭됨)을 위한 별개의 시간 구간들을 포함한다.

그러한 접근법은 상이한 방향들로의 통신들 사이의 독립성을 달성할 수 있다. 이는 다중 통신들을 위한 캐리어로서 전력 전송 신호를 사용하는 무선 전력 전송 시스템들에서 달성하기 특히 어렵다. 특히, 상이한 변조 방식들 및 기술들을 사용하는 것은 전형적으로 통신들을 분리하기에 불충분하다.

구체적으로, Qi는 순방향 통신에 대해 주파수 변조를 그리고 역방향 통신에 대해 부하 변조를 사용한다. 부하 변조는 수신기가 부하 변조/변화에 의해 야기되는 전력 전송 신호의 진폭 변동을 검출한다는 점에서 진폭 변조의 예로서 보여질 수 있다. 그러나, 전력 전송 신호의 진폭은 전형적으로 또한 전력 전송 신호의 주파수에 의존하고, 실제로 많은 시스템들에서, 전력 전송 신호의 전력 레벨을 조정하기 위해 주파수 변동들이 사용된다. 따라서, 주파수 변조는 진폭 변동들을 직접 야기할 것이다. 또한, 주파수 변조 변동들은 전형적으로, 캐리어의, 즉 전력 전송 신호의 (특히 빠른) 진폭 변동들에 대해 어느 정도의 감도를 또한 가질 수 있는 주파수 복조기에 의해 검출된다. 따라서, 무선 전력 전송 시스템들에 대해 교차 간섭은 특히 해결하기 어려운 경향이 있어, 대부분의 그러한 시스템들이 통신들을 서로 격리하기 위해 시분할 접근법을 사용하게 한다.

그러나, 그러한 접근법은 또한 단점들을 갖는다. 이는 이용가능한 통신 용량을 실질적으로 감소시키고, 구체적으로 유효 데이터 레이트는 단 하나의 통신만이 수행된다면 양방향으로 이용가능한 최대치에 비해 실질적으로 감소되는 경향이 있다. 게다가, 통신 채널에 할당된 시간 구간까지 통신이 수행될 수 없으므로 상당한 통신 지연이 초래될 수 있다. 또한, 통신 신뢰성 및 성능이 감소될 수 있다. 예를 들어, 더 짧은 데이터 심볼들(및 따라서 더 낮은 심볼 에너지들)이 필요할 수 있거나 더 적은 에러 정정이 필요할 수 있다. 이는 더 낮은 데이터 레이트로 직접 이어질 수 있다.

감소된 통신 성능은 무선 전력 전송 시스템의 전체 성능에 영향을 미칠 수 있다. 그것은 감소된 통신 용량(예를 들어, 몇몇 기능들에 필요한 통신을 수행하기에 충분한 시간이 없을 수 있음)으로 인해 가능한 기능들을 감소시키고/시키거나 몇몇 구현된 기능들의 성능을 감소시킬 수 있다(예컨대, 전력 제어 루프의 응답 시간 또는 정확도를 감소시킴).

실제로, 전력 전송의 효율적인 제어를 제공하기 위해, 전력 송신기와 전력 수신기 사이의 높은 통신 데이터 레이트를 갖는 것이 바람직하다.

하기에서, 많은 시나리오들에서 그리고 많은 응용들에 대해 개선된 성능을 허용할 수 있는 접근법이 설명된다. 이 접근법은 구체적으로 2개의 방향으로의 동시 통신을 허용하거나 용이하게 하거나 개선할 수 있다. 이 접근법은 전형적으로, 하나의 방향으로의 통신의 검출/복조가 다른 방향으로의 통신에 의해 덜 영향을 받을 수 있도록 통신들 사이에 감소된 간섭을 허용할 수 있다. 몇몇 경우들에서, 다른 방향으로의 통신의 검출/복조는 또한 덜 민감할 수 있고, 따라서 많은 실시예들에서 양방향으로의 전체 교차 간섭이 감소됨으로써, 2개의 반대 방향으로의 동시 통신을 허용하거나 개선할 수 있다.

이 접근법에서, (순방향 변조 방식 또는 역방향 변조 방식일 수 있는) 제1 변조 방식은, 각각의 데이터 심볼 값이 시간 구간들의 시퀀스로 표현되고 각각의 시간 구간이 데이터 심볼 값에 의존하는 일정한 변조 레벨을 갖는 변조 방식이다. 제1 변조 방식에서, 각각의 데이터 심볼은 순차적 변조 레벨들의 패턴으로 표현될 수 있는데, 이때 패턴은 상이한 데이터 심볼들에 대해 상이하다. 각각의 시간 구간에 대한 변조 레벨들은 변조 레벨들의 세트로부터 선택될 수 있다. 몇몇 응용들에서, 모든 가능한 데이터 심볼들에 대한 패턴들은 상이한 변조 레벨들을 포함할 수 있다. 다른 응용들에서, 하나 이상의 데이터 심볼은 상이한 변조 레벨들을 포함할 수 있는 반면, 잠재적으로 하나 이상의 데이터 심볼은 모든 시간 구간들에 대해 동일한 일정한 변조 레벨을 가질 수 있다. 몇몇 응용들에서, 적어도 하나의 데이터 심볼에 대한 모든 시간 구간들은 상이한 변조 레벨들을 가질 수 있다. 몇몇 응용들에서, 모든 데이터 심볼들의 각각의 데이터 심볼에 대한 시간 구간들은 상이한 변조 레벨들을 가질 수 있다.

변조 레벨은 데이터 심볼에 따라 변조/변경되는 파라미터의 값일 수 있다. 예를 들어, FM의 경우에 변조 레벨은 주파수 변조일 수 있고, LM의 경우에 그것은 전력 전송 신호의 부하일 수 있으며, PM(위상 변조)의 경우에 그것은 전력 전송 신호의 위상일 수 있고, AM(진폭 변조)의 경우에 그것은 전력 전송 신호의 진폭일 수 있다.

따라서, 데이터 심볼은 시간 구간들의 시퀀스로 표현될 수 있다. 각각의 시간 구간에 대해, 변조 레벨은 일정한 값으로 설정되는데, 이때 값은 데이터 심볼에 의존한다. 많은 응용들에서, 각각의 시간 구간에 대한 변조 레벨은 가능한 데이터 심볼들 중 적어도 2개에 대해 상이할 수 있다.

이 접근법은 전력 송신기(101)의 요소들을 예시하는 도 2, 및 도 1의 전력 수신기(105)의 요소들을 더 상세히 예시하는 도 3을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.

도 2는 도 1의 전력 송신기(101)의 요소들의 예를 더 상세히 예시한다. 송신기 코일(103)은 송신기 코일(103)을 위한 구동 신호를 생성하는 구동기(201)에 결합된다. 구동기(201)는 송신기 인덕터(103)에 공급되는 전류 및 전압 신호를 생성한다. 구동기(201)는 전형적으로 DC 전압으로부터 교번하는 신호를 생성하는 인버터의 형태의 구동 회로이다. 구동기(201)의 출력은 전형적으로 스위치 브리지인데, 스위치 브리지는 스위치 브리지의 스위치들의 적절한 스위칭에 의해 구동 신호를 생성한다.

