WO2018093041A1 - 멀티 모드 안테나 및 그것을 이용한 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

멀티 모드 안테나 및 그것을 이용한 무선 전력 수신 장치 Download PDF

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WO2018093041A1
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wireless power
wireless
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임성현
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엘지이노텍(주)
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Definitions

  • the present invention relates to wireless charging technology, and in particular, to provide a multi-mode antenna for wireless charging and short-range wireless communication, and a wireless power receiver equipped with the same.
  • Wireless power transmission or wireless energy transfer is a technology that transmits electrical energy wirelessly from a transmitter to a receiver by using a magnetic field induction principle. Since then, there have been attempts to transmit electrical energy by radiating electromagnetic waves such as radio waves, lasers, high frequencies, and microwaves. Electric toothbrushes and some wireless razors that we commonly use are actually charged with the principle of electromagnetic induction.
  • energy transmission using wireless may be classified into magnetic induction, electromagnetic resonance, and RF transmission using short wavelength radio frequency.
  • the magnetic induction method uses the phenomenon that magnetic flux generated at this time causes electromotive force to other coils when two coils are adjacent to each other and current flows to one coil, and is rapidly commercialized in small devices such as mobile phones. Is going on. Magnetic induction is capable of transmitting power of up to several hundred kilowatts (kW) and has high efficiency, but the maximum transmission distance is less than 1 centimeter (cm).
  • the magnetic resonance method is characterized by using an electric or magnetic field instead of using electromagnetic waves or current. Since the magnetic resonance method is hardly affected by the electromagnetic wave problem, it has the advantage of being safe for other electronic devices or the human body. On the other hand, it can be utilized only in limited distances and spaces, and has a disadvantage in that energy transmission efficiency is rather low.
  • the short wavelength wireless power transmission scheme implies, the RF transmission scheme— takes advantage of the fact that energy can be transmitted and received directly in the form of RadioWave.
  • This technology is a wireless power transmission method of the RF method using a rectenna, a compound word of an antenna and a rectifier (rectifier) refers to a device that converts RF power directly into direct current power.
  • the RF method is a technology that converts AC radio waves to DC and uses them. Recently, research on commercialization has been actively conducted as efficiency is improved.
  • Wireless power transfer technology can be widely used not only for mobile, but also for the automobile, IT, railroad and consumer electronics industries.
  • a wireless power transmitter is provided with a coil (hereinafter referred to as a transmission coil) for wireless power transmission, and a wireless power receiver is provided with an antenna (hereinafter referred to as a reception coil) for receiving wireless power.
  • a transmission coil for wireless power transmission
  • a wireless power receiver is provided with an antenna (hereinafter referred to as a reception coil) for receiving wireless power.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0028042 Multi-mode wireless power receiver and its wireless power receiving method
  • a wireless power receiver capable of NFC communication and multi-mode wireless charging.
  • the antenna of the conventional multi-mode wireless power receiver does not consider the interference phenomenon between the antennas, there is a problem in that the wireless charging efficiency and the recognition performance of the short range wireless communication are deteriorated.
  • Portable terminals such as mobile phones and laptops include a battery that stores power and circuits for charging and discharging the battery. In order for the battery of the terminal to be charged, power must be supplied from an external charger.
  • the terminal is supplied with commercial power and converted into a voltage and a current corresponding to the battery to supply electrical energy to the battery through the terminal of the battery.
  • Supply method This terminal supply method is accompanied by the use of a physical cable (cable) or wire. Therefore, when handling a lot of terminal supply equipment, many cables occupy considerable working space, are difficult to organize, and are not good in appearance.
  • the terminal supply method may cause problems such as instantaneous discharge phenomenon due to different potential difference between the terminals, burnout and fire caused by foreign substances, natural discharge, deterioration of battery life and performance.
  • a charging system (hereinafter referred to as a "wireless charging system") and a control method using a method of transmitting power wirelessly have been proposed.
