WO2017138691A1 - 무선통신장치를 보호하기 위한 장치 및 이를 포함하는 무선통신장치 - Google Patents

무선통신장치를 보호하기 위한 장치 및 이를 포함하는 무선통신장치 Download PDF

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WO2017138691A1
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wireless communication
communication device
control signal
supply voltage
power supply
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PCT/KR2016/014125
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황종태
박성민
고민정
이동수
이종훈
진기웅
신현익
이준
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주식회사 맵스
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • 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
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • 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
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems

Definitions

  • the present invention relates to wireless transmission and reception techniques.
  • Short-range communication modules that communicate by forming a magnetic field in a frequency band of several tens to several MHz are referred to as radio frequency identification (RFID), and near field communication (NFC). It is applied to a module such as).
  • RFID radio frequency identification
  • NFC near field communication
  • various applications using the NFC method is applied to a portable terminal such as a mobile phone, has been in the spotlight as an auxiliary payment means.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • A4WP Alliance for Wireless Power
  • A4WP uses the 6.78MHz ISM band, which is quite close to the 13.56MHz frequency band of NFC, thus providing A4WP power.
  • the power from the transmitter (Power Transmitting Unit: PTU) is undesirably supplied to the NFC module through the NFC antenna.
  • PTU Power Transmitting Unit
  • a device for protecting a wireless communication device from wireless charging and a wireless communication device including the same are provided.
  • the apparatus for protecting a wireless communication device may detect a power supply voltage of a wireless communication device that transmits or receives a signal wirelessly by generating or reacting with a magnetic field, and when a power supply voltage rise above a preset threshold is detected, the wireless charging state may be externally detected. And a determining unit for determining that the wireless charging state is determined through the determining unit, and a protecting unit for protecting the wireless communication device from a power signal for wireless charging.
  • the determination unit includes an overvoltage measuring unit measuring a power supply voltage of a main body of a wireless communication device and determining a wireless charging state when the power supply voltage rises and transmitting a high level control signal for controlling the protection unit.
  • the determination unit detects the frequency of the rectifier input signal in the main body of the wireless communication device, and if the detected frequency is a resonant frequency for wireless charging, the protection unit controls a high level control signal for controlling the protection unit by determining the wireless charging state. Includes a frequency sensor applied to.
  • Determination unit measures the power supply voltage of the main body of the wireless communication device, and if the power supply voltage rises to determine the wireless charging state and outputs a high level control signal, the frequency of the rectifier input signal in the main body of the wireless communication device If the detected frequency is a resonant frequency for wireless charging, it detects the state of wireless charging and outputs a high level control signal, and receives the control signal of the overvoltage meter and the control signal of the frequency detector, and multiplies and protects the protection unit. And an AND circuit for transmitting a control signal for controlling to the protection unit.
  • the protection unit includes a switching element that receives a control signal from the determination unit. When the power supply voltage is increased, the protection unit turns on the control signal of the determination unit so that the antenna current flows through the switching element. Protects against wireless power.
  • the protection unit includes a switching element that receives a control signal from the determination unit.
  • the switching element When the switching element is turned on by the control signal so that the antenna current is not supplied to the power supply voltage, the power supply voltage is reduced to provide a switching element.
  • the switching device When the switching device is off, the power supply voltage is increased again to protect the wireless communication device.
  • the protection unit may include a first switching device in which a first output is connected to a ground voltage, a second output is connected to a first antenna node, and an input is connected to a control signal generated from an overvoltage meter to be turned on and off by a control signal. And a second switching element connected to the ground voltage, the fourth output connected to the second antenna node, and the input connected to the control signal generated from the overvoltage meter, thereby being turned on and off by the control signal.
  • the protection unit may include a first switching device in which a first output is connected to a ground voltage, a second output is connected to a first impedance element, and an input is connected to a control signal generated from an overvoltage meter to be turned on and off by a control signal.
  • a second switching element having a third output connected to a ground voltage, a fourth output connected to a second impedance element, an input connected to a control signal generated from an overvoltage meter, and turned on and off by the control signal;
  • a first impedance element formed between the node and the first switching element, wherein a current path is formed by the on of the first switching element so that the resonance frequency of the resonance circuit is shifted, and between the second antenna node and the second switching element.
  • a second impedance element which forms a current path by turning on the second switching element so that the resonance frequency of the resonance circuit is shifted.
  • Each impedance element may be any one or a combination of resistors, inductors, and capacitors.
  • the wireless communication device may be a short range wireless communication device.
  • the wireless communication device may be a magnetic secure transmission device.
  • a wireless communication apparatus includes a resonator including an antenna or an inductive element that generates or reacts with a magnetic field, a main body including a rectifier that receives a rectifier output and rectifies the output of the resonator, and detects a power supply voltage of the main body in advance.
  • a protection device to protect the main body from the power signal for wireless charging.
  • a wireless communication device in another embodiment, includes a resonator including an antenna or an inductive element that generates or reacts with a magnetic field, a rectifier that receives and rectifies an output of the resonator, and detects a power supply voltage of a main body or more to preset threshold values. It includes a main body including a protection device for protecting the main body from the power signal for wireless charging by determining that the power supply voltage is up to the external charging state.
  • a portable terminal includes a power receiver antenna, a wireless communication antenna, a power receiver for receiving a wireless power signal from a power transmitter through magnetic resonance of the power receiver antenna, and wirelessly using a magnetic field of the wireless communication antenna. Detects the power supply voltage of the wireless communication main body and the wireless communication main body to communicate, and if a power supply voltage rise above a preset threshold is detected, the power receiver is determined to be in a wireless charging state and protects the wireless communication main body from power signals for wireless charging. Device.
  • the wireless communication device can be protected from wireless charging.
  • a wireless communication device using an antenna or an inductive element such as an NFC device or a magnetic secure transmission (MST) device, may be protected from an externally applied magnetic field.
  • MST magnetic secure transmission
  • the wireless signal is protected by blocking the power signal from being supplied to the wireless communication device during wireless charging, when the power signal is supplied from the power transmitter, the inductive wireless communication device is unintentionally supplied with excessive power and destroyed. Problems can be prevented.
  • FIGS. 1 and 2 are diagrams illustrating a relationship between a power transmitter (PTU), a power receiver (PRU), and a wireless communication device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a situation where an NFC device is placed on an A4WP power transmitter that supplies power at a frequency of 6.78 MHz;
  • FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a result of measuring voltage and current of an NFC antenna in a power measurement situation of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a reference diagram showing an image captured by a thermal imaging camera in a state where a credit card equipped with an NFC chip and a mobile phone equipped with an A4WP power receiver are placed on an A4WP power transmitter.
  • FIG. 7 is a block diagram of an NFC device including a protection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of an NFC device for explaining a method of adjusting a current flowing through the switching elements M1 and M2 when a protection operation occurs using a capacitor;
  • FIG. 9 is a configuration diagram of an NFC device for explaining a method of adjusting a current flowing through the switching elements M1 and M2 when a protection operation occurs using an impedance element;
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an NFC device for explaining a method of protecting when a specific frequency is detected and the power supply voltage VDD of the NFC chip is high.
  • FIGS. 1 and 2 are diagrams illustrating a relationship between a power transmitter (PTU), a power receiver (PRU), and a wireless communication device according to an embodiment of the present invention.
