WO2015060606A1 - 무선 전력 전송 시스템에서의 고립 공진기를 이용한 임피던스 매칭 방법 및 장치 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에서의 고립 공진기를 이용한 임피던스 매칭 방법 및 장치 Download PDF

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WO2015060606A1
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WO
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resonator
source resonator
wireless power
impedance matching
envelope
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윤승근
권의근
김상준
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삼성전자주식회사
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks

Definitions

  • the following embodiments are related to an impedance matching method and apparatus using an isolated resonator in a wireless power transmission system.
  • a wireless power transmitter includes: a source resonator configured to transmit wireless power through resonance with a target resonator; A first power supply unit supplying power to the source resonator; A first switching unit to turn on / off a connection of the source resonator and the first power supply unit; And a controller configured to match the impedance of the source resonator by estimating a distance between the source resonator and the target resonator.
  • the wireless power transmitter may operate in a power transfer mode or an impedance matching mode.
  • the controller may control the first switching unit to supply power to the source resonator in the impedance matching mode.
  • the distance estimator may estimate a coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator and the target resonator by using a time difference between at least two points of the envelope.
  • the at least two points may include at least one peak point at which the size of the envelope becomes a peak, at least one minimum point at which the size of the envelope becomes the lowest, or the In the impedance matching mode, the source resonator and the target resonator may include at least two of start points which are starting points of the resonance.
  • the controller may end the impedance matching mode when the resonance between the target resonator and the source resonator is stopped in the impedance matching mode.
  • the controller may match the impedance of the source resonator in the impedance matching mode by using a resonance frequency between the source resonator and the target resonator in the power transfer mode.
  • a wireless power receiver includes: a target resonator configured to receive wireless power through resonance with a source resonator; A load stage for receiving power from the target resonator; And a controller configured to match the impedance of the target resonator by estimating a distance between the source resonator and the target resonator.
  • the wireless power receiver may operate in a power transmission mode or an impedance matching mode.
  • the controller may enter the impedance matching mode using a change in power received by the target resonator.
  • the wireless power receiver may further include a switching unit for turning on / off a connection between the target resonator and the load terminal.
  • the controller may turn off the switching unit in the impedance matching mode.
  • the controller may include an envelope detector configured to detect an envelope of power received by the target resonator in the impedance matching mode; A distance estimator estimating a distance between the source resonator and the target resonator based on the envelope; And an impedance matching unit which matches the impedance of the target resonator using the estimated distance.
  • the distance estimator may estimate a coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator and the target resonator by using a time difference between at least two points of the envelope.
  • the at least two points may include at least one peak point at which the size of the envelope is peak, at least one minimum point at which the size of the envelope is lowest, or the impedance matching mode.
  • the source resonator and the target resonator may include at least two of start points which are points at which the resonance starts.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless power transmitter according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a wireless power transmitter according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment.
  • 4A and 4B are diagrams for describing a wireless power transmitter and a wireless power receiver, according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for describing switching in a power transmission mode and an impedance matching mode according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for describing an estimation of a distance between a source resonator and a target resonator, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an impedance matching method of a wireless power transmitter according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an impedance matching method of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • the wireless power transfer system can be applied to various systems that require power wirelessly.
  • the wireless power transfer system may be used in a system capable of using wireless power, such as a mobile device or a wireless TV.
  • it can be applied to the field of bio health care, it can be applied to remotely transmit power to the device inserted into the human body, or to wirelessly transmit power to the band-shaped device for heart rate measurement.
  • the wireless power transfer system can be applied to devices such as low power sensors that operate with less power and require less power.
  • the wireless power transfer system can also be applied to remote control of information storage devices without a power source.
  • the wireless power transfer system can be applied to a system for supplying power to remotely drive the information storage device, and at the same time to retrieve information stored in the information storage device wirelessly.
  • the wireless power transmission system receives the energy from the power supply to generate a signal, stores it in the source resonator, and induces self resonance of the source resonator by turning off a switch that electrically connects the power supply and the source resonator. have.
  • the target resonator having the same resonance frequency as that of the source resonator is close enough to mutually resonate with the self-resonant source resonator, the mutual resonance phenomenon occurs between the source resonator and the target resonator.
  • the source resonator refers to a resonator receiving energy from a power supply device
  • the target resonator refers to a resonator receiving energy from a source resonator by mutual resonance.
  • the wireless power transfer system may be defined as an isolated resonance system (RI) system.
  • RI isolated resonance system
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless power transmitter according to an embodiment. 1 illustrates a wireless power transmission apparatus in a case where the second power supply unit and the second switching unit are not included.
  • the wireless power transmitter may operate in a power transfer mode or an impedance matching mode.
  • the power transmission mode may mean an operation mode for transmitting power from the wireless power transmitter to the load terminal of the wireless power receiver
  • the impedance matching mode may mean an operation mode for matching the impedance of the source resonator.
  • the wireless power transmitter may determine whether to operate in the impedance matching mode based on a predetermined cycle or a predetermined power transmission efficiency. For example, the wireless power transmitter may operate in the impedance matching mode every predetermined period (eg, 30 minutes). As another example, when the power transfer efficiency is less than or equal to the predetermined power transfer efficiency, the wireless power transmitter may operate in an impedance matching mode. In the impedance matching mode, the wireless power transfer unit may end the impedance matching mode and operate in the power transfer mode after matching the impedance. In addition, in the impedance matching mode, when mutual resonance between the source resonator and the target resonator is stopped, the wireless power transmitter may terminate the impedance matching mode and operate in the power transfer mode.
  • the wireless power transmitter includes a first power supply unit 110, a controller 120, a first switching unit 130, and a source resonator 140.
  • the first power supply unit 110 may supply power to the source resonator 140.
  • the first power supply 110 may be any one of a DC voltage source and a DC current source. When the first power supply unit 110 is connected to the source resonator 140 through the first switching unit 130, the first power supply unit 110 may supply power to the source resonator 140.
  • the first power supply unit 110 may include an input power source and an input resistor.
  • the first switching unit 130 may connect the first power supply unit 110 and the source resonator 140.
  • the first switching unit 130 may perform an on or off operation under the control of the controller 120. In the on state, the first power supply 110 and the source resonator 140 are connected, and in the off state, the connection of the first power supply 110 and the source resonator 140 is disconnected.
  • the source resonator 140 may transmit power to the wireless power receiver through mutual resonance with the target resonator.
  • the controller 120 may match the impedance of the source resonator 140 by estimating the distance between the source resonator 140 and the target resonator.
  • the controller 120 may include an envelope detector 121, a distance estimator 122, and an impedance matcher 123.
  • the controller 120 may supply power to the source resonator 140 by controlling the first switching unit 130 to perform impedance matching of the source resonator 140. For example, the controller 120 may turn on / off the first switching unit 130 at a predetermined cycle.
  • the first switching unit 130 When the first switching unit 130 is in an on state, the first switching unit 130 and the first power supply unit 110 may be connected to inject power into the source resonator 140, and the first switching unit 130 may be used.
  • the first resonator 140 may be disconnected from the first power supply 110, and the source resonator 140 may be isolated.
  • the isolated source resonator 140 may perform mutual resonance with the target resonator, and the controller 120 may perform impedance of the source resonator 140 while the source resonator 140 and the target resonator perform mutual resonance in the impedance matching mode. Matching can be performed.
  • the resonant frequency between the source resonator 140 and the target resonator may be the same as the resonant frequency between the source resonator 140 and the target resonator in the power transfer mode.
  • the controller 120 may perform impedance matching of the source resonator 140 by using the resonance frequency between the source resonator 140 and the target resonator in the power transmission mode without using a separate communication frequency. .
  • the envelope detector 121 may detect an envelope of power transmitted by the source resonator 140 in an impedance matching mode.
  • the envelope detector 121 may detect the envelope by sampling the waveform of the power transmitted by the source resonator 140.
  • the envelope detector 121 may detect an envelope for a change in voltage when the source resonator 140 and the target resonator perform mutual resonance.
  • the distance estimator 122 may estimate the distance between the source resonator 140 and the target resonator based on the envelope.
  • the period of power exchanged between 140 and the target resonator is also shortened. At this time, the coupling coefficient and mutual inductance between the source resonator 140 and the target resonator are also increased.
  • the distance estimator 122 may estimate the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 140 and the target resonator by simultaneously analyzing the magnitude and power of the power induced in the source resonator 140 and the target resonator. have.
  • the distance estimator 122 may estimate a coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 140 and the target resonator using a time difference between at least two points of the envelope.
  • at least two points of the envelope are at least one peak point at which the envelope size becomes a peak, at least one minimum point or impedance at which the envelope size is lowest.
  • the source resonator 140 and the target resonator may include at least two of start points (start points) at which mutual resonance starts.
  • the envelope When the source resonator 140 and the target resonator perform mutual resonance, the envelope may be in the form of a sine wave at each resonant period. Accordingly, for each resonance period, the envelope may include one peak point and one minimum point.
  • the distance estimator 122 may analyze the envelope to obtain a time difference between at least two points of the envelope, and the distance estimator 122 uses a time difference between at least two points of the envelope to determine a source resonator ( Coupling coefficient or mutual inductance between 140 and the target resonator may be estimated.
  • the distance estimator 122 includes a time difference between peak points, a time difference between minimum points, a time difference between a peak point and a minimum point, a time difference between a start point and a peak point, or between a start point and a minimum point.
  • the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 140 and the target resonator may be estimated using the time difference.
  • the time difference between the peak points and the time difference between the minimum points may be constant.
  • the time difference between the first peak point and the second peak point and the time difference between the second peak point and the third peak point may be constant.
  • the time difference between peak points and minimum points may also be constant. Therefore, if the time difference between the first peak point and the second peak point is obtained, then the time difference between the peak points can be known. If the time difference between the first minimum points and the second minimum points is obtained, then the minimum point is obtained. When the time difference between the first peak point and the first minimum point is obtained, the time difference between the peak point and the minimum point may be known.
