WO2017003076A1 - 자기장을 이용하는 근거리 통신모듈 보호장치 및 그 휴대 단말 - Google Patents

자기장을 이용하는 근거리 통신모듈 보호장치 및 그 휴대 단말 Download PDF

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WO2017003076A1
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WO
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range communication
short
power
communication module
short range
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PCT/KR2016/004161
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French (fr)
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황종태
진기웅
신현익
이준
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주식회사 맵스
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters

Definitions

  • the present invention relates to wireless charging and short-range wireless communication technology, and more particularly to a technology for protecting the short-range communication module during wireless charging.
  • Radio frequency identification RFID
  • NFC near field communication
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • ISM 13.56 MHz Industrial-Science-Medical band
  • A4WP Alliance for Wireless Power
  • A4WP uses the 6.78 MHz ISM band, which is quite close to the 13.56 MHz frequency band of NFC, thus providing A4WP power.
  • the power supplied from a transmitter (hereinafter referred to as a PTU) is undesirably supplied to the NFC module through the NFC antenna.
  • the NFC module transmits and receives low power, so if a large amount of power is supplied from the A4WP PTU, the NFC module may be supplied with excessive power, thereby destroying the NFC module.
  • an apparatus and a portable terminal for protecting a short range communication module using a magnetic field during wireless charging are provided.
  • the short-range communication module protection device is a determination unit for determining whether the power receiver is in a state of receiving a power signal from the power transmitter for wireless charging, and if it is determined that the power signal receiving state through the determination unit to the short-range communication module And a protection unit that blocks the transmission of the power signal to protect the short-range communication module.
  • the power transmitter and the power receiver transmit and receive wireless power signals in a first frequency band through magnetic resonance, and the short-range communication module wirelessly communicates using a magnetic field in a second frequency band, between the power transmitter and the power receiver. It is affected by the magnetic field generated by magnetic resonance.
  • the power transmitter and the power receiver may transmit and receive wireless power signals using the A4WP scheme.
  • the short range communication module may be an NFC module or an RFID module.
  • the first frequency band for wireless charging may be 6.78 MHz
  • the second frequency band of the short range communication module may be 13.56 MHz.
  • the determination unit detects the rectifier output voltage of the power receiver, and if the magnitude of the detected rectifier output voltage is a voltage at which the power receiver is operable, determines the power signal reception state to protect the high level driving voltage for controlling the protection unit.
  • Rectifier voltage detection unit for transmitting to the unit.
  • the determination unit detects a resonance frequency from the rectifier input signal of the power receiver, and if the detected resonance frequency is a resonance frequency for wireless charging, determines the power signal reception state to protect the high level driving voltage for controlling the protection unit. It includes a frequency detector for transmitting to the unit.
  • the determination unit detects the rectifier output voltage of the power receiver, and if the detected rectifier output voltage is a voltage at which the power receiver is operable, the rectifier voltage outputs a high level control signal by determining the power signal reception state.
  • a detecting unit, a frequency detecting unit detecting a resonant frequency from the rectifier input signal of the power receiver and outputting a high level control signal when the detected resonant frequency is a resonant frequency for wireless charging, and outputting a high level control signal;
  • an AND circuit for receiving the control signal and the control signal of the frequency detector and performing a logical multiplication to transmit a driving voltage for controlling the protection unit to the protection unit.
  • the protection unit reduces the power signal transmitted from the power transmitter to the short range communication antenna by causing the resonant frequency of the short range communication resonant circuit to be different, and blocks transmission of the power signal from the short range communication antenna to the short range communication module.
  • the protection unit may include a first transistor having a source connected to a ground voltage, a drain connected to a first capacitor, a driving voltage input from a rectifier voltage detector to a gate, and switched on by the input driving voltage; A second transistor connected to a ground voltage, a drain connected to a second capacitor, a driving voltage input from a rectifier voltage detector to a gate, and switched on by the input driving voltage, between the second short-range communication antenna node and the first transistor; And a first capacitor formed by switching on the first transistor to cause a resonance frequency of the short range communication resonant circuit to be changed, and a first capacitor formed between the first short range communication antenna node and the second transistor.
  • a second kernel causing the resonance frequency of the near field communication resonance circuit to be switched by switching on It includes a capacitor.
  • the first capacitor and the second capacitor value may be set such that the resonance frequency for short range wireless communication is smaller than the resonance frequency for power transmission and reception.
  • the protection unit may include a first transistor having a source connected to a ground voltage, a drain connected to a first resistor, a driving voltage input to a gate from a rectifier voltage detector, and switched on by the input driving voltage; A second transistor connected to a ground voltage, a drain connected to a second resistor, a drive voltage input from a rectifier voltage detector to a gate, and switched on by the input drive voltage, between the second short-range communication antenna node and the first transistor; And a first resistor formed between the first and second short-range communication antenna nodes and the second transistor to switch the resonance frequency of the short-range communication resonance circuit by switching on the first transistor. And a second resistor causing the resonant frequency of the resonant circuit to be distorted.
  • a protection unit may include: a first transistor having a source connected to a ground voltage, a drain connected to a first inductor, a driving voltage input from a rectifier voltage detector to a gate, and switched on by the input driving voltage; Is connected to a ground voltage, a drain is connected to a second inductor, a driving voltage is input to the gate from the rectifier voltage detector, and is switched on by the input driving voltage, between the second short-range communication antenna node and the first transistor.
  • the inductance values of the first inductor and the second inductor may be set to be greater than the inductance value of the short range communication antenna such that the resonant frequency for short range communication is smaller than the resonant frequency for power transmission and reception.
  • a portable terminal may include a power receiver antenna, a short range communication antenna, a power receiver for receiving a wireless power signal from a power transmitter through magnetic resonance of the power receiver antenna, and a magnetic field of the short range communication antenna. Determining whether the short-range communication module for wireless communication and the power receiver is in a state of receiving a power signal from the power transmitter for wireless charging, and if it is determined that the power signal reception state, the short-range communication by blocking the transmission of the power signal to the short-range communication module. It includes a near field communication module protection circuit to protect the module.
  • a power transmitter for supplying a power signal to a power receiver unit (PRU, PRU) for wireless charging of a short range communication module performing short range wireless communication Protect from
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a situation in which an A4WP PTU supplies a power signal to an A4WP PRU when an A4WP antenna and an NFC antenna are positioned on an A4WP PTU.
  • FIG. 3 is a waveform diagram illustrating a result of measuring voltage and current of an NFC antenna in a power measurement situation of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a reference diagram showing an image captured by a thermal imaging camera while a credit card on which an NFC chip is mounted and a mobile phone on which an A4WP PRU is mounted are placed on an A4WP PTU.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of an NFC module protection circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a NFC module protection circuit according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a NFC module protection circuit according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of an NFC module protection circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the present invention provides a short range communication module for performing short range wireless communication, and a power transmitter (PTU) for supplying a power signal to a power receiver unit (hereinafter referred to as a PRU) for wireless charging. It relates to a technique for protecting from).