  • PTU power transmitter
  • PRU power receiver
  • the power transmitter 1 wirelessly supplies a power signal to the power receiver 3 to perform wireless charging.
  • the protection device 24 protects the wireless communication device 2 from the power signal for wireless charging.
  • the power transmitter 1 and the power receiver 3 may transmit and receive power through a magnetic resonance method.
  • the protection device 24 protects the wireless communication device 2 by blocking the power signal from being supplied to the wireless communication device 2 during wireless charging.
  • the power receiver 3 and the wireless communication device 2 may be separated from each other or may be located in one electronic device.
  • the power receiver 3 may be a mobile terminal and the wireless communication device 2 may be a credit card.
  • the power receiver 3 and the wireless communication device 2 may be located in the portable terminal.
  • the wireless communication device 2 may have a magnetic field, such as a near field communication (NFC) device or a radio frequency identification (RFID) device. Is a communication device that transmits and receives a wireless signal.
  • the NFC device performs near field communication in a frequency band of several to several tens of MHz, for example, may transmit and receive a radio signal in the 13.56 MHz frequency band.
  • the wireless communication device 2 may be a magnetic secure transmission (MST) device.
  • the MST device has an antenna or inductive element that generates or reacts with a magnetic field.
  • the power transmitter 1 and the power receiver 3 follow a magnetic resonance method.
  • the power transmitter 1 and the power receiver 3 transmit and receive power using the A4WP method.
  • the A4WP power transmitter supplies power signals to the A4WP power receiver through magnetic resonance in the 6.78 MHz frequency band.
  • the wireless charging method of the present invention is not limited to the A4WP method.
  • the protection device 24 is an NFC device having a 13.56 MHz frequency band. It is possible to protect the radio communication device 2 of other similar frequency bands.
  • the present invention can be applied to protect the wireless communication device 2 from the wireless charging system when the frequency band of the wireless charging system for transmitting and receiving the wireless power signal and the frequency band of the wireless communication device 2 are relatively close. For example, it is applied to protect NFC devices using a frequency band of 13.56 MHz from A4WP wireless charging systems using a frequency band of 6.78 MHz.
  • the wireless communication device 2 includes a resonator 20, a main body 22, and a protection device 24 as shown in FIG. 1.
  • the wireless communication device 2 according to another embodiment includes a resonator 20 and a main body 22 as shown in FIG. 2, and a protection device 24 in the main body 22. That is, the protection device 24 may be separated from the main body 22 as shown in FIG. 1, or may be integrated into the main body 22 as shown in FIG. 2.
  • the resonator 20 of the wireless communication device 2 is composed of an antenna or an inductive element that generates or reacts with a magnetic field.
  • the main body 22 includes a rectifier for rectifying the output of the resonator 20.
  • the wireless communication device 2 is an NFC device
  • the main body may be an NFC chip.
  • the protection device 24 senses the power supply voltage VDD of the power supply terminal of the main body 22, and when the VDD rises above a predetermined threshold value, determines that the external charging state is performed. Protect.
  • the wireless communication device 2 is limited to the NFC device
  • the power transmitter is limited to the A4WP power transmitter
  • the power receiver is limited to the A4WP power receiver to protect the NFC device from the A4WP power transmitter. Exemplary embodiments are described below with reference to the accompanying drawings, but are not limited thereto.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a situation in which an NFC device is placed on an A4WP power transmitter that supplies power at a frequency of 6.78 MHz.
  • the NFC device 5 includes an NFC antenna, a resonator 50 including capacitors Cs and Cp, and an NFC chip 52.
  • NFC is not used, when the NFC device 5 is positioned above the A4WP power transmitter 4, the NFC antenna 500 of the NFC device 5 may be exposed to a magnetic field supplied by the A4WP power transmitter 4. do. Looking at NFC and the A4WP operating frequency, the band is distinguished using NFC twice as high, but significant power may be received even in the NFC antenna 500.
  • the A4WP power receiver When the A4WP power receiver is mounted in a mobile terminal such as a mobile phone, since the display is located on the front side, the A4WP antenna is mainly located on the back side, and the NFC antenna 500 is also mostly located on the back side. Therefore, even when near field communication using the NFC antenna 500 is not performed, the NFC antenna 500 is exposed to a magnetic field supplied from the A4WP power transmitter 4 during wireless charging, thereby generating a magnetic field. Accordingly, a considerable power signal may also be received at the NFC antenna 500.
  • FIG. 4 is a circuit diagram for measuring power received by an NFC antenna.
  • the resistor RL 56 is connected to the NFC antenna 500 to measure the received power of the NFC antenna 500. Assume that 10 ohms are attached and the NFC antenna 500 is placed on the A4WP power transmitter 4. At this time, the A4WP power receiver 6 is in a state of receiving power of about 5W from the A4WP power transmitter 4.
  • FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a result of measuring voltage and current of an NFC antenna in the power measurement situation of FIG. 4.
  • the NFC antenna 500 receives a voltage of about 2.5 Vpeak, and the current becomes 250 mA peak.
  • the voltage and current of the NFC antenna 500 is determined by a function that is influenced by the distance and position with the A4WP power transmitter 4, the NFC antenna 500 is positioned at the center position of the A4WP power transmitter 4 to increase the height.
  • the maximum output power of the A4WP power transmitter 4 is about 15W
  • the transmission power of the A4WP power transmitter 4 in the experimental condition is about 10W.
  • the NFC antenna 500 also receives power corresponding to 0.3W. This amount of power is not great power for the A4WP power receiver 6, but power that can cause big problems in the NFC device.
  • FIG. 6 is a reference diagram illustrating an image captured by a thermal image camera in a state where a credit card equipped with an NFC chip and a mobile phone equipped with an A4WP power receiver are placed on an A4WP power transmitter.
  • the NFC chip of the credit card 7 is placed on the A4WP power transmitter. It can be seen that 52 receives the power and is overheating. If left for a certain time, for example, 10 minutes, the phenomenon that the NFC chip 52 that functions NFC is destroyed.
  • FIG. 7 is a block diagram of an NFC device including a protection device according to an embodiment of the present invention.
  • the NFC device 5 includes a resonator 50, an NFC chip 52, and a protection device 54, and the NFC chip 52 includes a rectifier 520 and a protection device 54.
  • the NFC chip 52 includes a rectifier 520 and a protection device 54.
  • the NFC device 5 may be the wireless communication device 2 of FIGS. 1 and 2
  • the resonator 50 of the NFC device 5 may be the resonator 20 of FIGS. 1 and 2
  • an NFC chip ( 52 may be the main body 22 of FIGS. 1 and 2
  • the protection device 54 may be the protection device 24 of FIGS. 1 and 2.
  • the configuration of the NFC device 5 will be described later.
  • Resonator 50 of NFC device 5 is composed of NFC antenna 500 and capacitor Cs 504.
  • NFC antenna 500 has an inductance component.
  • the NFC chip 52 includes a rectifier 520, which rectifies the AC signal received from the resonator 50 into a DC signal.
  • the protection device 54 includes a determination unit 540 and a protection unit 542.
  • the determination unit 540 may include an overvoltage meter 5400.
  • the overvoltage measuring instrument 5400 measures the power supply voltage VDD of the power supply terminal of the NFC chip 52, and when the power supply voltage VDD rises, determines the wireless charging state and outputs a high level control signal.