  • the source resonator 140 and the target resonator perform mutual resonance, if the mutual resonant environment (for example, the size and material of the antenna of the source resonator 140 and the target resonator) is constant, the source resonator 140 and the target resonator are constant.
  • the coupling coefficient and mutual inductance between the resonators may vary depending on the distance between the source resonator 140 and the target resonator.
  • the size and period of the envelope may vary depending on the distance between the source resonator 140 and the target resonator, the time difference between at least two points of the envelope also varies depending on the distance between the source resonator 140 and the target resonator. Can be.
  • the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 140 and the target resonator may correspond to a time difference between at least two points of the envelope
  • the distance estimator 122 may include the source resonator 140 and the target resonator. It may include information on a coupling coefficient or a correlation between mutual inductance and a time difference between at least two points of the envelope.
  • the distance estimator 122 includes a lookup table for information about a coupling coefficient between the source resonator 140 and the target resonator or a correspondence between mutual inductance and time difference between at least two points of the envelope. It may include.
  • the distance estimator 122 extracts a time difference between at least two points of the envelope, and then estimates a coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 140 and the target resonator with reference to the lookup table. Since the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 140 and the target resonator corresponds to the distance between the source resonator 140 and the target resonator, the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 140 and the target resonator is estimated. The distance estimator 122 may estimate the distance between the source resonator 140 and the target resonator.
  • the impedance matching unit 123 may match the impedance of the source resonator 140 by using the estimated distance.
  • the impedance matching unit 123 may include an impedance matching network (IMN).
  • the impedance matching unit 123 may obtain an equivalent circuit of the wireless power transmitter and the wireless power receiver using the estimated coupling coefficient or mutual inductance.
  • the impedance matching unit 123 may extract an impedance of the source resonator 140 by using an equivalent circuit, and perform impedance matching according to the extracted impedance.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a wireless power transmitter according to another exemplary embodiment. 2 illustrates a wireless power transmission apparatus in the case of including a second power supply unit and a second switching unit.
  • the wireless power transmitter includes a first power supply unit 230, a first switching unit 250, a second power supply unit 210, a second switching unit 220, a controller 240, and a source resonator.
  • 260 may include.
  • the first power supply 230 may supply power to the source resonator 260 in the power transfer mode.
  • the second power supply 210 may supply power to the source resonator 260 in the impedance matching mode.
  • the second power supply unit 210 may be either a DC voltage source or a DC current source.
  • the second power supply unit 210 may supply lower power than the first power supply unit 230.
  • the second power supply 210 may supply power to the source resonator 260. have.
  • the second power supply unit 210 may include an input power source and an input resistor.
  • the second switching unit 220 may connect the second power supply unit 210 and the source resonator 260.
  • the second switching unit 220 may perform an on or off operation under the control of the controller 240. In the on state, the second power supply 210 and the source resonator 260 are connected, and in the off state, the connection of the second power supply 210 and the source resonator 260 is disconnected.
  • the source resonator 260 may receive power from the first power supply 230 in the power transmission mode, and may receive power from the second power supply 210 in the impedance matching mode.
  • the source resonator 260 may transmit power supplied from the first power supply 230 or the second power supply 210 to the wireless power receiver through mutual resonance with the target resonator.
  • the controller 240 may match the impedance of the source resonator 260 by estimating the distance between the source resonator 260 and the target resonator.
  • the controller 240 may include an envelope detector 241, a distance estimator 242, and an impedance matcher 243.
  • the controller 240 may supply power to the source resonator 260 by controlling the second switching unit 220 to perform impedance matching of the source resonator 260. For example, the controller 240 may turn off the first switching unit 250 and perform on / off of the second switching unit 220 at a predetermined cycle.
  • the second switching unit 220 When the second switching unit 220 is in the on state, the second switching unit 220 and the second power supply unit 210 may be connected to inject power into the source resonator 260, and the second switching unit 220 may be used. In the off state, the connection between the second switching unit 220 and the second power supply unit 210 may be disconnected to isolate the source resonator 260.
  • the isolated source resonator 260 may perform mutual resonance with the target resonator, and the controller 240 may perform impedance of the source resonator 260 while the source resonator 260 and the target resonator perform mutual resonance in the impedance matching mode. Matching can be performed.
  • the envelope detector 241 may detect an envelope of power transmitted by the source resonator 260, and the distance estimator 242 may estimate a distance between the source resonator 260 and the target resonator based on the envelope.
  • the impedance matching unit 243 may match the impedance of the source resonator 260 by using the estimated distance between the source resonator 260 and the target resonator.
  • the envelope detector 241, the distance estimator 242, and the impedance matcher 243 illustrated in FIG. 3B are described with the envelope detector 121, the distance estimator 122, and the impedance matcher 123 of FIG. 3A. Since the content can be applied as is, a more detailed description will be omitted.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment.
  • the wireless power receiver may operate in a power transmission mode or an impedance matching mode.
  • the power transmission mode may refer to an operation mode for delivering power received from the wireless power transmission device to the load terminal
  • the impedance matching mode may refer to an operation mode for matching impedance of the target resonator.
  • the wireless power receiver may set an operation mode of the wireless power receiver according to the operation mode of the wireless power transmitter. For example, when the wireless power transmitter changes the operation mode from the power transfer mode to the impedance matching mode, the wireless power receiver detects a change in the operation mode of the wireless power transmitter, thereby changing the impedance of the wireless power receiver. Can be set to matching mode. In one embodiment, the size and power transmission period of the power transmitted by the wireless power transmission apparatus may vary according to the operation mode. The wireless power receiver may set an operation mode of the wireless power receiver by using a change in power received by the target resonator from the source resonator.
  • the wireless power receiver may include a target resonator 310, a controller 320, a switching unit 330, and a load terminal 340.
  • the target resonator 310 may receive wireless power through mutual resonance with the source resonator.
  • the switching unit 330 may connect the load terminal 340 and the target resonator 310.
  • the switching unit 330 may perform an on or off operation under the control of the controller 320. In the on state, the load stage 340 and the target resonator 310 are connected, and in the off state, the load stage 340 and the target resonator 310 are disconnected.
  • the load stage 340 may include a load and a capacitor. In the power transfer mode, the load stage 340 may be charged with power received from the target resonator 310.
  • the controller 320 may estimate the distance between the source resonator and the target resonator 310 to match the impedance of the target resonator 310.
  • the controller 320 may include an envelope detector 321, a distance estimator 322, and an impedance matcher 323.
  • the magnitude and period of the power received by the target resonator 310 are the magnitude of the power received by the target resonator 310 when the wireless power transmitter is in the power transmission mode. And cycle.
  • the controller 320 may set an operation mode of the wireless power receiver using the change in power received by the target resonator 310.
  • control unit 320 When the control unit 320 sets the operation mode to the impedance matching mode, the control unit 320 turns off the switching unit 330 to improve the accuracy of the impedance matching, so that the load stage 340 and the target resonator ( 310 may be disconnected.
  • the controller 320 may perform impedance matching while keeping the switching unit 330 on.
  • the resonant frequency between the source resonator and the target resonator 310 may be the same as the resonant frequency between the source resonator and the target resonator 310 in the power transfer mode. Accordingly, the controller 320 may perform impedance matching of the target resonator 340 by using the resonance frequency between the source resonator and the target resonator 310 in the power transmission mode without using a separate communication frequency. .
  • the envelope detector 321 may detect an envelope of power received by the target resonator 310 in an impedance matching mode.
  • the envelope detector 321 may detect the envelope by sampling the waveform of the power received by the target resonator 310.
  • the envelope detector 321 may detect an envelope for a change in voltage when the source resonator and the target resonator 310 perform mutual resonance.
  • the distance estimator 322 may estimate the distance between the source resonator and the target resonator 310 based on the envelope.
  • the period of power transmitted and received by the target resonator 310 is also shortened. At this time, the coupling coefficient and mutual inductance between the source resonator and the target resonator 310 are also increased.
  • the distance estimator 322 estimates the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator and the target resonator 310 by simultaneously analyzing the magnitude of power and the period of power induced in the source resonator and the target resonator 310. can do.
  • the distance estimator 322 may estimate a coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator and the target resonator 310 using the time difference between at least two points of the envelope.
  • at least two points of the envelope are at least one peak point at which the envelope size becomes a peak, at least one minimum point or impedance at which the envelope size is lowest.
  • the source resonator and the target resonator 310 may include at least two of start points which are starting points of mutual resonance.
  • the envelope may be in the form of a sine wave at each resonant period. Accordingly, for each resonance period, the envelope may include one peak point and one minimum point.
  • the distance estimator 322 analyzes an envelope to obtain a time difference between at least two points of the envelope, and the distance estimator 322 uses a time difference between at least two points of the envelope to determine a source resonator. Coupling coefficients or mutual inductances between the target resonators 310 may be estimated.
  • the source resonator and the target resonator 310 When the source resonator and the target resonator 310 perform mutual resonance, if the mutual resonant environment (for example, the size and material of the antenna of the source resonator and the target resonator 310) is constant, the source resonator and the target resonator 310 may be used.
  • the coupling coefficient and mutual inductance between the? And? May vary depending on the distance between the source resonator and the target resonator 310.
  • the size and period of the envelope may vary depending on the distance between the source resonator and the target resonator 310
  • the time difference between at least two points of the envelope also varies depending on the distance between the source resonator and the target resonator 310. Can be.
  • the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator and the target resonator 310 may correspond to a time difference between at least two points of the envelope
  • the distance estimator 322 may include the source resonator and the target resonator 310. It may include information on a coupling coefficient or a correlation between mutual inductance and a time difference between at least two points of the envelope.