  • the wireless charging system was not pre-installed in some terminals in the past and the consumer had to separately purchase a wireless charging receiver accessory, the demand for the wireless charging system was low, but the number of wireless charging users is expected to increase rapidly. It is expected to be equipped with a charging function.
  • the wireless charging system includes a wireless power transmitter for supplying electrical energy through a wireless power transmission method and a wireless power receiver for charging the battery by receiving the electrical energy supplied from the wireless power transmitter.
  • the wireless charging system may transmit power by at least one wireless power transmission method (eg, electromagnetic induction method, electromagnetic resonance method, RF wireless power transmission method, etc.).
  • wireless power transmission method eg, electromagnetic induction method, electromagnetic resonance method, RF wireless power transmission method, etc.
  • the wireless power transmission scheme may use various wireless power transmission standards based on an electromagnetic induction scheme that generates a magnetic field in the power transmitter coil and charges using an electromagnetic induction principle in which electricity is induced in the receiver coil under the influence of the magnetic field.
  • the electromagnetic induction wireless power transmission standard may include an electromagnetic induction wireless charging technology defined by the Wireless Power Consortium (WPC) or / and the Power Matters Alliance (PMA).
  • the wireless power transmission method may use an electromagnetic resonance method of transmitting power to a wireless power receiver located in close proximity by tuning a magnetic field generated by a transmission coil of the wireless power transmitter to a specific resonance frequency.
  • the electromagnetic resonance method may include a wireless charging technology of a resonance method defined in an A4WP (Alliance for Wireless Power) standard device, which is a wireless charging technology standard device.
  • the wireless power transmission method may use an RF wireless power transmission method that transmits power to a wireless power receiver located at a far distance by putting energy of low power in an RF signal.
  • the terminal may include a payment system according to fintech along with the wireless charging system.
  • the terminal may include a payment system such as magnetic secure transmission (MST) or near field communication (NFC).
  • MST magnetic secure transmission
  • NFC near field communication
  • the terminal may be equipped with both an antenna for a wireless charging system and each antenna for various types of payment systems.
  • the antenna for the wireless charging system and the plurality of antennas for various kinds of payment systems may each have a predefined wireless communication standard, interference may occur between wireless communication signals having different physical characteristics.
  • the present invention has been devised to solve the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a multi-mode antenna and a wireless power receiver using the same.
  • Another object of the present invention is to provide a multi-mode antenna module capable of maximizing wireless charging efficiency and recognition performance by minimizing interference between antennas and a wireless receiving apparatus equipped with the multi-mode antenna module.
  • Still another object of the present invention is to provide a multi-mode antenna module capable of increasing recognition sensitivity or performance by reducing the resistance of the coil itself of the antenna, and a wireless receiving apparatus equipped with the multi-mode antenna module.
  • Still another object of the present invention is to provide a method and apparatus for controlling a wireless power receiver including a magnetic secure transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) combined antenna.
  • MST magnetic secure transmission
  • WPT wireless power transmission
  • Still another object of the present invention is to solve the difficulty of deploying a plurality of antennas, including a combined antenna that one antenna can perform the operation for the wireless charging system and the operation for the payment system according to Fintech at one time, It provides a specific method and apparatus for distinguishing the operation of the various systems using.
  • the present invention provides a multi-mode antenna and a wireless power receiver equipped with the same.
  • a multi-mode antenna module includes a first antenna for pattern printing in a central region of the printed circuit board for wireless charging with a printed circuit board, and a first antenna for first short range wireless communication.
  • a second antenna that is pattern-printed outside and a third antenna that is pattern-printed and arranged outside the second antenna so as not to overlap with the second antenna for second short-range wireless communication;
  • a first connection terminal for connecting both ends of the first connection pattern and second connection terminals for connecting both ends of the second to third connection patterns respectively corresponding to the second antenna and the third antenna;
  • the first connection terminal and the second connection terminal may be separately disposed on the printed circuit board.