  • the protection part 542 includes the switching elements M1 5520-1 and M2 5520-2.
  • the first switching element M1 5520-1 of the protection unit 54 has a first output connected to the ground voltage, a second output connected to the first antenna node 501, and an input is output from the overvoltage meter 5400. It is connected to the control signal and turned on / off by the control signal.
  • the second switching element M2 5520-2 is controlled by connecting the third output to the ground voltage, the fourth output to the second antenna node 502, and the input to the control signal output from the overvoltage meter 5400. On / off by signal.
  • the protection device 54 including the determination unit 540 and the protection unit 542 is separated from the NFC chip 52, but may be integrated into the NFC chip 52 and manufactured.
  • the A4WP power transmitter and the A4WP power receiver transmit and receive wireless power signals at a resonance frequency of 6.78 MHz through magnetic resonance, and the NFC device 5 wirelessly communicates using a magnetic field at an operating frequency of 13.56 MHz. Therefore, the NFC antenna 500 is affected by the magnetic field generated by the A4WP power transmitter when the power signal is supplied to the A4WP power transmitter because the frequency bands are very close to each other.
  • the protection device 54 protects the NFC chip 52 by blocking the power signal from being supplied to the NFC chip 52 by the magnetic field generated by the NFC antenna 500.
  • the determination unit 540 of the protection device 54 determines whether the A4WP power transmitter is receiving a power signal from the A4WP power receiver for wireless charging. To this end, the determination unit 540 uses the power supply voltage VDD of the power supply terminal of the NFC chip 52. For example, the overvoltage measuring unit 5400 of the determination unit 540 detects whether the power supply voltage VDD rises to a predetermined threshold or more, and applies a high level control signal to the protection unit 54 when the power supply voltage VDD rises. To block the transmission of the power signal to the NFC chip 52. Accordingly, the NFC chip 52 can be protected from wireless charging.
  • the power supply voltage VDD of the NFC chip 52 is increased through the rectifier 520 supplied with energy from the NFC antenna 500.
  • the NFC chip 52 may have a built-in shunt regulator such that the power supply voltage VDD does not rise excessively, but excessive energy may destroy the rectifier 520 itself. Accordingly, when the overvoltage measuring unit 5200 of the determination unit 540 detects that the power supply voltage VDD of the power supply terminal of the NFC chip 52 is excessively increased, the overvoltage measuring device 5200 generates a high level control signal and switches the switching element M1 5520-1. ), Turn on M2 (5420-2).
  • the switching elements M1 (5420-1) and M2 (5420-2) are turned on, most of the antenna current flows through the switching elements M1 (5420-1) and M2 (5420-2), and thus the NFC chip including the rectifier 520. (52) can be protected.
  • the switching elements M1 5420-1 and M2 5420-2 are turned on so that the antenna current is not supplied to the power supply voltage VDD, the power supply voltage VDD is decreased, so this time the switching elements M1 5420-1 and M2 ( 5420-2) is turned off.
  • the switching elements M1 5420-1 and M2 5420-2 are turned off, the power supply voltage VDD increases again, thereby protecting the NFC chip 52 while repeating the above-described operation.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of an NFC device for explaining a method of adjusting a current flowing through the switching elements M1 and M2 when a protection operation occurs using a capacitor.
  • the turn-on resistance of the switching elements M1 5420-1 and M2 5420-2 is small. Excessive current may be supplied from the NFC antenna 500 to the switching elements M1 5420-1 and M2 5420-2. Accordingly, as shown in FIG. 8, the resonant frequency of the resonator 50 may be changed by further connecting the capacitors Cd1 5222-1 and Cd2 5222-2 in series. In this case, if the resonance frequency of the resonator 50 is lower than the frequency input to the NFC antenna 500, the received current may be reduced.
  • the protection unit 542 includes a switching element M1 5520-1, M2 5520-2, a capacitor Cd 15422-1, and Cd2 5242-2.
  • the first switching element M1 5520-1 is controlled by connecting the first output to the ground voltage, the second output to the capacitor Cd1 5222-1, and the input to the control signal generated from the overvoltage meter 5400. It is turned on / off by signal.
  • the second switching element M2 5520-2 is controlled by the third output connected to the ground voltage, the fourth output connected to the capacitor Cd2 5222-2, and the input connected to the control signal generated from the overvoltage meter 5400. It is turned on / off by signal.
  • the first capacitor Cd1 5222-1 is formed between the first antenna node 501 and the first switching element M1 5520-1, and the current path is turned on by the on of the first switching element M1 5520-1. And resonate the resonant frequency of the resonator 50.
  • the second capacitor Cd2 5222-2 is formed between the second antenna node 502 and the second switching element M2 5520-2, and the current path is caused by the on of the second switching element M2 5520-2. And resonate the resonant frequency of the resonator 50.
  • the switching elements M1 5420-1 and M2 5520-2 are turned on by the control signal of the overvoltage measuring instrument 5400, and the switching elements M1 5420-1 and M2 ( The output of 5420-2 is connected to capacitors Cd1 5222-1 and Cd2 5222-2, and capacitors Cd1 5222-1 and Cd2 5222-2 are antenna nodes N1 501 and N2 502. ), Respectively.
  • the switching elements M1 5420-1 and M2 5420-2 are turned on, current paths are formed to the capacitors Cd 15422-1 and Cd2 5242-2, such that the NFC antenna 500 and the capacitor Cs 504 are formed.
  • the resonant frequency of the resonator 50 is composed of the power signal received by the NFC chip 52 is reduced and most of the current flows to the capacitors Cd1 (5422-1), Cd2 (5422-2) NFC chip ( 52) is protected.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of an NFC device for explaining a method of adjusting a current flowing through the switching elements M1 and M2 when a protection operation occurs using an impedance element.
  • the protection unit 542 includes impedance elements Z1 5422-1 and Z2 5422-2.
  • Impedance elements Z1 5422-1 and Z2 5422-2 limiting the current can be, for example, resistor R, inductor L or capacitor C. Or combinations thereof.
  • resistor R When the resistor R is connected, the currents of the switching elements M1 5420-1 and M2 5420-2 can be reduced, but it may be difficult to protect the power supply voltage VDD when the antenna reception current is high. Therefore, it is necessary to adjust the resistance R suitably.
  • the connection of the capacitor C is the same as described above with reference to FIG. 8 and will not be described separately. In the case of connecting the inductor L, the resonance frequency of the resonator 50 is changed to reduce the received energy itself.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an NFC device for explaining a method of protecting when a specific frequency is detected and the power supply voltage VDD of the NFC chip is high.
  • the frequency detector 5402 detects a frequency from the NFC rectifier input signal, and determines whether a specific frequency is applied, and determines whether the power supply voltage VDD is high through the overvoltage measurer 5400, thereby switching element M1 5520-1.
  • Protect M2 (5420-2) by turning it on.
  • the determination unit 540 includes an overvoltage meter 5400, a frequency detector 5402, and an AND circuit 5404.
  • the overvoltage measurer 5400 measures the power supply voltage VDD of the NFC chip 52, and when the power supply voltage VDD rises, determines the wireless charging state and outputs a high level control signal.
  • the frequency detector 5402 detects the frequency of the rectifier input signal, and if the detected frequency is a resonant frequency for wireless charging, determines the wireless charging state and outputs a high level control signal.