  • the distance estimator 322 comprises a lookup table for information about the coupling coefficient between the source resonator and the target resonator 310 or the correspondence between mutual inductance and time difference between at least two points of the envelope. It may include.
  • the distance estimator 322 extracts a time difference between at least two points of the envelope, and then estimates a coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator and the target resonator 310 with reference to the lookup table. Since the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator and the target resonator 310 corresponds to the distance between the source resonator and the target resonator 310, the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator and the target resonator 310 is estimated. The distance estimator 322 may estimate the distance between the source resonator and the target resonator 310.
  • the impedance matching unit 323 may match the impedance of the target resonator 310 by using the estimated distance.
  • the impedance matching unit 323 may include an impedance matching network (IMN).
  • the impedance matching unit 323 may obtain an equivalent circuit of the wireless power transmitter and the wireless power receiver using the estimated coupling coefficient or mutual inductance.
  • the impedance matching unit 323 may extract an impedance of the target resonator 310 by using an equivalent circuit, and perform impedance matching according to the extracted impedance.
  • 4A and 4B are diagrams for describing a wireless power transmitter and a wireless power receiver, according to an embodiment.
  • the wireless power transmitter 410 includes a first power supply 411, an impedance matching network 412, a first switching unit 413, a controller (not shown), and a source resonator 414.
  • the source resonator 414 may include a capacitor C1 415 and an inductor L1 416.
  • the first power supply 411 may supply power to the source resonator 414.
  • the first power supply 411 may supply power to the source resonator 414.
  • the first switching unit 413 may connect the first power supply unit 411 and the source resonator 414.
  • the first switching unit 413 may perform an on or off operation under the control of a controller (not shown). In the on state, the first power supply 411 and the source resonator 414 are connected, and in the off state, the first power supply 411 and the source resonator 414 are disconnected.
  • the source resonator 414 may transmit power to the wireless power receiver through mutual resonance with the target resonator 421.
  • the controller may estimate the distance between the source resonator 414 and the target resonator 421 to match the impedance of the source resonator 414.
  • the controller may include an impedance matching network 412.
  • the controller may supply power to the source resonator 414 by controlling the first switching unit 413 to perform impedance matching of the source resonator 414.
  • the first switching unit 413 When the first switching unit 413 is in an on state, the first switching unit 413 and the first power supply unit 411 may be connected to inject power into the source resonator 414, and the first switching unit 413 may be used. In the off state, the first resonator 413 and the first power supply 411 may be disconnected to isolate the source resonator 414.
  • the isolated source resonator 414 may perform mutual resonance with the target resonator 421, and the impedance matching network 412 may perform mutual resonance with the source resonator 414 and the target resonator 421 in the impedance matching mode. Impedance matching of the source resonator 414 may be performed.
  • the controller may detect an envelope of power transmitted by the source resonator 414 in the impedance matching mode.
  • the controller may detect the envelope by sampling the waveform of the power transmitted by the source resonator 414.
  • the controller may estimate the distance between the source resonator 414 and the target resonator 421 based on the envelope.
  • the controller may estimate a coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 414 and the target resonator 421 using the time difference between at least two points of the envelope.
  • at least two points of the envelope are at least one peak point at which the envelope size becomes a peak, at least one minimum point or impedance at which the envelope size is lowest.
  • the source resonator 414 and the target resonator 421 may include at least two of start points, which are points at which mutual resonance starts.
  • the controller may analyze the envelope to obtain a time difference between at least two points of the envelope, and the controller (not shown) uses the time difference between at least two points of the envelope to control the source resonator 414. And a coupling coefficient or mutual inductance between the target resonator 421 and the target resonator 421 may be estimated.
  • the controller may include a time difference between peak points, a time difference between minimum points, a time difference between peak points and minimum points, a time difference between start points and peak points, or a time between start points and minimum points.
  • the difference may be used to estimate the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 414 and the target resonator 421.
  • the time difference between the peak points and the time difference between the minimum points may be constant. Accordingly, if a time difference between the first peak point and the second peak point is obtained, then a time difference between the peak points may be known, and if a time difference between the first minimum points and the second minimum points is obtained, then the minimum The time difference between the points may be known, and if the time difference between the first peak point and the first minimum point is obtained, then the time difference between the peak point and the minimum point may be known.
  • the coupling coefficient and mutual inductance between the source resonator 414 and the target resonator 421 may be reduced.
  • the distance between the target resonator 421 and the target resonator 421 may be reduced.
  • the time difference between at least two points of the envelope may also be the source resonator 414 and the target resonator 421. It depends on the distance between them.
  • the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 414 and the target resonator 421 may correspond to a time difference between at least two points of the envelope, and the controller (not shown) may be connected to the source resonator 414. It may include information about a coupling coefficient between the target resonators 421 or a correlation between mutual inductance and a time difference between at least two points of the envelope.
  • the coupling coefficient or mutual inductance between the source resonator 414 and the target resonator 421 corresponds to the distance between the source resonator 414 and the target resonator 421, so that the couple between the source resonator 414 and the target resonator 421 is coupled.
  • the controller may estimate the distance between the source resonator 414 and the target resonator 421.
  • the impedance matching network 412 may match the impedance of the source resonator 411 using the estimated distance.
  • the impedance matching network 412 may obtain equivalent circuits of the wireless power transmitter and the wireless power receiver using the estimated coupling coefficients or mutual inductance.
  • the impedance matching network 412 may extract the impedance of the source resonator 414 by using an equivalent circuit, and perform impedance matching according to the extracted impedance.
  • the wireless power receiver 420 may include a target resonator 421, a switching unit 424, an impedance matching network 425, a controller (not shown), and a load terminal 426.
  • the target resonator 420 may include a capacitor C2 423 and an inductor L2 422.
  • the wireless power receiver 420 may receive the wireless power from the wireless power transmitter 410 without performing impedance matching by not including the impedance matching network 425.
  • the target resonator 421 may receive wireless power through mutual resonance with the source resonator 414.
  • the switching unit 424 may connect the load terminal 426 and the target resonator 421.
  • the switching unit 424 may perform an on or off operation under the control of a controller (not shown). In the on state, the load stage 426 and the target resonator 421 are connected, and in the off state, the load stage 426 and the target resonator 421 are disconnected.
  • the load stage 426 may include a load and a capacitor. In the power transfer mode, the load stage 426 may be charged with power received from the target resonator 421.
  • the controller may estimate the distance between the source resonator 414 and the target resonator 421 to match the impedance of the target resonator 421.
  • the controller may include an impedance matching network 425.
  • the controller When the controller (not shown) sets the operation mode to the impedance matching mode, the controller (not shown) turns off the switching unit 424 to improve the accuracy of the impedance matching.
  • the resonator 421 may be disconnected.
  • the controller (not shown) may perform impedance matching while keeping the switching unit 424 on.
  • the resonant frequency between the source resonator 414 and the target resonator 421 may be the same as the resonant frequency between the source resonator 414 and the target resonator 421 in the power transfer mode. Accordingly, the controller (not shown) performs impedance matching of the target resonator 426 by using the resonant frequency between the source resonator 414 and the target resonator 421 in the power transmission mode without using a separate communication frequency. Can be done.
  • the controller may detect the envelope by sampling the waveform of the power received by the target resonator 421 in the impedance matching mode.
  • the controller may estimate the distance between the source resonator 414 and the target resonator 421 based on the envelope.
  • the controller may estimate the distance between the source resonator 414 and the target resonator 421 based on the envelope.
  • the magnitude of the power increases, and the period of the power exchanged between the source resonator 414 and the target resonator 421 is also shortened.
  • the coupling coefficient and mutual inductance between the source resonator 414 and the target resonator 421 are also increased.
  • the impedance matching network 425 may match the impedance of the target resonator 421 using the estimated distance. In one embodiment, the impedance matching network 425 may obtain an equivalent circuit of the wireless power transmitter 410 and the wireless power receiver 420 using the estimated coupling coefficient or mutual inductance. The impedance matching network 425 may extract an impedance of the target resonator 421 using an equivalent circuit, and perform impedance matching according to the extracted impedance.
  • the first power supply 453 may supply power to the source resonator 456 in the power transfer mode.
  • the second power supply 451 may supply power to the source resonator 456 in the impedance matching mode.
  • the second power supply unit 451 may supply lower power than the first power supply unit 453.
  • the second power supply 451 may supply power to the source resonator 456. have.
  • the controller of the wireless power receiver may control the switching unit 540 in the on state during the power transmission periods 501 and 503.
  • the target resonator is every period T from the source resonator
  • Power may be received
  • the controller of the wireless power receiver detects a change in power received by the target resonator, converts the operation mode of the wireless power receiver into an impedance matching mode, and turns off the switching unit 540.
  • the controller of the wireless power receiver detects an envelope of power received by the target resonator, estimates a distance between the source resonator and the target resonator, and estimates the impedance of the target resonator. Can be matched.
  • the switching unit performs the impedance matching in the off state, the accuracy of the impedance matching may be increased than when performing the impedance matching in the on state as shown in (c).
  • FIG. 6 is a diagram for describing an estimation of a distance between a source resonator and a target resonator, according to an exemplary embodiment.
  • the wireless power transmitter determines whether the second switching unit exists.
  • the controller may set the first switching unit to an off state and control the second switching unit (731). If the second switching unit does not exist, the wireless power transmitter may control the first switching unit (732).
  • the source resonator may perform mutual resonance with the target resonator.
  • the wireless power receiver may determine whether an operation mode of the wireless power transmitter is an impedance matching mode (810). Depending on the operation mode, the size and power transmission period of power transmitted by the wireless power transmitter may vary.
  • the wireless power receiver may determine an operation mode of the wireless power transmitter by using a change in power received by the target resonator from the source resonator, and determine an operation mode of the wireless power receiver to correspond to the operation mode of the wireless power transmitter. I can set it
  • the wireless power receiver may determine whether the switching unit is controllable. If the switching unit is controllable, the wireless power receiver may set the switching unit to the off state (830).
