KR20240100396A - 충전식 전자 디바이스를 위한 무선 트랜시버 - Google Patents
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Abstract
무선 전력 신호가 기존 또는 새로 설계된 충전식 전자 디바이스의 배터리를 작동 및/또는 충전하는 데 사용될 수 있도록 하기 위한 무선 트랜시버 및 관련 방법 및 컴퓨터 판독가능 매체가 개시된다. 본 기술에 따른 무선 트랜시버를 사용하는 방법은 회로에 의해, 그 회로가 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 유도된 전압과 연관된 출력 전력이 회로에 결합된 다른 회로의 전력 요구사항을 충족하는지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 출력 전력이 전력 요구사항을 충족하면, 회로로부터, 회로에 결합된 다른 회로 및 배터리로 제1 전류가 전송될 수 있다. 또는, 출력 전력이 전력 요구사항을 충족하지 않으면, 회로에서 다른 회로로 제2 전류가 전송되고 배터리에서 다른 회로로 제3 전류가 전송될 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2022년 2월 9일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제63/308,100호 및 2021년 12월 2일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제63/285,095호의 혜택을 주장하며, 이들 각각은 본 명세서에 전체적으로 참조로 통합되어 있다.
배경
현재 업계와 소비자들은 다양한 충전식 전자 디바이스를 사용하고 있다. 사용자는 이들 디바이스의 배터리를 충전하기 위해 벽면 또는 차량용 전원 콘센트의 가용성에 크게 의존하고 있다. 무선 전력 기반 충전 시스템은 일상적인 사용 사례뿐만 아니라 수 많은 특수한 사용 사례에서 충전식 전자 디바이스의 안정성과 사용자 경험을 모두 향상시킬 수 있다.
충전식 전자 디바이스의 기존 및 신규 설계에 무선 전력 수신기를 테스트하여 통합하는 것은 까다로울 수 있으므로 산업 및 소비자 제품 시장에서 무선 전력 충전의 적용이 늦어질 수 있다. 노트북 컴퓨터의 Wi-Fi 인터넷 연결에서도 비슷한 로드맵과 타임라인을 경험했다. 초기에는 Wi-Fi 트랜시버가 내장된 노트북이 없었기 때문에, PCMCIA 카드와 적절한 드라이버 소프트웨어만 있으면 무선 인터넷이 제공될 수 있었다. 이후에는 사용자가 슬롯에 삽입하는 방식이 아니라, Wi-Fi PCMCIA 카드와 유사한 부품이 기기의 본체에 내장되어 무선 인터넷 기능을 옵션으로 노트북에 탑재할 수 있게 되었다. 현재, 대부분의 노트북 컴퓨터에는 Wi-Fi 무선 인터넷에 필요한 모든 하드웨어와 소프트웨어가 이미 설치되어 있으며, 실제로 오늘날 많은 노트북은 그저 인터넷에 연결만하면 될 수 있으며, 여기서, 유선 연결(예컨대, 이더넷 코드)은 사용자가 일부 하드웨어 기능을 추가하지 않는 한 사용할 수 없다.
따라서, 위에서 설명한 문제를 극복하는 기술뿐만 아니라 추가적인 이점을 제공하는 기술에 대한 필요성이 존재한다. 본 명세서에 제공된 일부 종래 또는 관련 디바이스, 시스템 및 방법의 예시 및 그와 관련된 한계는 예시적인 것으로서 배타적인 것이 아니다. 기존 또는 선행 시스템의 다른 한계는 다음의 상세한 설명을 읽으면 당업자에게 명백해질 것이다.
본 기술에 따른 무선 트랜시버 및 관련 방법, 프로세스 및 컴퓨터 판독가능 매체는 기존 또는 새로 설계된 충전식 전자 디바이스의 배터리를 작동 및/또는 충전하는 데 무선 전력 신호를 사용할 수 있게 해준다. 개시된 디바이스, 시스템, 프로세스, 방법 및 소프트웨어 또는 펌웨어의 실시예는 광범위한 충전식 전자 디바이스의 무선 전력 신호 기반 작동의 유리한 적응을 가속화할 수 있다.
특정 실시예에서, 장치는 회로를 포함하는데, 이 회로는 무선 전력 신호를 수신하고, 자신이 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 전압을 유도하도록 구성된다. 장치는 또한 그 회로에 결합된 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 유도 전압과 연관된 출력 전력이 회로에 결합되는 다른 회로의 전력 요구사항보다 크거나 같은지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 제어기에 의해 결정되는 출력 전력이 전력 요구사항보다 크거나 동일한 경우, 제어기는 회로로부터, 회로에 결합되는 다른 회로 또는 에너지 저장 디바이스로 제1 전류가 전송되게 하도록 구성될 수 있다. 또는, 제어기에 의해 결정되는 출력 전력이 전력 요구사항보다 작은 경우, 제어기는 회로에서 다른 회로로 제2 전류가 전송되게 하고, 에너지 저장 디바이스에서 다른 회로로 제3 전류가 전송되게 하도록 더 구성될 수 있다.
특정 실시예에서, 방법은 제1 회로가 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 유도된 전압과 연관련 출력 전력이 제1 회로에 결합된 제2 회로의 전력 요구사항보다 크거나 동일한지 여부를 제1 회로에 의해 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 출력 전력이 전력 요구사항보다 크거나 같다고 판단되는 경우, 이 방법은 제1 회로로부터, 제1 회로에 결합된 제2 회로 및 에너지 저장 디바이스로 제1 전류를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 또는, 출력 전력이 전력 요구사항보다 작은 것으로 판단되는 경우, 방법은 제1 회로에서 제2 회로로 제2 전류를 전송하고, 에너지 저장 디바이스에서 제2 회로로 제3 전류를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 명령어를 저장할 수 있고, 이 명령어는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 머신으로 하여금, 제1 회로가 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 유도된 전압과 연관된 출력 전력이 제1 회로에 결합된 제2 회로의 전력 요구사항보다 크거나 같은지 여부를 결정하게 하도록 한다. 머신이 출력 전력이 전력 요구사항보다 크거나 같다고 판단하면, 프로그램 명령어는 머신을 통해 제1 회로가 제1 회로에 결합된 제2 회로 및 에너지 저장 디바이스에 제1 전류를 전송하게 한다. 또는, 머신이 출력 전력이 전력 요구사항보다 적다고 판단하면 프로그램 명령어는 또한 머신으로 하여금 제2 전류를 제2 회로로 전송하고 에너지 저장 디바이스에서 제2 회로로 제3 전류를 전송하게 한다.
본 명세서에 도시되고, 설명되고, 청구된 본 기술의 실시예는 회로 및 제어 방식을 제공함으로써 적어도 다음과 같은 유리한 기술적 효과를 제공한다: (a) 무선 주파수(RF) 무선 전력 신호가 작동 및 배터리 충전에 사용될 수 있도록 하기 위해, 기존의 충전식 전자 디바이스에 새로 장착되거나 새로운 설계에 새로(de novo)통합될 수 있는 무선 트랜시버; (b) 무선 트랜시버는 충전식 전자 디바이스를 작동시키고 그의 배터리 또는 배터리들을 충전하는 데 사용하기 위해, 무선 전력 신호에서 파생된 전류를 포함하여 여러 다른 직류(DC) 전원으로부터의 전류를 수신, 중계 및 분배할 수 있는 회로를 포함하며, (c) 충전식 전자 디바이스에 의해 사용되는 기존 전원에 의해, 또는 추가적으로 혹은 대신하여 무선 전력 신호에 의해 전력을 공급받을 수 있는 무선 트랜시버; (d) 기존 충전식 전자 디바이스의 하우징에 삽입이 용이할 수 있는 크기를 가지며 적어도 부분적으로는 연성 인쇄 회로 기판(PCB)으로 형성될 수 있는 무선 트랜시버; (e) 충전식 전자 디바이스의 회로(들)와 그의 적어도 하나의 배터리 사이에 결합된 무선 트랜시버가 디바이스의 기존 회로(들) 또는 배터리(들), 및 디바이스의 기존 소프트웨어 또는 펌웨어를 수정할 필요 없이 적어도 하나의 배터리를 에뮬레이팅하도록 제어되는 회로를 갖는 무선 트랜시버; 및 (f) 본 개시를 연구함에 있어 당업자가 쉽게 이해하고 인식할 수 있는 기타 효과(들).
도 1은 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 전력 전달 환경의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 3은 종래 기술에 공지된 실시예에 따른 충전식 전자 디바이스의 회로도이다.
도 4는 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 트랜시버의 회로도이다.
도 5a-5h는 도 4에 도시된 무선 트랜시버와 함께 사용될 수 있는 접합 회로의 회로도, 및 본 개시의 특정 실시예에 따른 그의 동작 상태를 도시한다.
도 6은 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템과 무선 트랜시버 간의 예시적인 동작을 예시하는 시퀀스 다이어그램이다.
도 7은 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 트랜시버를 작동하기 위한 프로세스의 상태 다이어그램이다.
도 8은 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 트랜시버의 작동 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 구비한 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 블록도이다.
도 3은 종래 기술에 공지된 실시예에 따른 충전식 전자 디바이스의 회로도이다.
도 4는 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 트랜시버의 회로도이다.
도 5a-5h는 도 4에 도시된 무선 트랜시버와 함께 사용될 수 있는 접합 회로의 회로도, 및 본 개시의 특정 실시예에 따른 그의 동작 상태를 도시한다.
도 6은 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템과 무선 트랜시버 간의 예시적인 동작을 예시하는 시퀀스 다이어그램이다.
도 7은 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 트랜시버를 작동하기 위한 프로세스의 상태 다이어그램이다.
도 8은 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 트랜시버의 작동 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 구비한 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다.
특정 실시예에 대한 다음의 상세한 설명에서는, 본 명세서의 일부를 구성하고 예시적인 실시예를 예시하여 도시한 첨부 도면을 참조한다. 본 명세서의 실시예 및 예의 특징은 결합, 교환 또는 제거될 수 있고, 다른 실시예가 이용되거나 생성될 수 있으며, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 구조적 변경이 이루어질 수 있다는 것도 이해되어야 한다.
다양한 실시예에 따르면, 본 명세서에 설명된 방법 및 기능은 컴퓨터 프로세서 또는 제어기에서 실행되는 하나 이상의 소프트웨어 프로그램으로서 구현될 수 있다. 주문형 집적 회로, 프로그래밍 가능 로직 어레이, 시스템 온 칩(SoC), 회로 로직 및 기타 하드웨어 장치를 포함하되 이에 제한되지 않는 전용 하드웨어 구현도 마찬가지로 본 명세서에 설명된 회로, 기능, 프로세스 및 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 방법 및 기능은 모듈 또는 엔진에 의해 수행될 수 있으며, 둘 다 특정 태스크 또는 작업을 수행하도록 구성된 컴퓨팅 장치(예컨대, 로직, 회로, 프로세서, 제어기 등)의 하나 이상의 물리적 구성요소를 포함할 수 있거나, 실행될 때 프로세서로 하여금 특정 태스크나 작업을 수행하게 할 수 있는 명령어를 포함할 수 있거나, 이들의 임의의 조합이 될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 방법은 실행될 때 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하는 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 메모리 디바이스로서 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전달 환경의 블록도가 도시되어 있으며 일반적으로 참조번호(100)로 표기되어 있다. 환경(100)은 하나 이상의 무선 전력 전송 시스템(WPTS)(101an-n)("무선 전력 전달 시스템", "안테나 어레이 시스템" 및 "무선 충전기"라고도 함)로부터 하나 이상의 무선 전력 전송 회로(103a, 103b 또는 103c)(본 명세서에서는 "클라이언트", "무선 전력 수신기" 및 그의 복수의 변형 용어로도 지칭됨)를 갖는 무선 전력 전달 환경(100) 내의 디바이스(102a, 102b 또는 102c)와 같은 다양한 충전식 전자 디바이스로 무선 전력 전달을 제공할 수 있다. 무선 전력 수신기는 하나 이상의 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)으로부터 무선 전력을 수신하고 처리하도록 구성된다.