  • the AND circuit 5404 receives the control signal of the overvoltage measuring instrument 5400 and the control signal of the frequency detector 5402 to logically multiply and transmit a control signal for controlling the protection unit 542 to the protection unit 542.
  • the protection unit 542 includes a first switching element M1 5520-1, a second switching element M2 5520-2, an impedance element Z1 5422-1, and Z2 5422-2.
  • the circuit implementation of FIG. 10 may be possible in various ways.
  • the switching elements M1 5420-1, M2 5420-2, the overvoltage measuring instrument 5400, the frequency detector 5402, and the like can be integrated into the NFC chip 52 and manufactured as an external circuit of the NFC chip 52. It can also be implemented.
  • the NFC device 5 has been described as an example, but by applying the same technique to a wireless communication device that transmits a signal using an antenna or an inductive element such as an MST device,
  • the magnetic field supplied can prevent the destruction caused by the excessive supply of energy.

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Abstract

무선통신장치를 보호하기 위한 장치 및 이를 포함하는 무선통신장치가 개시된다. 일 실시 예에 따른 보호 장치는 자기장을 발생하거나 반응하여 무선으로 신호를 송수신하는 무선통신장치의 전원전압을 감지하여 미리 설정된 역치 이상의 전원전압 상승이 감지되면 외부에서 무선충전 상태인 것으로 판별하는 판별부와, 판별부를 통해 무선충전 상태로 판별되면 무선충전을 위한 전력신호로부터 무선통신장치를 보호하는 보호부를 포함한다.

Description

무선통신장치를 보호하기 위한 장치 및 이를 포함하는 무선통신장치
본 발명은 무선 송수신 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.
무선충전 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 무선충전한다. 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 공명(magnetic resonance)을 사용하는 무선충전 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: PTU)에서 공급되는 전력이 NFC 안테나를 통해 NFC 모듈에 원치 않게 공급되는 현상이 발생한다. 일반적으로 NFC 모듈은 저 전력을 송수신하므로 A4WP 전력 송신기에서 많은 전력이 공급되는 경우 NFC 모듈에 과도한 전력이 공급되어 NFC 모듈이 파괴될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 무선충전으로부터 무선통신장치를 보호하기 위한 장치 및 이를 포함하는 무선통신장치를 제안한다.
일 실시 예에 따른 무선통신장치를 보호하는 장치는, 자기장을 발생하거나 반응하여 무선으로 신호를 송수신하는 무선통신장치의 전원전압을 감지하여 미리 설정된 역치 이상의 전원전압 상승이 감지되면 외부에서 무선충전 상태인 것으로 판별하는 판별부와, 판별부를 통해 무선충전 상태로 판별되면 무선충전을 위한 전력신호로부터 무선통신장치를 보호하는 보호부를 포함한다.
일 실시 예에 따른 판별부는 무선통신장치 본체의 전원전압을 측정하고 전원전압이 상승하면 무선충전 상태로 판별하여 보호부를 제어하기 위한 하이 레벨의 제어신호를 보호부에 전송하는 과전압 측정기를 포함한다.
일 실시 예에 따른 판별부는 무선통신장치 본체 내 정류기 입력신호의 주파수를 감지하고 감지된 주파수가 무선충전을 위한 공진 주파수이면 무선충전 상태로 판별하여 보호부를 제어하기 위한 하이 레벨의 제어신호를 보호부에 인가하는 주파수 감지기를 포함한다.
일 실시 예에 따른 판별부는 무선통신장치 본체의 전원전압을 측정하고 전원전압이 상승하면 무선충전 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력하는 과전압 측정기와, 무선통신장치 본체 내 정류기 입력신호의 주파수를 감지하고 감지된 주파수가 무선충전을 위한 공진 주파수이면 무선충전 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력하는 주파수 감지기와, 과전압 측정기의 제어신호와 주파수 감지기의 제어신호를 입력받아 논리 곱하여 보호부를 제어하기 위한 제어신호를 보호부에 전송하는 AND 회로를 포함한다.
일 실시 예에 따른 보호부는 판별부로부터 제어신호를 입력받는 스위칭 소자를 포함하여, 전원전압이 상승하는 경우 판별부의 제어신호에 스위칭 소자가 온 되어 안테나 전류가 스위칭 소자를 통해 흐르게 함에 따라 무선통신장치를 무선전력으로부터 보호한다.
일 실시 예에 따른 보호부는 판별부로부터 제어신호를 입력받는 스위칭 소자를 포함하여, 제어신호에 의해 스위칭 소자가 온 되어 안테나 전류가 전원전압에 공급되지 않게 되면, 전원전압이 감소하게 되어 스위칭 소자가 오프되며, 스위칭 소자가 오프 되면 다시 전원전압이 상승하는 동작을 반복함에 따라 무선통신장치를 보호한다.
일 실시 예에 따른 보호부는 제1 출력이 접지전압에 연결되고 제2 출력이 제1 안테나 노드에 연결되고 입력이 과전압 측정기로부터 생성되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 온오프 되는 제1 스위칭 소자와, 제3 출력이 접지전압에 연결되고 제4 출력이 제2 안테나 노드에 연결되고 입력이 과전압 측정기로부터 생성되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 온오프 되는 제2 스위칭 소자를 포함한다.
일 실시 예에 따른 보호부는 제1 출력이 접지전압에 연결되고 제2 출력이 제1 임피던스 소자에 연결되고 입력이 과전압 측정기로부터 생성되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 온오프 되는 제1 스위칭 소자와, 제3 출력이 접지전압에 연결되고 제4 출력이 제2 임피던스 소자에 연결되고 입력이 과전압 측정기로부터 생성되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 온오프 되는 제2 스위칭 소자와, 제1 안테나 노드와 제1 스위칭 소자 사이에 형성되며, 제1 스위칭 소자의 온에 의해 전류 경로가 형성되어 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제1 임피던스 소자와, 제2 안테나 노드와 제2 스위칭 소자 사이에 형성되며, 제2 스위칭 소자의 온에 의해 전류 경로가 형성되어 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제2 임피던스 소자를 포함한다. 각 임피던스 소자는 저항, 인덕터 및 커패시터 중 어느 하나이거나 이들의 조합일 수 있다.
무선통신장치는 근거리 무선통신 장치일 수 있다. 무선통신장치는 마그네틱 보안전송 장치일 수 있다.
다른 실시 예에 따른 무선통신장치는, 자기장을 발생하거나 반응하는 안테나 또는 인덕티브 소자를 포함하는 공진기와, 공진기의 출력을 입력받아 정류하는 정류기를 포함하는 본체와, 본체의 전원전압을 감지하여 미리 설정된 역치 이상까지 전원전압이 상승하면 외부에서 무선충전 상태인 것으로 판별하여 무선충전을 위한 전력신호로부터 본체를 보호하는 보호장치를 포함한다.
또 다른 실시 예에 따른 무선통신장치는, 자기장을 발생하거나 반응하는 안테나 또는 인덕티브 소자를 포함하는 공진기와, 공진기의 출력을 입력받아 정류하는 정류기와, 본체의 전원전압을 감지하여 미리 설정된 역치 이상까지 전원전압이 상승하면 외부에서 무선충전 상태인 것으로 판별하여 무선충전을 위한 전력신호로부터 본체를 보호하는 보호장치를 포함하는 본체를 포함한다.