  • the wireless power receiver matches the impedance of the target resonator by using a distance between the source resonator and the target resonator.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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Abstract

무선 전력 전송 시스템에서의 고립 공진기를 이용한 임피던스 매칭 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기와 전원 공급부의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 스위칭부; 및 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기의 임피던스를 매칭하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서의 고립 공진기를 이용한 임피던스 매칭 방법 및 장치
아래의 실시 예들은 무선 전력 전송 시스템에서의 고립 공진기를 이용한 임피던스 매칭 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 전력 전송에 대한 연구는 휴대용 단말을 포함한 다양한 전기기기의 폭발적 증가로 인한 유선 전력 공급의 불편 증가 및 기존 배터리(battery) 용량의 한계 등을 극복하기 위해 시작되었다. 그 중에서도 근거리 무선 전력 전송에 대한 연구가 집중되고 있다. 근거리 무선 전력 전송이라 함은 동작 주파수에서 파장의 길이에 비해 송수신 코일간의 거리가 충분히 작은 경우를 의미한다. 이러한 근거리 무선 전력 전송에는 고립 공진 시스템이 이용된다. 공진 특성을 이용하는 고립 공진 시스템은 전력을 공급하는 소스와 전력을 공급받는 타겟을 포함할 수 있다. 최근에는 보다 효율적으로 전력을 전송하기 위한 연구가 계속되고 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 타겟 공진기와의 공진을 통하여 무선 전력을 전송하는 소스 공진기; 상기 소스 공진기로 전력을 공급하는 제1 전원 공급부; 상기 소스 공진기와 상기 제1 전원 공급부의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 제1 스위칭부; 및 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 상기 소스 공진기의 임피던스를 매칭하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 장치는, 전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 제1 스위칭부를 제어하여 상기 소스 공진기에 전력을 공급할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 상기 소스 공진기로 전력을 공급하는 제2 전원 공급부; 및 상기 소스 공진기와 상기 제2 전원 공급부의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 제2 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 제2 스위칭부를 제어하여 상기 소스 공진기에 전력을 공급할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 소스 공진기가 전송하는 전력의 포락선을 검출하는 포락선 검출부; 상기 포락선을 기초로 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하는 거리 추정부; 및 상기 추정된 거리를 이용하여 상기 소스 공진기의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다.
상기 거리 추정부는, 상기 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 간의 커플링 계수(coupling coefficient) 또는 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 추정할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 포인트들은, 상기 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 상기 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기가 상기 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 전송 장치는, 미리 정해진 주기 또는 미리 정해진 전력 전송 효율을 기초로 상기 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기와의 공진이 중단된 경우, 상기 임피던스 매칭 모드를 종료할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 전력 전송 모드에서의 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 공진 주파수를 이용하여, 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기의 상기 임피던스를 매칭할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기와의 공진을 통하여 무선 전력을 수신하는 타겟 공진기; 상기 타겟 공진기로부터 전력을 수신하는 부하단; 및 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 상기 타겟 공진기의 임피던스를 매칭하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 수신 장치는, 전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 타겟 공진기가 수신하는 전력의 변화를 이용하여 상기 임피던스 매칭 모드로 진입할 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 상기 타겟 공진기와 상기 부하단의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 스위칭부를 오프(off)시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 타겟 공진기가 수신하는 전력의 포락선을 검출하는 포락선 검출부; 상기 포락선을 기초로 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하는 거리 추정부; 및 상기 추정된 거리를 이용하여 상기 타겟 공진기의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다.
상기 거리 추정부는, 상기 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 간의 커플링 계수(coupling coefficient) 또는 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 추정할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 포인트들은, 상기 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 상기 포락선의 크기가 최저가 되는 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기가 상기 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력 전송 모드 및 임피던스 매칭 모드에서의 스위칭을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리의 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 임피던스 매칭 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 임피던스 매칭 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
무선 전력 전송 시스템은 무선으로 전력을 필요로 하는 다양한 시스템에 응용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템은 모바일 디바이스 또는 wireless TV 등 무선 전력의 사용이 가능한 시스템에 이용될 수 있다. 또한, 바이오 헬스 케어(bio health care) 분야에 응용이 가능하여, 인체에 삽입된 디바이스에 원격으로 전력을 전송하거나, 심박수 측정을 위한 붕대 모양의 디바이스에 무선으로 전력을 전송하는데 응용될 수 있다.
무선 전력 전송 시스템은 적은 전력으로 동작하고, 적은 전력의 소모가 요구되는 저전력 센서 등의 디바이스에 응용될 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 시스템은 전원 소스가 없는 정보 저장 장치의 원격 제어에 응용될 수 있다. 무선 전력 전송 시스템은 정보 저장 장치에 원격으로 장치를 구동할 수 있는 전력을 공급함과 동시에, 무선으로 정보 저장 장치에 저장된 정보를 불러오는 시스템에 응용될 수 있다.
무선 전력 전송 시스템은 신호의 발생을 위해 전원 공급 장치로부터 에너지를 공급받아, 소스 공진기에 저장하고, 전원 공급 장치와 소스 공진기를 전기적으로 연결하는 스위치를 오프 시킴으로써, 소스 공진기의 자체 공진을 유도할 수 있다. 자체 공진 하는 소스 공진기와 상호 공진을 할 만큼 충분히 가까운 거리에 소스 공진기의 공진 주파수와 동일한 공진 주파수를 가지는 타겟 공진기가 존재하는 경우, 소스 공진기와 타겟 공진기 간에 상호 공진 현상이 발생한다. 소스 공진기는 전원 공급 장치로부터 에너지를 공급받는 공진기를 의미하고, 타겟 공진기는 상호 공진 현상에 의해 소스 공진기로부터 에너지를 전달받는 공진기를 의미한다.
무선 전력 전송 시스템은 고립 공진 시스템(Resonator Isolation: RI) 시스템이라고 정의될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 블록도이다. 도 1은 제2 전력 공급부 및 제2 스위칭부를 포함하지 않은 경우의 무선 전력 전송 장치를 나타낸다.
무선 전력 전송 장치는 전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다. 전력 전송 모드는 무선 전력 전송 장치에서 무선 전력 수신 장치의 부하단으로 전력을 전송하기 위한 동작 모드를 의미하고, 임피던스 매칭 모드는 소스 공진기의 임피던스를 매칭하기 위한 동작 모드를 의미할 수 있다.
무선 전력 전송 장치는 미리 정해진 주기 또는 미리 정해진 전력 전송 효율을 기초로 임피던스 매칭 모드로 동작할지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 미리 정해진 주기(예를 들어, 30분) 마다 무선 전력 전송 장치는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다. 다른 예로서, 전력 전송 효율이 미리 정해진 전력 전송 효율 이하인 경우, 무선 전력 전송 장치는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다. 임피던스 매칭 모드에서, 무선 전력 전송 유닛은 임피던스를 매칭한 후 임피던스 매칭 모드를 종료하고 전력 전송 모드로 동작할 수 있다. 또한, 임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기와 타겟 공진기의 상호 공진이 중단된 경우, 무선 전력 전송 장치는 임피던스 매칭 모드를 종료하고, 전력 전송 모드로 동작할 수 있다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 제1 전원 공급부(110), 제어부(120), 제1 스위칭부(130) 및 소스 공진기(140)를 포함한다.
제1 전원 공급부(110)는 소스 공진기(140)로 전력을 공급할 수 있다. 제1 전원 공급부(110)는 직류 전압원 또는 직류 전류원 중 어느 하나일 수 있다. 제1 전원 공급부(110)는 제1 스위칭부(130)를 통하여 소스 공진기(140)와 연결되는 경우, 소스 공진기(140)에 전력을 공급할 수 있다. 제1 전원 공급부(110)는 입력 전원 및 입력 저항을 포함할 수 있다.
제1 스위칭부(130)는 제1 전원 공급부(110)와 소스 공진기(140)를 연결할 수 있다. 제1 스위칭부(130)는 제어부(120)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 제1 전원 공급부(110)와 소스 공진기(140)는 연결되고, 오프 상태에서, 제1 전원 공급부(110)와 소스 공진기(140)의 연결은 끊어진다.
소스 공진기(140)는 타겟 공진기와의 상호 공진을 통하여 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수 있다.
제어부(120)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기(140)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(120)는 포락선 검출부(121), 거리 추정부(122) 및 임피던스 매칭부(123)를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 제어부(120)는 소스 공진기(140)의 임피던스 매칭을 수행하기 위하여, 제1 스위칭부(130)를 제어함으로써 소스 공진기(140)에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 미리 정해진 주기로 제1 스위칭부(130)의 온(on)/오프(off)를 수행할 수 있다. 제1 스위칭부(130)가 온 상태일 때, 제1 스위칭부(130)와 제1 전원 공급부(110)가 연결되어 소스 공진기(140)에 전력이 주입될 수 있고, 제1 스위칭부(130)가 오프 상태일 때, 제1 스위칭부(130)와 제1 전원 공급부(110)의 연결이 끊어져 소스 공진기(140)가 고립될 수 있다. 고립된 소스 공진기(140)는 타겟 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있고, 제어부(120)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행하는 동안 소스 공진기(140)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 공진 주파수는 전력 전송 모드에서의 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 공진 주파수와 동일할 수 있다. 이에 따라, 제어부(120)는 별도의 통신 주파수를 이용하지 않고, 전력 전송 모드에서의 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 공진 주파수를 이용하여 소스 공진기(140)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
포락선 검출부(121)는 임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기(140)가 전송하는 전력의 포락선을 검출할 수 있다. 포락선 검출부(121)는 소스 공진기(140)가 전송하는 전력의 파형에 대해 샘플링을 수행하여 포락선을 검출할 수 있다. 예를 들어, 포락선 검출부(121)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행할 때의 전압의 변화에 대한 포락선을 검출할 수 있다.