구동기(201)는 전력 송신기(101)의 동작을 제어하도록 배열된 전력 송신기 컨트롤러(203)에 결합된다. 전력 송신기 컨트롤러(203)는 시스템의 전력 전송 프로토콜들과 연관된 요구되는 그리고 원하는 기능들을 수행하도록 전력 송신기(101)의 동작을 제어하도록 배열될 수 있고, 특히 본 예에서 Qi 주방 사양에 따라 동작하도록 전력 송신기(101)를 제어하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 전력 송신기 컨트롤러(203)는 전력 수신기를 검출하기 위한, 전력 전송을 개시하기 위한, 전력 전송을 지원하기 위한, 전력 전송을 종료하기 위한, 등등의 기능을 포함할 수 있다.

이 예에서, 전력 송신기(101)는 전력 전송 신호를 통신 캐리어로서 사용하여 전력 수신기(105)에 데이터를 송신하도록 배열된 제1 송신기(205)를 더 포함한다. 제1 송신기(205)는 변조 방식을 사용하여 전력 전송 신호 상으로 데이터를 변조하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 송신기(205)는 송신될 데이터에 응답하여 구동 신호의 주파수, 진폭, 및/또는 위상을 변경하도록 구동기를 제어할 수 있다. 이에 따라 전력 송신기 컨트롤러(203)는 예컨대 주파수, 진폭 및/또는 위상 변조를 사용하여 데이터를 전력 수신기(105)에 송신할 수 있다. 제1 송신기(205)는 구체적으로 Qi 사양들에 따라 전력 전송 신호를 주파수 변조함으로써 전력 수신기에 메시지들을 통신하도록 배열될 수 있다. 제1 송신기(205)는 순방향 대역내 통신 링크를 사용하여 전력 수신기(105)에 데이터를 송신하도록 배열된다.

전력 송신기(101)는 전력 수신기(105)로부터 데이터를 수신하도록 배열된 제1 수신기(207)를 더 포함한다. 전력 송신기(207)는 전형적으로, 예를 들어 Qi 전력 전송 사양으로부터, 기술자에게 알려질 바와 같이 전력 수신기(105)가 전력 전송 신호를 부하 변조함으로써 전력 수신기(105)로부터 메시지들을 수신하도록 배열될 수 있다.

도 3의 예시적인 예시에서 예시된 바와 같이, 전력 수신기(105)의 수신기 코일(107)은 수신기 코일(107)을 부하(303)에 결합시키는 전력 수신기 컨트롤러(301)에 결합된다. 전력 수신기 컨트롤러(301)는 수신기 코일(107)에 의해 추출된 전력을 부하(303)를 위한 적합한 공급물로 변환하는 전력 제어 경로를 포함한다. 게다가, 전력 수신기 컨트롤러(301)는 전력 전송을 수행하기 위해 필요한 다양한 전력 수신기 컨트롤러 기능, 및 특히 Qi 사양에 따라 전력 전송을 수행하기 위해 필요한 기능들을 포함할 수 있다.

전력 수신기(105)는 전력 전송 신호를 캐리어로서 사용하여 제1 송신기(205)와 통신하도록 배열된 제2 송신기(305)를 더 포함한다. 따라서, 제1 수신기(207)와 제2 송신기(305)는 대역내 통신 링크를 확립한다.

특정 예에서, 제2 송신기(305)는 부하 변조에 의해 전력 전송 신호를 변조하도록 배열되고, 제1 수신기(207)는 부하 변조를 디코딩하여 송신된 데이터를 복구하도록 배열된다. 부하 변조(및 복조)를 위한 기술들 및 접근법들이 당업자에게 알려져 있고 간결함을 위해 본 명세서에서 추가로 설명되지 않을 것임이 이해될 것이다.

전력 수신기(105)는 제1 송신기(205)로부터 송신된 데이터를 수신하도록 배열된 제2 수신기(307)를 더 포함하고, 따라서 제1 송신기(205)에 의해 송신된 데이터를 복조하기 위해 제1 송신기(205)에 의해 수행된 전력 전송 신호의 변조를 복조하도록 배열된다. 특정 예에서, 제2 수신기(307)는 제1 송신기(205)의 FM 변조를 복조하도록 배열된 FM 복조기를 포함한다.

따라서, 전력 수신기 및 전력 송신기는 각각 순방향 및 역방향으로의 2개의 대역내 통신 채널을 확립함으로써 양방향 통신을 허용한다. 순방향으로의 통신은 이후에 순방향 변조 방식으로 지칭되는 하나의 변조 방식에 따라 수행되고, 역방향으로의 통신은 이후에 역방향 변조 방식으로 지칭되는 다른 변조 방식에 따라 수행된다. 변조 방식들은 전형적으로 2개의 방향으로 상이하도록 선택되는데, 즉 순방향 및 역방향 변조 방식들은 전형적으로 상이하고 상이한 유형들의 변조를 사용한다. 많은 실시예들에서, 2개의 변조 방식은 상이한 변조 포맷들을 채용할 수 있고, 구체적으로 주파수 변조, 부하 변조, 위상 변조, 및 진폭 변조의 군으로부터의 상이한 선택들을 사용할 수 있다(그러나, 몇몇 응용들에서 다른 변조 포맷들이 또한 사용될 수 있다). 특정 예에서, 순방향 변조 방식은 주파수 변조(FM)를 채용하고, 역방향 변조 방식은 부하 변조(LM)를 채용한다.

2개의 통신 링크는 잠재적으로 교차 간섭을 야기할 수 있는데, 그 이유는 이들 둘 모두가 전력 전송 신호를 통신 캐리어로서 사용하기 때문이다. 그러나, 통신들 사이에서 시분할을 채용하기보다는, 설명된 시스템은 양방향으로의 동시 통신을 채용한다. 이러한 동시 통신은 하기에 기재되는 바와 같은 간섭 완화 접근법들에 의해 지원된다.

많은 실시예들에서, 변조 레벨들의 세트는 단지 2개의 변조 레벨만을 포함할 수 있는데, 즉 전력 전송 신호의 변조는 각각의 시간 구간에 대해 2개의 상이한 변조 레벨 중 하나로 설정될 수 있다. 그러한 예에서, 데이터 심볼들은 이에 따라 이진 변조 레벨들의 시퀀스 및 패턴으로 표현될 수 있다. 또한, 많은 실시예들에서, 데이터 심볼들은 이진 심볼들일 수 있고, 따라서 제1 변조 방식에 따른 변조는 변조 레벨들의 2개의 상이한 시퀀스/패턴 사이에서의 선택 중 하나일 수 있다.

특정 예로서, 제1 변조 방식은 2상 또는 맨체스터 코드를 채용할 수 있다. 그러한 경우에, 각각의 데이터 심볼은 2개의 시퀀스 중 하나로서 송신될 수 있는데, 이들의 각각은 2개의 시간 구간으로 분할된다. 구체적으로, 비트 값들 중 하나에 대해, 시퀀스는 동일한 일정한 변조 레벨을 갖는 2개의 시간 구간(반-비트(half-bit)로 또한 지칭됨)을 포함할 수 있고, 다른 비트 값에 대해, 시퀀스는 상이한 일정한 변조 레벨들을 갖는 2개의 시간 구간(반-비트)을 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에, 하나의 비트 값은 변조 파라미터 값의 변화가 없는 것으로 표현되고 다른 비트 값은 변조 파라미터 값의 변화로 표현된다. 그러한 예가 도 4에 예시되어 있다. 다른 예로서, 몇몇 실시예들에서, 변조 레벨들은 둘 모두의 시간 구간에서 상이하게 선택될 수 있다.