도 1의 예에 도시된 바와 같이, 충전식 전자 디바이스(102a-102n)는 휴대폰, 텔레비전 원격 제어, 또는 무선 게임 제어기와 같은 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 충전식 전자 디바이스(102a-102c)는 무선 전력 수신기(예컨대, 103a, 103b 또는 103c)를 통해 전력을 수신할 수 있는 임의의 디바이스 또는 시스템일 수 있다.
각각의 무선 전력 전송 시스템(101)은 무선 디바이스(102a-102c)에 무선 전력을 전달할 수 있는 복수의 안테나(104a-n)(예를 들어, 수백 또는 수천 개의 안테나를 포함하는 안테나 어레이)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 안테나는 적응형 위상 RF 안테나이다. 무선 전력 전송 시스템(101)은 무선 전력 수신기(103a-103c)에 코히어런트 전력 전송 신호를 전달하기 위한 적절한 위상을 결정할 수 있다. 어레이는 서로에 대해 특정 위상에서 다수의 안테나로부터 신호(예를 들어, 연속파 또는 펄스형 전력 전송 신호)를 방출하도록 구성된다. "어레이"라는 용어의 사용이 반드시 안테나 어레이를 임의의 특정 어레이 구조로 제한하는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 즉, 안테나 어레이는 특정 "어레이" 형태나 기하구조로 구성될 필요가 없다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "어레이" 또는 "어레이 시스템"이라는 용어는 라디오, 디지털 로직 및 모뎀과 같은, 신호 생성, 수신 및 전송을 위한 관련 및 주변 회로부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, WPTS(101)는 하나 이상의 안테나 또는 트랜시버를 통한 데이터 통신을 위한 내장형 Wi-Fi 허브를 가질 수 있다.
도 1의 예에 도시된 바와 같이, WPTS(101a-101n)은 각각 WPTS(101a)의 전력 전달 안테나(104a-104n)와 같은 다수의 전력 전달 안테나를 가질 수 있다. 전력 전달 안테나(104a)는 무선 전력 전달 환경(100)에서 무선 라디오 주파수(RF) 전력의 전달을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 전달 안테나(104a-104n) 중 하나 이상은 무선 전력 전달에 더하여 또는 무선 전력 전달을 대신하여 데이터 통신을 위해 대안적으로 또는 추가적으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 데이터 통신 안테나는 무선 전력 수신기(103a-103c), 충전식 전자 디바이스(102a-102c), 또는 이들의 조합으로 데이터 통신을 전송하고 이들로부터 데이터 통신을 수신하도록 구성될 수 있다. 이러한 데이터 통신은 임의의 무선 데이터 통신 기술을 통해 구현될 수 있다.
각각의 무선 전력 수신기(103a-103c)는 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)으로부터 신호를 수신하기 위한 하나 이상의 안테나(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)은 서로에 대해 특정 위상에서 연속파 또는 이산(펄스) 신호를 방출할 수 있는 하나 이상의 안테나 또는 안테나 세트를 갖는 안테나 어레이를 포함한다. 무선 전력 전송 시스템(101a-101n) 각각은 코히어런트 신호를 무선 전력 수신기(103a-103c)로 전달하기 위한 적절한 위상을 결정할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 코히어런트 신호는 비콘(또는 교정) 신호를 전송했던 특정 무선 전력 수신기에 전력을 전달하기 위해 코히어런트 신호가 위상화되도록 어레이의 각 안테나에서 수신된 비콘(또는 교정) 신호의 복소 공액을 계산함으로써 결정될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 충전식 전자 디바이스, 무선 전력 전송 시스템 등과 같은 환경의 각 구성요소는 데이터 통신 동기화 모듈과 같은 제어 및 동기화 메커니즘을 포함할 수 있다. WPTS(101a-101n)은 예를 들어 무선 전력 전송 시스템을 건물 내의 표준 또는 1차 AC 전원에 연결하는 전력 콘센트 또는 소스와 같은 전원에 연결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, WPTS(101a-101n) 중 하나 이상은 배터리에 의해 또는 다른 메커니즘, 예를 들어 태양 전지 등을 통해 전력을 공급받을 수 있다.
무선 전력 수신기(103a-103c) 및 무선 전력 전송 시스템(101a-101n)은 다중경로 무선 전력 전달 환경(100)에서 동작하도록 구성될 수 있다. 즉, 무선 전력 수신기(103a-103c) 및 WPTS(101a-101n)는 무선 전력 전달 환경(100) 내에서 비콘(또는 교정) 신호를 전송하거나, 무선 전력을 수신하거나, 데이터를 수신하기 위해 범위 내의 벽 또는 기타 RF 반사 장애물과 같은 반사 물체(들)(106)을 이용하도록 구성될 수 있다. 반사 물체(들)(106)는 물체가 WPTS(101)와 무선 전력 수신기(103) 사이의 가시선을 차단하고 있는지 여부에 관계없이 다방향 신호 통신에 이용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 각각의 충전식 전자 디바이스(102a-102c)는 환경(100) 내의 다른 디바이스, 서버 또는 다른 시스템과의 연결을 수립할 수 있는 임의의 시스템, 디바이스 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 일부 실시예에서, 충전식 전자 디바이스(102a-102c)는 사용자에게 데이터를 표시하기 위한 디스플레이 또는 다른 출력 기능을 포함하거나, 사용자로부터 데이터를 수신하기 위한 입력 기능을 포함하거나, 둘 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전식 전자 디바이스(102)는 비디오 게임 제어기, 서버, 데스크톱 컴퓨터, 컴퓨터 클러스터, 모바일 컴퓨팅 디바이스, 예컨대, 노트북, 랩톱 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 휴대폰, 스마트폰, 무선 마우스 또는 무선 키보드와 같은 컴퓨터 주변기기, 가전제품, 알람, 시계, 비디오 초인종, 장난감, 감시기기 또는 보안 시스템 구성 요소 등일 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 예로서 제한 없이, 충전식 전자 디바이스(102)는 또한 시계, 목걸이, 반지, 또는 고객 위에 또는 내에 내장된 다른 전자 디바이스와 같은 임의의 웨어러블 전자 디바이스일 수 있다. 충전식 전자 디바이스(102)의 다른 예에는 안전 센서(예컨대, 화재 또는 일산화탄소), 전동 칫솔, 전기 면도기 또는 이발기, 전자 도어 잠금 장치 및 핸들, 전등 스위치 제어기, 전기 면도기 등이 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다.
WPTS(101) 및 무선 전력 수신기(103a-103c)는 각각 데이터 채널을 통한 통신을 위한 데이터 통신 모듈을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 무선 전력 수신기(103a-103c)는 충전식 전자 디바이스(102a-102c)에게 각각의 데이터 통신 모듈을 통해 무선 전력 전송 시스템과 통신하도록 지시할 수 있다.
무선 전력 수신기(103a-103c)는 제1 대역이 전용 역지향성 무선 전력 전송(WPT) 채널로 사용될 수 있고 제2 대역은 통신 채널로 사용될 수 있는 이중 대역 기법을 구현할 수 있다. 예를 들어, 통신 채널(노드)은 BLE(Bluetooth Low Energy)와 같은 저에너지 호환가능 통신 유형을 구현할 수 있다.
도 2는 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(200)의 블록도를 도시한다. 무선 전력 전송 시스템(200)은 본 명세서에서 무선 전력 전달 시스템 또는 무선 전력 전송기(WPT)이라고도 지칭될 수 있다. 무선 전력 전달 시스템(200)은 MBC(Master Bus Controller) 보드(201) 및 안테나 어레이 보드(250)를 포함하는 다수의 메자닌 보드(203)를 포함할 수 있는 인쇄 회로 보드(PCB)와 같은 하나 이상의 회로 보드를 포함할 수 있다. MBC 보드(201)는 제어 회로(210), 외부 데이터 인터페이스(I/F)(215), 외부 전력 인터페이스(I/F)(220), 통신 블록(230) 및 프록시(240)를 포함할 수 있다. 메자닌 보드(203)(또는 안테나 어레이 보드(250))는 각각 다수의 전력 전송 안테나(260A-260N)를 포함할 수 있다. MBC 보드(201) 또는 메자닌 보드(203)의 구성요소 중 일부 또는 전부는 일부 실시예에서 수량이 변경되거나 생략될 수 있으며, 또한 추가 구성요소가 추가될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서는 통신 블록(230)과 프록시(240) 중 하나만이 포함될 수 있다.
제어 회로(210)(또는 보다 간결하게는 "제어기"(210))는 하드웨어 회로, 예를 들어, 주문형 집적 회로(ASIC)), 로직 회로, 소프트웨어, 컴퓨터(들), 마이크로 프로세서(들), 마이크로제어기, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(들) 또는 이들의 임의의 조합을 통해 구현될 수 있고, 메자닌 보드(203)뿐만 아니라 MBC 보드(201)의 구성요소에 제어 및 지능을 제공하도록 구성될 수 있다. 제어 회로(210)는 하나 이상의 프로세서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 메모리 유닛, 인터페이스 회로 등을 포함할 수 있으며, 무선 전력 전달 시스템(200)의 다양한 데이터 및 전력 통신 기능을 지시하고 제어할 수 있다. 통신 블록(230)은 클록 동기화를 위한 베이스 클록 신호와 같은 데이터 캐리어 주파수 상에서 데이터 통신을 지시할 수 있다. 마찬가지로, 프록시 블록(240)은 본 명세서에서 논의된 바와 같이 데이터 통신을 통해 클라이언트와 통신할 수 있다. 특정 실시예에서, 본 명세서의 데이터 통신 중 임의의 것은 Bluetooth™, Wi-Fi™, ZigBee™ 등과 같은 임의의 단거리 무선 기술(이들의 조합 또는 변형 포함)을 통해 구현될 수 있다. 추가 실시예에서, 데이터 통신은 저전력 통신 프로토콜, 저대역폭 통신 프로토콜, 또는 저전력 및 저대역폭을 모두 제공하는 프로토콜을 통해 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 회로(210)는 또한 사물 인터넷(loT) 디바이스와 같은 디바이스에 대한 데이터 집성을 용이하게 하거나 이와 달리 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 전력 수신기(예컨대, 103)는 무선 전력 수신기가 내장된 디바이스에 관한 IoT 정보에 액세스하거나, 추적하거나, 이와 달리 획득할 수 있고 데이터 연결을 통해 무선 전력 전송 시스템(300)에 그 IoT 정보를 제공할 수 있다. 이러한 IoT 정보는 외부 데이터 인터페이스(215)를 통해 데이터 수집 시스템(미도시)에 제공될 수 있으며, 이 데이터 수집 시스템은 인트라넷(예컨대, 사설 네트워크) 또는 엑스트라넷(예컨대, 인터넷 클라우드 기반) 상의 서버 기반일 수 있고 또는 로컬일 수 있는데, 여기서 데이터는 집계, 처리 또는 이와 달리 이용될 수 있다. 예를 들어, 데이터 수집 시스템은 수신한 데이터를 처리하여 지리, 무선 전력 전송 시스템, 환경, 디바이스 등과 같은 다양한 요인에 걸쳐 추세를 식별할 수 있다. 일부 실시예에서, 집성된 데이터 또는 집성된 데이터로부터 결정된 추세 데이터는 원격 업데이트 또는 다른 업데이트를 통해 디바이스의 동작을 개선하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시예에서, 집성된 데이터는 제3자 데이터 소비자에게 제공될 수 있다. 특정 예에서, 무선 전력 전송 시스템은 IoT 디바이스에 대한 게이트웨이 또는 인에이블러 역할을 할 수 있고, IoT 정보는 무선 전력 수신기가 내장된 디바이스의 기능에 관한 정보, 디바이스의 사용 정보, 디바이스의 전력 레벨, (예컨대, 센서 등을 통해) 디바이스에 의해 또는 무선 전력 수신기 자체에 의해 획득된 정보 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
외부 전력 인터페이스(220)는 외부 전력을 수신하여 무선 전력 전달 시스템(200)의 다양한 구성요소에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 전력 인터페이스(220)는 외부 직류(DC) 전원을 수신하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 외부 전력 인터페이스(220)는 교류(AC) 전력을 수신하고 내장된 AC/DC 변환기 회로를 통해 이를 DC 전력으로 변환할 수 있다. 무선 전력 전달 시스템(200)의 전력 요구사항에 기초하여 다른 대안적인 구성도 가능하다.