거리 추정부(122)는 포락선을 기초로 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다. 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행할 때, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기의 거리가 가까울수록, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 주고 받는 전력의 크기가 증가하고, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 주고 받는 전력의 주기도 짧아진다. 이 때, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스 역시 증가된다. 이에 따라, 거리 추정부(122)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기에 유도되는 전력의 크기 및 전력을 동시에 분석함으로써, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 거리 추정부(122)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 여기서, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들은 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행할 때, 포락선은 공진 주기마다 정현파의 형태가 될 수 있다. 이에 따라, 각 공진 주기마다, 포락선은 하나의 피크 포인트와 하나의 미니멈 포인트를 포함할 수 있다.
거리 추정부(122)는 포락선을 분석하여 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 획득할 수 있고, 거리 추정부(122)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 거리 추정부(122)는 피크 포인트들간의 시간 차이, 미니멈 포인트들간의 시간 차이, 피크 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이, 스타트 포인트와 피크 포인트간의 시간 차이 또는 스타트 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 일정한 거리를 유지할 때, 피크 포인트들간 시간 차이, 미니멈 포인트들간 시간 차이는 일정할 수 있다. 예를 들어, 제1 피크 포인트와 제2 피크 포인트의 시간 차이와 제2 피크 포인트와 제3 피크 포인트의 시간 차이는 일정할 수 있다. 이에 따라, 피크 포인트들과 미니멈 포인트들간 시간 차이 역시 일정할 수 있다. 따라서, 제1 피크 포인트와 제2 피크 포인트의 시간 차이를 획득하면 이후 피크 포인트들 간의 시간 차이를 알 수 있고, 제1 미니멈 포인트들과 제2 미니멈 포인트들간의 시간 차이를 획득하면, 이후 미니멈 포인트들간의 시간 차이를 알 수 있으며, 제1 피크 포인트와 제1 미니멈 포인트 간의 시간 차이를 획득하면, 이후 피크 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이를 알 수 있다.
소스 공진기(140)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행할 때, 상호 공진 환경(예를 들어, 소스 공진기(140) 및 타겟 공진기의 안테나의 크기, 재질)이 일정하다면, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 또한, 포락선의 크기 및 주기는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리에 따라 달라질 수 있으므로, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이 역시 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와 대응될 수 있고, 거리 추정부(122)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 거리 추정부(122)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보에 대한 룩업 테이블을 포함할 수 있다. 이 경우, 거리 추정부(122)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 추출한 후, 룩업 테이블을 참조하여 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리와 대응되므로, 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스가 추정된 경우, 거리 추정부(122)는 소스 공진기(140)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다.
임피던스 매칭부(123)는 추정된 거리를 이용하여 소스 공진기(140)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭부(123)는 임피던스 매칭 네트워크(Impedance Matching Network: IMN)를 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 임피던스 매칭부(123)는 추정된 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 이용하여 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 등가 회로를 구할 수 있다. 임피던스 매칭부(123)는 등가 회로를 이용하여 소스 공진기(140)의 임피던스를 추출할 수 있고, 추출한 임피던스에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 블록도이다. 도 2는 제2 전력 공급부 및 제2 스위칭부를 포함한 경우의 무선 전력 전송 장치를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 제1 전원 공급부(230), 제1 스위칭부(250), 제2 전원 공급부(210), 제2 스위칭부(220), 제어부(240) 및 소스 공진기(260)를 포함할 수 있다.
제1 전원 공급부(230)는 전력 전송 모드에서 소스 공진기(260)로 전력을 공급할 수 있다.
제2 전원 공급부(210)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(260)로 전력을 공급할 수 있다. 제2 전원 공급부(210)는 직류 전압원 또는 직류 전류원 중 어느 하나일 수 있다. 제2 전원 공급부(210)는 제1 전원 공급부(230) 보다 낮은 전력을 공급할 수 있다. 임피던스 매칭 모드에서, 제2 전원 공급부(210)가 제2 스위칭부(220)를 통하여 소스 공진기(260)와 연결되는 경우, 제2 전원 공급부(210)는 소스 공진기(260)에 전력을 공급할 수 있다. 제2 전원 공급부(210)는 입력 전원 및 입력 저항을 포함할 수 있다.
제2 스위칭부(220)는 제2 전원 공급부(210)와 소스 공진기(260)를 연결할 수 있다. 제2 스위칭부(220)는 제어부(240)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 제2 전원 공급부(210)와 소스 공진기(260)는 연결되고, 오프 상태에서, 제2 전원 공급부(210)와 소스 공진기(260)의 연결은 끊어진다.
소스 공진기(260)는 전력 전송 모드에서 제1 전원 공급부(230)로부터 전력을 공급받을 수 있고, 임피던스 매칭 모드에서 제2 전원 공급부(210)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 소스 공진기(260)는 타겟 공진기와의 상호 공진을 통하여, 제1 전원 공급부(230) 또는 제2 전원 공급부(210)로부터 공급받은 전력을 무선 전력 수신 장치에 전송할 수 있다.
제어부(240)는 소스 공진기(260)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기(260)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(240)는 포락선 검출부(241), 거리 추정부(242) 및 임피던스 매칭부(243)를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 제어부(240)는 소스 공진기(260)의 임피던스 매칭을 수행하기 위하여, 제2 스위칭부(220)를 제어하여 소스 공진기(260)에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제어부(240)는 제1 스위칭부(250)를 오프하고, 미리 정해진 주기로 제2 스위칭부(220)의 온(on)/오프(off)를 수행할 수 있다. 제2 스위칭부(220)가 온 상태일 때, 제2 스위칭부(220)와 제2 전원 공급부(210)가 연결되어 소스 공진기(260)에 전력이 주입될 수 있고, 제2 스위칭부(220)가 오프 상태일 때, 제2 스위칭부(220)와 제2 전원 공급부(210)의 연결이 끊어져 소스 공진기(260)가 고립될 수 있다. 고립된 소스 공진기(260)는 타겟 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있고, 제어부(240)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(260)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행하는 동안 소스 공진기(260)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
포락선 검출부(241)는 소스 공진기(260)가 전송하는 전력의 포락선을 검출할 수 있고, 거리 추정부(242)는 포락선을 기초로 소스 공진기(260)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있으며, 임피던스 매칭부(243)는 추정된 소스 공진기(260)와 타겟 공진기 사이의 거리를 이용하여 소스 공진기(260)이 임피던스를 매칭할 수 있다. 도 3b에 도시된 포락선 검출부(241), 거리 추정부(242) 및 임피던스 매칭부(243)에는 도 3a의 포락선 검출부(121), 거리 추정부(122) 및 임피던스 매칭부(123)를 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 나타낸 블록도이다.
무선 전력 수신 장치는 전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작할 수 있다. 전력 전송 모드는 무선 전력 전송 장치로부터 수신한 전력을 부하단으로 전달하기 위한 동작 모드를 의미할 수 있고, 임피던스 매칭 모드는 타겟 공진기의 임피던스를 매칭하기 위한 동작 모드를 의미할 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치의 동작 모드에 따라 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 설정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치가 동작 모드를 전력 전송 모드에서 임피던스 매칭 모드로 변경한 경우, 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치의 동작 모드 변경을 감지하여, 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 동작 모드에 따라 무선 전력 전송 장치가 전송하는 전력의 크기 및 전력 전송 주기는 달라질 수 있다. 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기로부터 타겟 공진기가 수신하는 전력의 변화를 이용하여 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 설정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기(310), 제어부(320), 스위칭부(330) 및 부하단(340)을 포함할 수 있다.
타겟 공진기(310)는 소스 공진기와의 상호 공진을 통하여 무선 전력을 수신할 수 있다.
스위칭부(330)는 부하단(340)과 타겟 공진기(310)를 연결할 수 있다. 스위칭부(330)는 제어부(320)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 부하단(340)과 타겟 공진기(310)는 연결되고, 오프 상태에서, 부하단(340)과 타겟 공진기(310)의 연결은 끊어진다.
부하단(340)은 부하(load) 및 캐패시터를 포함할 수 있다. 전력 전송 모드에서, 부하단(340)는 타겟 공진기(310)로부터 수신되는 전력으로 충전될 수 있다.
제어부(320)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리를 추정하여 타겟 공진기(310)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(320)는 포락선 검출부(321), 거리 추정부(322) 및 임피던스 매칭부(323)를 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 장치의 동작 모드가 임피던스 매칭 모드인 경우, 타겟 공진기(310)가 수신하는 전력의 크기 및 주기는 무선 전력 전송 장치가 전력 전송 모드일 때의 타겟 공진기(310)가 수신하는 전력의 크기 및 주기와 상이할 수 있다. 제어부(320)는 타겟 공진기(310)가 수신하는 전력의 변화를 이용하여 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 설정할 수 있다.
제어부(320)가 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 설정한 경우, 제어부(320)는 임피던스 매칭의 정확도를 향상시키기 위해, 스위칭부(330)를 오프(off)하여 부하단(340)과 타겟 공진기(310)의 연결을 끊을 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(320)는 스위칭부(330)를 온(on)상태로 유지하면서 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 공진 주파수는 전력 전송 모드에서의 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 공진 주파수와 동일할 수 있다. 이에 따라, 제어부(320)는 별도의 통신 주파수를 이용하지 않고, 전력 전송 모드에서의 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 공진 주파수를 이용하여 타겟 공진기(340)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
포락선 검출부(321)는 임피던스 매칭 모드에서, 타겟 공진기(310)가 수신하는 전력의 포락선을 검출할 수 있다. 포락선 검출부(321)는 타겟 공진기(310)가 수신하는 전력의 파형에 대해 샘플링을 수행하여 포락선을 검출할 수 있다. 예를 들어, 포락선 검출부(321)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 상호 공진을 수행할 때의 전압의 변화에 대한 포락선을 검출할 수 있다.