  • first connection terminal and the second connection terminal may be separately disposed on the printed circuit board so that the first connection pattern does not overlap the second antenna and the third antenna.
  • the first short range wireless communication may be Magnetic Secure Transmission (MST), and the second short range wireless communication may be Near Field Communication (NFC).
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • NFC Near Field Communication
  • the first short range wireless communication may be Near Field Communication (NFC), and the second short range wireless communication may be Magnetic Secure Transmission (MST).
  • NFC Near Field Communication
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • the separation distance between the second antenna and the third antenna may be at least 1 millimeter (mm) or more.
  • the second antenna and the third antenna may be disposed on the printed circuit board so that the deviation of the separation distance between the second antenna and the third antenna is maintained below a predetermined reference value.
  • the separation distance between the first antenna and the second antenna may be at least 0.5 millimeter (mm) or more.
  • the first antenna and the second antenna may be disposed on the printed circuit board so that the deviation of the separation distance between the first antenna and the second antenna is maintained below a predetermined reference value.
  • the first antenna may be pattern-printed on both sides of the printed circuit board, respectively, and the patterns printed on both sides may be connected to each other through through holes disposed in the printed circuit board.
  • the first antenna may be printed in a circular pattern having an inner diameter, and the first connection terminal may be disposed in the inner diameter.
  • the first connection terminal may be disposed between the first antenna and the second antenna.
  • a wireless power receiver includes a printed circuit board and a first antenna that is pattern-printed in a central area of the printed circuit board for wireless charging and the first antenna for first short range wireless communication.
  • the second antenna and the pattern printed on the outside of the second antenna for the second short-range wireless communication so as not to overlap the second antenna and the third antenna and the pattern printed on the outside of the second antenna corresponding to the first antenna
  • a multi-mode includes a first connection terminal for connecting both ends of the first connection pattern and second connection terminals for connecting both ends of the second to third connection patterns respectively corresponding to the second antenna and the third antenna.
  • a control circuit board configured to receive a signal from the multi-mode antenna module through the antenna module and the first and second connection terminals. Characterized in that the first connecting terminal and the second connecting terminal being disposed to separate the printed circuit board.
  • a multi-mode antenna module includes a first antenna for pattern printing in a central region of the printed circuit board for wireless charging with a printed circuit board, and a first antenna for first short range wireless communication.
  • a second antenna that is pattern-printed outside and a third antenna that is pattern-printed and arranged outside the second antenna so as not to overlap with the second antenna for second short-range wireless communication;
  • the slit may be formed so that the width of the slit is 0.1mm or more when the line width of the coil is 0.5mm or more.
  • the slit may be formed so that the ratio of the width of the slit to the line width of the coil is 20% or more.
  • the slits may be formed such that a plurality of slits are continuously disposed along a length direction of the coil.
  • the third antenna may include an outer coil and an inner coil, and the line width of the slit disposed in the outer coil may be larger than the line width of the slit disposed in the inner coil.
  • the slit may be formed so that the line width of the slit is reduced toward the outer center around the center line of one side of the coil.
  • the third antenna may include an outer coil and an inner coil, and the average line width of the slits disposed in the outer coil may be greater than the average line width of the slits disposed in the inner coil.
  • first connection terminal and the second connection terminal may be separately disposed on the printed circuit board so that the first connection pattern does not overlap the second antenna and the third antenna.
  • the first short range wireless communication may be Magnetic Secure Transmission (MST), and the second short range wireless communication may be Near Field Communication (NFC).
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • NFC Near Field Communication
  • the first short range wireless communication may be Near Field Communication (NFC), and the second short range wireless communication may be Magnetic Secure Transmission (MST).
  • NFC Near Field Communication
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • the separation distance between the second antenna and the third antenna may be at least 1 millimeter (mm) or more.