  • PTU power transmitter
  • PRU power receiver unit
  • the present invention provides a short range communication module for performing short range wireless communication, and a power transmitter (PTU) for supplying a power signal to a power receiver unit (hereinafter referred to as a PRU) for wireless charging. It relates to a technique for protecting from).
  • PTU power transmitter
  • PRU power receiver unit
  • the short-range communication module uses a magnetic field such as a near field communication (NFC) module or a radio frequency identification (RFID) module. It may be any communication module that transmits and receives radio signals.
  • the short range communication module performs short range wireless communication in several to several tens of MHz frequency bands. For example, the short range communication module may transmit and receive wireless signals in the 13.56 MHz frequency band.
  • the PTU and the PRU according to an embodiment use an Alliance for Wireless Power (A4WP, hereinafter A4WP) scheme.
  • A4WP Alliance for Wireless Power
  • the A4WP PTU supplies power signals to the A4WP PRU through magnetic resonance in the 6.78 MHz frequency band.
  • the wireless charging method is not limited to the A4WP method. Although it does not follow the A4WP scheme but performs wireless charging in a different frequency band than near field communication, for example, even when performing wireless charging at 4 MHz, an NFC module in a 13.56 MHz frequency band or a near field communication module in another similar frequency band Can protect.
  • the present invention can be applied to protect the short range communication module from the wireless charging system when the frequency band of the wireless charging system for transmitting and receiving wireless power signal and the frequency band of the short range communication module are relatively close. For example, it is applied to protect an NFC module using a 13.56 MHz frequency band from an A4WP wireless charging system using a 6.78 MHz frequency band.
  • a short range communication module is limited to an NFC module
  • a power transmitter is limited to an A4WP PTU
  • a power receiver is limited to an A4WP PRU. It is described with reference to, but not limited to.
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a situation in which an A4WP PTU supplies a power signal to an A4WP PRU when an A4WP antenna and an NFC antenna are positioned on an A4WP PTU.
  • the A4WP PTU 10 supplies a power signal for wireless charging to the A4WP PRU 12 at a 6.78 MHz resonance frequency.
  • the A4WP antenna 16 and the NFC antenna 18 may be located above the A4WP PTU 10.
  • the A4WP PRU 12 is mounted on a portable terminal such as a mobile phone, since the display is located on the front side, the A4WP antenna 16 is mainly located on the back side, and the NFC antenna 18 is also mostly located on the back side. Therefore, even when near field communication using the NFC antenna 18 is not performed, the NFC antenna 18 is exposed to a magnetic field supplied from the A4WP PTU 10 during wireless charging, thereby generating a magnetic field. Accordingly, a considerable power signal can also be received at the NFC antenna 18.
  • FIG. 2 is a circuit diagram for measuring power received by an NFC antenna.
  • a 10 ohm ( ⁇ ) resistor RL 20 was attached to the NFC antenna 18 and the NFC antenna 18 was placed on the A4WP PTU 10. .
  • the A4WP PRU 12 receives a power of about 5W from the A4WP PTU 10.
  • FIG. 3 is a waveform diagram illustrating a result of measuring voltage and current of an NFC antenna in the power measurement situation of FIG. 2.
  • NFC antenna 18 receives a voltage of about 2.5Vpeak, the current is 250mApeak.
  • the voltage and current of the NFC antenna 18 is determined by a function that is influenced by the distance and position to the A4WP PTU 10, the NFC antenna 18 is not raised in the center position of the A4WP PTU 10.
  • the result of measuring the voltage and current of the NFC antenna 18 in the state is as shown in FIG. Although the maximum output power of the A4WP PTU 10 was about 15W, the transmission power of the A4WP PTU 10 under experimental conditions was about 10W.
  • the NFC antenna 18 is also receiving power corresponding to 0.3W. This amount of power is not great power for the A4WP PRU 12, but power that can cause big problems in the NFC module 14.
  • FIG. 4 is a reference diagram showing an image captured by a thermal imaging camera in a state where a credit card on which an NFC chip is mounted and a mobile phone on which an A4WP PRU is mounted are placed on an A4WP PTU.
  • the NFC chip 400 of the credit card 40 is mounted.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of an NFC module protection circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • the NFC module protection circuit includes a determination unit 56 and a protection unit 58.
  • the determination unit 56 determines whether the A4WP PRU 12 receives a power signal from the A4WP PTU 10 for wireless charging.
  • the protection unit 58 determines that the power signal reception state for wireless charging is determined by the determination unit 56, the protection unit 58 blocks the transmission of the power signal to the NFC module 14 to protect the NFC module 14.
  • the A4WP PTU 10 and the A4WP PRU 12 transmit and receive wireless power signals at a resonance frequency of 6.78 MHz through magnetic resonance, and the NFC module 14 wirelessly communicates using a magnetic field at an operating frequency of 13.56 MHz.
  • the NFC antenna 18 is affected by the magnetic field generated by the A4WP PTU 10 generates a magnetic field.
  • the protection unit 58 protects the NFC module 14 by blocking the power signal from being supplied to the NFC module 14 by the magnetic field generated by the NFC antenna 18.
  • the determiner 56 includes a rectifier voltage detector 560.
  • the rectifier voltage detector 560 detects the rectifier output voltage VRECT 22 of the A4WP PRU 12 and determines whether the magnitude of the detected rectifier output voltage VRECT 22 has risen to a voltage for the A4WP PRU 12 to operate. do.
  • the determination unit 56 transmits a high level control signal to the protection unit 58 to control the protection unit 58.
  • the determination unit 56 is separated from the A4WP PRU 12, but may be located inside the A4WP PRU 12 depending on the configuration of the device.
  • the protection unit 58 is transmitted to the NFC antenna 18 from the A4WP PTU 10 by causing the resonance frequency of the NFC resonance circuit to be changed by the high level control signal received from the determination unit 56. It reduces the power signal and blocks transmission of the power signal from the NFC antenna 18 to the NFC module 14.
  • the A4WP antenna 16, the NFC antenna 18, the A4WP PRU 12, the NFC module 14, and the protection circuit are mounted in the portable terminal.
  • the A4WP PRU 12 receives a wireless power signal from the A4WP PTU 10 through the magnetic resonance of the A4WP antenna 16, and the NFC module 14 wirelessly communicates through the magnetic field of the NFC antenna 18.
  • the protection circuit determines whether the A4WP PRU 12 is in a state of receiving a power signal from the A4WP PTU 10 for wireless charging. And if it is determined that the power receiving state for wireless charging by the A4WP PTU (10) by the magnetic field generated by the NFC antenna 18 to block the power signal transmitted to the NFC communication module 14 NFC communication module 14 To protect.
  • the A4WP PRU 12 includes a rectifier 120 that rectifies a 6.78 MHz AC signal received from a resonator consisting of an A4WP antenna 16 and a capacitor Cs 20 into a DC signal.