작동시에, MBC 보드(201)는 전원으로부터 전력을 수신하여 활성화되면 무선 전력 전송 시스템(200)을 제어할 수 있다. 그런 다음 MBC 보드(201)는 전력 전송 안테나 요소(260A-260N) 중 하나 이상을 활성화할 수 있으며, 여기서 활성화된 전력 전송 안테나 요소(260A-260N)는 무선 전력 전송 시스템(200)의 범위 내에서 사용 가능한 무선 전력 수신기(예를 들어, 103a, 103b 또는 103c)를 식별하도록 디폴트 발견 모드에 진입할 수 있다. 무선 전력 수신기(103)가 발견되면, 활성화된 안테나 요소(260A-260N)는 전원을 켜고, 열거하며(enumerate), (선택에 따라서는) 교정할 수 있다. 제어 회로(210), MBC 보드(201) 내의 다른 회로, 또는 이들의 조합은 충전식 전자 디바이스(102)의 전송기 또는 트랜시버로부터 무선 주파수(RF) 신호(예컨대, 비콘 신호)가 검출되는 시기를 결정할 수 있다. 예를 들어, MBC 보드(201)의 검출 회로 또는 모듈은 사전결정된 시간 및/또는 주파수에서 충전식 전자 디바이스(102)에 내장되거나 그와 연관된 무선 전력 수신기(103)로부터의 비콘 신호 전송기를 검출할 수 있다. 이러한 비콘 신호는, 무선 전력 신호가 무선 전력 수신기(103)로 전송되어 아래에서 설명하는 바와 같이, 충전식 전자 디바이스(102)의 에너지 저장 디바이스(예컨대, 리튬 이온 또는 NiMH 배터리)의 충전을 용이하게 하는 프로세스를 개시할 것을 무선 전력 전달 시스템(200)에 촉구할 수 있다.
MBC 보드(201)는 안테나 어레이 보드(250)를 통해 발견 신호를 생성할 수 있다. 발견 신호는 활성화 신호 또는 질의 신호라고도 불릴 수 있다. 일부 실시예에서, 발견 신호는 펄스열 변조 신호 또는 로우 레벨 질의 신호일 수 있다. 일반적으로, 발견 신호는 무선 전력 수신기(103)를 위한 공간을 질문(또는 질의)하고, 공간 내의 수신기(103)는 예컨대, 비콘 신호를 통해 대답(또는 응답)할 수 있다.
WPT 시스템(200)은 무선 전력 수신기(103)로부터 비콘 신호를 검출하기 위해 안테나(260A-260N) 또는 전용 안테나와 같은 하나 이상의 안테나를 모니터링할 수 있다. 이러한 RF 신호가 무선 전력 수신기(103)로부터 수신되면, 어 회로(210)는 수신된 신호가 데이터 통신 구성요소, 비콘 구성요소, 또는 둘 다를 포함하는지 결정할 수 있다. 데이터 통신 구성요소가 존재할 때, 제어 회로(210)는 신호의 통신 부분을 디코딩하고 데이터를 처리할 수 있다. 일부 예에서, 신호의 통신 부분에 의해 제공되는 데이터는 시스템 레벨 모니터링 데이터(예컨대, 에너지 저장 레벨 등)일 수 있거나, 또는 무선 전력 수신기(103)를 갖거나 이와 연관된 충전식 전자 디바이스(102)의 목적 또는 기능과 관련된 데이터(예컨대, 센서 데이터 또는 IoT 디바이스에 대한 데이터)일 수 있다.
제어 회로(210)는 예컨대, 비콘 구성요소로부터 위상 데이터 추출을 수행함으로써 클라이언트 디바이스의 범위 및 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, WPT(200)는 미국 특허 10,396,602 또는 미국 특허 10,447,092에 설명된 것과 같은 위상 기반 결정 시스템을 구현할 수 있으며, 이는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다. 클라이언트의 범위 및 위치에 기초하여, 제어 회로(210)는 안테나(260A-260N) 중 하나 이상을 사용하여 전용의 역지향성 연결 채널을 통해 무선 전력 수신기(103)로의 무선 전력 전달을 수립할 수 있다. 일부 실시예에서, 프록시 안테나 요소(240)는 특정 범위 내에서 무선 전력 수신기(들)(103)에 발견 신호를 브로드캐스트할 수 있다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 발견 신호는 무선 전력 전달이 가능하다는 것을 무선 전력 수신기(103)에 나타낼 수 있다.
도 3은 종래 기술에 공지된 실시예에 따른 충전식 전자 디바이스(300)의 회로도를 도시한다. 다양한 전기 및 기계적 구성요소들은 하우징(301)에 의해 정의된 내부 캐비티 내부에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 충전식 전자 디바이스(300)의 회로(302) 및/또는 다른 전자 구성요소들은 디바이스(300)의 사용자의 이익을 위한 기능을 제공하고 다르게는 용이하게 할 수 있다. 제한이 아닌 예를 들어, 충전식 전자 디바이스(300)가 전동 칫솔에서 구현되는 경우, 회로(302)는 적어도 하나의 스위치 및 모터 제어기를 포함할 수 있고, 회로(302)는 전동 칫솔의 브러시 헤드를 이동시키는 토크를 제공하기 위해 DC 모터와 같은 구성요소(312)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 다른 예로서, 충전식 전자 디바이스(300)가 무선 오디오 스피커에서 구현되는 경우, 회로(302)는 적어도 하나의 스위치 및 스피커 드라이버를 포함할 수 있고, 회로(302)는 전자기력에 의해 스피커의 기계적 부품에 움직임을 지시하여 음악과 같은 가청음을 생성하기 위해 스피커와 같은 구성요소(312)에 동작가능하게 결합될 수 있다. 디바이스(300)에 이러한 기능을 제공하기 위해, 회로(302)는 WPT(200)의 제어기(210)에 대해 도 2를 참조하여 전술한 바와 같은 유형의 구성요소 중 하나 이상에서 구현될 수 있는 제어기(314)를 포함하거나 다른 방식으로 그에 동작가능하게 결합될 수 있다.
충전식 전자 디바이스(300)는 적어도 부분적으로 하우징(301) 내부에 배치되는 에너지 저장 디바이스(304)를 포함할 수 있다. 에너지 저장 디바이스(304)는 예를 들어, 리튬 이온 또는 NiMH 배터리 셀을 포함하는 충전식 배터리로 구현될 수 있으며, 이에 국한되지 않는다. 에너지 저장 디바이스(304)는 포트(306) 또는 이와 유사한 연결 수단을 통해 충전 회로(310)에 전기적으로 결합되거나 결합될 수 있다. 그렇게 연결되면, 포트(306a)와 포트(306b) 사이에 전압(Vbat)이 유도된다. 충전 회로(310)는 하우징(301)의 외부 공간으로부터 접근 가능한 입력 포트(308)에 동작가능하게 결합될 수 있다. 입력 포트(308)는 충전 회로(310)를, 60Hz(또는 50Hz)의 AC 전원을 제공하는 벽면 콘센트와 같은 외부 전원 공급부(316)에 전기적으로 결합하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 입력 포트(308)는 USB, USB-C 또는 마이크로 USB 디자인일 수 있다. 다른 실시예에서, 입력 포트(308)는 표준 배럴 수/암 디자인(standard barrel male/female design)일 수 있다. 어떤 경우에서도, 디바이스(300)의 사용자는 전원 코드의 한쪽 단부 상의 적합한 커넥터를 포트(308)에 삽입하고, 변압기를 통해 플러그에 연결된 전원 코드의 다른 단부를 예를 들어 벽 콘센트에 삽입할 수 있다. 변압기는 궁극적으로 교류 전력을 직류 전력으로 정류 및/또는 변환하여 외부 전원 공급부(316)로부터 충전 회로(310)로 미리 결정된 전압(예컨대, 5V)의 전류를 전송할 수 있다. 충전 회로(310)는 에너지 저장 디바이스(304)를 충전하기 위해 다른 전류를 전송하는 데 사용하기 위해 DC 전력을 다른 전압(예를 들어, 리튬 이온 배터리 셀의 경우 3.7-4.2V의 Vbat)으로 더 변환 및/또는 조절할 수 있다. 충전 회로(310)는 또한 회로(302) 및 이에 결합된 구성요소(312)를 동작시키기 위한 또 다른 전류를 전송하는 데 사용하기 위해 외부 전원 공급부(316) 및/또는 에너지 저장 디바이스(304)로부터의 DC 전력을 또 다른 전압(예를 들어, 3.3V의 Vdev)으로 변환 및/또는 조절할 수 있다. 일부 실시예에서, 회로(302)는 충전 회로(310)를 포함한다.
도 4는 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 트랜시버(400)의 회로 구성도이다. 무선 트랜시버(400)는 제1 회로(401)를 포함한다. 제1 회로(401)는 도 1 및 도 2를 참조하여 위에서 도시되고 설명된 무선 전력 수신기(103)의 예시적인 구현일 수 있다. 제1 회로(401)는 충전식 전자 디바이스(300)의 에너지 저장 디바이스(304)와 회로(302)(이하, "제2 회로"라고도 함) 사이에 결합되거나 결합될 수 있다. 제1 회로(401)를 제2 회로(302) 및 에너지 저장 디바이스(304)에 결합하기 위한 임의의 적절한 수단이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 포트(402a)는 제1 회로(401)를 제2 회로(302)에 전기적으로 결합하는 데 사용될 수 있고, 제2 포트(402b)는 제1 회로(401)를 에너지 저장 디바이스(304)에 전기적으로 결합하는 데 사용될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 무선 트랜시버(400)를 제2 회로(302) 및 에너지 저장 디바이스(304)에 교대로 결합 및 분리하기 위한 수단은 제1 및 제2 포트(402a 및 402b)에 전기적으로 결합될 수 있다. 제한이 아닌 예를 들어, 스위치(도시되지 않음)가 제1 및 제2 포트(402a 및 402b) 사이에 결합될 수 있고, 하우징(301) 외부에서 디바이스(300)의 사용자에 의해 액세스될 수 있다. 따라서, 이 예에서, 디바이스(300)의 사용자는 WPT(200)를 사용할 수 없는 시간 동안(예를 들어, WPT(200)가 존재하지 않는 원격 캠핑장에서 무선 트랜시버(400)를 갖는 무선 스피커를 사용할 때), 무선 트랜시버(400)의 기능을 선택적으로 비활성화할 수 있다.