  • the second antenna and the third antenna may be disposed on the printed circuit board so that the deviation of the separation distance between the second antenna and the third antenna is maintained below a predetermined reference value.
  • the separation distance between the first antenna and the second antenna may be at least 0.5 millimeter (mm) or more.
  • the first antenna and the second antenna may be disposed on the printed circuit board so that the deviation of the separation distance between the first antenna and the second antenna is maintained below a predetermined reference value.
  • the first antenna may be pattern-printed on both sides of the printed circuit board, respectively, and the patterns printed on both sides may be connected to each other through through holes disposed in the printed circuit board.
  • the first antenna may be printed in a circular pattern having an inner diameter, and the first connection terminal may be disposed in the inner diameter.
  • the first connection terminal may be disposed between the first antenna and the second antenna.
  • a wireless power receiver includes a printed circuit board and a first antenna that is pattern-printed in a central area of the printed circuit board for wireless charging and the first antenna for first short range wireless communication.
  • the second antenna and the pattern printed on the outside of the second antenna for the second short-range wireless communication so as not to overlap the second antenna and the third antenna and the pattern printed on the outside of the second antenna corresponding to the first antenna
  • a multi-mode includes a first connection terminal for connecting both ends of the first connection pattern and second connection terminals for connecting both ends of the second to third connection patterns respectively corresponding to the second antenna and the third antenna.
  • a control circuit board configured to receive a signal from the multi-mode antenna module through the antenna module and the first and second connection terminals.
  • the first connecting terminal and the second connecting terminal and separating arrangement to said printed circuit board, and the third antenna may include a slit disposed along the longitudinal direction of the coil of said third antenna.
  • a wireless power receiver includes a combined antenna for magnetic secure transmission (MST) and wireless power transmission (WPT); A determination unit determining an antenna mode based on a wireless signal received through the combined antenna; And a switching unit which selects a transmission path of the radio signal according to the determined antenna mode. It may include.
  • the wireless power receiver comprises a near field communication (NFC) antenna; It may further include.
  • NFC near field communication
  • the determination unit may determine the antenna mode using the magnitude of the current or voltage generated by the dual-use antenna by the wireless signal.
  • the determination unit may determine the antenna mode by using a change amount of current or voltage generated by the dual-use antenna by the wireless signal.
  • the determination unit may determine an antenna mode using a ping signal received from the combined antenna.
  • the determination unit may determine the antenna mode by using the period or frequency of the ping signal.
  • the antenna mode may include a magnetic secure transmission mode and a wireless power transmission mode.
  • the first signal processor when it is determined that the magnetic secure transmission mode, the first signal processor for receiving the wireless signal from the determination unit; A second signal processor configured to receive the wireless signal from the determiner when the wireless power transfer mode is determined; It may further include.
  • the wireless power receiver includes an MST module for receiving a first control signal generated from the first signal processor; And a wireless charging module configured to receive a second control signal generated from the second signal processor. It may further include.
  • the rectifying unit for converting the voltage applied from the determination unit to a voltage respectively determined according to the antenna mode may further include.
  • the switching unit may block the selected transmission path.
  • the wireless power receiver control method comprising the steps of: receiving a wireless signal by a dual antenna for magnetic secure transmission (MST) and wireless power transmission (WPT); Determining an antenna mode based on the wireless signal; And switching to select a transmission path of the radio signal according to the determined antenna mode. It may include.
  • the combined antenna may include a near field communication (NFC) antenna.
  • NFC near field communication
  • the determining of the antenna mode may include: determining an antenna mode by using a magnitude of current or voltage generated by the dual-use antenna by the wireless signal; It may include.
  • the determining of the antenna mode may include: determining an antenna mode by using an amount of change in current or voltage generated by the dual-use antenna by the wireless signal; It may include.
  • the determining of the antenna mode may include: determining an antenna mode using a ping signal received from the combined antenna; It may further include.
  • the determining of the antenna mode may include: determining an antenna mode using a period or frequency of the ping signal; It may further include.