  • the rectifier output voltage VRECT 22 rectified by the rectifier 120 is converted into a DC signal by the capacitor CRECT 21.
  • the capacitor CRECT 21 value increases so that the rectifier output voltage VRECT 22 rises to a voltage suitable for the A4WP PRU 12 to operate. do.
  • the rectifier output voltage VRECT 22 does not sufficiently increase because the power received from the NFC PTU is not high compared to the A4WP PTU 10. . Accordingly, the rectifier voltage detector 560 determines which voltage state the rectifier output voltage VRECT 22 is in and determines whether or not the power reception state due to A4WP.
  • the rectifier voltage detector 560 sets the driving voltage Vdrv to a high level to protect the driving voltage Vdrv of the protection unit 58.
  • the MOSFETs M1 and M2 (581 and 582) are switched on to the MOSFETs M1 and M2 (581 and 582).
  • the outputs of the switched-on MOSFETs M1, M2 are connected to capacitors Cx1, Cx2 (583, 584), and capacitors Cx1, Cx2 (583, 584) are connected to NFC antenna nodes N1, N2 (23, 24).
  • the resonance frequency fr of the NFC resonator is expressed by Equation 1.
  • the resonant frequency fr of the NFC resonator is much lower than the resonant frequency 6.78 MHz between the A4WP PTU (10) and the A4WP PRU (12) (fr ⁇ 6.78 MHz) capacitors Cx1, Cx2 (583,584) You can set a large value.
  • the MOSFETs M1, M2 are switched off, so the NFC resonant frequency is not affected by the capacitors Cx1, Cx2 (583,584). .
  • the protection unit 58 includes a MOSFET M1 581, a MOSFET M2 582, a capacitor Cx1 583, and a capacitor Cx2 584 as shown in FIG. 5.
  • MOSFET M1 581 has a source connected to the ground voltage 585, a drain connected to the capacitor Cx1 583, a driving voltage Vdrv input from the rectifier voltage detector 560 to a gate, and a switch by the input driving voltage Vdrv. It is on.
  • MOSFET M2 582 has a source connected to ground voltage 586, a drain connected to capacitor Cx2 584, a drive voltage Vdrv input from the rectifier voltage detector 560 to a gate, and an input drive voltage Vdrv. Is switched on.
  • the capacitor Cx1 583 is formed between the NFC antenna node N2 24 and the MOSFET M1 581, and a current path is formed by switching on the MOSFET M1 581 so that the resonant frequency of the NFC resonator is distorted.
  • capacitor Cx2 584 is formed between NFC antenna node N1 23 and MOSFET M2 582, and the resonance frequency of the NFC resonator is shifted by switching on MOSFET M2 582.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a NFC module protection circuit according to a second embodiment of the present invention.
  • the determination unit 56 of the NFC module protection circuit includes a frequency detector 562.
  • the frequency detector 562 detects the resonant frequency of the A4WP resonator from the rectifier input signal input to the rectifier 120 of the A4WP PRU 12, and determines whether the detected resonant frequency is a resonant frequency for wireless charging. If it is determined that the resonant frequency for the wireless charging transmits a high level control signal to the protection unit (58).
  • the resonant frequency for wireless charging is to protect the high level control signal 58. To transmit.
  • the determination unit 56 of the NFC module protection circuit includes a rectifier voltage detector 560, a frequency detector 562, and an AND circuit 564.
  • the rectifier voltage detector 560 detects the rectifier output voltage VRECT 22 of the A4WP PRU 12, and if the detected rectifier output voltage VRECT 22 is a voltage capable of operating the A4WP PRU 12, the rectifier voltage detector 560 returns to the power signal receiving state. Discriminate and output a high level control signal.
  • the frequency detector 562 detects the resonant frequency of the A4WP resonator from the rectifier input signal input to the rectifier 120, and if the detected resonant frequency is a resonant frequency for wireless charging, determines that the power signal is received to control the high level control signal.
  • the AND circuit 564 receives the control signal of the rectifier voltage detector 560 and the control signal of the frequency detector 562 and logically ANDs the control signal to control the driving voltage Vdrv for controlling the protection unit 58. And output to MOSFETs M1 and M2 (581 and 582).
  • the determiner 56 includes the rectifier voltage detector 560, the frequency detector 562, and the AND circuit 564, the NFC module 14 may be more stably protected.
  • the rectifier voltage detector 560 and the frequency detector 562 are separated from the A4WP PRU 12 as shown in FIG. 6, but may be located inside the A4WP PRU 12 according to a design.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of an NFC module protection circuit according to a third embodiment of the present invention.
  • the protection unit 58 of the NFC module protection circuit according to an embodiment described above with reference to FIGS. 5 and 6 to protect the NFC module 14 while limiting the transmission of the power signal received by the NFC antenna 18.
  • the outputs of MOSFETs M1, M2 are connected directly to the NFC antenna nodes N1, N2 (23, 24).
  • the protection unit 58 of the NFC module protection circuit may transmit the outputs of the MOSFETs M1 and M2 581 and 582 to the NFC antenna nodes N1 and N2 through the resistors Rx1 and Rx2 587 and 588. , 24).
  • FIG. 8 is a circuit diagram of an NFC module protection circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the protection unit 58 of the NFC module protection circuit may refer to FIGS. 5 and 6 to protect the NFC module 14 while restricting transmission of a power signal received by the NFC antenna 18.
  • the outputs of MOSFETs M1, M2 are connected to NFC antenna nodes N1, N2 (23, 24) through inductors Lx1, Lx2 (589, 590).
  • the resonant frequency of the NFC resonator may be set such that the resonant frequency of the NFC resonator is sufficiently lower than 6.78 MHz, which is the resonant frequency of the A4WP resonator (fr ⁇ 6.78 MHz).
  • an inductor having an inductance value sufficiently larger than the inductance of the NFC resonator may be used.
  • a method of protecting the NFC module from the A4WP charging system has been described with reference to FIGS. 5 to 8, but is not limited to the A4WP charging system.
  • the present invention provides a comprehensive method that can be used when the frequency of a wireless charging system that supplies a large power signal with a near field communication module is relatively close.

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Abstract

자기장을 이용하는 근거리 통신모듈 보호장치 및 그 휴대 단말이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 근거리 통신모듈 보호장치는 전력 수신기가 무선 충전을 위해 전력 송신기로부터 전력신호를 수신하는 상태인지 여부를 판별하는 판별부와, 판별부를 통해 전력신호 수신 상태로 판별되면 근거리 통신모듈로 전력신호가 전송되는 것을 차단하여 근거리 통신 모듈을 보호하는 보호부를 포함한다.

Description

자기장을 이용하는 근거리 통신모듈 보호장치 및 그 휴대 단말
본 발명은 무선 충전 및 근거리 무선통신 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 충전 시 근거리 통신모듈을 보호하기 위한 기술에 관한 것이다.