제1 회로(401)를 제2 회로(302)와 에너지 저장 디바이스(304) 사이에 이와 같이 결합하는 것은 충전식 전자 디바이스(302)의 기존 회로에 거의 또는 전혀 수정할 필요 없이 신속하게 달성될 수 있다. 또한, 제1 회로(401)의 적어도 일부는, 예를 들어, 충전식 전자 디바이스(300)의 하우징(301)에 적합하게 하거나 적합성을 용이하게 하기 위해, 가요성 인쇄 회로 기판(PCB)으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 회로(401)는 아래에 설명된 바와 같이 무선 트랜시버(400)의 기능을 위한 안테나(410)를 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 안테나(410)는 제1 회로(401)에 통합되거나 제1 회로(401)에 결합되거나 결합 가능한 별도의 구성요소 또는 모듈일 수 있다.
일부 실시예에서, 충전식 전자 디바이스(300)의 기존 안테나는 본 기술에 따른 무선 트랜시버(400)의 기능 중 적어도 일부에 대해 활용될 수 있다. 그러나, 일부 충전식 전자 디바이스(300)는 작동을 위해 자체의 기존 안테나를 사용할 수도 있다. 디바이스(300)의 기능에 대한 잠재적인 RF 간섭을 제거하거나 적어도 최소화하기 위해, 무선 트랜시버(400)의 안테나(들)(410)는 제1 회로(401)로부터 충분히 멀리 "오프보드"로 배치될 수 있다. 또한, 무선 트랜시버(400)는 충전식 전자 디바이스(300)의 동작 RF 주파수와 충분히 다른 RF 주파수에서 WPT(200)에 의해 전송되고 제1 회로(401)에 의해 수신되는 무선 전력 신호를 이용할 수 있다. 디바이스(300)의 동작 주파수와 구별되는 무선 전력 신호 주파수를 갖는 대신에, 또는 이에 더하여, 제1 회로(401)가 WPT(200)로부터 무선 전력 신호를 수신하지 않는 시간 동안에만 디바이스(300)가 임의의 필요한 무선 신호를 전송 또는 수신하는 시간 계획을 통해 RF 간섭이 제거되거나 최소화될 수 있다. 다른 예에서, 제1 회로(401)는 충전 가능한 전자 디바이스(300)가 꺼져 있을 때만 무선 전력 신호를 사용하여 에너지 저장 디바이스(304)가 충전되도록 제어될 수 있다.
이와 같이, 무선 트랜시버(400)는 기존의 충전식 전자 디바이스(300)에 개조하거나 새로운 설계에 통합하는 데 매우 적합하다. 따라서, 본 기술은 대부분의 충전식 전자 디바이스(300)가 무선 충전을 유리하게 활용할 수 있도록 할 수 있다. 본 기술의 발명자는 본원에 개시된 무선 트랜시버(400) 및 관련 기술이 다양한 기술 및 산업 분야 및 소비자 응용 분야에서 기존 및 신규 디자인의 충전식 전자 디바이스(300)에 무선 충전의 적용을 가속화할 수 있을 것으로 믿는다.
제1 회로(401)는 적어도 하나의 안테나(410)를 포함하거나, 이에 결합되거나, 결합될 수 있다. 안테나(410)는 듀얼 밴드 안테나이거나 하나 이상의 안테나를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 회로(401)는 데이터 전송 기능뿐만 아니라 전력 및 데이터 수신 기능을 제공하는 단일 안테나(예컨대, 듀얼 밴드 안테나)를 포함할 수 있다.
안테나(410)는 스위치(412)에 결합되거나 결합 가능한다. 스위치는 도 4에 표시된 것처럼 두 개의 라인을 통해 제어기(404)에 결합된다. 스위치(412)의 상태는 제어 라인(416)에서 전송되는 제어 신호를 통해 제어기(404)에 의해 제어될 수 있다. 제어기(404)는 WPT(200)의 제어기(210)에 대해 도 2를 참조하여 전술한 바와 같은 구성요소의 유형 중 하나 이상으로 구현될 수 있다. 제어기(404)가 컴퓨터, 프로세서, 마이크로제어기 등이거나 이를 포함하는 실시예들에서, 제어기(404)는 메모리 저장 디바이스(428)(이하, 본 명세서에서 메모리(428)라고도 지칭한다)를 포함하거나 이 결합될 수 있거나 결합 가능할 수 있다. 메모리(428)는 예를 들어, 펌웨어 또는 소프트웨어, 본 기술에 따라 본 명세서에 설명된 프로세스 및 방법을 구현하거나, 다르게는 가능하게 또는 용이하게 하기 위해 제어기(404)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어를 저장하기 위한 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(예를 들어, ROM, EEPROM 및/또는 플래시 타입)를 포함할 수 있다.
제1 상태의 스위치(412)는 안테나(410)를 전력 증폭기(408)에 결합하고, 이는 차례로 제어기(404)에 결합된다. 제어기(404)는 통신 모듈(406)을 포함하거나 통신 모듈(406)과 연관되거나 통신 모듈(406)에 결합된다. 통신 모듈(406)은 안테나(410)를 사용하여 WPT(200)를 포함할 수 있는 무선 전력 전달 환경(430)으로 전송하기 위한 RF 신호(예컨대, 비콘)를 생성하기 위해 제어기(404)의 제어 하에 놓이는 회로를 포함한다. 전력 증폭기(408)는 이 RF 신호를 증폭하여 환경(430)으로의 전송을 용이하게 하고, 따라서 WPT(200)에 의한 수신도 용이하게 할 수 있다. 제2 상태의 스위치(412)는 무선 전력 신호가 수신되는 것에 응답하여 전압을 유도하는 수단(414)(예컨대, RF 정류기/에너지 하베스터(414))에 안테나(410)를 연결한다. 스위치(412)가 제2 상태에 있을 때, 제1 회로(401)는 안테나(410)를 이용하여 WPT(200)에 의해 환경(430)으로 전송된 무선 전력 신호를 수신한다. 무선 전력 신호는 안테나(410)에서 RF 정류기/에너지 하베스터(414)로 전달되고, RF 정류기/에너지 하베스터(414)는 무선 전력 신호가 수신되는 것에 응답하여 전압(Vrec)을 유도한다.
일부 실시예들에서, 제어기(404) 및/또는 통신 모듈(406)은 트랜시버(400)가 내장되거나 다른 방식으로 연관된 충전식 전자 디바이스(300)와 통신하거나 이 충전식 전자 디바이스(300)로부터 정보(예를 들어, IoT 정보, 클라이언트 ID, 또는 전원 긴급성 표시기)를 도출할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 일부 실시예들에서, 무선 전력 수신기(300)는 디바이스(300)와의 하나 이상의 데이터 연결(유선 또는 무선)을 가질 수 있는데, 이를 통해 무선 트랜시버는 디바이스 정보를 획득할 수 있다. 이러한 연결은 제어기(404)와 제어기(314) 및/또는 제2 회로(302)의 적어도 일부 사이에에 결합된 하나 이상의 포트(424)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 디바이스(300) 정보는 제어기(404), 제1 회로(401) 및/또는 트랜시버(400)의 다른 구성요소에 의해, 예를 들어, 하나 이상의 센서(도 4에 도시되지 않음)를 통해 결정되거나 추론될 수 있다. 디바이스 정보는 무선 트랜시버(400)가 연관된 디바이스(300)의 기능에 대한 정보, 디바이스(300)의 사용 정보, 디바이스(300)의 에너지 저장 디바이스(들)의 전력 레벨, 디바이스(300)에 의해 획득되거나 유추된 정보, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
일부 실시예에서, 클라이언트 식별(ID) 모듈(도시되지 않음)은 무선 전력 전달 환경(430)에서 무선 트랜시버(400)를 고유하게 식별할 수 있는 클라이언트 ID를 저장할 수 있다. 예를 들어, 클라이언트 ID는 통신이 확립될 때 하나 이상의 무선 전력 전송 시스템(200)으로 전송될 수 있다. 일부 실시예들에서, 무선 트랜시버(400)는 각각의 클라이언트 ID에 기초하여 무선 전력 전달 환경(430)에 있는 하나 이상의 다른 무선 트랜시버(400)를 받아들이고 식별할 수 있을 수 있다. 클라이언트 ID를 나타내는 데이터는 제어기(404) 및/또는 통신 모듈(406)에서 사용하기 위해 메모리(428)에 저장될 수 있다.
제1 회로(401)는 전력 변환기(418)(예컨대, 벅/부스트) 및 접합 회로(420)를 포함할 수 있다. 접합 회로(420)는 제2 포트(402b)를 통해 RF 정류기/에너지 하베스터(414), 전력 변환기(418) 및 에너지 저장 디바이스(304)에 결합된다. 전력 변환기(418)는 제1 포트(402a)를 통해 제어기(404) 및 제2 회로(302)에 결합된다. 무선 전력 신호가 안테나(410)를 통해 제1 회로(401)의 RF 정류기/에너지 하베스터(414)에 의해 수신될 때, 직류 전류(432)가 접합 회로(420)로 전송된다. 접합 회로(420)는 DC 전류(432)를 예를 들어, 에너지 저장 디바이스(304)를 충전하기 위해 Vbat의 DC 전류(434)로 변환 및/또는 조절하는 회로를 포함할 수 있다.
DC 전류(424)가 접합 회로(420)로부터 에너지 저장 디바이스(304)로 전송되는 것에 더하여, 또는 그 대신하여, 접합 회로(420)는 Vbat (또는 다른 전압)의 DC 전류(436)를 전력 변환기(418)로 전달할 수 있다. 전력 변환기(418)는 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 제2 회로(302)에서 사용하기 위해, 예를 들어 Vout (또는 다른 전압)에서 DC 전류(436)를 DC 전류(438)로 변환 및/또는 조절하는 회로를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 제어기(404)는 전력 변환기(418)에 결합된다. 따라서, 제어기(404)는 Vout를 감지 및 측정하고, 그에 따라 전력 변환기(418)의 파라미터(예를 들어, 스위칭 주파수)를 조정하여 Vout를 사전결정된 전압 또는 사전결정된 전압 범위 내에서 유지하도록 할 수 있다. 유사하게, 전력 변환기(418)가 제1 포트(402a) 및 제어기(404)에 결합된 경우, 제어기(404)는 또한 제2 회로(302)가 입력 포트(308)를 통해 전류(440)를 수신하는 것을 결정할 수 있다.