따라서, 제1 변조 방식은 데이터 심볼 지속기간이 시간 구간들로 분할되는 접근법을 사용하는데, 여기서 각각의 시간 구간에 대해 변조 레벨은 일정하고, 최소 또는 그 이상의 시간 구간들에 대해 변조 레벨은 상이한 데이터 심볼들에 대해 상이하다. 많은 응용들에서, 시간 구간들은 일정한 지속기간을 갖는데, 즉 모든 시간 구간들은 동일한 지속기간의 것일 수 있다.

제2 변조 방식은, 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간이 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의, 전형적으로 모든 시간 구간들의 약수인 변조 방식을 채용한다. 따라서, 시간 구간들 중 하나의, 전형적으로 전부의 지속기간은 제2 변조 방식의 데이터 심볼들의 지속기간의 배수이다. 약수/배수는 1을 포함하는 임의의 정수일 수 있는데, 즉 제2 변조 방식의 심볼 지속기간은 구체적으로 복수의 시간 구간의 지속기간과 동일할 수 있다.

따라서, 일정한 변조 레벨의 단일 시간 구간이 제1 변조 방식에 따라 송신되는 시기에, 하나 이상의 전체 심볼이 제2 변조 방식에 따라 송신될 수 있다.

이 접근법의 예가 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 제1 변조 방식에 따른 단일 데이터 심볼의 송신을 예시하는데, 여기서 이는 k개의 시간 구간(TI)의 시퀀스에 의해 송신되고, 여기서 변조 레벨은 각각의 시간 구간에 대해 일정하다(예를 들어, 일정한 주파수 또는 부하). 각각의 시간 구간에 대해, n개의 데이터 심볼은 제2 변조 방식을 사용하여 다른 방향으로 송신되는데, 여기서 n은 1 이상의 정수이다.

제2 변조 방식에 대한 심볼 레이트는 제1 변조 방식에 대한 심볼 레이트보다 더 높다. 시간 구간당 송신되는 제2 변조 방식의 데이터 심볼들의 개수가 1인 경우, 즉 제2 변조 방식의 심볼 지속기간이 시간 구간의 지속기간과 동일한 경우, 제2 변조 방식의 데이터 레이트는 제1 변조 방식에 따른 데이터 심볼들을 표현하는 시퀀스들 내에서의 시간 구간들의 개수에 대응하는 인수만큼 제1 변조 방식의 데이터 레이트보다 더 높을 것이다.

이 시스템에서, 2개의 방향으로의, 즉 2개의 변조 방식에 따른 통신들은 제2 변조 방식에 따라 송신된 데이터가 제1 변조 방식에 따른 데이터의 송신에 동기화되도록 또한 동기화되며, 구체적으로 데이터 심볼 지속기간들은 시퀀스의 시간 구간들과 정렬될 수 있다. 따라서, 구체적으로, 변조 방식들에 따른 송신들에 대한 심볼 시작 및/또는 종료 시간들은 제1 변조 방식에 따라 송신된 데이터의 시간 구간들의 시작 및/또는 종료 시간들과 정렬될 수 있다.

또한, 송신들은 전력 전송 신호와 정렬될 수 있다. 예를 들어, 데이터 심볼들 및/또는 시간 구간들의 시작/종료 시간들은 전력 전송 신호의 사이클들의 제로 교차들, 피크들, 전이들, 또는 특정 지점들/위상들과 정렬될 수 있다. 따라서, 양방향으로의 송신들은 전력 전송 신호와 정렬되고 이에 동기화될 수 있다. 또한, 2개의 방향으로의 송신들의 정렬 및 동기화, 및 구체적으로 제2 변조 방식의 데이터 심볼들과 제1 변조 방식의 시간 구간들 사이의 정렬은 둘 모두의 송신들을 전력 전송 신호와 동기화함으로써 달성될 수 있다. 그러한 접근법은 정확하지만 낮은 복잡성의 동기화를 제공할 수 있다.

통신은 특히 많은 실시예들에서 전력 수신기 및 전력 송신기 통신을 전력 신호와 그리고 이에 의해 서로와 동기화할 수 있다. 가변 데이터/보드(baud) 레이트를 갖는 전이중(full duplex)이 적용될 수 있고, 시스템은 하나의 통신 채널에서의 비트 통신(다중 비트 시퀀스들을 포함함)을 상보적 채널에서의 안정적이고 일정한 변조 레벨들과 정렬시킬 수 있다. 이 접근법은 효율적인 전이중 통신을 용이하게 하고 종종 가능하게 하거나 허용할 수 있다.

이 접근법에서, (제1 변조 방식에 따른) 더 느린 레이트의 송신들은 변조 상태가 (제2 변조 방식에 따른) 더 빠른 레이트의 송신들에 대한 하나 이상의 전체 데이터 심볼의 송신들 동안 일정하게 유지되도록 동기화될 수 있다. 많은 실시예들에서, 제1 변조 방식에 따라 동작하는 송신기는 제2 변조 방식에 따라 송신하는 송신기의 일정한 변조 레벨당 수 비트들 또는 바이트들을 송신할 수 있다.

동기화되고 정렬된 통신은 교차 간섭을 실질적으로 감소시킬 수 있고, 많은 실시예들에서 전력 전송 신호를 공통 통신 캐리어로서 사용하여 반대 방향들로의 동시 통신을 허용하고 개선할 수 있다. 특히, 제2 변조 방식에 따른 송신들은, 제1 변조 방식에 따른 송신들이 간섭을 전혀 제공하지 않거나 감소된 간섭을 제공하면서 달성될 수 있다. 많은 실시예들에서, 개선된 통신은, 특히 제2 변조 방식에 따른 송신들의 수신이 개선된 신뢰성을 갖고서 가능하게 되는 상태로 달성될 수 있다. 예를 들어, 주어진 심볼 에너지에 대한 감소된 에러 레이트들은 종종 간섭이 감소되는 것에 의해 달성될 수 있다.

이 접근법은 개선된 통신을 허용할 수 있고, 특히 많은 실시예들에서 전력 송신기와 전력 수신기 사이에서 양방향으로의 전이중 동시 통신을 가능하게 할 수 있다. 특히, 더 높은 데이터 레이트의 통신의 성능은 종종 감소된 간섭에 의해 실질적으로 개선될 수 있다. 이는 많은 시나리오들에서 특히 매력적인데, 그 이유는 더 높은 데이터 레이트들이 간섭에 더 민감한 경향이 있기 때문이다(그것은 종종 감소된 심볼 에너지를 가질 수 있기 때문이다). 이 접근법은 통신 요건들이 종종 비대칭인 무선 전력 전송에 특히 적합할 수 있다. 예를 들어, 많은 실시예들에서, 실질적으로 더 높은 데이터 레이트가 다른 방향에서보다 하나의 방향으로 제공되면서, 더 높은 데이터 레이트의 통신이 여전히 낮은 에러 레이트 및 신뢰성 있는 성능을 달성하게 할 수 있다.