수~수십 MHz의 주파수 대역으로 자기장(magnetic field)을 형성하여 통신하는 근거리 통신모듈이 알에프아이디(radio frequency identification: RFID, 이하 RFID라 칭함), 근거리 무선통신(Near Field Communication: NFC, 이하 NFC라 칭함) 등의 모듈에 적용되어 사용되고 있다. 특히 NFC 방식을 이용한 다양한 애플리케이션이 휴대폰과 같은 휴대 단말에 적용되며, 보조 결재 수단으로 각광을 받고 있다.
무선 충전 방식으로서 유도(inductive) 방식인 무선충전 국제 표준화 단체(Wireless Power Consortium: WPC, 이하 WPC라 칭함)의 치(Qi)나, PMA(Power Matters Alliance) 방식은 100kHz 대의 저주파수 대역을 사용하여 무선 충전한다. 이에 비해 NFC는 13.56MHz의 산업·과학·의료용 대역(Industry-Science-Medical band: ISM band, 이하 ISM 대역이라 칭함)을 이용하여 통신하므로, 주파수 대역이 서로 상당히 상이해서 서로 간의 간섭이 적으므로 큰 문제가 없다.
이에 비해, 자기 공진(magnetic resonance)을 사용하는 무선 충전 연합(Alliance for Wireless Power: A4WP, 이하 A4WP라 칭함)의 경우 6.78MHz의 ISM 대역을 사용하여 NFC의 13.56MHz 주파수 대역과 상당히 근접하므로 A4WP 전력 송신기(Power Transmitting Unit: 이하 PTU라 칭함)에서 공급되는 전력이 NFC 안테나를 통해 NFC 모듈에 원치 않게 공급되는 현상이 발생한다. 일반적으로 NFC 모듈은 저 전력을 송수신하므로 A4WP PTU에서 많은 전력이 공급되는 경우 NFC 모듈에 과도한 전력이 공급되어 NFC 모듈이 파괴될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 무선 충전 시에, 자기장을 이용하는 근거리 통신모듈을 보호하기 위한 장치 및 그 휴대 단말을 제안한다.
일 실시 예에 따른 근거리 통신모듈 보호장치는 전력 수신기가 무선 충전을 위해 전력 송신기로부터 전력신호를 수신하는 상태인지 여부를 판별하는 판별부와, 판별부를 통해 전력신호 수신 상태로 판별되면 근거리 통신모듈로 전력신호가 전송되는 것을 차단하여 근거리 통신 모듈을 보호하는 보호부를 포함한다.
일 실시 예에 따른 전력 송신기와 전력 수신기는 자기 공진을 통해 제1 주파수 대역에서 무선 전력신호를 송수신하고, 근거리 통신모듈은 제2 주파수 대역에서 자기장을 이용하여 무선통신하되, 전력 송신기와 전력 수신기 간 자기 공진에 의해 발생하는 자기장의 영향을 받는다. 전력 송신기와 전력 수신기는 A4WP 방식을 사용하여 무선 전력신호를 송수신할 수 있다. 근거리 통신모듈은 NFC 모듈 또는 RFID 모듈일 수 있다. 무선 충전을 위한 제1 주파수 대역은 6.78MHz이고, 근거리 통신모듈의 제2 주파수 대역은 13.56MHz일 수 있다.
일 실시 예에 따른 판별부는 전력 수신기의 정류기 출력전압을 검출하고 검출된 정류기 출력전압의 크기가 전력 수신기가 동작 가능한 전압이면 전력신호 수신 상태로 판별하여 보호부를 제어하기 위한 하이 레벨의 구동전압을 보호부에 전송하는 정류기 전압 검출부를 포함한다.
다른 실시 예에 따른 판별부는 전력 수신기의 정류기 입력신호로부터 공진 주파수를 검출하고 검출된 공진 주파수가 무선 충전을 위한 공진 주파수이면 전력신호 수신 상태로 판별하여 보호부를 제어하기 위한 하이 레벨의 구동전압을 보호부에 전송하는 주파수 검출부를 포함한다.
또 다른 실시 예에 따른 판별부는, 전력 수신기의 정류기 출력전압을 검출하고 검출된 정류기 출력전압의 크기가 전력 수신기가 동작 가능한 전압이면 전력신호 수신 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력하는 정류기 전압 검출부와, 전력 수신기의 정류기 입력신호로부터 공진 주파수를 검출하고 검출된 공진 주파수가 무선 충전을 위한 공진 주파수이면 전력신호 수신 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력하는 주파수 검출부와, 정류기 전압 검출부의 제어신호와 주파수 검출부의 제어신호를 입력받아 논리 곱하여 보호부를 제어하기 위한 구동전압을 보호부에 전송하는 AND 회로를 포함한다.
일 실시 예에 따른 보호부는, 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하여 전력 송신기로부터 근거리 통신 안테나로 전송되는 전력신호를 감소시키고 근거리 통신 안테나에서 근거리 통신모듈로 전력신호가 전송되는 것을 차단한다.
일 실시 예에 따른 보호부는, 소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제1 커패시터와 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제1 트랜지스터와, 소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제2 커패시터와 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제2 트랜지스터와, 제2 근거리 통신 안테나 노드와 제1 트랜지스터 사이에 형성되며 제1 트랜지스터의 스위치 온에 의해 전류 경로가 형성되어 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제1 커패시터와, 제1 근거리 통신 안테나 노드와 제2 트랜지스터 사이에 형성되며, 제2 트랜지스터의 스위치 온에 의해 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제2 커패시터를 포함한다. 이때, 근거리 무선통신을 위한 공진 주파수가 전력 송수신을 위한 공진 주파수보다 작아지도록 제1 커패시터와 제2 커패시터 값이 설정될 수 있다.
다른 실시 예에 따른 보호부는, 소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제1 저항과 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제1 트랜지스터와, 소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제2 저항과 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제2 트랜지스터와, 제2 근거리 통신 안테나 노드와 제1 트랜지스터 사이에 형성되며 제1 트랜지스터의 스위치 온에 의해 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제1 저항과, 제1 근거리 통신 안테나 노드와 제2 트랜지스터 사이에 형성되며 제2 트랜지스터의 스위치 온에 의해 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제2 저항을 포함한다.
또 다른 실시 예에 따른 보호부는, 소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제1 인덕터와 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제1 트랜지스터와, 소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제2 인덕터와 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제2 트랜지스터와, 제2 근거리 통신 안테나 노드와 제1 트랜지스터 사이에 형성되며 제1 트랜지스터의 스위치 온에 의해 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제1 인덕터와, 제1 근거리 통신 안테나 노드와 제2 트랜지스터 사이에 형성되며 제2 트랜지스터의 스위치 온에 의해 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제2 인덕터를 포함한다. 이때, 근거리 통신을 위한 공진 주파수가 전력 송수신을 위한 공진 주파수보다 작아지도록 제1 인덕터와 제2 인덕터의 인덕턴스 값이 근거리 통신 안테나의 인덕턴스 값보다 크도록 설정될 수 있다.