다른 실시예들에서, 접합 회로(420)는 전력 변환기(418)의 구성요소 및 기능 중 적어도 일부를 포함할 수 있고, 제어기(404)는 대신 접합 회로(420)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 이러한 예들에서, 제어기(404)는 Vout 및/또는 Vbat를 감지 및 측정할 수 있고, 그에 따라 접합 회로(420)의 파라미터(예컨대, 스위치 주파수)를 조정하여 Vout 및/또는 Vbat를 각각의 사전결정된 전압 또는 각각의 사전결정된 전압 범위 내에서 유지하도록 할 수 있다. 마찬가지로, 예시에서, 접합 회로(420)가 제1 포트(402a) 및 제어기(404)에 결합된 경우, 제어기(404)는 제2 회로(302)가 입력 포트(308)를 통해 전류(440)를 수신하는 것을 결정할 수 있다.
무선 트랜시버(400)는 또한 충전식 전자 디바이스(300)의 사용자에게 무선 전력 신호가 제1 회로(401)에 의해 수신되고 있음을 표시하기 위해 제어기(402)에 결합된 수단(422)을 포함할 수 있다. 수단(422)은 디바이스(300)의 하우징(301)의 외부에서 사용자에게 보이는 LED 조명(422)을 포함하거나, 또는 그 안에 구현될 수 있다. 수단(422)은 제1 회로(401) 상에 또는 그 내에 포함될 수 있거나, 수단(422)은 제1 회로(401)에 결합되거나 결합 가능할 수 있다. 일 실시예에서, LED 조명(422)은 무선 전력 신호가 제1 회로(401)에 의해 수신될 때 활성화될 수 있고(예를 들어, 조명됨), LED 조명(422)은 무선 전력 신호가 제1 회로(401)에 의해 수신되지 않을 때 비활성화될 수 있다(예를 들어, 조명되지 않음). 다른 실시예에서, LED 조명(422)은 무선 전력 신호가 제1 회로(401)에 의해 수신될 때 제1 색상(예를 들어, 녹색)으로 활성화 및 조명될 수 있고, 무선 전력 신호가 제1 회로(401)에 의해 수신되지 않을 때 LED 조명(422)은 제2 색상(예를 들어, 주황색)으로 활성화 및 조명될 수 있다.
무선 트랜시버(400)는 무선 트랜시버(400)의 적어도 일부(예를 들어, 제어기(404 및/또는 제1 회로(401)의 구성요소(들))를 다른 회로(예를 들어, 제어기(314) 및/또는 제2 회로(302)의 구성요소(들))의 적어도 일부와 인터페이스하기 위해 제어기(402)에 결합된 수단(424)을 더 포함할 수 있다. 수단(424)은 하나 이상의 범용 입력/출력(GPIO) 포트(들)(424)를 포함하거나, 또는 그 안에 구현될 수 있다. 수단(424)은 제1 회로(401) 상에 또는 그 내에 포함되거나, 수단(424)은 제1 회로(401)에 결합되거나, 결합 가능할 수 있다. 일 실시예에서, 디바이스(300)의 구성요소(312)는 전술한 바와 같이, 표시기(422)의 유사한 기능을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 표시기(422)를 사용하는 대신 또는 그에 추가하여, 구성요소(312)는 제1 회로(401)에 의해 무선 전력 신호가 수신되고 있는지 여부를 사용자에게 표시하기 위해 적어도 하나의 LED 조명을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 충전 회로(310)는 제어기(314)에 작동 가능하게 결합될 수 있고, 제어기의 제어 하에 있을 수 있다. 이 실시예에서, 제어기(404)는 GPIO 포트(424) 중 적어도 하나를 통해 제어기(314)에 결합될 수 있다. 제어기(404)는 제어기(314)로 제어 신호를 전송하여 제어기(314)가 충전 회로(310)의 기능의 적어도 일부를 교대로 활성화 및 비활성화하도록 지시할 수 있다.
도 5a-5h는 본 개시의 특정 실시예에 따라 도 4에 도시된 무선 트랜시버(예를 들어, 제1 회로(401))와 함께 사용될 수 있는 접합 회로(예를 들어, 회로(420))의 회로도 및 그 동작 상태이다. 접합 회로(420)는 복수의 스위칭 가능한 노드(480)를 포함할 수 있으며, 여기서 이러한 노드의 스위칭 상태는 제어기(404)에 의해 회로(420)로 전송되는 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 접합 회로(420)는 또한 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 전압계(482, 484 및/또는 486)를 포함할 수 있으며, 그 중 하나 이상이 제어기(404)에 동작가능하게 결합되어 Vrec, Vbat 및 Vout 중 하나 이상을 나타내는 신호 인코딩 데이터를 수신할 수 있다. 제1 회로(401)의 큰 맥락에서, 접합 회로(420)는 상이한 전압을 가질 수 있는 전력 흐름 라인의 교차점에 놓여 있다. 제한이 아닌 예를 들어, 도 5a-5h에서 라인(488, 490, 492 및 494)로 도시된 다양한 라인의 전압은, 적어도 부분적으로는, 접합 회로(420)의 다양한 스위칭 가능 노드(480)의 스위칭 상태에 대한 제어기(404)에 의한 제어를 위한 기초를 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 노드(480)의 제어는 제어기(420)의 제어 신호에 의존하지 않을 수 있고, 대신에 또는 추가로, 전압계(482, 484 및/또는 486)로부터 직접 피드백 수신기에 따라 자동화될 수 있다. 도 5a-5h에서, 라인에 전류가 흐르지 않는 것은 "X"로 표시된다.
도 5a를 참조하면, 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이, RF 정류기/에너지 하베스터(414)가 무선 전력의 수신의 결과로서 라인(488)의 Vrec에서 전류(Irec)를 전송하는 접합 회로(420)의 제1 동작 상태가 존재할 수 있다. 제1 동작 상태에서, 디바이스(302)는 에너지 저장 디바이스(304)(예컨대, 디바이스 배터리)를 충전하는 데 사용할 라인(494)에서의 추가 전류(Iin)를 제공하지 않는다. 따라서, 배터리(304)로 흐르는 전류(Icharge)는 Irec와 동일하다. Vbat에서 전류(Iout)는 동작을 위해 라인(490)에서 디바이스 전자기기(예컨대, 제2 회로(302))에 제공될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 무선 전력이 수신되지 않기 때문에 RF 정류기/에너지 하베스터(414)가 라인(488)의 Vrec에서 Irec를 전송하지 않는 접합 회로(420)의 제2 동작 상태가 존재할 수 있다. 제2 동작 상태에서, 제2 회로(302)는 배터리(304)를 충전하는데 사용하기 위해 입력 포트(308)를 통해 전력을 수신할 수 있다. 이 경우, 전류(Iin)는 배터리(402)를 충전하는데 사용하기 위해 라인(494)에 흐를 수 있다. 따라서, 배터리(304)로 흐르는 전류(Icharge)는 Iin와 동일하다. Vbat에서의 전류(Iout)는 디바이스 전자기기의 작동을 위해 라인(490)에서 제2 회로(302)로 제공될 수 있다.
도 5c를 참조하면, RF 정류기/에너지 하베스터(414)와 제2 회로(302) 모두가 에너지 저장 디바이스(304)를 충전하는데 사용하기 위해 전류(각각 라인(494)의 Iin 및 라인(488)의 Irec)를 제공하는 접합 회로(420)의 제3 동작 상태가 존재할 수 있다. 따라서, 배터리(304)로 흐르는 전류(Icharge)는 Iin과 Irec를 더한 것과 같다. Vbat에서의 전류(Iout)는 디바이스 전자기기의 작동을 위해 라인(490)에서 제2 회로(302)로 제공될 수 있다.
도 5d를 참조하면, RF 정류기/에너지 하베스터(414) 또는 제2 회로(302) 어느 것도 에너지 저장 디바이스(304)를 충전하는데 사용하기 위한 전류(Iin 및 Irec)를 제공하지 않는 접합 회로(420)의 제4 동작 상태가 존재할 수 있다. 따라서, 전류(Icharge)는 접합 회로(420)의 제4 동작 상태에서는 배터리(304)로 흐르지 않는다. Vbat에서의 전류(Iout)는 디바이스 전자기기의 작동을 위해 라인(490)에서 제2 회로(302)로 제공될 수 있으며, 따라서 전류(Iin 및 Irec)가 접합 회로(420)에 흐르지 않는 시간 동안 에너지 저장 디바이스(304)의 충전 상태는 고갈될 것이다.
도 5e를 참조하면, RF 정류기/에너지 하베스터(414)가 무선 전력의 수신의 결과로서 라인(488)의 Vrec에서 전류(Irec)를 전송하지만, 에너지 저장 디바이스(304)를 충전하기 위한 추가 전류를 제공함에 있어서 제2 회로(302)로부터 라인(494)에 전류(Iin)는 흐르지 않는 접합 회로(420)의 제5 동작 상태가 존재할 수 있다. 제5 동작 상태에서, 제2 회로(302)를 갖는 전자 디바이스는 전원이 꺼져 있거나, 전원이 켜져 있는 상태와 비교하여 전력 소비를 감소시켜야 하는 상태(예컨대, 절전 모드)에 있을 수 있다. 따라서, 배터리(304)로 흐르는 전류(Icharge)는 Irec와 같고, 전류(Iout)는 제2 회로(302)가 라인(490)으로부터 Vbat에서 필요한 암페어를 끌어올 때와 비교하여 0이거나 무시할 수 있는 양이다.
도 5f를 참조하면, RF 정류기/에너지 하베스터(414)가 라인(488)의 Vrec에서 전류(Irec)를 전송하지 않지만, 전류(Iin)가 제2 회로(302)로부터 라인(494)에 흐르면서 에너지 저장 디바이스(304)를 충전하기 위한 추가 전류를 제공하는 접합 회로(420)의 제6 동작 상태가 존재할 수 있다. 제6 동작 상태에서, 제2 회로(302)를 갖는 전자 디바이스는 전원이 꺼져 있거나, 전원이 켜져 있을 때와 비교하여 전력 소비가 적은 상태(예를 들어, 절전 모드)에 있을 수 있다. 따라서, 배터리(304)로 흐르는 전류(Icharge)는 Iin와 같고, 전류(Iout)는 제2 회로(302)가 라인(490)으로부터 Vbat에서 필요한 전류를 끌어올 때와 비교하여 0이거나 무시할 수 있는 양이다.
도 5g를 참조하면, RF 정류기/에너지 하베스터(414)와 제2 회로(302) 모두가 에너지 저장 디바이스(304)의 충전을 용이하게 하기 위해 각각 라인(488 및 494)에서 전류(Irec 및 Iin)를 전송하는 접합 회로(420)의 제7 동작 상태가 존재할 수 있다. 제7 동작 상태에서, 제2 회로(302)를 갖는 전자 디바이스는 전원이 꺼져 있거나, 전원이 켜져 있을 때와 비교하여 전력 소비가 적은 상태(예컨대, 절전 모드)에 있을 수 있다. 따라서, 배터리(304)로 흐르는 전류(Icharge)는 Irec와 Iin를 더한 것과 같고, 전류(Iout)는 제2 회로(302)가 라인(490)으로부터 Vbat에서 필요한 전류를 끌어올 때와 비교하여 0이거나 무시할 수 있는 양이다.