또 다른 실시 예에 따른 휴대단말은, 전력 수신기 안테나와, 무선통신 안테나와, 전력 수신기 안테나의 자기 공진을 통해 전력 송신기로부터 무선 전력신호를 수신하는 전력 수신기와, 무선통신 안테나의 자기장을 이용하여 무선통신하는 무선통신 본체와, 무선통신 본체의 전원전압을 감지하여 미리 설정된 역치 이상의 전원전압 상승이 감지되면 전력 수신기가 무선충전 상태인 것으로 판별하고 무선충전을 위한 전력신호로부터 무선통신 본체를 보호하는 보호장치를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 무선통신장치를 무선충전으로부터 보호할 수 있다. 특히, NFC 장치나 마그네틱 보안 전송(magnetic secure transmission: MST) 장치와 같이 안테나나 인덕티브 소자를 이용하는 무선통신장치를 외부에서 인가되는 자기장으로부터 보호할 수 있다.
무선충전 시 전력신호가 무선통신장치에 공급되는 것을 차단하여 무선통신장치를 보호함에 따라, 전력 송신기에서 전력신호가 공급되는 경우 인덕티브 방식의 무선통신장치가 의도하지 않게 과도한 전력을 공급받아 파괴되는 문제를 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신기(Power Transmitting Unit: PTU)와 전력 수신기(Power Receiving Unit: PRU) 및 무선통신장치의 관계를 도시한 구성도,
도 3은 6.78MHz 주파수로 전력을 공급하는 A4WP 전력 송신기 위에 NFC 장치가 놓여있는 상황을 도시한 회로도,
도 4는 NFC 안테나로 수신되는 전력을 측정하기 위한 회로도,
도 5는 도 4의 전력 측정 상황에서 NFC 안테나의 전압과 전류를 측정한 결과를 도시한 파형도,
도 6은 A4WP 전력 송신기 위에, NFC 칩이 탑재되어 있는 신용카드(credit card)와 A4WP 전력 수신기가 탑재되어 있는 휴대폰을 올려둔 상태에서 열 화상 카메라를 통해 촬영한 영상을 도시한 참조도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호장치를 포함하는 NFC 장치의 구성도,
도 8은 커패시터를 이용하여 보호 동작이 일어날 때 스위칭 소자 M1, M2에 흐르는 전류를 조절하는 방법을 설명하기 위한 NFC 장치의 구성도,
도 9는 임피던스 소자를 이용하여 보호 동작이 일어날 때 스위칭 소자 M1, M2에 흐르는 전류를 조절하는 방법을 설명하기 위한 NFC 장치의 구성도,
도 10은 특정 주파수가 감지되고 NFC 칩의 전원전압 VDD가 높을 때 보호하는 방법을 설명하기 위한 NFC 장치의 구성도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 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.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 송신기(Power Transmitting Unit: PTU)와 전력 수신기(Power Receiving Unit: PRU) 및 무선통신장치의 관계를 도시한 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 송신기(1)는 전력 수신기(3)에 무선으로 전력신호를 공급하여 무선충전이 이루어지도록 한다. 이때, 보호장치(24)는 무선충전을 위한 전력신호로부터 무선통신장치(2)를 보호한다. 전력 송신기(1)와 전력 수신기(3)는 자기 공명 방식을 통하여 전력을 송수신할 수 있다. 무선충전을 위해 전력 송신기(1)에서 전력을 공급하는 경우, 저전력을 송수신하도록 구성되는 무선통신장치(2)에 의도하지 않게 과도한 전력이 공급되어 무선통신장치(2)가 파괴될 우려가 있다. 보호장치(24)는 무선충전 시 전력신호가 무선통신장치(2)에 공급되는 것을 차단하여 무선통신장치(2)를 보호한다.
전력 수신기(3)와 무선통신장치(2)는 서로 분리될 수도 있고, 하나의 전자장치에 위치할 수 있다. 분리되는 예로서, 전력 수신기(3)는 휴대단말이고, 무선통신장치(2)는 신용카드일 수 있다. 하나의 전자장치에 위치하는 예로는 전력 수신기(3)와 무선통신장치(2)가 휴대단말에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따른 무선통신장치(2)는 근거리 무선통신(Near Field Communication: NFC, 이하 NFC라 칭함) 장치 또는 알에프아이디(radio frequency identification: RFID, 이하 RFID라 칭함) 장치 등과 같이 자기장(magnetic field)을 이용하여 무선신호를 송수신하는 통신장치이다. NFC 장치는 수~수십 MHz 주파수 대역에서 근거리 무선통신을 수행하는데, 예를 들어 13.56MHz 주파수 대역에서 무선신호를 송수신할 수 있다. 다른 예로, 무선통신장치(2)는 마그네틱 보안전송(magnetic secure transmission: MST, 이하 MST라 칭함) 장치일 수 있다. MST 장치는 자기장을 발생 또는 반응하는 안테나 또는 인덕티브 소자를 가진다.
일 실시 예에 따른 전력 송신기(1)와 전력 수신기(3)는 자기 공명 방식(magnetic resonance)을 따르는데, 예를 들어 A4WP 방식을 사용하여 전력을 송수신한다. A4WP 방식에 따르면, A4WP 전력 송신기는 6.78MHz 주파수 대역에서 자기 공명을 통해 A4WP 전력 수신기에 전력신호를 공급한다. 그러나 본 발명의 무선충전 방식이 A4WP 방식에 한정되는 것은 아니다. A4WP 방식을 따르지는 않지만 무선통신장치(2)와는 상이한 주파수 대역으로 무선충전을 수행하는 경우, 예를 들어 4MHz로 무선충전을 수행하는 경우에도 보호장치(24)는 13.56MHz 주파수 대역의 NFC 장치나 기타 유사 주파수 대역의 무선통신장치(2)를 보호할 수 있다.
본 발명은 무선 전력신호를 송수신하는 무선충전 시스템의 주파수 대역과 무선통신장치(2)의 주파수 대역이 비교적 근접해 있을 때, 무선충전 시스템으로부터 무선통신장치(2)를 보호하는 데 적용될 수 있다. 예를 들어, 6.78MHz의 주파수 대역을 사용하는 A4WP 무선충전 시스템으로부터 13.56MHz의 주파수 대역을 사용하는 NFC 장치를 보호하는 데 적용된다.
일 실시 예에 따른 무선통신장치(2)는 도 1에 도시된 바와 같이 공진기(20), 본체(22) 및 보호장치(24)를 포함한다. 다른 실시 예에 따른 무선통신장치(2)는 도 2에 도시된 바와 같이 공진기(20)와 본체(22)를 포함하며, 본체(22) 내에 보호장치(24)를 포함한다. 즉, 보호장치(24)는 도 1에 도시된 바와 같이 본체(22)와 분리될 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 본체(22) 내에 집적화될 수도 있다.