한편, 다른 실시 예에 따른 휴대 단말은, 전력 수신기 안테나와, 근거리 통신 안테나와, 전력 수신기 안테나의 자기 공진을 통해 전력 송신기로부터 무선 전력신호를 수신하는 전력 수신기와, 근거리 통신 안테나의 자기장을 이용하여 무선통신하는 근거리 통신모듈과, 전력 수신기가 무선 충전을 위해 전력 송신기로부터 전력신호를 수신하는 상태인지 여부를 판별하고 전력신호 수신 상태로 판별되면 근거리 통신모듈로 전력신호가 전송되는 것을 차단하여 근거리 통신 모듈을 보호하는 근거리 통신모듈 보호회로를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 근거리 무선통신을 수행하는 근거리 통신모듈을, 무선 충전을 위해 전력 수신기(Power Receiving Unit: PRU, 이하 PRU라 칭함)에 전력신호를 공급하는 전력 송신기(Power Transmitting Unit: PTU)로부터 보호할 수 있다.
무선 충전 시 전력신호가 근거리 통신모듈에 공급되는 것을 차단하여 근거리 통신모듈을 보호함에 따라, PTU에서 전력신호가 공급되는 경우 저전력을 송수신하도록 구성되는 근거리 통신모듈에 의도하지 않게 과도한 전력이 공급되어 근거리 통신모듈이 파괴되는 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 A4WP PTU 위에 A4WP 안테나와 NFC 안테나가 위치하는 경우, A4WP PTU가 A4WP PRU에 전력신호를 공급하는 상황을 도시한 회로도,
도 2는 NFC 안테나로 수신되는 전력을 측정하기 위한 회로도,
도 3은 도 2의 전력 측정 상황에서 NFC 안테나의 전압과 전류를 측정한 결과를 도시한 파형도,
도 4는 A4WP PTU 위에, NFC 칩(chip)이 탑재되어 있는 신용카드(credit card)와 A4WP PRU가 탑재되어 있는 휴대폰을 올려둔 상태에서 열 화상 카메라를 통해 촬영한 영상을 도시한 참조도,
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 회로도,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 회로도,
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 회로도,
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 회로도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 근거리 무선통신을 수행하는 근거리 통신모듈을, 무선 충전을 위해 전력 수신기(Power Receiving Unit: PRU, 이하 PRU라 칭함)에 전력신호를 공급하는 전력 송신기(Power Transmitting Unit: PTU, 이하 PTU라 칭함)로부터 보호하기 위한 기술에 관한 것이다. 무선 충전을 위해 PTU에서 전력이 공급되는 경우, 저전력을 송수신하도록 구성되는 근거리 통신모듈에 의도하지 않게 과도한 전력이 공급되어 근거리 통신모듈이 파괴될 우려가 있다. 따라서, 무선 충전 시 전력신호가 근거리 통신모듈에 공급되는 것을 차단하여 근거리 통신모듈을 보호한다.
일 실시 예에 따른 근거리 통신모듈은 근거리 무선통신(Near Field Communication: NFC, 이하 NFC라 칭함) 모듈 또는 알에프아이디(radio frequency identification: RFID, 이하 RFID라 칭함) 모듈 등 자기장(magnetic field)를 이용하여 무선신호를 송수신하는 모든 통신모듈일 수 있다. 근거리 통신모듈은 수~수십 MHz 주파수 대역에서 근거리 무선통신을 수행하는데, 예를 들어 13.56MHz 주파수 대역에서 무선신호를 송수신할 수 있다.
일 실시 예에 따른 PTU와 PRU는 무선 충전 연합(Alliance for Wireless Power: A4WP, 이하 A4WP라 칭함) 방식을 사용한다. A4WP 방식에 따르면, A4WP PTU는 6.78MHz 주파수 대역에서 자기 공진(magnetic resonance)을 통해 A4WP PRU에 전력신호를 공급한다. 그러나 무선 충전 방식이 A4WP 방식에 한정되는 것은 아니다. A4WP 방식을 따르지는 않지만 근거리 무선통신과는 상이한 주파수 대역으로 무선 충전을 수행하는 경우, 예를 들어 4MHz로 무선 충전을 수행하는 경우에도 13.56MHz 주파수 대역의 NFC 모듈이나 기타 유사 주파수 대역의 근거리 통신모듈을 보호할 수 있다.
본 발명은 무선 전력신호를 송수신하는 무선 충전 시스템의 주파수 대역과 근거리 통신모듈의 주파수 대역이 비교적 근접해 있을 때, 무선 충전 시스템으로부터 근거리 통신모듈을 보호하는 데 적용될 수 있다. 예를 들어, 6.78MHz의 주파수 대역을 사용하는 A4WP 무선 충전 시스템으로부터 13.56MHz의 주파수 대역을 사용하는 NFC 모듈을 보호하는 데 적용된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 근거리 통신모듈을 NFC 모듈로 한정하고, 전력 송신기는 A4WP PTU로 한정하고, 전력 수신기는 A4WP PRU로 한정하여, NFC 모듈을 보호하기 위한 실시 예들을 후술되는 도면들을 참조로 하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.
도 1은 A4WP PTU 위에 A4WP 안테나와 NFC 안테나가 위치하는 경우, A4WP PTU가 A4WP PRU에 전력신호를 공급하는 상황을 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, A4WP PTU(10)는 6.78MHz 공진 주파수로 A4WP PRU(12)에 무선 충전을 위한 전력신호를 공급한다. A4WP 안테나(16)와 NFC 안테나(18)는 A4WP PTU(10) 위에 위치할 수 있다. A4WP PRU(12)가 휴대폰 등의 휴대 단말에 탑재되는 경우, 전면에는 디스플레이가 위치하기 때문에 주로 뒷면에 A4WP 안테나(16)가 위치하고, NFC 안테나(18)도 역시 뒷면에 위치하는 경우가 대부분이다. 따라서, NFC 안테나(18)를 이용한 근거리 무선통신이 수행되지 않는 경우라도, 무선 충전 시 A4WP PTU(10)에서 공급되는 자기장(magnetic field)에 NFC 안테나(18)가 노출되어 자기장이 발생한다. 이에 따라 NFC 안테나(18)에서도 상당한 전력신호가 수신될 수 있다.
도 2는 NFC 안테나로 수신되는 전력을 측정하기 위한 회로도이다.
도 2를 참조하면, NFC 안테나(18)의 수신 전력을 측정하기 위해 NFC 안테나(18)에 저항 RL(20) 10옴(Ω)을 달고 NFC 안테나(18)를 A4WP PTU(10) 위에 올려놓았다. 이때 A4WP PRU(12)는 5W 정도의 전력을 A4WP PTU(10)로부터 수신하는 상태이다.