도 5h를 참조하면, RF 정류기/에너지 하베스터(414) 또는 제2 회로(302) 그 어느 것도 각각 라인(488 및 494)에서 전류(Irec 및 Iin)를 전송하지 않으면서, 에너지 저장 디바이스(304)의 충전을 용이하게 하는 접합 회로(420)의 제8 동작 상태가 존재할 수 있다. 제8 동작 상태에서, 제2 회로(302)를 갖는 전자 디바이스는 전원이 꺼져 있거나 전원이 켜져 있을 때와 비교하여 전력 소비가 적은 상태(예컨대, 절전 모드)에 있을 수 있다. 따라서, 전류(Iout , Icharge 및 Iin)는 모두 0이다.
도 5a-5h에 도시된 실시예들에서, Iout는 먼저 접합 회로(420)로부터 전력 변환기(418)로 전송되어, 제2 회로(302)로의 후속 전송을 위해 필요에 따라 라인(492)에서 Vbat가 Vout로 변경될 수 있다. 다른 실시예들에서, 예를 들어, 제2 회로(302)에 의해 요구되는 Vbat 및 Vout가 동일하거나 서로의 지정된 허용 오차 내에 있는 경우, 제1 회로(401)는 전력 변환기(418)를 포함하지 않을 수 있다.
도 6은 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(예컨대, WPT(200))과 무선 트랜시버(예컨대, 무선 트랜시버(400)) 사이의 동작을 예시하는 시퀀스 다이어그램이다. 초기에, 통신은 발견 신호(530)를 통해 WPT(510)와 무선 트랜시버(520) 사이에서 설정될 수 있다. 발견 신호(530)는 무선 트랜시버(520)에 전력을 제공할 수 있는 펄스 간격 변조 신호일 수 있다. 그런 다음, 535에서, WPT(510)는 무선 트랜시버(520)로부터 응답을 청취할 수 있으며, 여기에는 비콘 신호와 같은 RF 신호에 대한 모니터링이 포함될 수 있다.
무선 트랜시버(520)가 발견 신호를 수신하면, 무선 트랜시버(520)는 에너지 저장 디바이스(304)의 충전 레벨 또는 다른 동작 상태에 따라 (540에서의) RF(예컨대, 비콘) 신호, (550에서의) 데이터 통신 신호 또는 둘 다를 다시 전송할 수 있다. WPT(510)는 무선 트랜시버(520)로부터 전송된 신호를 수신하고, 이에 대한 응답으로 (560에서) 무선 전력 신호를 무선 트랜시버(520)로 전송할 수 있다. 일부 실시예들에서, 데이터 통신 신호(550)는 도 6에 도시된 바와 같이, 무선 전력 신호가 무선 트랜시버(520)로 전송된 후에 WPT(510)로 전송될 수 있다. 무선 전력 신호(560)는 제1 대역에서 역방향 연결을 통해 제공될 수 있고, 데이터 통신 신호는 제2 대역에서 제공될 수 있으며, 둘 다 듀얼 밴드 안테나(예컨대, 안테나 410)를 통해 송신 또는 수신될 수 있다. 무선 전력 신호(560)는 WPT(510)에 의해 비콘 신호(540)로부터 결정된 범위 및 위치에 기초할 수 있다.
WPT(510)는 무선 트랜시버(520)로부터 비콘 신호(540)를 수신하고, 복수의 안테나(410)에서 신호가 수신되는 위상(또는 방향)을 감지하거나 달리 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, WPT(510)는 비콘 신호(540)의 측정된 위상의 복소 공액을 결정할 수 있고, 복소 공액을 사용하여 무선 트랜시버(520)로의 무선 전력 신호(들)의 전송을 전달하거나 다르게는 지시하도록 안테나(410)를 구성하는 송신 위상을 결정할 수 있다.
도 7은 본 개시의 특정 실시예에 따라, 무선 트랜시버(예컨대, 무선 트랜시버(400))를 동작시키기 위한 프로세스(600)의 상태도이다. 프로세스(600)는 본 기술에 따라 본 명세서에 설명된 바와 같이 트랜시버(400) 및 그 다양한 구성요소들에 의해 구현될 수 있다. 프로세스(600)는 시작 상태(602)에서 시작될 수 있으며, 이에 따라 무선 트랜시버(400)가 그의 에너지 저장 디바이스(304)와 그의 제2 회로(302) 사이에 결합된 충전식 전자 디바이스(300)가 초기에 전원이 켜진다. 일부 실시예에서, 프로세스(600)는 디바이스(300)의 전원이 꺼져 있는 동안에도 대체적으로 또는 추가로 권장될 수 있다.
시작 상태(602)로부터, 프로세스(600)는 로직 브랜치(604)로 진행될 수 있으며, 여기서 제어기(404)는 무선 전력 신호가 RF 정류기/에너지 하베스터(414)에 의해 수신되고 있는지 여부를 결정한다. 로직 브랜치(604)의 목적상, 무선 전력 신호가 RF 정류기/에너지 하베스터(414)에 의해 수신되지 않는 경우, 프로세스(600)는 로직 브랜치(606)로 진행할 수 있다. 로직 브랜치(606)에서, 제어기(404)는 충전식 전자 디바이스(300)의 입력 포트(308)를 통해 DC 전력이 수신되고 있는지 여부를 결정할 수 있다. 로직 브랜치(606)의 목적상, 입력 포트(308)에서 DC 전력이 수신되지 않는 경우, 프로세스(600)는 동작(610)으로 진행할 수 있다. 동작(610)에서, 제어기(610)는 제1 회로(401)가 제1 및 제2 포트(402a 및 402b)를 통해 에너지 저장 디바이스(304)로부터 제2 회로(302)로 가용 배터리 전력을 전송하도록 할 수 있다. 동작(610)으로부터, 프로세스(600)는 로직 브랜치(612)로 진행될 수 있으며, 여기서 제어기(404)는 충전식 전자 디바이스(300)의 전원이 켜져 있는지 여부를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 로직 브랜치(612)의 목적상, 제어기(404)가 디바이스(300)가 전원이 켜져 있다고 판단하면, 프로세스(600)는 시작 상태(602)로 다시 루프백될 수 있고, 그렇지 않으면 프로세스(600)는 종료 상태(614)로 진행될 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세스(600)는 로직 브랜치(612) 및 종료 상태(614)를 포함하지 않을 수 있고, 프로세스(600)는 충전식 전자 디바이스(300)의 전원 켜짐 여부에 관계없이 동작(610)에서 시작 상태(602)로 다시 루프백될 수 있다.
로직 브랜치(606)의 목적상, 입력 포트(308)에서 DC 전력이 수신되는 경우, 프로세스(600)는 동작(608)으로 진행할 수 있다. 동작(608)에서, 제어기(610)는 제1 회로(401)가 제1 및 제2 포트(402a 및 402b)를 통해 입력 포트(308)로부터 에너지 저장 디바이스(304)로 DC 전력을 전송하도록 할 수 있다. 동작(608)에서, 프로세스(600)는 시작 상태(602)로 다시 루프백될 수 있다.
로직 브랜치(604)의 목적상, 무선 전력 신호가 RF 정류기/에너지 하베스터(414)에 의해 수신되는 경우, 프로세스(600)는 로직 브랜치(616)로 진행될 수 있다. 로직 브랜치(616)에서, 제어기(404)는 충전식 전자 디바이스(300)의 입력 포트(308)를 통해 DC 전력이 수신되고 있는지 여부를 결정할 수 있다. 로직 브랜치(616)의 목적상, 입력 포트(308)에서 DC 전력이 수신되고 있다면, 프로세스(600)는 동작(618)으로 진행할 수 있다. 동작(618)에서, 제어기(610)는 제1 회로(401)가 RF 정류기/에너지 하베스터(414) 및 입력 포트(608) 중 적어도 하나로부터 에너지 저장 디바이스(304)로 DC 전력을 전송하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 동작(618)의 목적을 위해, RF 정류기/에너지 하베스터(414) 및 입력 포트(608) 중 하나 또는 양쪽 모두에서 DC 전력이 전송되는지 여부는 적어도 하나의 사용자 구성 설정에 의해 결정되며, 이는 제어기(404)가 사용하기 위해 메모리(428) 내에 저장될 수 있다. 일 예에서, 구성 설정(들)은 충전식 전자 디바이스(300)의 제2 회로(302)와 에너지 저장 디바이스(304) 사이에 무선 트랜시버(400)를 설치하기 전에 제어기(404)가 사용하기 위해 메모리(428)에 저장될 수 있다. 다른 예에서, 구성 설정(들)은 무선 트랜시버(400)가 충전식 전자 디바이스(300)의 제2 회로(302)와 에너지 저장 디바이스(304) 사이에 설치된 후에 제어기(404)가 사용하기 위해 메모리(428)에 저장될 수 있다. 이러한 예들에서, 구성 설정(들)은 메모리(428)에 저장될 데이터를 하우징(301) 외부로부터 전송하기 위한 수단(도시되지 않음)에 의해 때때로 변경될 수 있다. 동작(618)으로부터, 프로세스(600)는 시작 상태(602)로 다시 루프백될 수 있다.
로직 브랜치(616)의 목적상, 입력 포트(308)에서 DC 전력이 수신되지 않는 경우, 프로세스(600)는 로직 브랜치(620)로 진행할 수 있다. 로직 브랜치(620)에서, 제어기(404)는 RF 정류기/에너지 하베스터(414)의 DC 출력 전력(예를 들어, Vrec 에서의 Pout)이 충전식 전자 디바이스(300)의 제2 회로(302)에 의해 요구되는 DC 전력보다 크거나 동일한지(또는 대안적으로 더 큰지) 여부를 결정할 수 있다. 로직 브랜치(620)의 목적상, RF 정류기/에너지 하베스터(414)의 DC 출력 전력이 디바이스(300)의 제2 회로(302)에 의해 요구되는 DC 전력보다 크거나 같으면(또는 대안적으로 더 크면), 프로세스(600)는 동작(624)으로 진행할 수 있다. 동작(624)에서, 제어기(610)는 제1 회로(401)가 RF 정류기/에너지 하베스터(414)로부터 제2 회로(302) 및 에너지 저장 디바이스(304) 모두로 DC 전력을 전송하도록 할 수 있다. 동작(624)에서, 프로세스(600)는 시작 상태(602)로 다시 루프백될 수 있다.
로직 브랜치(620)의 목적상, RF 정류기/에너지 하베스터(414)의 DC 출력 전력이 디바이스(300)의 제2 회로(302)에 요구되는 DC 전력보다 작으면(또는 다른 대안으로 작거나 같으면), 프로세스(600)는 동작(622)으로 진행할 수 있다. 동작(622)에서, 제어기(610)는 제1 회로(401)가 RF 정류기/에너지 하베스터(414)와 에너지 저장 디바이스(304) 모두로부터 제2 회로(302)로 DC 전력을 전송하도록 할 수 있다. 동작(624)에서, 프로세스(600)는 시작 상태(602)로 다시 루프백될 수 있다.
도 8은 본 개시의 특정 실시예에 따른 무선 트랜시버(예컨대, 무선 트랜시버(400))를 동작시키는 방법(700)의 흐름도이다. 방법(700)은 본 기술에 따라 본 명세서에 설명된 바와 같이 트랜시버(400) 및 그 다양한 구성요소에 의해 구현될 수 있다. 방법(700)은 제1 회로(401)가 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 유도된 전압(예를 들어, Vrec)과 연관된 출력 전력이 제1 회로(401)에 결합된 디바이스(300)(예를 들어, 제2 회로(302))의 전력 요구사항보다 크거나 동일한지 여부를 (예를 들어, 제어기(404) 및/또는 제1 회로(401)에 의해) 결정하는 단계(702)를 포함할 수 있다.