  • the determining of the antenna mode may include: determining one of a magnetic secure transmission mode and a wireless power transmission mode; It may include.
  • the first signal processing unit when the magnetic secure transmission mode is determined, receives the wireless signal through the switching unit; And receiving, by the second signal processor, the wireless signal through the switching unit when determining the wireless power transfer mode. It may further include.
  • the MST module receives a first control signal generated from the first signal processor; And receiving, by the wireless charging module, a second control signal generated from the second signal processor. It may further include.
  • the rectifying unit converts the voltage applied from the determination unit to a voltage respectively determined according to the antenna mode; It may further include.
  • the switching unit blocks the selected transmission path; It may further include.
  • the present invention can provide a computer readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method described above.
  • the present invention has an advantage of providing a multi-mode antenna and a wireless power receiver using the same.
  • the present invention has the advantage of providing a multi-mode antenna module capable of maximizing wireless charging efficiency and recognition performance by minimizing interference between antennas and a wireless receiving device equipped with the multi-mode antenna module.
  • the present invention has the advantage of providing a multi-mode antenna module and a wireless receiving device equipped with the multi-mode antenna module that can increase the recognition sensitivity or performance by placing a slit inside the coil of the antenna to reduce the resistance of the coil itself. have.
  • the present invention can reduce the burden of deployment to one terminal by using a magnetic security transmission (MST) and wireless power transmission (WPT) combined antenna in the space limitation.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • the present invention can reduce the interference that may occur between antennas other than the combined antenna by using a space between the magnetic security transmission (MST) and wireless power transmission (WPT).
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • the present invention can share a device performing the same operation in addition to the antenna by using a magnetic security transmission (MST) and wireless power transmission (WPT) combined antenna.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • the present invention can reduce the number of parts required through device sharing, and can be miniaturized by generating a space margin in the terminal due to device sharing.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 6 are views for explaining the structure of a multi-mode antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining a hierarchical structure of a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an experimental result showing a recognition region of magnetic security transmission in a wireless power receiver equipped with a multi-mode antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver according to another embodiment of the present invention.
  • 11 to 12 are views for explaining the structure of a multi-mode antenna module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing the structure of an antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing the structure of an antenna according to another embodiment of the present invention.
  • 15 is a view showing the structure of an antenna according to another embodiment of the present invention.
  • 16 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
  • 17 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC standard.
  • 19 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmission system of an electromagnetic resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • 20 is an equivalent circuit diagram of a wireless power transmission system of an electromagnetic resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is a state transition diagram for explaining a state transition procedure in the wireless power transmitter of the electromagnetic resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • 22 is a state transition diagram of an electromagnetic resonance wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a flowchart illustrating a wireless charging procedure of the electromagnetic resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a structural diagram illustrating a wireless power receiver including a magnetic security transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) combined antenna according to an embodiment of the present invention.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • FIG. 25 is a flowchart illustrating a control method of a wireless power receiver including a magnetic security transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) combined antenna according to an embodiment of the present invention.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • FIG. 26 is a diagram for explaining an operation of distinguishing a wireless communication signal received from a magnetic security transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) combined antenna according to an embodiment of the present invention.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • FIG. 27 is a diagram illustrating an antenna arrangement according to the use of a magnetic security transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) antenna according to an embodiment of the present invention.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • a multi-mode antenna module includes a first antenna for pattern printing in a central region of the printed circuit board for wireless charging with a printed circuit board, and a first antenna for first short range wireless communication.
  • a second antenna that is pattern-printed outside and a third antenna that is pattern-printed and arranged outside the second antenna so as not to overlap with the second antenna for second short-range wireless communication;
  • a first connection terminal for connecting both ends of the first connection pattern and second connection terminals for connecting both ends of the second to third connection patterns respectively corresponding to the second antenna and the third antenna;
  • the first connection terminal and the second connection terminal may be separately disposed on the printed circuit board.