무선통신장치(2)의 공진기(20)는 자기장을 발생하거나 반응하는 안테나 또는 인덕티브 소자로 구성된다. 본체(22)는 공진기(20)의 출력을 입력받아 정류하는 정류기를 포함한다. 무선통신장치(2)가 NFC 장치인 경우, 본체는 NFC 칩(chip)일 수 있다. 보호장치(24)는 본체(22)의 전원단자의 전원전압 VDD를 감지하여 미리 설정된 역치 이상까지 VDD가 상승하면 외부에서 무선충전 상태인 것으로 판별하여 무선충전을 위한 전력신호로부터 본체(22)를 보호한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 무선통신장치(2)를 NFC 장치로 한정하고, 전력 송신기는 A4WP 전력 송신기로 한정하고, 전력 수신기는 A4WP 전력 수신기로 한정하여, A4WP 전력 송신기로부터 NFC 장치를 보호하기 위한 실시 예들을 후술되는 도면들을 참조로 하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.
도 3은 6.78MHz 주파수로 전력을 공급하는 A4WP 전력 송신기 위에 NFC 장치가 놓여있는 상황을 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, NFC 장치(5)는 NFC 안테나와 커패시터 Cs, Cp를 포함하는 공진기(50)와, NFC 칩(52)을 포함한다. NFC는 사용하지 않는 상황이지만, NFC 장치(5)가 A4WP 전력 송신기(4) 위에 위치하는 경우, A4WP 전력 송신기(4)에서 공급하는 자기장에 NFC 장치(5)의 NFC 안테나(500)가 노출되게 된다. NFC와 A4WP 동작 주파수를 살펴보면 NFC가 2배 높은 주파수를 사용하여 밴드가 구별되지만, NFC 안테나(500)에서도 상당한 전력이 수신될 수 있다.
A4WP 전력 수신기가 휴대폰 등의 휴대 단말에 탑재되는 경우, 전면에는 디스플레이가 위치하기 때문에 주로 뒷면에 A4WP 안테나가 위치하고, NFC 안테나(500)도 역시 뒷면에 위치하는 경우가 대부분이다. 따라서, NFC 안테나(500)를 이용한 근거리 무선통신이 수행되지 않는 경우라도, 무선 충전 시 A4WP 전력 송신기(4)에서 공급되는 자기장에 NFC 안테나(500)가 노출되어 자기장이 발생한다. 이에 따라 NFC 안테나(500)에서도 상당한 전력신호가 수신될 수 있다.
도 4는 NFC 안테나로 수신되는 전력을 측정하기 위한 회로도이다.
도 4를 참조하면, A4WP 전력 송신기(4)와 A4WP 전력 수신기(6)가 전력을 송수신하는 상황에서, NFC 안테나(500)의 수신 전력을 측정하기 위해 NFC 안테나(500)에 저항 RL(56) 10옴(Ω)을 달고 NFC 안테나(500)를 A4WP 전력 송신기(4) 위에 올려놓았다고 가정한다. 이때 A4WP 전력 수신기(6)는 5W 정도의 전력을 A4WP 전력 송신기(4)로부터 수신하는 상태이다.
도 5는 도 4의 전력 측정 상황에서 NFC 안테나의 전압과 전류를 측정한 결과를 도시한 파형도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, NFC 안테나(500)는 약 2.5Vpeak의 전압이 수신되고, 전류는 250mApeak가 된다. NFC 안테나(500)의 전압과 전류는 A4WP 전력 송신기(4)와의 거리 및 위치에 영향을 받는 함수에 의해 결정되기는 하지만, A4WP 전력 송신기(4)의 가운데 위치에 NFC 안테나(500)를 두고 높이를 띄우지 않은 상태에서 NFC 안테나(500)의 전압과 전류를 측정한 결과는 도 5에 도시된 바와 같다. A4WP 전력 송신기(4)의 최대 출력 전력은 15W 정도인 것을 사용하였으나, 실험 조건에서의 A4WP 전력 송신기(4)의 송신 전력은 대략 10W 근처이다.
실험 결과로부터 NFC 안테나(500)도 0.3W에 해당하는 전력을 수신하고 있음을 알 수 있다. 이 정도의 전력은 A4WP 전력 수신기(6) 입장에서는 큰 전력이 아니지만, NFC 장치에서는 큰 문제를 야기할 수 있는 전력이다.
도 6은 A4WP 전력 송신기 위에, NFC 칩이 탑재되어 있는 신용카드(credit card)와 A4WP 전력 수신기가 탑재되어 있는 휴대폰을 올려둔 상태에서 열 화상 카메라를 통해 촬영한 영상을 도시한 참조도이다.
도 6을 참조하면, A4WP 전력 송신기 위에, NFC 칩(52)이 탑재되어 있는 신용카드(7)와 A4WP 전력 수신기가 탑재되어 있는 휴대폰(8)을 올려둔 경우, 신용카드(7)의 NFC 칩(52)이 전력을 수신하여 과열되고 있음을 알 수 있다. 일정 시간, 예를 들어 10분 방치되면 NFC 기능을 하는 NFC 칩(52)이 파괴되는 현상이 발생한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보호장치를 포함하는 NFC 장치의 구성도이다.
도 7을 참조하면, NFC 장치(5)는 공진기(50), NFC 칩(52) 및 보호장치(54)를 포함하고, NFC 칩(52)은 정류기(520)를 포함하며, 보호장치(54)는 판별부(540)와 보호부(542)를 포함한다.
NFC 장치(5)는 도 1 및 도 2의 무선통신장치(2)일 수 있고, NFC 장치(5)의 공진기(50)는 도 1 및 도 2의 공진기(20)일 수 있고, NFC 칩(52)은 도 1 및 도 2의 본체(22)일 수 있으며, 보호장치(54)는 도 1 및 도 2의 보호장치(24)일 수 있다.
이하, NFC 장치(5)의 구성에 대해 후술한다.
NFC 장치(5)의 공진기(50)는 NFC 안테나(500)와 커패시터 Cs(504)로 구성된다. NFC 안테나(500)는 인덕턴스 성분을 가진다. NFC 칩(52)은 정류기(520)를 포함하며, 정류기(520)는 공진기(50)로부터 수신되는 AC 신호를 DC 신호로 정류한다. 보호장치(54)는 판별부(540)와 보호부(542)를 포함한다. 판별부(540)는 과전압 측정기(5400)을 포함할 수 있다. 과전압 측정기(5400)는 NFC 칩(52)의 전원단자의 전원전압 VDD를 측정하고 전원전압 VDD가 상승하면 무선충전 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력한다.
일 실시 예에 따른 보호부(542)는 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)를 포함한다. 보호부(54)의 제1 스위칭 소자 M1(5420-1)은 제1 출력이 접지전압에 연결되고 제2 출력이 제1 안테나 노드(501)에 연결되고 입력이 과전압 측정기(5400)로부터 출력되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 on/off 된다. 제2 스위칭 소자 M2(5420-2)는 제3 출력이 접지전압에 연결되고 제4 출력이 제2 안테나 노드(502)에 연결되고 입력이 과전압 측정기(5400)로부터 출력되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 on/off된다. 도 7에 도시된 바와 같이 판별부(540)와 보호부(542)를 포함하는 보호장치(54)는 NFC 칩(52)과 분리되어 있으나, NFC 칩(52)에 집적하여 제작될 수도 있다.