결정 단계(702)에서, 예를 들어 제어기(404)에 의해 결정된 결과(403)에 따라, 방법(700)은 두 개의 대체 단계로 진행할 수 있다. 전술한 출력 전력이 디바이스(300)의 전력 요구사항보다 크거나 같다는(예를 들어, 충족한다는) 것을 결정하는 경우(702), 방법(700)은 제1 회로(401)로부터 제1 회로(401)에 결합된 제2 회로(302) 및 에너지 저장 디바이스(304)로 제1 전류를 전송하는 단계(704)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전술한 출력 전력이 디바이스(300)의 전력 요구사항보다 작다는(예를 들어, 충족하지 않는다는) 것을 결정하는 경우(702), 방법(700)은 제1 회로(401)로부터 제2 회로(302)로 제2 전류를 전송하는 단계(706); 및 에너지 저장 디바이스(304)로부터 제2 회로(302)로 제3 전류를 전송하는 단계(708)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 두 개의 전송 단계(706 및 708)는 방법(700)에서 순차적으로 수행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 두 개의 전송 단계(706 및 708)는 방법(700)에서 동시에 수행될 수 있다.
방법(700)은 전술한 바와 같이, 단계(702, 704 및 706)를 용이하게 하기 위한 목적으로 다양한 추가 단계를 포함할 수 있다. 방법(700)은 (예를 들어, 송신 모드에서 안테나(들)(410)를 통해 제1 회로(401)에 의해), RF(예를 들어, 비콘) 신호를 WPT(200)로 전송하는 단계(708)를 포함할 수 있다. 방법(700)은 또한 (예를 들어, 수신 모드에서 안테나(들)(410)를 통해 제1 회로(401)에 의해), WPT(200)로부터 무선 전력 신호를 수신하는 단계(710)를 포함할 수 있다. 방법(700)의 일부 실시예에서, 무선 전력 신호는 RF 신호(708)가 무선 트랜시버(400)에 의해 WPT(200)로 전송되는 것에 대한 응답으로 무선 트랜시버(400)에 의해 WPT(200)로부터 수신(710)될 수 있다. 일예에서, 방법(700)은 무선 전력 신호의 수신(710)에 대응하여 시각 표시기(예컨대, LED 조명(422))를 활성화하는 단계(711)를 더 포함할 수도 있다.
방법(700)은 (예를 들어, 제1 회로(401)의 RF 정류기/에너지 하베스터(414)에 의해) 무선 전력 신호를 (예를 들어, 안테나(들)(410)를 통해) 수신하는 것(710)에 응답하여 전압을 유도하는 단계(712)를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(700)의 유도하는 단계(712)는 제1 전압을 유도하는 것(714)을 포함할 수 있다. 일예에서, 방법(700)은 유도하는 단계(714) 이후에 (예컨대, 제1 회로(401)의 전력 변환기(418)에 의해) 제1 전압을 제2 전압으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 방법(700)은 또한 제2 회로(302)가 외부 전원 공급부로부터 (예를 들어, 입력 포트(308)를 통해) 제4 전류를 수신하고 있음을 (예를 들어, 제어기(404 및/또는 제1 회로(401)에 의해) 결정하는 단계(718)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 제2 회로(302)에 의해 수신되는 제4 전류에 대해, 방법(700)은 (예컨대, 제1 회로(401)에 의해) 제2 회로(302)로부터 제4 전류를 수신하는 단계(720)를 포함할 수 있다. 방법(700)에서 제4 전류가 제1 회로(401)에 의해 수신된 후, 제4 전류는 제1 회로(401)에 의해 에너지 저장 디바이스(304)로 전송(722)될 수 있다.
방법(700)은 제2 회로(302), 에너지 저장 디바이스(304) 및 제1 회로(401)의 RF 정류기/에너지 하베스터(414)로 및 이들로부터 DC 전류를 할당하는 단계(724)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 방법(700)의 할당하는 단계(724)는 제2 회로(302) 및 에너지 저장 디바이스(304)와의 송수신을 위해 전술한 제4 전류와, 전술한 제1, 제2 및 제3 전류 중 적어도 하나의 전류를 할당하는 것을 포함할 수 있다. 방법(700)에서, 할당하는 단계(724)는 메모리(428)에 저장될 수 있는 제1 회로(401)의 전술한 구성 설정(들)에 따라 (예를 들어, 적어도 부분적으로는 제어기(404)에 의해) 구현될 수 있다. 다양한 할당된(724) DC 전류 중 하나 이상은 하나 이상의 다른 할당된(724) DC 전류의 전압과 상이한 전압과 연관될 수 있다.
도 4 및 도 7을 다시 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 회로(401)의 접합 회로(420)의 회로부는 적어도 부분적으로는 방법(700)의 할당하는 단계(724)에 필요한 기능을 구현할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 접합 회로(420)는 제1 회로(401)에서 전력 흐름 라인의 교차점에 위치한다. 제1 회로(401)가 충전식 전자 디바이스(300)의 제2 회로(302) 및 에너지 저장 디바이스(304) 사이에 결합되어 있는 경우, 접합 회로(420)는 입력 포트(308), 에너지 저장 디바이스(304), 및 제1 회로(401)의 RF 정류기/에너지 하베스터(414)의 세 가지 전원으로부터 전류를 수신 및 중계할 수 있다. 따라서, 접합 회로(420)는 제어기(404) 및/또는 전력 변환기(418)에 의해 제공되는 기능들과 함께, 에너지 저장 디바이스(304)를 충전하고, 제2 회로(302)에 전력을 공급하며, 제어기(404)와 같은 제1 회로(401)의 구성요소에 필요한 임의의 전력을 제공하는데 사용하기 위해 다양한 DC 전류 흐름을 할당(724)할 수 있다.
위에서 설명한 할당하는 단계(724)와 관련된 구조 및 기능은 방법(700)에서 에뮬레이팅하는 단계(726)를 더 가능하게 한다. 무선 트랜시버(400)의 제1 회로(401)가 제2 회로(302)와 에너지 저장 디바이스(304) 사이에 결합된 경우, 제1 회로(401)는 에너지 저장 디바이스(304)를 제2 회로(302)에 대해 에뮬레이팅(726)한다. 제한이 아닌 예를 들어, 제어기(404)는 전력 변환기(418) 및 접합 회로(420)와 같은 제1 회로(401)의 다양한 다른 구성요소와 연계하여, 충전식 전자 디바이스(300)가 초기에 동작하도록 설계된 Vbat의 사전결정된 허용 오차 내에서 제1 회로의 Vout를 유지할 수 있다. 특히, 본 기술의 이러한 특징은, 무선 트랜시버(400)를 대부분의 충전식 전자 디바이스(300)에 개조할 수 있게 함으로써, 하나 이상의 WPT(200)로부터 무선 전력 신호를 사용하여 무선 충전 기능을 효과적으로 제공하고, 디바이스(300)의 기존 회로 또는 소프트웨어/펌웨어를 변경할 필요도 없게 한다. 동일하거나 유사한 이유로, 본 기술의 무선 트랜시버(400)는 무선 전력 신호를 사용하여 작동 및 충전이 가능하도록 대부분의 모든 충전식 전자 디바이스(300)의 새로운 설계에 효과적이고 효율적으로 새로 통합될 수 있다.
따라서, 충전식 전자 디바이스(300)의 가용 전력 레벨이 에너지 저장 디바이스(304) 및/또는 입력 포트(308)로부터의 DC 전력의 가용성에 의해서만 결정되는 대신, 본 기술 및 관련 장치, 프로세스 및 방법은 (예를 들어, RF 정류기/에너지 하베스터(414)로부터의) 적어도 제3의 DC 전원이 디바이스(300)의 작동을 위해 및/또는 디바이스(300)의 에너지 저장 디바이스(304)의 충전을 위해 디바이스(300)에 이용가능하도록 한다.
도 9는 본 개시의 특정 실시예에 따라, 무선 전력 수신기(810)를 구비한 컴퓨팅 디바이스(800)의 블록 다이어그램을 도시한다. 컴퓨팅 디바이스(800)는 무선 전력 수신기(810)를 갖는 임의의 형태의 컴퓨터, 예를 들어 모바일(또는 스마트) 폰, 태블릿 컴퓨터 디바이스, 데스크톱 컴퓨터 디바이스, 노트북 컴퓨팅 디바이스, 웨어러블 컴퓨팅 디바이스, 또는 본원의 다양한 실시예들에 따라 무선 전력 충전이 적용될 수 있는 임의의 다른 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. 무선 전력 수신기(810)는 무선 트랜시버(400), 제1 회로(400), 제어기(404) 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(810)는 본 기술에 따라 그리고 무선 트랜시버(400) 및 그의 다양한 구성요소와 관련하여 본원에 설명된 임의의 방법 및 기능을 실행 및 수행할 수 있다.
다양한 인터페이스 및 모듈이 컴퓨팅 디바이스(800)에 표시되거나 결합되지만, 컴퓨팅 디바이스(800)는 본 명세서에 설명된 기능을 수행하기 위해 그러한 모듈 또는 기능 전부를 필요로 하지 않는다. 다수의 실시예에서, 각각의 컴퓨팅 디바이스의 동작을 위해 다양한 구성요소가 포함되지 않거나 필요하지 않다는 것이 이해된다. 예를 들어, GPS(global positioning system) 라디오, 셀룰러 라디오, SIM 카드, 카메라 및 가속도계와 같은 구성요소 및 다른 구성요소는 컴퓨팅 디바이스의 일부 구현에는 포함되지 않을 수 있다. 또한, 도시된 구성요소 또는 모듈 중 하나 이상이 결합되거나 제거될 수 있다.
예를 들어, 무선 전력 수신기(810)가 구현되면, 컴퓨팅 디바이스(800)에 대한 모든 전력 관리 기능이 무선 전력 수신기(810)에 내장되는 경우와 같은 일부 실시예에서는 배터리, 전력 관리 모듈 또는 둘 다가 중복될 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(810)를 통해 일정한 전력을 수신하는 실시예에서는 배터리가 필요하지 않을 수 있다.
본 명세서에 도시되고, 설명되고, 청구된 본 기술의 실시예는 회로 및 제어 방식을 제공함으로써 적어도 다음과 같은 유리한 기술적 효과를 제공한다: (a) 무선 주파수(RF) 무선 전력 신호가 작동 및 배터리 충전에 사용될 수 있도록 하기 위해, 기존의 충전식 전자 디바이스에 새로 장착되거나 새로운 설계에 새로(de novo)통합될 수 있는 무선 트랜시버; (b) 무선 트랜시버는 충전식 전자 디바이스를 작동시키고 그의 배터리 또는 배터리들을 충전하는 데 사용하기 위해, 무선 전력 신호에서 파생된 전류를 포함하여 여러 다른 직류(DC) 전원으로부터의 전류를 수신, 중계 및 분배할 수 있는 회로를 포함하며, (c) 충전식 전자 디바이스에 의해 사용되는 기존 전원에 의해, 또는 추가적으로 혹은 대신하여 무선 전력 신호에 의해 전력을 공급받을 수 있는 무선 트랜시버; (d) 기존 충전식 전자 디바이스의 하우징에 삽입이 용이할 수 있는 크기를 가지며 적어도 부분적으로는 연성 인쇄 회로 기판(PCB)으로 형성될 수 있는 무선 트랜시버; (e) 충전식 전자 디바이스의 회로(들)와 그의 적어도 하나의 배터리 사이에 결합된 무선 트랜시버가 디바이스의 기존 회로(들) 또는 배터리(들), 및 디바이스의 기존 소프트웨어 또는 펌웨어를 수정할 필요 없이 적어도 하나의 배터리를 에뮬레이팅하도록 제어되는 회로를 갖는 무선 트랜시버; 및 (f) 본 개시를 연구함에 있어 당업자가 쉽게 이해하고 인식할 수 있는 기타 효과(들).