하기에서, 전력 송신기로부터 전력 수신기로 높은 데이터 레이트의 통신이 있는, 즉 제1 송신기(205)가 제2 변조 방식에 따라 데이터를 송신하고 있고 제2 송신기가 제1 변조 방식에 따라 데이터를 송신하고 있는 접근법과 관련하여 특정 예가 설명될 것이다. 이 예에서, 제2 변조 방식은 FM 변조 방식이고, 따라서 전력 송신기/제1 송신기(205)는 전력 전송 신호를 FM 변조하도록 배열된다.

제1 송신기(205)는 구체적으로 주파수 시프트 키잉(Frequency Shift Keying, FSK)을 사용하여 이진 데이터 심볼들과 같은 데이터 심볼들을 송신하도록 배열될 수 있는데, 여기서 각각의 데이터 심볼 값(이진 변조 방식의 경우에 비트)은 전력 전송 신호가 그 데이터 심볼에 대해 고유한 특정 주파수로 설정되는 것으로 표현된다. 제1 송신기(205)는 FSK 심볼을 높은 데이터 레이트로, 예컨대 구체적으로 예를 들어 0.1 kbps 내지 100 kbps의 데이터 레이트로 송신하도록 배열될 수 있다.

이 예에서, 제2 송신기(305)는, 이 경우에 부하 변조를 사용할 수 있는 제1 변조 방식에 따라 데이터를 송신하도록 배열되고, 구체적으로 2상/맨체스터 코딩을 사용할 수 있다. 이 예에서, 제1 변조 방식은 부하 변조를 사용할 수 있고, 따라서 전력 수신기/제2 송신기(305)는 전력 전송 신호를 변조하도록 배열된다. 부하 변조는 각각의 데이터 심볼이 각각의 시간 구간에서 일정한 부하 레벨들의 세트의 패턴/시퀀스로 표현되도록 하는 것이다. 많은 실시예들에서, 부하 변조는 이진 조합일 수 있고, 따라서 제2 송신기(305)는 송신되는 비트 값에 따라 일정한 부하 레벨들의 2개의 시퀀스/패턴 사이에서 선택할 수 있다. 많은 실시예들에서, 패턴들/시퀀스들은 이진 부하 레벨들의 패턴/시퀀스일 수 있다. 각각의 시간 구간에 대해, 2개의 부하 레벨들 중 하나가 선택될 수 있는데, 이때 결과적인 패턴/시퀀스는 송신될 데이터 심볼 또는 비트에 대응한다.

부하 변조의 데이터(심볼) 레이트는 FM 변조에 대한 데이터(심볼) 레이트보다 더 낮다. 제2 송신기(305)는 부하 변조 심볼을 더 낮은 데이터 레이트로, 예컨대 구체적으로 예를 들어 1 kbps 내지 200 kbps의 데이터 레이트로 송신하도록 배열될 수 있다.

전력 송신기는, 전력 전송 신호와 정렬되고 이에 동기화된 데이터를 송신하기 위해 제1 송신기(205)를 동기화하도록 배열된 제1 동기화기(209)를 포함한다. 예를 들어, 송신들은 심볼들이 전력 전송 신호의 제로 교차들 및 전력 전송 신호의 주기적 진폭 변동들의 최소치들과 일치하는 시작 및/또는 종료 시간들을 갖도록 동기화될 수 있다.

유사하게, 전력 수신기는, 전력 전송 신호와 정렬되고 이에 동기화된 데이터를 송신하기 위해 제2 송신기(305)를 동기화하도록 배열된 제2 동기화기(309)를 포함한다. 예를 들어, 송신들은 심볼들이 전력 전송 신호의 제로 교차들 및 전력 전송 신호의 주기적 진폭 변동들의 최소값들과 일치하는 시작 및/또는 종료 시간들을 갖도록 동기화될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 제1 동기화기(209) 및/또는 제2 동기화기(309)는 각자의 데이터 송신들을 전력 전송 신호의 사이클들의 타이밍에 동기화하도록 배열될 수 있다. 전력 전송 신호의 주파수는 전형적으로 20 ㎑ 내지 500 ㎑의 범위일 수 있다. 제1 동기화기(209) 및/또는 제2 동기화기(309)는, 예를 들어 각각의 심볼이 사이클의 제로 교차 또는 피크에서 시작되도록, 이들 사이클에 동기화할 수 있다.

많은 실시예들에서, 데이터 심볼들은 수 개의 그리고 가능하게는 많은 사이클들의 지속기간을 가질 수 있다. 동기화기는 또한 디바이스의 수신기에 의해 수신된 데이터의 타이밍에 응답하여 데이터의 송신을 동기화하도록 배열될 수 있다. 따라서, 제2 변조 방식에 따른 데이터의 송신은 제2 변조 방식에 따라 수신된 데이터의 타이밍에 응답하여 동기화기에 의해 조정될 수 있다. 구체적으로, 동기화기는 수신된 데이터에 대한 변조 레벨 변화들을 검출가능하고, 변조 레벨 변화들과 정렬되도록 송신기에 의한 데이터 심볼들의 송신을 정렬시킬 수 있다. 구체적으로, 동기화기는 변조 레벨의 변화들을 검출하고, 이어서 새로운 심볼의 시작이 그러한 변조 레벨 변화들에 가장 가까운 전력 전송 신호의 제로 교차와 일치하도록 송신을 조정할 수 있다.

예를 들어, 제1 동기화기(209)는 제2 송신기(305)에 의한 부하 변조에 의해 야기되는 부하 레벨의 변화들을 검출하도록 배열될 수 있다. 그러한 부하 레벨 변화들에 기초하여, 시간 구간들의 타이밍이 결정될 수 있다. 예를 들어, 시간 구간들이 전력 전송 신호의 예컨대 10개의 사이클에 대응하는 지속기간을 갖는다고 결정되는 경우, 제1 동기화기(209)는 위상 고정 루프(phase locked loop)에 의해 예측된 시간 구간 전이들과 검출된 레벨 변화들의 타이밍들 사이의 차이를 반영하는 에러 신호에 기초하여 위상 고정 루프를 동작시킬 수 있다. 또한, 시간 구간 전이들/변조 레벨 변화들의 예측된 타이밍들 및/또는 측정된 변조 레벨 변화들의 타이밍들은 전력 전송 신호의 제로 교차의 시간들과 동기화될 수 있다(특히 이들로 양자화될 수 있다).

그러한 접근법은 제1 송신기(205)에 의해 송신된 데이터 심볼들의 매우 정확한 타이밍을 제공하여, 이들이 다른 방향으로의 송신에서 시간 구간들과 밀접하게 정렬될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 제1 송신기(205)로부터의 송신들에서의 변조 레벨 변화들 및 전력 전송 신호 사이클들의 타이밍에 기초하여, 데이터 심볼들이 주파수 변화들과 정렬되도록 부하 변조의 타이밍을 조정할 수 있는 제2 동기화기(309)에 의해 동등한 접근법이 적용될 수 있음이 이해될 것이다.