도 3은 도 2의 전력 측정 상황에서 NFC 안테나의 전압과 전류를 측정한 결과를 도시한 파형도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, NFC 안테나(18)는 약 2.5Vpeak의 전압이 수신되고, 전류는 250mApeak가 된다. NFC 안테나(18)의 전압과 전류는 A4WP PTU(10)와의 거리 및 위치에 영향을 받는 함수에 의해 결정되기는 하지만, A4WP PTU(10)의 가운데 위치에 NFC 안테나(18)를 두고 높이를 띄우지 않은 상태에서 NFC 안테나(18)의 전압과 전류를 측정한 결과는 도 3에 도시된 바와 같다. A4WP PTU(10)의 최대 출력 전력은 15W 정도인 것을 사용하였으나, 실험 조건에서의 A4WP PTU(10)의 송신 전력은 대략 10W 근처이다.
실험 결과로부터 NFC 안테나(18)도 0.3W에 해당하는 전력을 수신하고 있음을 알 수 있다. 이 정도의 전력은 A4WP PRU(12) 입장에서는 큰 전력이 아니지만, NFC 모듈(14)에서는 큰 문제를 야기할 수 있는 전력이다.
도 4는 A4WP PTU 위에, NFC 칩(chip)이 탑재되어 있는 신용카드(credit card)와 A4WP PRU가 탑재되어 있는 휴대폰을 올려둔 상태에서 열화상 카메라를 통해 촬영한 영상을 도시한 참조도이다.
도 4를 참조하면, A4WP PTU 위에, NFC 칩(400)이 탑재되어 있는 신용카드(40)와 A4WP PRU가 탑재되어 있는 휴대폰(42)을 올려둔 경우, 신용카드(40)의 NFC 칩(400)이 전력 신호를 수신하여 과열되고 있음을 알 수 있다. 일정 시간, 예를 들어 10분 방치되면 NFC 기능을 하는 NFC 칩(400)이 파괴되는 현상이 발생한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 회로도이다.
도 5를 참조하면, NFC 모듈 보호회로는 판별부(56)와 보호부(58)를 포함한다.
판별부(56)는 A4WP PRU(12)가 무선 충전을 위해 A4WP PTU(10)로부터 전력신호를 수신하는 상태인지 여부를 판별한다. 보호부(58)는 판별부(56)에 의해 무선 충전을 위한 전력신호 수신 상태로 판별되면, NFC 모듈(14)로 전력신호가 전송되는 것을 차단하여 NFC 모듈(14)을 보호한다. A4WP PTU(10)와 A4WP PRU(12)는 자기 공진을 통해 6.78MHz의 공진 주파수에서 무선 전력신호를 송수신하고, NFC 모듈(14)은 13.56MHz의 동작 주파수에서 자기장을 이용하여 무선통신한다. 따라서 서로 주파수 대역이 상당히 근접하여 A4WP PTU(10)의 전력 신호 공급 시에 NFC 안테나(18)는 A4WP PTU(10)에서 발생하는 자기장의 영향을 받아 자기장이 발생한다. 이때 보호부(58)는 NFC 안테나(18)에서 발생한 자기장에 의해 NFC 모듈(14)에 전력 신호가 공급되는 것을 차단하여 NFC 모듈(14)을 보호한다.
일 실시 예에 따른 판별부(56)는 정류기 전압 검출부(560)를 포함한다. 정류기 전압 검출부(560)는 A4WP PRU(12)의 정류기 출력전압 VRECT(22)을 검출하고 검출된 정류기 출력전압 VRECT(22)의 크기가 A4WP PRU(12)가 동작하기 위한 전압까지 상승했는지를 판별한다. A4WP PRU(12)가 동작할 수 있는 전압까지 상승한 경우, 판별부(56)는 하이(High) 레벨의 제어신호를 보호부(58)에 전송하여 보호부(58)를 제어한다. 도 5에 도시된 바와 같이 판별부(56)는 A4WP PRU(12)와 분리되어 있으나, 장치를 구성하는 방식에 따라 A4WP PRU(12) 내부에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따른 보호부(58)는 판별부(56)로부터 수신된 하이 레벨의 제어신호에 의해 NFC 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하여 A4WP PTU(10)로부터 NFC 안테나(18)로 전송되는 전력신호를 감소시키고 NFC 안테나(18)에서 NFC 모듈(14)로 전력신호가 전송되는 것을 차단한다.
일 실시 예에 따르면, A4WP 안테나(16), NFC 안테나(18), A4WP PRU(12), NFC 모듈(14) 및 보호회로는 휴대 단말에 탑재된다. A4WP PRU(12)는 A4WP 안테나(16)의 자기 공진을 통해 A4WP PTU(10)로부터 무선 전력신호를 수신하고, NFC 모듈(14)은 NFC 안테나(18)의 자기장을 통해 무선통신한다. 보호회로는 A4WP PRU(12)가 무선 충전을 위해 A4WP PTU(10)로부터 전력신호를 수신하는 상태인지 여부를 판별한다. 그리고 무선 충전을 위한 전력 수신 상태로 판별되면 A4WP PTU(10)에 의해 NFC 안테나(18)에서 발생하는 자기장에 의해 전력 신호가 NFC 통신모듈(14)에 전송되는 것을 차단하여 NFC 통신모듈(14)을 보호한다.
이하, 도 5를 회로를 참조하여 보호회로의 NFC 통신모듈(14) 보호 프로세스에 대해 상세히 후술한다.
A4WP PRU(12)는 A4WP 안테나(16)와 커패시터 Cs(20)로 구성되는 공진기로부터 수신되는 6.78MHz의 AC 신호를 DC 신호로 정류하는 정류기(rectifier)(120)를 포함한다. 정류기(120)에 의해 정류된 정류기 출력전압 VRECT(22)는 커패시터 CRECT(21)에 의해 DC 신호로 변환된다. A4WP PTU(10)로부터 안정적인 전력신호가 A4WP PRU(12)에 공급되면, 커패시터 CRECT(21) 값은 증가하여 정류기 출력전압 VRECT(22)이 A4WP PRU(12)가 동작하기에 적합한 전압까지 상승하게 된다. 반면, A4WP PRU(12)가 NFC PTU 위에 위치하여 NFC PTU의 영향을 받는 경우, A4WP PTU(10)에 비해 NFC PTU로부터 수신되는 전력은 높지 않기 때문에 정류기 출력전압 VRECT(22)는 충분히 상승하지 못한다. 따라서, 정류기 전압 검출부(560)는 정류기 출력전압 VRECT(22)가 어떤 전압 상태인지를 알아내어 A4WP로 인한 전력 수신 상태인지 아닌지를 판단한다.