본 명세서에 설명된 실시예의 예시는 다양한 실시예의 구조에 대한 일반적인 이해를 제공하기 위한 것이다. 예시는 본 명세서에 설명된 구조 또는 방법을 이용하는 장치 및 시스템의 모든 요소 및 특징에 대한 완전한 설명 역할을 하려는 것은 아니다. 본 개시를 검토할 때 당업자에게는 다수의 다른 실시예가 명백할 수 있다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 구조적 및 논리적 대체 및 변경이 이루어질 수 있도록 다른 실시예가 본 개시로부터 이용되고 도출될 수 있다. 더욱이, 특정 실시예가 본 명세서에 예시되고 설명되었지만, 동일하거나 유사한 목적을 달성하도록 설계된 임의의 후속 배열이 도시된 특정 실시예를 대체할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시는 다양한 실시예의 임의의 및 모든 후속 적응 또는 변형을 포괄하도록 의도된다. 앞의 실시예의 조합이 이루어질 수 있으며, 본 명세서에 구체적으로 설명되지 않은 다른 실시예는 설명을 검토할 때 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 그림은 단지 예시일 뿐이며 축척대로 그려지지 않을 수도 있다. 그림 내의 소정 비율은 과장될 수 있는 반면, 다른 비율은 축소될 수 있다. 따라서, 본 개시 및 도면은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
Claims (46)
- 방법으로서,
제1 회로에 의해, 상기 제1 회로가 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 유도된 전압과 연관된 출력 전력이 상기 제1 회로에 결합된 제2 회로의 전력 요구사항보다 크거나 같은지 여부를 결정하는 단계를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 출력 전력이 상기 전력 요구사항보다 크거나 같은 것으로 결정된 경우, 상기 제1 회로로부터 상기 제1 회로에 결합된 상기 제2 회로 및 에너지 저장 디바이스로 제1 전류를 전송하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 출력 전력이 상기 전력 요구사항보다 작은 것으로 결정된 경우,
상기 제1 회로로부터 상기 제2 회로로 제2 전류를 전송하는 단계와,
상기 에너지 저장 디바이스로부터 상기 제2 회로로 제3 전류를 전송하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 회로에 의해, 상기 제2 회로가 외부 전원 공급 장치로부터 제4 전류를 수신하고 있음을 결정하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제4항에 있어서,
상기 제1 회로에 의해, 상기 제2 회로로부터 상기 제4 전류를 수신하는 단계와,
상기 제1 회로에 의해, 상기 제4 전류를 상기 에너지 저장 디바이스로 전송하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제5항에 있어서,
상기 제1 회로의 하나 이상의 구성 설정에 따라, 상기 제4 전류와, 상기 제1, 제2 및 제3 전류 중 적어도 하나를 상기 제2 회로 및 상기 에너지 저장 디바이스로 전송하기 위해 할당하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 회로에 의해, 상기 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 상기 전압을 유도하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제7항에 있어서,
상기 유도하는 단계는 제1 전압을 유도하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 상기 유도하는 단계 이후 상기 제1 전압을 제2 전압으로 변환하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 시각적 표시기를 활성화하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 회로에 의해, 무선 전력 송신기(WPT)로부터 상기 무선 전력 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 회로에 의해, 무선 주파수(RF) 신호를 상기 WPT로 전송하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제11항에 있어서,
상기 수신하는 단계는 상기 RF 신호를 상기 WPT로 전송하는 것에 대한 응답으로 상기 무선 전력 신호를 수신하는 단계를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 회로에 의해, 상기 에너지 저장 디바이스를 상기 제2 회로에 대해 에뮬레이팅하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 회로를 상기 제2 회로와 상기 에너지 저장 디바이스 사이에 결합시키는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 회로에 안테나를 결합하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 회로의 적어도 일부를 포함하는 하우징 내부에 상기 제1 회로를 위치시키는 단계를 더 포함하는,
방법. - 장치로서,
회로와,
상기 회로에 결합된 제어기를 포함하되,
상기 회로는,
무선 전력 신호를 수신하고,
상기 회로가 상기 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 전압을 유도하도록 구성되고,
상기 제어기는 상기 유도된 전압과 연관된 출력 전력이 상기 회로에 결합하기 위한 다른 회로의 전력 요구사항보다 크거나 같은지 여부를 결정하도록 구성된,
장치. - 제17항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 출력 전력이 상기 전력 요구사항보다 크거나 동일한 것으로 결정되는 경우, 제1 전류가 상기 회로로부터, 상기 회로에 결합하기 위한 상기 다른 회로 및 에너지 저장 디바이스로 전송되게 하도록 구성된,
장치. - 제17항에 있어서,
상기 제어기는 상기 출력 전력이 상기 전력 요구사항보다 작은 것으로 결정되는 경우,
상기 회로로부터 상기 다른 회로로 제2 전류가 전송되게 하고,
상기 에너지 저장 디바이스로부터 상기 다른 회로로 제3 전류가 전송되게 하도록 구성된,
장치. - 제17항에 있어서,
상기 제어기는 상기 다른 제2 회로가 외부 전원 공급 장치로부터 제4 전류를 수신하고 있음을 결정하도록 더 구성된,
장치. - 제20항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제4 전류가 상기 에너지 저장 디바이스로 전송되게 하도록 더 구성된,
장치. - 제21항에 있어서,
상기 제어기는 상기 회로의 하나 이상의 구성 설정에 따라, 상기 제4 전류와, 상기 제1, 제2 및 제3 전류 중 적어도 하나가 상기 다른 회로 및 상기 에너지 저장 디바이스로 전송되도록 할당되게 하도록 더 구성된,
장치. - 제17항에 있어서,
상기 회로는 상기 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 상기 전압을 유도하는 수단을 더 포함하는,
장치. - 제23항에 있어서,
상기 유도하는 수단은 제1 전압을 유도하도록 구성되고, 상기 장치는 상기 제1 전압을 제2 전압으로 변환하는 수단을 더 포함하는,
장치. - 제17항에 있어서,
상기 무선 전력 신호가 상기 회로에 의해 수신되는 것에 응답하여 활성화되도록 구성된 시각적 표시기를 더 포함하는,
장치. - 제17항에 있어서,
상기 회로에 결합하기 위한 안테나를 더 포함하되, 상기 안테나는 무선 전력 송신기(WPT)로부터 상기 무선 전력 신호를 수신하도록 구성된,
장치. - 제26항에 있어서,
무선 주파수(RF) 신호를 상기 WPT로 전송하는 수단을 더 포함하는,
장치. - 제27항에 있어서,
상기 제어기는 상기 안테나로 하여금 상기 RF 신호가 상기 WPT로 전송되는 것에 응답하여 상기 무선 전력 신호를 수신하게 하도록 더 구성된,
장치. - 제27항에 있어서,
상기 회로는 수신 모드와 송신 모드 사이에서 상기 안테나를 전환하기 위해 상기 제어기에 결합된 수단을 더 포함하는,
장치. - 제17항에 있어서,
상기 다른 회로의 적어도 일부와 인터페이스하기 위해 상기 제어기에 결합된 하나 이상의 입력/출력 포트를 더 포함하는,
장치. - 제17항에 있어서,
상기 에너지 저장 디바이스를 상기 다른 회로에 대해 에뮬레이팅하기 위한 수단을 더 포함하는,
장치. - 제17항에 있어서,
상기 회로의 적어도 일부가 연성 인쇄 회로 기판으로 형성되는,
장치. - 제17항에 있어서,
상기 회로를 상기 제2 회로 및 상기 에너지 저장 디바이스에 결합시키는 수단을 더 포함하는,
장치. - 프로그램 명령어가 저장된 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서,
상기 프로그램 명령어는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 머신으로 하여금,
제1 회로가 무선 전력 신호를 수신하는 것에 응답하여 유도된 전압과 연관된 출력 전력이 상기 제1 회로에 결합된 제2 회로의 전력 요구사항보다 크거나 같은지 여부를 결정하게 하는,
비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제34항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신을 통해,
상기 출력 전력이 상기 전력 요구사항보다 크거나 같은 것으로 결정되는 경우, 상기 제1 회로가 상기 제1 회로에 결합된 상기 제2 회로 및 에너지 저장 디바이스로 제1 전류를 전송하게 하는,
비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제34항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신을 통해,
상기 전력 요구사항보다 크거나 같은 것으로 결정되는 경우, 상기 제1 회로가
상기 제2 회로로 제2 전류를 전송하고,
상기 에너지 저장 디바이스로부터 상기 제2 회로로 제3 전류를 전송하게 하는,
비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제34항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신으로 하여금 상기 제2 회로가 외부 전원 공급 장치로부터 제4 전류를 수신하고 있음을 결정하게 하는,
하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제37항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신을 통해 상기 제4 전류가 상기 제2 회로로부터 상기 에너지 저장 디바이스로 전송되게 하는,
하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제38항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신을 통해 상기 제1 회로의 하나 이상의 구성 설정에 따라, 상기 제4 전류와, 상기 제1, 제2 및 제3 전류 중 적어도 하나가 상기 다른 회로 및 상기 에너지 저장 디바이스로 전송되도록 할당되게 하는,
하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제38항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신을 통해, 상기 무선 전력 신호가 상기 회로에 의해 수신되는 것에 응답하여 상기 회로가 상기 전압을 유도하게 하는,
하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제40항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되어 상기 회로가 상기 전압을 유도하게 하면, 상기 머신을 통해,
상기 회로가 제1 전압을 유도하게 하고,
상기 회로가 상기 제1 전압을 제2 전압으로 변환하게 하는,
하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제34항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신으로 하여금 상기 무선 전력 신호가 상기 회로에 의해 수신되는 것에 응답하여 시각적 표시기를 활성화하게 하는,
하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제34항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신을 통해 상기 회로가 무선 전력 송신기(WPT)로부터 상기 무선 전력 신호를 수신하게 하는,
하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제34항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신을 통해 상기 회로가 무선 주파수(RF) 신호를 상기 WPT로 전송하게 하는,
하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제44항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신을 통해, 상기 RF 신호가 상기 WPT로 전송되는 것에 응답하여 상기 회로가 상기 무선 전력 신호를 수신하게 하는,
하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체. - 제34항에 있어서,
상기 프로그램 명령어는 또한 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되면, 상기 머신을 통해, 상기 회로가 상기 에너지 저장 디바이스를 상기 제2 회로에 대해 에뮬레이팅하게 하는,
하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
Applications Claiming Priority (5)
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| US63/308,100 | 2022-02-09 | ||
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