둘 모두의 송신에 대한 전력 전송 신호에의 동기화는 송신들이 서로 정렬되고 동기화되게 할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 둘 모두의 단부들에서의 동기화는 단지 전력 전송 신호에 동기화하고 (반대 방향으로 있는) 다른 통신 링크의 특정 심볼 타이밍 특성들을 고려함이 없이 수행될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 하나 또는 둘 모두의 동기화기는 대응하는 장치/디바이스의 데이터 송신들의 타이밍을 전력 전송 신호의 진폭 변동들에, 구체적으로 전력 전송 신호의 진폭 변동들에 동기화하도록 배열될 수 있다.

진폭 변동들은 구체적으로 공급 전력/전압의 진폭 변동들에 의해 야기될 수 있다. 예를 들어, 많은 실시예들에서, 구동기/인버터(201)에 제공되는 전압 공급은 어떠한 전압 조절 또는 평활화도 없이(그러나 아마도 얼마간의 정류를 갖고서) 주전원 전압(mains voltage)으로부터 직접 생성되고, 이에 따라 실제로는 종종 정현파 또는 정류된 정현파 공급 전압에 의한 것일 수 있다. 전형적으로, 이것은 50 ㎐ 또는 60 ㎐(또는 정류가 적용되는 경우 2배)의 비교적 낮은 주파수를 가지며, 구동기는 이러한 공급 전압으로부터 더 높은 주파수 구동 신호를 생성한다. 따라서 더 높은 주파수 구동 신호의 진폭/전력 레벨은 공급 전압 신호에 따라 달라진다.

예를 들어, 구동기(201)는 전형적으로 DC 전압으로부터 교번하는 신호를 생성하는 인버터의 형태의 구동 회로이다. 구동기(201)의 출력은 전형적으로 스위치 브리지인데, 스위치 브리지는 스위치 브리지의 스위치들의 적절한 스위칭에 의해 구동 신호를 생성한다. 도 6은 하프-브리지 스위치 브리지/인버터를 도시한다. 스위치들 S1 및 S2는 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 7은 풀-브리지 스위치 브리지/인버터를 도시한다. 스위치들 S1 및 S2는 그들이 결코 동시에 닫히지 않도록 제어된다. 스위치들 S3 및 S4는 그들이 결코 동시에 닫히지 않도록 제어된다. 교번하여 스위치들 S1 및 S4는 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 송신기는 전형적으로 도 8의 제1 라인(Umains)에 도시된 바와 같이 실질적으로 사인파인 주전원 AC 신호에 의해 구동될 수 있다. 주전원 전압(Umains)은 전압(Udc_abs)을 생성하기 위해 AC/DC 변환기에 의해 정류될 수 있다. 정류된 주전원 전압을 평활화하기 위한 큰 저장 커패시터는 통상적으로 이러한 종류들의 응용들에 적용되지 않는데, 그 이유는 그것이 총 주전원 고조파 왜곡(harmonic distortion)에 부가될 것이고 비용이 많이 들 수 있기 때문이다. 그 결과, AC/DC 변환기에 의해 다양한 DC 전압이 생성되고, 이러한 전압은 구동기에 공급하는 데 사용될 수 있다. 이는 Uac_HF에 대응하는 인버터의 출력 전압을 생성할 수 있다. 송신기 코일(103)이 전형적으로 그 일부인 공진 회로는 도 8에서 신호(Usc_Tx)에 의해 반영된 바와 같이 전력 전송 신호를 생성하는 평활화를 발생시킬 것이다.

따라서, 많은 무선 전력 전송 시스템들에서, 주기적 진폭 변동들을 갖는 전력 전송 신호가 생성된다. 그러한 시나리오들에서, 데이터 전송들은 전력/진폭 레벨에 있어서의 변동들에 동기화될 수 있으며, 구체적으로, 전형적으로 구동기에 대한 공급 전압의 제로 교차들에 대응하는, 그의 최소치들 주위에서 발생하도록 동기화될 수 있다. 다른 예들에서, 동기화는 예를 들어 전력 전송 신호의 최대치와 정렬될 수 있다.

예로서, 제1 동기화기(209)는 전력 전송 신호의 진폭의 최소치들을 결정하도록 배열될 수 있다. 제1 동기화기(209)는 구체적으로 송신기 코일(103)을 통한 전류에 진폭 검출기를 적용할 수 있다. 제1 동기화기(209)는 많은 실시예들에서 구동기의 인버터의 공급 전압 등을 평가하기보다는 송신기 코일(103)의 신호들의(또는 심지어 예를 들어 측정 코일을 사용하여 전자기장의) 타이밍을 직접 평가하여, 전력 전송 신호와 이러한 신호들 사이의 임의의 지연 또는 타이밍 오프셋을 반영할 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예들에서, 제1 동기화기(209)는 실제로 구동기의 신호들에 기초하여 동기화할 수 있다.

제1 동기화기(209)는 심볼 시간들이 전력 전송 신호와 정렬되도록 제1 송신기(205)를 제어하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 시작 및 정지 시간들은 전력 전송 신호의 최소치들(또는 최대치들)과 일치하도록 정렬될 수 있다.

유사한 방식으로, 제2 동기화기(309)는 유도된 전력 전송 신호의 진폭 변동들을 검출하고 최소치들(또는 예를 들어 최대치들)의 타이밍들을 결정할 수 있다. 이어서, 그것은 송신된 데이터 심볼들을 전력 전송 신호와 정렬시키도록 제2 송신기(305)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 데이터 심볼 시작 및 종료 시간들뿐만 아니라 시간 구간들의 시작 및 종료 시간들이 진폭 변동들의 최소치들과 정렬될 수 있다.

그러한 접근법들에서, 전력 전송 신호에 대한 전력 송신기 송신들 및 전력 수신기 송신들 둘 모두의 동기화는 이들이, 특정 데이터 타이밍들과 같은 다른 파라미터들이 추가로 고려되는 것을 필요로 함이 없이, 즉 데이터의 수신으로부터의 타이밍 데이터가 고려될 것을 반드시 요구함이 없이, 서로 정렬되게 할 수 있다.

특정 예로서, 제1 송신기(205)는 전력 전송 신호의 매 주기에 대해, 즉 2개의 최소치 사이의 매 구간(따라서 입력 주전원 공급 신호의 주기의 절반에 대응함)에 대해 단일 데이터 심볼/비트를 송신하도록 배열될 수 있다. 제2 송신기(305)는 전력 전송 신호의 매 주기에 대해, 즉 2개의 최소치 사이의 매 구간(따라서 입력 주전원 공급 신호의 주기의 절반에 대응함)에 대해 변조 레벨들의 시퀀스/패턴의 하나의 일정한 변조 레벨을 송신하도록 배열될 수 있다. 따라서, 제2 변조 방식에 따른 송신에 대한 심볼의 지속기간은 전력 전송 신호의 주기와 동일하고, 제1 변조 방식에 따른 송신에 대한 단일 시간 구간의 지속기간은 전력 전송 신호의 주기와 동일하고, 따라서 제2 변조 방식에 대한 데이터 심볼의 지속기간은 시퀀스들/패턴들의 길이에 전력 전송 신호의 주기를 곱한 것과 동일하다.