거리 추정부(322)는 포락선을 기초로 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 상호 공진을 수행할 때, 소스 공진기와 타겟 공진기(310)의 거리가 가까울수록, 소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 주고 받는 전력의 크기가 증가하고, 소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 주고 받는 전력의 주기도 짧아진다. 이 때, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스의 값 역시 증가된다. 이에 따라, 거리 추정부(322)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310)에 유도되는 전력의 크기 및 전력의 주기를 동시에 분석함으로써, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 거리 추정부(322)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 여기서, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들은 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 상호 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 상호 공진을 수행할 때, 포락선은 공진 주기마다 정현파의 형태가 될 수 있다. 이에 따라, 각 공진 주기마다, 포락선은 하나의 피크 포인트와 하나의 미니멈 포인트를 포함할 수 있다.
거리 추정부(322)는 포락선을 분석하여 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 획득할 수 있고, 거리 추정부(322)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
소스 공진기와 타겟 공진기(310)가 상호 공진을 수행할 때, 상호 공진 환경(예를 들어, 소스 공진기와 타겟 공진기(310)의 안테나의 크기, 재질)이 일정하다면, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 또한, 포락선의 크기 및 주기는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있으므로, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이 역시 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와 대응될 수 있고, 거리 추정부(322)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 거리 추정부(322)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보에 대한 룩업 테이블을 포함할 수 있다. 이 경우, 거리 추정부(322)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 추출한 후, 룩업 테이블을 참조하여 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리와 대응되므로, 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스가 추정된 경우, 거리 추정부(322)는 소스 공진기와 타겟 공진기(310) 사이의 거리를 추정할 수 있다.
임피던스 매칭부(323)는 추정된 거리를 이용하여 타겟 공진기(310)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭부(323)는 임피던스 매칭 네트워크(Impedance Matching Network: IMN)를 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 임피던스 매칭부(323)는 추정된 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 이용하여 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 등가 회로를 구할 수 있다. 임피던스 매칭부(323)는 등가 회로를 이용하여 타겟 공진기(310)의 임피던스를 추출할 수 있고, 추출한 임피던스에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(410)는 제1 전원 공급부(411), 임피던스 매칭 네트워크(412), 제1 스위칭부(413), 제어부(미도시) 및 소스 공진기(414)를 포함할 수 있고, 소스 공진기(414)는 캐패시터 C1(415) 및 인덕터 L1(416)을 포함할 수 있다.
제1 전원 공급부(411)는 소스 공진기(414)로 전력을 공급할 수 있다. 제1 스위칭부(413)를 통하여 제1 전원 공급부(411)가 소스 공진기(414)와 연결되는 경우, 제1 전원 공급부(411)는 소스 공진기(414)에 전력을 공급할 수 있다.
제1 스위칭부(413)는 제1 전원 공급부(411)와 소스 공진기(414)를 연결할 수 있다. 제1 스위칭부(413)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 제1 전원 공급부(411)와 소스 공진기(414)는 연결되고, 오프 상태에서, 제1 전원 공급부(411)와 소스 공진기(414)의 연결은 끊어진다.
소스 공진기(414)는 타겟 공진기(421)와의 상호 공진을 통하여 무선 전력 수신 장치에 전력을 전송할 수 있다.
제어부(미도시)는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기(414)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(미도시)는 임피던스 매칭 네트워크(412)를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 제어부(미도시)는 소스 공진기(414)의 임피던스 매칭을 수행하기 위하여, 제1 스위칭부(413)를 제어함으로써 소스 공진기(414)에 전력을 공급할 수 있다. 제1 스위칭부(413)가 온 상태일 때, 제1 스위칭부(413)와 제1 전원 공급부(411)가 연결되어 소스 공진기(414)에 전력이 주입될 수 있고, 제1 스위칭부(413)가 오프 상태일 때, 제1 스위칭부(413)와 제1 전원 공급부(411)의 연결이 끊어져 소스 공진기(414)가 고립될 수 있다. 고립된 소스 공진기(414)는 타겟 공진기(421)와 상호 공진을 수행할 수 있고, 임피던스 매칭 네트워크(412)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 상호 공진을 수행하는 동안 소스 공진기(414)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
제어부(미도시)는 임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기(414)가 전송하는 전력의 포락선을 검출할 수 있다. 제어부(미도시)는 소스 공진기(414)가 전송하는 전력의 파형에 대해 샘플링을 수행하여 포락선을 검출할 수 있다.
또한, 제어부(미도시)는 포락선을 기초로 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 여기서, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들은 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 상호 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 포락선을 분석하여 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 획득할 수 있고, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(미도시)는 피크 포인트들간의 시간 차이, 미니멈 포인트들간의 시간 차이, 피크 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이, 스타트 포인트와 피크 포인트간의 시간 차이 또는 스타트 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 일정한 거리를 유지할 때, 피크 포인트들간 시간 차이, 미니멈 포인트들간 시간 차이는 일정할 수 있다. 이에 따라, 제1 피크 포인트와 제2 피크 포인트의 시간 차이를 획득하면 이후 피크 포인트들 간의 시간 차이를 알 수 있고, 제1 미니멈 포인트들과 제2 미니멈 포인트들간의 시간 차이를 획득하면, 이후 미니멈 포인트들간의 시간 차이를 알 수 있으며, 제1 피크 포인트와 제1 미니멈 포인트 간의 시간 차이를 획득하면, 이후 피크 포인트와 미니멈 포인트간의 시간 차이를 알 수 있다.
소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 상호 공진을 수행할 때, 상호 공진 환경이 일정하다면, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 또한, 포락선의 크기 및 주기는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있으므로, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이 역시 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와 대응될 수 있고, 제어부(미도시) 는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있다. 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리와 대응되므로, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스가 추정된 경우, 제어부(미도시)는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정할 수 있다.
임피던스 매칭 네트워크(412)는 추정된 거리를 이용하여 소스 공진기(411)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭 네트워크(412)는 추정된 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 이용하여 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 등가 회로를 구할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(412)는 등가 회로를 이용하여 소스 공진기(414)의 임피던스를 추출할 수 있고, 추출한 임피던스에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(420)는 타겟 공진기(421), 스위칭부(424), 임피던스 매칭 네트워크(425), 제어부(미도시) 및 부하단(426)을 포함할 수 있다. 타겟 공진기(420)는 캐패시터 C2(423) 및 인덕터 L2(422)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 수신 장치(420)는 임피던스 매칭 네트워크(425)를 포함하지 않음으로써 임피던스 매칭을 수행하지 않고, 무선 전력 전송 장치(410)로부터 무선 전력을 수신할 수 있다.
타겟 공진기(421)는 소스 공진기(414)와의 상호 공진을 통하여 무선 전력을 수신할 수 있다.
스위칭부(424)는 부하단(426)과 타겟 공진기(421)를 연결할 수 있다. 스위칭부(424)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 부하단(426)과 타겟 공진기(421)는 연결되고, 오프 상태에서, 부하단(426)과 타겟 공진기(421)의 연결은 끊어진다.
부하단(426)은 부하(load) 및 캐패시터를 포함할 수 있다. 전력 전송 모드에서, 부하단(426)는 타겟 공진기(421)로부터 수신되는 전력으로 충전될 수 있다.
제어부(미도시)는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정하여 타겟 공진기(421)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(미도시)는 임피던스 매칭 네트워크(425)를 포함할 수 있다.
제어부(미도시)가 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 설정한 경우, 제어부(미도시)는 임피던스 매칭의 정확도를 향상시키기 위해, 스위칭부(424)를 오프(off)하여 부하단(426)과 타겟 공진기(421)의 연결을 끊을 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 스위칭부(424)를 온(on)상태로 유지하면서 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 공진 주파수는 전력 전송 모드에서의 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 공진 주파수와 동일할 수 있다. 이에 따라, 제어부(미도시)는 별도의 통신 주파수를 이용하지 않고, 전력 전송 모드에서의 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 공진 주파수를 이용하여 타겟 공진기(426)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
제어부(미도시)는 임피던스 매칭 모드에서, 타겟 공진기(421)가 수신하는 전력의 파형에 대해 샘플링을 수행하여 포락선을 검출할 수 있다.
제어부(미도시)는 포락선을 기초로 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 상호 공진을 수행할 때, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)의 거리가 가까울수록, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 주고 받는 전력의 크기가 증가하고, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 주고 받는 전력의 주기도 짧아진다. 이 때, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스의 값 역시 증가된다. 이에 따라, 제어부(미도시)는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)에 유도되는 전력의 크기 및 전력의 주기를 동시에 분석함으로써, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 여기서, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들은 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421)가 상호 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
제어부(미도시)는 포락선을 분석하여 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 획득할 수 있고, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리와 대응되므로, 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스가 추정된 경우, 제어부(미도시)는 소스 공진기(414)와 타겟 공진기(421) 사이의 거리를 추정할 수 있다.
임피던스 매칭 네트워크(425)는 추정된 거리를 이용하여 타겟 공진기(421)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭 네트워크(425)는 추정된 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 이용하여 무선 전력 전송 장치(410) 및 무선 전력 수신 장치(420)의 등가 회로를 구할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(425)는 등가 회로를 이용하여 타겟 공진기(421)의 임피던스를 추출할 수 있고, 추출한 임피던스에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 제1 전원 공급부(453), 제1 스위칭부(455), 제2 전원 공급부(451), 제2 스위칭부(452), 임피던스 매칭 네트워크(454), 제어부(미도시) 및 소스 공진기(460)를 포함할 수 있다. 소스 공진기(460)는 캐패시터 C1(457) 및 인덕터(458)를 포함할 수 있다.
제1 전원 공급부(453)는 전력 전송 모드에서 소스 공진기(456)로 전력을 공급할 수 있다.