A4WP 전력 송신기와 A4WP 전력 수신기는 자기 공진을 통해 6.78MHz의 공진 주파수에서 무선 전력신호를 송수신하고, NFC 장치(5)는 13.56MHz의 동작 주파수에서 자기장을 이용하여 무선통신한다. 따라서, 서로 주파수 대역이 상당히 근접하여 A4WP 전력 송신기의 전력 신호 공급 시에 NFC 안테나(500)는 A4WP 전력 송신기에서 발생하는 자기장의 영향을 받아 자기장이 발생한다. 이때 보호장치(54)는 NFC 안테나(500)에서 발생한 자기장에 의해 NFC 칩(52)에 전력신호가 공급되는 것을 차단하여 NFC 칩(52)을 보호한다.
구체적으로, 보호장치(54)의 판별부(540)는 A4WP 전력 송신기가 무선 충전을 위해 A4WP 전력 수신기로부터 전력신호를 수신하는 상태인지 여부를 판별한다. 이를 위해 판별부(540)는 NFC 칩(52)의 전원단자의 전원전압 VDD를 이용한다. 예를 들어, 판별부(540)의 과전압 측정기(5400)는 전원전압 VDD가 미리 설정된 역치 이상까지 상승했는지를 감지하고, 전원전압 VDD가 상승한 경우 하이 레벨의 제어신호를 보호부(54)에 인가하여 NFC 칩(52)으로 전력신호가 전송되는 것을 차단한다. 이에 따라, NFC 칩(52)을 무선충전으로부터 보호할 수 있다.
이하, 도 7의 회로를 참조하여 보호장치(54)의 NFC 칩(52) 보호 프로세스에 대해 후술한다.
A4WP 전력 송신기에서 과도한 에너지가 공급되는 경우, NFC 안테나(500)로부터 에너지를 공급받는 정류기(520)를 통해 NFC 칩(52)의 전원전압 VDD가 상승하게 된다. 보통 NFC 칩(52)은 전원전압 VDD가 과도하게 상승하지 않도록 션트 레귤레이터(shunt regulator)가 내장되어 있는 경우가 있지만, 과도한 에너지는 정류기(520) 자체를 파괴할 수도 있다. 따라서, 판별부(540)의 과전압 측정기(5200)는 NFC 칩(52)의 전원단자의 전원전압 VDD가 과도하게 상승하는 것을 감지하면, 하이 레벨의 제어신호를 생성하여 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)를 on 시킨다. 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)가 on 되면 대부분의 안테나 전류가 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)를 통해 흐르게 되므로 정류기(520)를 포함한 NFC 칩(52)을 보호할 수 있게 된다. 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)가 on 되어 안테나 전류가 전원전압 VDD에 공급되지 않게 되면, 전원전압 VDD는 감소하게 되므로 이번에는 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)가 off 된다. 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)가 off 되면 다시 전원전압 VDD가 상승하므로 전술한 동작을 반복하면서 NFC 칩(52)을 보호할 수 있다.
도 8은 커패시터를 이용하여 보호 동작이 일어날 때 스위칭 소자 M1, M2에 흐르는 전류를 조절하는 방법을 설명하기 위한 NFC 장치의 구성도이다.
스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)를 이용하여 NFC 칩(52)을 보호하는 경우, 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)의 turn-on 저항이 작으면 과도한 전류가 NFC 안테나(500)로부터 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)로 공급될 수도 있다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이 커패시터 Cd1(5422-1) 및 Cd2(5422-2)를 추가로 직렬 연결하여 공진기(50)의 공진 주파수를 변화시킬 수 있다. 이때, 공진기(50)의 공진 주파수를 NFC 안테나(500)로 입력되는 주파수보다 낮추면 수신되는 전류를 감소시킬 수 있다.
이하, 보호부(542)의 구성에 대해 후술한다. 보호부(542)는 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2) 및 커패시터 Cd1(5422-1), Cd2(5422-2)를 포함한다. 제1 스위칭 소자 M1(5420-1)은 제1 출력이 접지전압에 연결되고 제2 출력이 커패시터 Cd1(5422-1)에 연결되고 입력이 과전압 측정기(5400)로부터 생성되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 on/off 된다. 제2 스위칭 소자 M2(5420-2)는 제3 출력이 접지전압에 연결되고 제4 출력이 커패시터 Cd2(5422-2)에 연결되고 입력이 과전압 측정기(5400)로부터 생성되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 on/off 된다.
제1 커패시터 Cd1(5422-1)은 제1 안테나 노드(501)와 제1 스위칭 소자 M1(5420-1) 사이에 형성되며, 제1 스위칭 소자 M1(5420-1)의 on에 의해 전류 경로가 형성되어 공진기(50)의 공진 주파수를 틀어지게 한다. 제2 커패시터 Cd2(5422-2)는 제2 안테나 노드(502)와 제2 스위칭 소자 M2(5420-2) 사이에 형성되며, 제2 스위칭 소자 M2(5420-2)의 on에 의해 전류 경로가 형성되어 공진기(50)의 공진 주파수를 틀어지게 한다.
이하, 보호장치(54)의 동작에 대해 후술한다. 전원전압 VDD가 상승하는 경우, 과전압 측정기(5400)의 제어신호에 의해 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)가 on 되며, on 된 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)의 출력은 커패시터 Cd1(5422-1), Cd2(5422-2)와 연결되며, 커패시터 Cd1(5422-1), Cd2(5422-2)는 안테나 노드 N1(501), N2(502)와 각각 연결된다. 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)가 on 되면 커패시터 Cd1(5422-1), Cd2(5422-2)로 전류 경로가 형성되어, NFC 안테나(500)와 커패시터 Cs(504)로 구성된 공진기(50)의 공진 주파수가 틀어지게 되어 NFC 칩(52)로 수신되는 전력신호가 적어지고 대부분의 전류가 커패시터 Cd1(5422-1), Cd2(5422-2)로 흐르게 되어 NFC 칩(52)이 보호된다.
도 9는 임피던스 소자를 이용하여 보호 동작이 일어날 때 스위칭 소자 M1, M2에 흐르는 전류를 조절하는 방법을 설명하기 위한 NFC 장치의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 보호부(542)는 임피던스 소자 Z1(5424-1), Z2(5424-2)를 포함한다. 전류를 제한하는 임피던스 소자 Z1(5424-1), Z2(5424-2)는 예를 들어, 저항 R, 인덕터 L 또는 커패시터 C일 수 있다. 또는 이들의 조합일 수 있다. 저항 R을 연결하는 경우는 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)의 전류는 줄일 수 있지만, 안테나 수신전류가 높을 경우 전원전압 VDD를 보호하기 힘들 수도 있다. 따라서, 저항 R을 적절히 조정할 필요가 있다. 커패시터 C를 연결하는 경우는 도 8을 참조로 하여 전술한 바와 같으므로 별도로 설명하지 않는다. 인덕터 L을 연결하는 경우도 공진기(50)의 공진 주파수를 변화하여 수신되는 에너지 자체를 줄이는 방법이다.
도 10은 특정 주파수가 감지되고 NFC 칩의 전원전압 VDD가 높을 때 보호하는 방법을 설명하기 위한 NFC 장치의 구성도이다.
경우에 따라서, 특정 주파수 성분에 의해 전원전압 VDD가 상승했을 때만 보호하고 싶은 경우도 발생할 수 있다. 이 경우, NFC 정류기 입력신호로부터 주파수를 감지하는 주파수 감지기(5402)를 이용해서 특정 주파수가 인가되는지를 판별하고, 과전압 측정기(5400)를 통해 전원전압 VDD가 높은지 판별하여 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2)를 on 시키셔 보호한다.