또한, 그러한 예에서, 제1 변조 방식 송신들의 데이터 심볼들의 타이밍은 제2 변조 방식 송신들의 데이터 심볼들의 타이밍과, 실제로는 개별 시간 구간들과 정렬된다. 따라서, 이 접근법은, 제2 변조 방식에 따른 다른 방향으로의 송신이 일정한 변조 레벨을 가지는 시간들 동안에, 제1 변조 방식의 전체 데이터 심볼들이 송신되는 전술된 바와 같은 정렬을 허용할 수 있다.

많은 실시예들에서, 시간 구간들의 지속기간은 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간과 적어도 동일하다. 실제로, 많은 실시예들에서, 제1 변조 방식에 따른 각각의 데이터 심볼은 2개의 일정한 변조 레벨/시간 구간의 시퀀스들로 표현될 수 있다. 따라서, 제2 변조 방식 송신들에 대한 심볼 레이트는 제1 변조 방식의 것의 2배일 수 있고, 통신 링크들은 매우 상이한 대역폭들/용량들을 제공할 수 있다.

실제로, 많은 실시예들에서, 비대칭은 실질적으로 더 클 수 있고, 실제로 많은 실시예들에서, 시간 구간들의 지속기간은 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간의 적어도 2배 또는 심지어 8배이다. 그러한 접근법은 (이진 데이터 심볼들의 시나리오를 가정하면) 단일 비트가 다른 방향으로 전송되는 시간 동안 더 많은 데이터, 구체적으로 전체 바이트가 하나의 방향으로 전송되게 할 수 있다. 따라서, 매우 비대칭인 통신이 지원될 수 있다.

도 9는 전력 수신기로부터 전력 송신기로의(즉, 제2 송신기(305)에 의한) 통신을 위해 제1 변조 방식이 채택되고, 전력 송신기로부터의(즉, 제1 송신기(205)에 의한) 통신을 위해 제2 변조 방식이 채택되는 예를 예시한다.

그러한 예에서, 전력 전송 신호의 주파수는 약 128 ㎑일 수 있다. 제1 송신기(205)는 비트당 8 사이클 변조(128 ㎑ 캐리어에서 16kbps)를 사용하는 주파수 변조기를 포함할 수 있다. 단일 바이트는 시작 비트, 정지 비트, 및 패리티(parity) 비트를 포함할 때 11 비트를 필요로 할 수 있다. 이 예에서, 제2 송신기(305)는 일정한 변조 레벨의 최단 지속기간/시간 구간이 반-비트(비트의 송신에 필요한 비트 지속기간의 절반)이게 하는 2상 변조를 채용할 수 있다. 제1 송신기(205)는 부하 변조 반-비트(시간 구간)당 전체 바이트(추가 비트들을 포함함)를 송신하여, 역방향으로 송신되는 각각의 부하 변조 비트에 대해 2개의 전체 FM 바이트가 순방향으로 송신될 수 있다. 이는 구체적으로 부하 변조 채널에 대해 727bps 비트레이트(16 kbps FSK 채널/바이트당 11 비트/비트당 2 바이트)를 초래할 수 있다.

다른 예가 도 10에 예시되어 있다. 이러한 경우, 제1 송신기(205)는 부하 변조 반-비트/시간 구간당 3 비트를 송신하여, 하나의 부하 변조 비트마다 6개의 FM 비트가 전송되어 부하 변조 채널에 대해 적어도 2.6 kbps 비트레이트(16 kbps FSK 채널/바이트당 6 비트)를 초래한다.

전력 송신기, 제1 송신기(205), 및 순방향 통신 링크가 제1 변조 방식을 채용하고, 전력 수신기, 제2 송신기(305), 및 역방향 통신 링크가 제2 변조 방식을 채용하는 예가 도 11에 예시되어 있다. 따라서, 이러한 예에서, 여전히 부하 변조를 사용할 수 있는 역방향 통신 링크는 여전히 주파수 변조를 사용할 수 있는 순방향 통신 링크보다 더 높은 데이터 레이트를 가질 수 있다.

또한, 이 예에서, 부하 변조는 부하 변조 비트들이 적합한 개수의 칩(chip)들의 직접 시퀀스로 표현되는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 변조(direct sequence spread spectrum modulation)를 사용하여 변조된다. 이 예에서, 전력 전송 신호는 약 128 ㎑의 주파수를 가질 수 있다. 전력 수신기/제2 송신기(305)는 낮은 크기를 갖는, 특정 예에서 35개 칩의 시퀀스의 길이를 갖는 부하를 조작하기 위해 직접 시퀀스를 사용할 수 있다. 전력 송신기/제1 송신기(205)는 최단 일정 변조 레벨이 반-비트/심볼이게 하는, 즉 각각의 데이터 심볼이 2개의 변조 레벨의 패턴/시퀀스로 표현되는 2상 변조를 이용하는 주파수 변조기를 채용할 수 있다. 제2 송신기(305)/부하 변조기는 FM 반-비트당 전체 직접 시퀀스를 송신함으로써, 순방향 FM 통신 링크에서의 비트 레이트를 역방향 통신 링크의 비트 레이트의 절반으로 만들 수 있다.

이 접근법은 실질적으로 개선된 통신을 제공할 수 있고, 특히 더 느린 통신 링크로부터 더 빠른 통신 링크로의 간섭을 완화할 수 있다.

또한, 몇몇 실시예들에서, 더 빠른 통신 링크에서의 송신들에 대한 변조 레벨은, (제1 변조 방식에 따른) 더 느린 통신 링크에서의 송신들에 대한 심볼 지속기간에 걸친 (제2 변조 방식에 따른) 더 빠른 통신 링크에서의 송신들에 대한 평균 변조 레벨이 제2 데이터의 데이터 값들에 독립적이도록 선택될 수 있다. 실제로, 많은 실시예들에서, 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간에 걸친 평균 변조 레벨은 데이터 값들에 독립적이다.

예를 들어, 도 9 및 도 10의 예에서, FM 변조의 경우, 2상 변조가 사용될 수 있는데, 여기서 예를 들어 “0”은 주파수 f1의 반 비트 및 뒤이은 주파수 f2의 반 비트로 표현될 수 있는 반면, “1”은 주파수 f2의 반 비트 및 뒤이은 f1의 반 비트로 표현된다. 이러한 경우에, 전력 전송 신호는 송신되는 비트에 관계없이 주파수 f1 및 f2로 동일한 양들의 시간을 갖는다. 따라서, 진폭 변동들에 대한 FM 송신의 평균 영향/간섭은 동일할 것이고, 전체 심볼 지속기간에 걸쳐 평균화될 때, 송신되는 데이터의 영향이 감소될 수 있다.

따라서, 그러한 접근법들에서, 더 빠른 통신 링크로부터 더 느린 통신 링크로의 간섭이 또한 감소/완화될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 송신기들(205, 305) 중 하나 또는 둘 모두는 더 빠른 통신 링크 데이터에 대한 데이터 크기를 더 느린 통신 링크의 데이터 심볼들에 정렬시키기 위해 다수의(하나 이상의) 더미 심볼들을 송신하도록 배열될 수 있다. 데이터 크기는 예를 들어, 데이터 패킷 크기, 데이터 블록, 또는 예를 들어 바이트일 수 있다.