A4WP PRU(12)가 A4WP PTU(10)부터 무선 충전을 위한 전력 수신 상태인 경우, 정류기 전압 검출부(560)는 구동전압 Vdrv를 하이(high) 레벨로 만들어 구동전압 Vdrv를 보호부(58)의 MOSFET M1,M2(581,582)에 전송하여 MOSFET M1,M2(581,582)를 스위치 온(on) 한다. 스위치 온된 MOSFET M1,M2(581,582)의 출력은 커패시터 Cx1,Cx2(583,584)와 연결되며, 커패시터 Cx1,Cx2(583,584)는 NFC 안테나 노드 N1,N2(23,24)와 연결된다. MOSFET M1,M2(581,582)가 스위치 온 되면 커패시터 Cx1,Cx2(583,584)로 전류 경로가 형성되어, NFC 안테나(18)와 커패시터 Cp(25)로 구성된 NFC 공진기의 공진 주파수가 틀어지게 되어 NFC 모듈(14)로 수신되는 전력신호가 적어지고 대부분의 전류가 커패시터 Cx1,Cx2(583,584)로 흐르게 되어 NFC 모듈(14)이 보호된다. 이 경우 NFC 공진기의 공진 주파수 fr는 수학식 1과 같다.
Figure PCTKR2016004161-appb-M000001
수학식 1에서, Ln은 NFC 안테나(18)의 등가 인덕턴스이고, Cx1=Cx2=Cx라고 가정한다. NFC 모듈(14)을 보호하기 위해서 NFC 공진기의 공진 주파수 fr이 A4WP PTU(10)와 A4WP PRU(12) 간의 공진 주파수 6.78MHz보다는 훨씬 낮아지도록(fr<<6.78MHz) 커패시터 Cx1,Cx2(583,584) 값을 크게 설정할 수 있다.
A4WP PRU(12)가 A4WP PTU(10)로부터 전력신호를 공급받지 않는 상황이라면 MOSFET M1,M2(581,582)는 스위치 오프(off) 되므로 NFC 공진 주파수는 커패시터 Cx1,Cx2(583,584)의 영향을 받지 않는다.
한편, 보호부(58)의 회로 구성을 설명하면 다음과 같다. 보호부(58)는 도 5에 도시된 바와 같이 MOSFET M1(581), MOSFET M2(582), 커패시터 Cx1(583) 및 커패시터 Cx2(584)를 포함한다.
MOSFET M1(581)은 소스가 접지전압(585)에 연결되고 드레인이 커패시터 Cx1(583)과 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부(560)로부터 구동전압 Vdrv이 입력되며, 입력된 구동전압 Vdrv에 의해 스위치 온 된다. 마찬가지로, MOSFET M2(582)는 소스가 접지전압(586)에 연결되고 드레인이 커패시터 Cx2(584)와 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부(560)로부터 구동전압 Vdrv이 입력되며, 입력된 구동전압 Vdrv에 의해 스위치 온 된다. 커패시터 Cx1(583)는 NFC 안테나 노드 N2(24)와 MOSFET M1(581) 사이에 형성되며, MOSFET M1(581)의 스위치 온에 의해 전류 경로가 형성되어 NFC 공진기의 공진 주파수가 틀어지게 한다. 마찬가지로, 커패시터 Cx2(584)는 NFC 안테나 노드 N1(23)과 MOSFET M2(582) 사이에 형성되며, MOSFET M2(582)의 스위치 온에 의해 NFC 공진기의 공진 주파수가 틀어지게 된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 회로도이다.
도 6을 참조하면, NFC 모듈 보호회로의 판별부(56)는 주파수 검출부(562)를 포함한다. 주파수 검출부(562)는 A4WP PRU(12)의 정류기(120)에 입력되는 정류기 입력신호로부터 A4WP 공진기의 공진 주파수를 검출하고, 검출된 공진 주파수가 무선 충전을 위한 공진 주파수인지를 판별한다. 무선 충전을 위한 공진 주파수로 판별되면 하이 레벨의 제어신호를 보호부(58)에 전송한다. 예를 들어, 검출된 공진 주파수가 A4WP 공진기의 공진 주파수 6.78MHz 근처에 있고 NFC 공진기의 공진 주파수 13.56MHz보다 작으면 무선 충전을 위한 공진 주파수인 것으로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 보호부(58)에 전송한다.
일 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 판별부(56)는 정류기 전압 검출부(560), 주파수 검출부(562) 및 AND 회로(564)를 포함한다. 정류기 전압 검출부(560)는 A4WP PRU(12)의 정류기 출력전압 VRECT(22)를 검출하고 검출된 정류기 출력전압 VRECT(22)의 크기가 A4WP PRU(12)가 동작 가능한 전압이면 전력신호 수신 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력한다. 주파수 검출부(562)는 정류기(120)에 입력되는 정류기 입력신호로부터 A4WP 공진기의 공진 주파수를 검출하고, 검출된 공진 주파수가 무선 충전을 위한 공진 주파수이면 전력신호 수신 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력한다. AND 회로(564)는 정류기 전압 검출부(560)의 제어신호와 주파수 검출부(562)의 제어신호를 입력받아 이를 논리 곱(AND)하여 보호부(58)를 제어하기 위한 구동전압 Vdrv을 보호부(58)의 MOSFET M1,M2(581,582)에 출력한다. 판별부(56)가 정류기 전압 검출부(560), 주파수 검출부(562) 및 AND 회로(564)를 포함하는 경우 NFC 모듈(14)을 더 안정적으로 보호할 수 있다. 정류기 전압 검출부(560)와 주파수 검출부(562)는 도 6에 도시된 바와 같이 A4WP PRU(12)와 분리되어 위치하고 있으나, 설계에 따라 A4WP PRU(12) 내부에 위치할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 회로도이다.
일 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 보호부(58)는 NFC 안테나(18)로 수신되는 전력신호의 전송을 제한하면서 NFC 모듈(14)을 보호하기 위해 도 5 및 도 6을 참조로 하여 전술한 커패시터 Cx1,Cx2(583,584)를 사용하는 대신에, MOSFET M1,M2(581,582)의 출력을 NFC 안테나 노드 N1,N2(23,24)에 직접 연결한다. 다른 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 보호부(58)는 도 7에 도시된 바와 같이 MOSFET M1,M2(581,582)의 출력을 저항 Rx1, Rx2(587,588)을 통하여 NFC 안테나 노드 N1,N2(23,24)에 연결한다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 NFC 모듈 보호회로의 회로도이다.
도 8을 참조하면, NFC 모듈 보호회로의 보호부(58)는 NFC 안테나(18)로 수신되는 전력신호의 전송을 제한하면서 NFC 모듈(14)을 보호하기 위해 도 5 및 도 6을 참조로 하여 전술한 커패시터 Cx1,Cx2(583,584)를 사용하는 대신에, MOSFET M1,M2(581,582)의 출력을 인덕터 Lx1,Lx2(589,590)를 통하여 NFC 안테나 노드 N1,N2(23,24)에 연결한다. 인덕터 Lx1,Lx2(589,590)를 연결할 때 NFC 공진기의 공진 주파수가 A4WP 공진기의 공진 주파수인 6.78MHz보다 충분히 낮도록(fr<<6.78MHz) NFC 공진기의 공진 주파수를 설정할 수 있다. 이를 위해 NFC 공진기의 인덕턴스보다 충분히 큰 인덕턴스 값을 가지는 인덕터를 사용할 수 있다.