도 10을 참조하면, 판별부(540)는 과전압 측정기(5400), 주파수 감지기(5402) 및 AND 회로(5404)를 포함한다. 과전압 측정기(5400)는 NFC 칩(52)의 전원전압 VDD를 측정하고 전원전압 VDD가 상승하면 무선충전 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력한다. 주파수 감지기(5402)는 정류기 입력신호의 주파수를 감지하고 감지된 주파수가 무선충전을 위한 공진 주파수이면 무선충전 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력한다. AND 회로(5404)는 과전압 측정기(5400)의 제어신호와 주파수 감지기(5402)의 제어신호를 입력받아 논리 곱하여 보호부(542)를 제어하기 위한 제어신호를 보호부(542)에 전송한다. 보호부(542)는 제1 스위칭 소자 M1(5420-1), 제2 스위칭 소자 M2(5420-2) 및 임피던스 소자 Z1(5424-1), Z2(5424-2)를 포함한다.
도 10의 회로 구현은 다양한 방법으로 가능할 것이다. 스위칭 소자 M1(5420-1), M2(5420-2), 과전압 측정기(5400), 주파수 감지기(5402) 등을 NFC 칩(52)에 집적하여 제작할 수도 있으며, NFC 칩(52)의 외부 회로로 구현할 수도 있다.
전술한 도면들을 참조로 하여, NFC 장치(5)를 예를 들어 설명했으나, 동일한 기법을 활용하여 MST 장치와 같은 안테나나 인덕티브 소자를 이용하여 신호를 전송하는 무선통신장치에 적용하여, 외부에서 공급되는 자기장에 의해 에너지 과다 공급으로 인한 파괴 현상을 방지할 수 있다.
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 (14)

  1. 자기장을 발생하거나 반응하여 무선으로 신호를 송수신하는 무선통신장치의 전원전압을 감지하여 미리 설정된 역치 이상의 전원전압 상승이 감지되면 외부에서 무선충전 상태인 것으로 판별하는 판별부; 및
    상기 판별부를 통해 무선충전 상태로 판별되면 무선충전을 위한 전력신호로부터 상기 무선통신장치를 보호하는 보호부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 판별부는
    무선통신장치 본체의 전원전압을 측정하고 전원전압이 상승하면 무선충전 상태로 판별하여 상기 보호부를 제어하기 위한 하이 레벨의 제어신호를 상기 보호부에 전송하는 과전압 측정기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 판별부는
    무선통신장치 본체 내 정류기 입력신호의 주파수를 감지하고 감지된 주파수가 무선충전을 위한 공진 주파수이면 무선충전 상태로 판별하여 상기 보호부를 제어하기 위한 하이 레벨의 제어신호를 상기 보호부에 인가하는 주파수 감지기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 판별부는
    무선통신장치 본체의 전원전압을 측정하고 전원전압이 상승하면 무선충전 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력하는 과전압 측정기;
    무선통신장치 본체 내 정류기 입력신호의 주파수를 감지하고 감지된 주파수가 무선충전을 위한 공진 주파수이면 무선충전 상태로 판별하여 하이 레벨의 제어신호를 출력하는 주파수 감지기; 및
    상기 과전압 측정기의 제어신호와 주파수 감지기의 제어신호를 입력받아 논리 곱하여 상기 보호부를 제어하기 위한 제어신호를 상기 보호부에 전송하는 AND 회로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 보호부는
    상기 판별부로부터 제어신호를 입력받는 스위칭 소자를 포함하여, 전원전압이 상승하는 경우 상기 판별부의 제어신호에 스위칭 소자가 온 되어 안테나 전류가 상기 스위칭 소자를 통해 흐르게 함에 따라 상기 무선통신장치를 무선전력으로부터 보호하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 보호부는
    상기 판별부로부터 제어신호를 입력받는 스위칭 소자를 포함하여, 제어신호에 의해 상기 스위칭 소자가 온 되어 안테나 전류가 전원전압에 공급되지 않게 되면, 전원전압이 감소하게 되어 상기 스위칭 소자가 오프되며, 상기 스위칭 소자가 오프 되면 다시 전원전압이 상승하는 동작을 반복함에 따라 무선통신장치를 보호하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 보호부는
    제1 출력이 접지전압에 연결되고 제2 출력이 제1 안테나 노드에 연결되고 입력이 과전압 측정기로부터 생성되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 온오프 되는 제1 스위칭 소자; 및
    제3 출력이 접지전압에 연결되고 제4 출력이 제2 안테나 노드에 연결되고 입력이 과전압 측정기로부터 생성되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 온오프 되는 제2 스위칭 소자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 보호부는
    제1 출력이 접지전압에 연결되고 제2 출력이 제1 임피던스 소자에 연결되고 입력이 과전압 측정기로부터 생성되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 온오프 되는 제1 스위칭 소자;
    제3 출력이 접지전압에 연결되고 제4 출력이 제2 임피던스 소자에 연결되고 입력이 과전압 측정기로부터 생성되는 제어신호와 연결되어 제어신호에 의해 온오프 되는 제2 스위칭 소자;
    제1 안테나 노드와 제1 스위칭 소자 사이에 형성되며, 제1 스위칭 소자의 온에 의해 전류 경로가 형성되어 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제1 임피던스 소자; 및
    제2 안테나 노드와 제2 스위칭 소자 사이에 형성되며, 제2 스위칭 소자의 온에 의해 전류 경로가 형성되어 공진회로의 공진 주파수가 틀어지게 하는 제2 임피던스 소자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 각 임피던스 소자는
    저항, 인덕터 및 커패시터 중 어느 하나이거나 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 무선통신장치는
    근거리 무선통신 장치인 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 무선통신장치는
    마그네틱 보안전송 장치인 것을 특징으로 하는 무선통신장치를 보호하는 장치.
  12. 자기장을 발생하거나 반응하는 안테나 또는 인덕티브 소자를 포함하는 공진기;
    상기 공진기의 출력을 입력받아 정류하는 정류기를 포함하는 본체; 및
    상기 본체의 전원전압을 감지하여 미리 설정된 역치 이상까지 전원전압이 상승하면 외부에서 무선충전 상태인 것으로 판별하여 무선충전을 위한 전력신호로부터 상기 본체를 보호하는 보호장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  13. 자기장을 발생하거나 반응하는 안테나 또는 인덕티브 소자를 포함하는 공진기; 및
    상기 공진기의 출력을 입력받아 정류하는 정류기와, 본체의 전원전압을 감지하여 미리 설정된 역치 이상까지 전원전압이 상승하면 외부에서 무선충전 상태인 것으로 판별하여 무선충전을 위한 전력신호로부터 본체를 보호하는 보호장치를 포함하는 본체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신장치.
  14. 전력 수신기 안테나;
    무선통신 안테나;
    전력 수신기 안테나의 자기 공진을 통해 전력 송신기로부터 무선 전력신호를 수신하는 전력 수신기;
    무선통신 안테나의 자기장을 이용하여 무선통신하는 무선통신 본체; 및
    상기 무선통신 본체의 전원전압을 감지하여 미리 설정된 역치 이상의 전원전압 상승이 감지되면 전력 수신기가 무선충전 상태인 것으로 판별하고 무선충전을 위한 전력신호로부터 상기 무선통신 본체를 보호하는 보호장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대단말.
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