예를 들어, 더 느린 통신 링크의 심볼 시간 동안 송신될 수 있는 (제2 변조 방식에 따른) 더 빠른 통신 링크의 심볼들의 개수는 시간 구간당 송신될 수 있는 더 빠른/더 짧은 데이터 심볼들의 개수에 시퀀스/패턴 내의 시간 구간들의 개수를 곱한 것에 대응할 수 있다. 이러한 개수는 주어진 데이터 블록 또는 패킷의 크기와 정렬되지 않는 경우, 데이터 크기들(블록들/패킷들)을 더 느린 통신 링크의 데이터 심볼들과 정렬시키기 위해 더미 심볼들(이는 임의의 값을 가질 수 있고, 수신 장치에 의해 단순히 무시될 수 있음)을 송신하는 것이 유리할 수 있다.

예를 들어, 도 10에서, 새로운 바이트의 시작을 새로운 LM 심볼과 정렬시키기 위해 b0을 송신하는 대신에 b10 후에 더미 비트를 송신하는 것이 바람직할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 더 높은 데이터 레이트로 송신하는 송신기는 더 느린 데이터 레이트 통신 링크의 데이터가 부정 확인응답 기준을 충족시키지 않는 한 데이터를 계속 송신하도록 배열될 수 있다. 부정 확인응답은 누락된 예상 확인응답 또는 예를 들어 직접적인 부정 확인응답 메시지일 수 있다.

따라서, 몇몇 경우들에서, 예를 들어 제1 송신기(205)는 더 빠른 통신 링크 상에서 데이터를 계속 송신하도록 배열될 수 있다. 이러한 송신은, 수신된 데이터가 더 느린 통신 링크를 사용하여 확인응답되고 있는 한, 중단 없이 계속될 수 있다. 따라서, 더 빠른 통신 링크는 최대 대역폭/처리량으로 사용될 수 있고, 확인응답을 기다리거나 확인하기 위해 일시중지 또는 지연이 도입되지 않는다. 이는 빠른 데이터 송신을 중단시킴이 없이 확인응답 피드백이 구현될 수 있는 전이중 동시 통신으로 인해 달성될 수 있다.

부정 확인응답이 수신되는 경우(또는 예상 확인응답이 수신되지 않는 경우), 송신기는 빠른 처리량 송신들을 종료할 수 있고, 재송신을 수행하도록 진행할 수 있다.

따라서, 더 빠른 링크의 최대 용량을 이용하는 매우 빠른 통신이 달성되면서, 동시에 빠르고 효율적인 피드백/확인응답/재송신이 달성되게 할 수 있다.

특정 예로서, 송신기들 중 하나는 더 빠른 통신 링크를 사용하여 내장된 비트 또는 바이트 에러 검출을 갖고서 중단 없는 바이트 스트림을 송신할 수 있고, 다른 송신기는 더 느린 통신 링크를 사용하여 하나의 바이트 또는 다수의 바이트들이 성공적으로 수신되었음을 나타낼 수 있다. 그는 통신 매체를 통한 버스트(burst) 패킷들의 전송을 허용하고, 에러들을 격리시킴으로써 재송신 횟수를 감소시킨다.

무선 전력 시스템에서의 매우 긴 데이터 패킷들(버스트 전송)의 사용이 유익한 예는, 주파수 변조 채널을 통해 전력 송신기로부터 전력 수신기로 인증 인증서가 전송될 때이다.

인증 인증서 전송의 시간을 감소시키는 것이 바람직하여서, 더 빠른 링크(전형적으로 FM 순방향 링크)에서 중단 없는 바이트 스트림을 제공하는 것이 매우 유리할 수 있다. 그러나, 에러의 경우, 적시의 에러 검출 및 정정이 없다면, 인증서는 완전히 재송신되어야 하여서 인증 시간이 두 배가 된다.

이러한 경우에, 부하 변조 채널이 이용되어, 전력 송신기가 마지막 바이트(또는 다수의 바이트들)가 에러(들) 없이 수신되었는지 여부를 알게 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. 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.

Claims (15)