제2 전원 공급부(451)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(456)로 전력을 공급할 수 있다. 제2 전원 공급부(451)는 제1 전원 공급부(453) 보다 낮은 전력을 공급할 수 있다. 임피던스 매칭 모드에서, 제2 전원 공급부(451)가 제2 스위칭부(452)를 통하여 소스 공진기(456)와 연결되는 경우, 제2 전원 공급부(451)는 소스 공진기(456)에 전력을 공급할 수 있다.
제2 스위칭부(452)는 제2 전원 공급부(451)와 소스 공진기(456)를 연결할 수 있다. 제2 스위칭부(452)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 제2 전원 공급부(451)와 소스 공진기(456)는 연결되고, 오프 상태에서, 제2 전원 공급부(451)와 소스 공진기(456)의 연결은 끊어진다.
소스 공진기(456)는 전력 전송 모드에서 제1 전원 공급부(453)로부터 전력을 공급받을 수 있고, 임피던스 매칭 모드에서 제2 전원 공급부(451)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 소스 공진기(456)는 타겟 공진기와의 상호 공진을 통하여, 제1 전원 공급부(453) 또는 제2 전원 공급부(451)로부터 공급받은 전력을 무선 전력 수신 장치(460)에 전송할 수 있다.
제어부(미도시)는 소스 공진기(456)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기(456)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(미도시)는 임피던스 매칭 네트워크(454)를 포함할 수 있다.
임피던스 매칭 모드에서, 제어부(미도시)는 제2 스위칭부(452)를 제어하여 소스 공진기(456)에 전력을 공급할 수 있다. 제2 스위칭부(452)가 온 상태일 때, 제2 스위칭부(452)와 제2 전원 공급부(451)가 연결되어 소스 공진기(456)에 전력이 주입될 수 있고, 제2 스위칭부(452)가 오프 상태일 때, 제2 스위칭부(452)와 제2 전원 공급부(451)의 연결이 끊어져 소스 공진기(456)가 고립될 수 있다. 고립된 소스 공진기(456)는 타겟 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있고, 임피던스 매칭 네트워크(457)는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(456)와 타겟 공진기가 상호 공진을 수행하는 동안 소스 공진기(456)의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
제어부(미도시)는 소스 공진기(456)가 전송하는 전력의 포락선을 검출할 수 있고, 제어부(미도시)는 포락선을 기초로 소스 공진기(456)와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(454)는 추정된 소스 공진기(456)와 타겟 공진기 사이의 거리를 이용하여 소스 공진기(456)이 임피던스를 매칭할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(460)는 타겟 공진기(461), 스위칭부(464), 임피던스 매칭 네트워크(425), 제어부(미도시) 및 부하단(466)을 포함할 수 있다. 타겟 공진기(460)는 캐패시터 C2(463) 및 인덕터 L2(462)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전력 수신 장치(460)는 임피던스 매칭 네트워크(465)를 포함하지 않음으로써 임피던스 매칭을 수행하지 않고, 무선 전력 전송 장치(450)로부터 무선 전력을 수신할 수 있다.
타겟 공진기(461)는 소스 공진기(456)와의 상호 공진을 통하여 무선 전력을 수신할 수 있다.
스위칭부(464)는 부하단(466)과 타겟 공진기(461)를 연결할 수 있다. 스위칭부(464)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 온(on) 또는 오프(off) 동작을 수행할 수 있다. 온 상태에서, 부하단(466)과 타겟 공진기(461)는 연결되고, 오프 상태에서, 부하단(466)과 타겟 공진기(461)의 연결은 끊어진다.
부하단(466)은 부하(load) 및 캐패시터를 포함할 수 있다. 전력 전송 모드에서, 부하단(466)는 타겟 공진기(461)로부터 수신되는 전력으로 충전될 수 있다.
제어부(미도시)는 소스 공진기와 타겟 공진기(461) 사이의 거리를 추정하여 타겟 공진기(461)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 제어부(미도시)는 임피던스 매칭 네트워크(465)를 포함할 수 있다.
제어부(미도시)가 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 설정한 경우, 제어부(미도시)는 임피던스 매칭의 정확도를 향상시키기 위해, 스위칭부(464)를 오프(off)하여 부하단(466)과 타겟 공진기(461)의 연결을 끊을 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 스위칭부(464)를 온(on)상태로 유지하면서 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
제어부(미도시)는 임피던스 매칭 모드에서, 타겟 공진기(461)가 수신하는 전력의 파형에 대해 샘플링을 수행하여 포락선을 검출할 수 있다.
제어부(미도시)는 포락선을 기초로 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)가 상호 공진을 수행할 때, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)의 거리가 가까울수록, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)가 주고 받는 전력의 크기가 증가하고, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)가 주고 받는 전력의 주기도 짧아진다. 이 때, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 및 상호 인덕턴스의 값 역시 증가된다. 이에 따라, 제어부(미도시)는 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)에 유도되는 전력의 크기 및 전력의 주기를 동시에 분석함으로써, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다. 여기서, 포락선의 적어도 두 개의 포인트들은 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 임피던스 매칭 모드에서 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461)가 상호 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다.
제어부(미도시)는 포락선을 분석하여 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 획득할 수 있고, 제어부(미도시)는 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 추정할 수 있다.
소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스는 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 사이의 거리와 대응되므로, 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 간의 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스가 추정된 경우, 제어부(미도시)는 소스 공진기(456)와 타겟 공진기(461) 사이의 거리를 추정할 수 있다.
임피던스 매칭 네트워크(465)는 추정된 거리를 이용하여 타겟 공진기(461)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 일 실시예에서, 임피던스 매칭 네트워크(465)는 추정된 커플링 계수 또는 상호 인덕턴스를 이용하여 무선 전력 전송 장치(450) 및 무선 전력 수신 장치(460)의 등가 회로를 구할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(465)는 등가 회로를 이용하여 타겟 공진기(461)의 임피던스를 추출할 수 있고, 추출한 임피던스에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력 전송 모드 및 임피던스 매칭 모드에서의 스위칭을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, (a) 내지 (d)에서, 그래프의 가로축은 시간을 나타내고, 그래프의 세로축은 스위칭부의 온 상태 및 오프 상태를 나타낸다. 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 전력 전송 모드인 경우, 전력 전송 구간(501, 503)에서, 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 수신 장치의 부하단에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치의 동작 모드가 임피던스 매칭 모드인 경우, 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치는 임피던스 매칭 구간(502)에서, 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
(a)는 제2 전력 공급부 및 제2 스위칭부를 포함하지 않는 무선 전력 전송 장치에서의 제1 스위칭부(510)의 동작을 나타낸다. 전력 전송 구간(501, 503)에서, 제어부는 제1 스위칭부(510)를 온 상태로 제어할 수 있다. 임피던스 매칭 구간(502)에서, 제어부는 시간 T를 주기로,
Figure PCTKR2014009867-appb-I000001
동안 제1 스위칭부(510)를 온 시키고,
Figure PCTKR2014009867-appb-I000002
동안 제1 스위칭부(510)를 오프시킬 수 있다. 이에 따라, 주기 T 마다,
Figure PCTKR2014009867-appb-I000003
동안 소스 공진기에 전력이 주입될 수 있고,
Figure PCTKR2014009867-appb-I000004
동안 소스 공진기가 고립될 수 있다. 임피던스 매칭 구간(502)에서 제1 스위칭부(510)의 제어에 따라 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진이 수행될 수 있고, 제어부는 임피던스 매칭 구간(502)에서 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다.
(b)는 제2 전력 공급부 및 제2 스위칭부(522)를 포함하는 무선 전력 전송 장치에서의 제1 스위칭부(521) 및 제2 스위칭부(522)의 동작을 나타낸다. 제어부는 전력 전송 구간(501, 503)에서 제1 스위칭부(521)를 온 상태로 제어할 수 있고, 임피던스 매칭 구간(502)에서 제1 스위칭부(521)를 오프 상태로 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 전력 전송 구간(501, 503)에서 제2 스위칭부(522)를 오프 상태로 제어할 수 있고, 임피던스 매칭 구간(502)에서 시간 T를 주기로,
Figure PCTKR2014009867-appb-I000005
동안 제2 스위칭부(522)를 온 시키고,
Figure PCTKR2014009867-appb-I000006
동안 제2 스위칭부(522)를 오프시킬 수 있다. 이에 따라, 주기 T 마다,
Figure PCTKR2014009867-appb-I000007
동안 소스 공진기에 전력이 주입될 수 있고,
Figure PCTKR2014009867-appb-I000008
동안 소스 공진기가 고립될 수 있다. 이 때, 제2 스위칭부(522)의 제어에 의하여 소스 공진기에 주입되는 전력은, 제1 스위칭부의 제어에 의하여 소스 공진기에 주입되는 전력보다 크기가 작을 수 있다. 임피던스 매칭 구간(502)에서 제2 스위칭부의 제어에 따라 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 상호 공진이 수행될 수 있고, 제어부는 임피던스 매칭 구간(502)에서 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 소스 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다.
(c)와 (d)는 무선 전력 수신 장치에서의 스위칭부의 동작을 나타낸다. (c)에서, 무선 전력 수신 장치의 제어부는 전력 전송 구간(501, 503)에서 뿐만 아니라 임피던스 매칭 구간(502)에서도 스위칭부(530)를 온 상태로 제어할 수 있다. 임피던스 매칭 구간(502)에서, 타겟 공진기는 소스 공진기로부터 주기 T 마다,
Figure PCTKR2014009867-appb-I000009
동안 전력을 수신할 수 있다. 무선 전력 수신 장치의 제어부는 임피던스 매칭 구간(502)에서 타겟 공진기가 수신한 전력의 포락선을 검출하고, 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 타겟 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다.