도 5 내지 도 8을 참조로 하여 A4WP 충전 시스템으로부터 NFC 모듈을 보호하는 방법에 대해 설명하였으나, A4WP 충전 시스템으로 한정될 필요는 없다. A4WP 표준을 따르지는 않지만 상이한 주파수로 무선 충전을 하는 경우, 예를 들어 4MHz로 무선 충전을 수행하는 경우에도 13.56MHz 주파수 대역의 NFC 모듈이나 기타 유사 주파수 대역의 근거리 통신모듈의 보호를 수행할 필요가 있으며, 이 경우에도 동일한 방법을 적용할 수 있음은 자명하다. 따라서, 본 발명은 근거리 통신모듈과 큰 전력신호를 공급하는 무선 충전 시스템의 주파수가 비교적 근접해 있을 때 사용할 수 있는 포괄적 방법을 제공한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 전력 수신기가 무선 충전을 위해 전력 송신기로부터 전력신호를 수신하는 상태인지 여부를 판별하는 판별부; 및
    상기 판별부를 통해 전력신호 수신 상태로 판별되면 근거리 통신모듈로 전력신호가 전송되는 것을 차단하여 근거리 통신 모듈을 보호하는 보호부;
    를 포함하는 것을 특징으로 근거리 통신모듈 보호장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 송신기와 전력 수신기는 자기 공진을 통해 제1 주파수 대역에서 무선 전력신호를 송수신하고,
    근거리 통신모듈은 제2 주파수 대역에서 자기장을 이용하여 무선통신하되, 상기 전력 송신기와 전력 수신기 간 자기 공진에 의해 발생하는 자기장의 영향을 받는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 송신기와 전력 수신기는 무선 충전 연합(Alliance for Wireless Power: A4WP) 방식을 사용하여 무선 전력신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 근거리 통신모듈은 근거리 무선통신(Near Field Communication: NFC) 모듈 또는 알에프아이디(radio frequency identification: RFID) 모듈인 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    무선 충전을 위한 제1 주파수 대역은 6.78MHz이고, 근거리 통신모듈의 제2 주파수 대역은 13.56MHz인 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 판별부는
    전력 수신기의 정류기 출력전압을 검출하고 검출된 정류기 출력전압의 크기가 전력 수신기가 동작 가능한 전압이면 전력신호 수신 상태로 판별하여 보호부를 제어하기 위한 하이 레벨의 구동전압을 보호부에 전송하는 정류기 전압 검출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 판별부는
    전력 수신기의 정류기 입력신호로부터 공진 주파수를 검출하고 검출된 공진 주파수가 무선 충전을 위한 공진 주파수이면 전력신호 수신 상태로 판별하여 보호부를 제어하기 위한 하이 레벨의 구동전압을 보호부에 전송하는 주파수 검출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 판별부는
    전력 수신기의 정류기 출력전압을 검출하고 검출된 정류기 출력전압의 크기가 전력 수신기가 동작 가능한 전압이면 전력신호 수신 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력하는 정류기 전압 검출부;
    전력 수신기의 정류기 입력신호로부터 공진 주파수를 검출하고 검출된 공진 주파수가 무선 충전을 위한 공진 주파수이면 전력신호 수신 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력하는 주파수 검출부; 및
    정류기 전압 검출부의 제어신호와 주파수 검출부의 제어신호를 입력받아 논리 곱하여 보호부를 제어하기 위한 구동전압을 보호부에 전송하는 AND 회로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 보호부는
    근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하여 전력 송신기로부터 근거리 통신 안테나로 전송되는 전력신호를 감소시키고 근거리 통신 안테나에서 근거리 통신모듈로 전력신호가 전송되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 보호부는
    소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제1 커패시터와 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제1 트랜지스터;
    소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제2 커패시터와 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제2 트랜지스터;
    제2 근거리 통신 안테나 노드와 상기 제1 트랜지스터 사이에 형성되며, 상기 제1 트랜지스터의 스위치 온에 의해 전류 경로가 형성되어 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제1 커패시터; 및
    제1 근거리 통신 안테나 노드와 상기 제2 트랜지스터 사이에 형성되며, 상기 제2 트랜지스터의 스위치 온에 의해 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제2 커패시터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    근거리 무선통신을 위한 공진 주파수가 전력 송수신을 위한 공진 주파수보다 작아지도록 제1 커패시터와 제2 커패시터 값이 설정되는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 보호부는
    소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제1 저항과 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제1 트랜지스터;
    소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제2 저항과 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제2 트랜지스터;
    제2 근거리 통신 안테나 노드와 상기 제1 트랜지스터 사이에 형성되며, 상기 제1 트랜지스터의 스위치 온에 의해 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제1 저항; 및
    제1 근거리 통신 안테나 노드와 상기 제2 트랜지스터 사이에 형성되며, 상기 제2 트랜지스터의 스위치 온에 의해 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제2 저항;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 보호부는
    소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제1 인덕터와 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제1 트랜지스터;
    소스가 접지전압에 연결되고 드레인이 제2 인덕터와 연결되고 게이트에 정류기 전압 검출부로부터 구동전압이 입력되며 입력된 구동전압에 의해 스위치 온 되는 제2 트랜지스터;
    제2 근거리 통신 안테나 노드와 상기 제1 트랜지스터 사이에 형성되며, 상기 제1 트랜지스터의 스위치 온에 의해 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제1 인덕터; 및
    제1 근거리 통신 안테나 노드와 상기 제2 트랜지스터 사이에 형성되며, 상기 제2 트랜지스터의 스위치 온에 의해 근거리 통신 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제2 인덕터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    근거리 통신을 위한 공진 주파수가 전력 송수신을 위한 공진 주파수보다 작아지도록 제1 인덕터와 제2 인덕터의 인덕턴스 값이 근거리 통신 안테나의 인덕턴스 값보다 크도록 설정되는 것을 특징으로 하는 근거리 통신모듈 보호장치.
  15. 전력 수신기 안테나;
    근거리 통신 안테나;
    전력 수신기 안테나의 자기 공진을 통해 전력 송신기로부터 무선 전력신호를 수신하는 전력 수신기;
    근거리 통신 안테나의 자기장을 이용하여 무선통신하는 근거리 통신모듈; 및
    전력 수신기가 무선 충전을 위해 전력 송신기로부터 전력신호를 수신하는 상태인지 여부를 판별하고 전력신호 수신 상태로 판별되면 근거리 통신모듈로 전력신호가 전송되는 것을 차단하여 근거리 통신 모듈을 보호하는 근거리 통신모듈 보호회로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말.
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