1. 전력 송신기(101)로부터 전력 수신기(103)로의 무선 전력 전송을 위한 전력 전송 장치로서, 상기 전력 전송 장치는 상기 전력 송신기(101) 및 상기 전력 수신기(101, 103) 중 하나이고, 상기 전력 전송 장치는,
   전력 전송 신호를 통해 상보적 전력 전송 장치의 상보적 전력 전송 코일(107, 103)과 전력을 교환하도록 배열되는 전력 전송 코일(103, 107)로서, 상기 상보적 전력 전송 장치는 상기 전력 송신기(101) 및 상기 전력 수신기(105) 중 다른 하나인, 상기 전력 전송 코일(103, 107);
   상기 상보적 전력 전송 장치로부터 제1 데이터를 수신하도록 배열되는 수신기(207, 307)로서, 상기 제1 데이터는 각각의 데이터 심볼이 상기 데이터 심볼에 대한 데이터 심볼 값에 의존하는 일정한 변조 레벨을 각각 갖는 시간 구간들의 시퀀스로 표현되는 제1 변조 방식에 따라 상기 전력 전송 신호 상으로 변조되고, 상기 시간 구간들의 시퀀스는 상기 전력 전송 신호에 동기화되는, 상기 수신기(207, 307);
   제2 변조 방식에 따라 상기 전력 전송 신호를 변조함으로써 상기 상보적 전력 전송 장치에 제2 데이터를 송신하도록 배열되는 송신기(205, 305)로서, 상기 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간(duration)은 상기 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간의 약수(divisor)인, 상기 송신기(205, 305); 및
   상기 제2 데이터의 상기 송신을 상기 전력 전송 신호에 동기화함으로써 상기 제1 데이터와 정렬된 상기 제2 데이터를 송신하기 위해 상기 송신기(205, 305)를 동기화하도록 배열되는 동기화기(209, 309)
   를 포함하는, 전력 전송 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 시간 구간들의 상기 지속기간은 상기 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 상기 심볼 지속기간의 적어도 2배인, 전력 전송 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시간 구간들의 상기 지속기간은 상기 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 상기 심볼 지속기간의 적어도 8배인, 전력 전송 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 변조 방식은 2상(biphase) 변조를 채용하는, 전력 전송 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 데이터의 상기 송신에 대한 심볼 지속기간에 걸친 상기 제2 데이터의 상기 송신에 대한 평균 변조 레벨은 상기 제2 데이터의 데이터 값들에 독립적인, 전력 전송 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신기(205, 305)는 상기 제2 데이터에 대한 데이터 크기를 상기 제1 데이터에 대한 심볼 지속기간에 정렬시키기 위해 다수의 더미(dummy) 심볼들을 송신하도록 배열되는, 전력 전송 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신기(205, 305)는 상기 제1 데이터가 부정 확인응답(non-acknowledgement) 기준을 충족시키지 않는 한 제2 데이터를 계속 송신하도록 배열되는, 전력 전송 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 송신기(205, 305)는 상기 제1 데이터가 상기 부정 확인응답 기준을 충족시키는 것에 응답하여 제2 데이터를 재송신하도록 배열되는, 전력 전송 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 전송 장치는 상기 전력 수신기(105)이며, 상기 제1 변조 방식은 주파수 변조를 사용하고, 상기 제2 변조 방식은 부하 변조를 사용하는, 전력 전송 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 전송 장치는 상기 전력 송신기(101)이며, 상기 제1 변조 방식은 부하 변조를 사용하고, 상기 제2 변조 방식은 주파수 변조를 사용하는, 전력 전송 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동기화기(209, 309)는 상기 전력 전송 신호의 진폭 변동에 응답하여 상기 송신기를 동기화하도록 배열되는, 전력 전송 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동기화기(209, 309)는 상기 전력 전송 신호의 사이클들에 응답하여 상기 송신기를 동기화하도록 배열되는, 전력 전송 장치.
13. 전력 수신기(103) 및 상기 전력 수신기(103)로의 무선 전력 전송을 수행하기 위한 전력 송신기(101)를 포함하는 전력 전송 시스템으로서,
    상기 전력 송신기(101)는,
    전력 전송 신호를 통해 상기 전력 수신기(103)의 제2 전력 전송 코일(107)에 전력을 전송하도록 배열되는 제1 전력 전송 코일(103);
    상기 전력 수신기(103)로부터 제1 데이터를 수신하도록 배열되는 제1 수신기(205)로서, 상기 제1 데이터는 각각의 데이터 심볼이 상기 데이터 심볼에 대한 데이터 심볼 값에 의존하는 일정한 변조 레벨을 각각 갖는 시간 구간들의 시퀀스로 표현되는 제1 변조 방식에 따라 상기 전력 전송 신호 상으로 변조되고, 상기 시간 구간들의 시퀀스는 상기 전력 전송 신호에 동기화되는, 상기 제1 수신기(205);
    제2 변조 방식에 따라 상기 전력 전송 신호를 변조함으로써 상기 전력 수신기(101)에 제2 데이터를 송신하도록 배열되는 제1 송신기(207)로서, 상기 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간은 상기 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간의 약수인, 상기 제1 송신기(207); 및
    상기 제2 데이터의 상기 송신을 상기 전력 전송 신호에 동기화함으로써 상기 제1 데이터와 정렬된 상기 제2 데이터를 송신하기 위해 상기 송신기를 동기화하도록 배열되는 제1 동기화기(209)
    를 포함하고,
    상기 전력 수신기(103)는,
    상기 전력 전송 신호를 통해 상기 전력 송신기(103)의 상기 제1 전력 전송 코일(103)로부터 전력을 수신하도록 배열되는 제2 전력 전송 코일(107);
    상기 제2 변조 방식에 따라 제1 데이터를 상기 전력 송신기(101)로 송신하도록 배열되는 제2 송신기(305);
    상기 제2 변조 방식에 따라 제2 데이터를 상기 전력 송신기(101)로부터 수신하도록 배열되는 제2 수신기(307); 및
    상기 시간 구간들의 시퀀스의 시간 구간들이 상기 전력 전송 신호와 정렬된 상태로 상기 제1 데이터를 송신하도록 상기 제2 송신기(305)를 동기화하도록 배열되는 제2 동기화기(309)
    를 포함하는, 전력 전송 시스템.
14. 전력 송신기(101)로부터 전력 수신기(103)로의 무선 전력 전송을 위한 전력 전송 장치를 위한 동작 방법으로서, 상기 전력 전송 장치는 상기 전력 송신기(101) 및 상기 전력 수신기(103) 중 하나이고, 상기 전력 전송 장치는,
    전력 전송 신호를 통해 상보적 전력 전송 장치의 상보적 전력 전송 코일(107, 103)과 전력을 교환하도록 배열되는 전력 전송 코일(103, 107)로서, 상기 상보적 전력 전송 장치는 상기 전력 송신기(101) 및 상기 전력 수신기(105) 중 다른 하나인, 상기 전력 전송 코일(103, 107)을 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 상보적 전력 전송 장치로부터 제1 데이터를 수신하는 단계로서, 상기 제1 데이터는 각각의 데이터 심볼이 상기 데이터 심볼에 대한 데이터 심볼 값에 의존하는 일정한 변조 레벨을 각각 갖는 시간 구간들의 시퀀스로 표현되는 제1 변조 방식에 따라 상기 전력 전송 신호 상으로 변조되고, 상기 시간 구간들의 시퀀스는 상기 전력 전송 신호에 동기화되는, 상기 제1 데이터를 수신하는 단계;
    제2 변조 방식에 따라 상기 전력 전송 신호를 변조함으로써 상기 상보적 전력 전송 장치에 제2 데이터를 송신하는 단계로서, 상기 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간은 상기 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간의 약수인, 상기 제2 데이터를 송신하는 단계; 및
    상기 제2 데이터의 상기 송신을 상기 전력 전송 신호에 동기화함으로써 상기 제1 데이터와 정렬되도록 상기 제2 데이터의 상기 송신을 동기화하는 단계
    를 포함하는, 동작 방법.
15. 전력 수신기(103) 및 상기 전력 수신기(103)로의 무선 전력 전송을 수행하기 위한 전력 송신기(101)를 포함하는 전력 전송 시스템을 위한 동작 방법으로서,
    상기 전력 송신기는 전력 전송 신호를 통해 상기 전력 수신기(103)의 제2 전력 전송 코일(107)에 전력을 전송하도록 배열되는 제1 전력 전송 코일(103)을 포함하고, 상기 전력 수신기는 상기 전력 전송 신호를 통해 상기 전력 송신기(103)의 상기 제1 전력 전송 코일(107, 103)로부터 전력을 수신하도록 배열되는 상기 제2 전력 전송 코일(107)을 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 전력 송신기(101)가,
    상기 전력 수신기(103)로부터 제1 데이터를 수신하는 단계로서, 상기 제1 데이터는 각각의 데이터 심볼이 상기 데이터 심볼에 대한 데이터 심볼 값에 의존하는 일정한 변조 레벨을 각각 갖는 시간 구간들의 시퀀스로 표현되는 제1 변조 방식에 따라 상기 전력 전송 신호 상으로 변조되고, 상기 시간 구간들의 시퀀스는 상기 전력 전송 신호에 동기화되는, 상기 제1 데이터를 수신하는 단계;
    제2 변조 방식에 따라 상기 전력 전송 신호를 변조함으로써 상기 전력 수신기(103)에 제2 데이터를 송신하는 단계로서, 상기 제2 변조 방식의 데이터 심볼들에 대한 심볼 지속기간은 상기 시간 구간들의 시퀀스의 적어도 하나의 시간 구간의 지속기간의 약수인, 상기 제2 데이터를 송신하는 단계; 및
    상기 제2 데이터의 상기 송신을 상기 전력 전송 신호에 동기화함으로써 상기 제1 데이터와 정렬되도록 상기 제2 데이터의 상기 송신을 동기화하는 단계
    를 수행하는 단계; 및
    상기 전력 수신기(103)가,
    상기 제2 변조 방식에 따라 제1 데이터를 상기 전력 송신기(101)로 송신하는 단계;
    상기 제2 변조 방식에 따라 제2 데이터를 상기 전력 송신기(101)로부터 수신하는 단계; 및
    상기 제2 데이터의 상기 송신을 상기 전력 전송 신호에 동기화함으로써 상기 시간 구간들의 시퀀스의 상기 시간 구간들과 정렬되도록 상기 제1 데이터의 상기 송신을 동기화하는 단계
    를 수행하는 단계
    를 포함하는, 동작 방법.