(d)에서, 무선 전력 수신 장치의 제어부는 전력 전송 구간(501, 503)동안 스위칭부(540)를 온 상태로 제어할 수 있다. 임피던스 매칭 구간(502)에서, 타겟 공진기는 소스 공진기로부터 주기 T 마다,
Figure PCTKR2014009867-appb-I000010
동안 전력을 수신할 수 있고, 무선 전력 수신 장치의 제어부는 타겟 공진기가 수신하는 전력의 변화를 감지하여 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 변환하고, 스위칭부(540)를 오프 상태로 제어할 수 있다. 무선 전력 수신 장치의 스위칭부(540)가 오프 상태인 동안, 무선 전력 수신 장치의 제어부는 타겟 공진기가 수신한 전력의 포락선을 검출하고, 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 타겟 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다. 스위칭부가 오프 상태에서 임피던스 매칭을 수행하는 경우, (c)에서와 같이 스위칭부가 온 상태에서 임피던스 매칭을 수행할 때보다, 임피던스 매칭의 정확도가 증가할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리의 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, (a) 및 (b)에서, 그래프의 가로축은 시간을 나타내고, 그래프의 세로축은 전압의 크기를 나타낸다.
(a)는 소스 공진기와 타겟 공진기의 거리가 먼 경우, 소스 공진기와 타겟 공진기가 송수신하는 전압의 포락선을 나타낸다. 포락선(610)은 소스 공진기가 전송하는 전압의 포락선을 나타내고, 포락선(620)은 타겟 공진기가 수신하는 전압의 포락선을 나타낸다. 무선 전력 전송 장치의 제어부는 스타트 포인트(611)와 미니멈 포인트(612)를 추정하여, 스타트 포인트(611)와 미니멈 포인트(612) 간의 시간 차이를 추출할 수 있다. 무선 전력 전송 장치의 제어부는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있고, 상기 대응관계에 대한 정보를 이용하여 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수를 추출할 수 있다. 무선 전력 전송 장치의 제어부는 추출한 커플링 계수를 이용하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신 장치의 제어부는 포락선(620)의 스타트 포인트(621) 및 피크 포인트(622)를 추정하여, 스타트 포인트(621)와 피크 포인트(622) 간의 시간 차이를 추출할 수 있다. 무선 전력 수신 장치의 제어부는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있고, 상기 대응관계에 대한 정보를 이용하여 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수를 추출할 수 있다.
(b)는 (a)의 경우보다 소스 공진기와 타겟 공진기의 거리가 가까운 경우, 소스 공진기와 타겟 공진기가 송수신하는 전압의 포락선을 나타낸다. 포락선(630)은 소스 공진기가 전송하는 전압의 포락선을 나타내고, 포락선(640)은 타겟 공진기가 수신하는 전압의 포락선을 나타낸다.
무선 전력 전송 장치의 제어부는 포락선(630)의 적어도 두 개의 포인트들을 추정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치의 제어부는 스타트 포인트(631), 미니멈 포인트들(632, 634, 636) 및 피크 포인트들(633, 635, 637)을 추정할 수 있고, 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 추정할 수 있다.
무선 전력 수신 장치의 제어부는 포락선(640)의 적어도 두 개의 포인트들을 추정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송 장치의 제어부는 스타트 포인트(641), 피크 포인트들(642, 644, 646) 및 미니멈 포인트들(643, 645, 647)을 추정할 수 있고, 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 추정할 수 있다.
무선 전력 전송 장치의 제어부 및 무선 전력 수신 장치의 제어부는 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수와 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이와의 대응관계에 대한 정보를 포함할 수 있고, 상기 대응관계에 대한 정보를 이용하여 소스 공진기와 타겟 공진기 간의 커플링 계수를 추출할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 임피던스 매칭 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 동작 모드를 임피던스 매칭 모드로 동작할지 여부를 판단할 수 있다(710). 일 실시예에서, 무선 전력 전송 장치는 미리 정해진 주기 또는 미리 정해진 전력 전송 효율을 기초로 임피던스 매칭 모드로 동작할지 여부를 판단할 수 있다
또한, 무선 전력 전송 장치의 동작 모드가 임피던스 매칭 모드인 경우, 무선 전력 전송 장치는 제2 스위칭부가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(720).
제2 스위칭부가 존재하는 경우, 제어부는 제1 스위칭부를 오프 상태로 설정하고, 제2 스위칭부를 제어할 수 있다(731). 제2 스위칭부가 존재하지 않는 경우, 무선 전력 전송 장치는 제1 스위칭부를 제어할 수 있다(732).
임피던스 매칭 모드에서, 제1 스위칭부 또는 제2 스위칭부가 제어됨에 따라, 소스 공진기에 전력이 공급될 수 있고, 소스 공진기는 타겟 공진기와 상호 공진을 수행할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다(740). 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기가 전송하는 전력의 포락선을 검출하여, 포락선을 기초로 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 이용하여 소스 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다(750).
도 7에 도시된 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 임피던스 매칭 방법에는 도 1 내지 도 6를 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 임피던스 매칭 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치의 동작 모드가 임피던스 매칭 모드인지 여부를 판단할 수 있다(810). 동작 모드에 따라 무선 전력 전송 장치가 전송하는 전력의 크기 및 전력 전송 주기는 달라질 수 있다. 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기로부터 타겟 공진기가 수신하는 전력의 변화를 이용하여 무선 전력 전송 장치의 동작 모드를 판단할 수 있고, 무선 전력 전송 장치의 동작 모드에 대응되도록 무선 전력 수신 장치의 동작 모드를 설정할 수 있다
또한, 무선 전력 수신 장치는 스위칭부가 제어 가능한지 여부를 판단할 수 있다(820). 스위칭부가 제어 가능한 경우, 무선 전력 수신 장치는 스위칭부를 오프상태로 설정할 수 있다(830).
또한, 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다(840). 무선 전력 수신 장치는 타겟 공진기가 수신하는 전력의 포락선을 검출하여, 포락선을 기초로 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 추정할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치는 소스 공진기와 타겟 공진기 사이의 거리를 이용하여 타겟 공진기의 임피던스를 매칭할 수 있다(850).
도 8에 도시된 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 임피던스 매칭 방법에는 도 1 내지 도 7를 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (17)

  1. 타겟 공진기와의 공진을 통하여 무선 전력을 전송하는 소스 공진기;
    상기 소스 공진기로 전력을 공급하는 제1 전원 공급부;
    상기 소스 공진기와 상기 제1 전원 공급부의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 제1 스위칭부; 및
    상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 상기 소스 공진기의 임피던스를 매칭하는 제어부
    를 포함하는,
    무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는,
    전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작하는,
    무선 전력 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 제1 스위칭부를 제어하여 상기 소스 공진기에 전력을 공급하는,
    무선 전력 전송 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 소스 공진기로 전력을 공급하는 제2 전원 공급부; 및
    상기 소스 공진기와 상기 제2 전원 공급부의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 제2 스위칭부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 제2 스위칭부를 제어하여 상기 소스 공진기에 전력을 공급하는,
    무선 전력 전송 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 소스 공진기가 전송하는 전력의 포락선을 검출하는 포락선 검출부;
    상기 포락선을 기초로 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하는 거리 추정부; 및
    상기 추정된 거리를 이용하여 상기 소스 공진기의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부
    를 포함하는,
    무선 전력 전송 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 거리 추정부는,
    상기 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 간의 커플링 계수(coupling coefficient) 또는 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 추정하는,
    무선 전력 전송 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 포인트들은,
    상기 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 지점인 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 상기 포락선의 크기가 최저가 되는 지점인 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기가 상기 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함하는,
    무선 전력 전송 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는,
    미리 정해진 주기 또는 미리 정해진 전력 전송 효율을 기초로 상기 임피던스 매칭 모드로 동작하는,
    무선 전력 전송 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 타겟 공진기와 상기 소스 공진기와의 공진이 중단된 경우, 상기 임피던스 매칭 모드를 종료하는,
    무선 전력 전송 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력 전송 모드에서의 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 공진 주파수를 이용하여, 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기의 상기 임피던스를 매칭하는,
    무선 전력 전송 장치.
  11. 소스 공진기와의 공진을 통하여 무선 전력을 수신하는 타겟 공진기;
    상기 타겟 공진기로부터 전력을 수신하는 부하단; 및
    상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하여 상기 타겟 공진기의 임피던스를 매칭하는 제어부
    를 포함하는,
    무선 전력 수신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치는,
    전력 전송 모드 또는 임피던스 매칭 모드로 동작하는,
    무선 전력 수신 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 타겟 공진기가 수신하는 전력의 변화를 이용하여 상기 임피던스 매칭 모드로 진입하는,
    무선 전력 수신 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 타겟 공진기와 상기 부하단의 연결을 온(on)/오프(off) 하는 스위칭부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 스위칭부를 오프(off)시키는,
    무선 전력 수신 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 임피던스 매칭 모드에서, 상기 타겟 공진기가 수신하는 전력의 포락선을 검출하는 포락선 검출부;
    상기 포락선을 기초로 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 사이의 거리를 추정하는 거리 추정부; 및
    상기 추정된 거리를 이용하여 상기 타겟 공진기의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부
    를 포함하는,
    무선 전력 수신 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 거리 추정부는,
    상기 포락선의 적어도 두 개의 포인트들 간 시간 차이를 이용하여 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기 간의 커플링 계수(coupling coefficient) 또는 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 추정하는,
    무선 전력 수신 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 포인트들은,
    상기 포락선의 크기가 피크(peak)가 되는 적어도 하나의 피크 포인트(peak point), 상기 포락선의 크기가 최저가 되는 적어도 하나의 미니멈 포인트(minimum point) 또는 상기 임피던스 매칭 모드에서 상기 소스 공진기와 상기 타겟 공진기가 상기 공진을 시작하는 지점인 스타트 포인트(start point) 중 적어도 두 개를 포함하는,
    무선 전력 수신 장치.
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