  • the top (bottom) or the bottom (bottom) is the two components are in direct contact with each other or One or more other components are all included disposed between the two components.
  • up (up) or down (down) may include the meaning of the down direction as well as the up direction based on one component.
  • the apparatus for transmitting wireless power on the wireless power system is a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, A wireless power transmitter, a wireless power transmitter, and the like will be used interchangeably.
  • a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a receiver terminal, a receiver, a receiver, a receiver Or the like can be used in combination.
  • the transmitter according to the present invention may be configured in a pad form, a cradle form, an access point (AP) form, a small base station form, a stand form, a ceiling buried form, a wall hanging form, and the like. You can also transfer power.
  • the transmitter may comprise at least one wireless power transmission means.
  • the wireless power transmission means may use various wireless power transmission standards based on an electromagnetic induction method that generates a magnetic field in the power transmitter coil and charges using the electromagnetic induction principle in which electricity is induced in the receiver coil under the influence of the magnetic field.
  • the wireless power transmission means may include a wireless charging technology of the electromagnetic induction method defined by the Wireless Power Consortium (WPC) and the Power Matters Alliance (PMA) which is a wireless charging technology standard apparatus.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • the receiver according to an embodiment of the present invention may be provided with at least one wireless power receiving means, and may simultaneously receive wireless power from two or more transmitters.
  • the wireless power receiving means may include an electromagnetic induction wireless charging technology defined by the Wireless Power Consortium (WPC) and the Power Matters Alliance (PMA), which are wireless charging technology standard organizations.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • the receiver according to the present invention is a mobile phone, smart phone, laptop computer, digital broadcasting terminal, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player), navigation, MP3 player, electric It may be used in a small electronic device such as a toothbrush, an electronic tag, a lighting device, a remote control, a fishing bobber, a wearable device such as a smart watch, but is not limited thereto. If the device is equipped with a wireless power receiver according to the present invention, the battery can be charged. It is enough.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • a wireless charging system includes a wireless power transmitter 10 that transmits power wirelessly, a wireless power receiver 20 that receives the transmitted power, and an electronic device 30 that receives the received power. It can be configured to include.
  • the electronic device 30 may be equipped with a load (not shown) which is a rechargeable battery, and the received power may be charged to the load of the electronic device 30.
  • a load not shown
  • the received power may be charged to the load of the electronic device 30.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may perform in-band communication, in which signals are exchanged by modulating a signal at the same frequency as an operating frequency used for wireless power transmission. .
  • the wireless power receiver 20 modulates the received power signal and modulates the modulated signal. 42 may be transmitted to the wireless power transmitter 10.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may perform out-of-band communication in which information is exchanged using a frequency different from an operating frequency used for wireless power transmission. have.
  • the information exchanged between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may include identification information, configuration information, status information, and various control information.
  • identification information may include identification information, configuration information, status information, and various control information.
  • configuration information may include identification information, configuration information, status information, and various control information.
  • Communication in the wireless charging system may provide full duplex bidirectional communication, but is not limited thereto.
  • the wireless charging system may provide one-way communication or half duplex bidirectional communication.
  • the unidirectional communication may be a communication method in which the wireless power receiver 20 transmits information only to the wireless power transmitter 10, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter 10 may include the wireless power receiver 20. It may also be a communication method of transmitting information.
  • the half-duplex bidirectional communication method may be a bidirectional communication between the wireless power receiver 20 and the wireless power transmitter 10, but may be a communication method capable of transmitting information by only one device at any one time.
  • the wireless power receiver 20 may obtain various state information of the electronic device 30.
  • the state information of the electronic device 30 may include current power usage information, information for identifying a running application, CPU usage information, battery charge status information, battery output voltage / current information, and the like.
  • the information may be obtained from the electronic device 30 and may be utilized for wireless power control.
  • the wireless power receiver 20 performs not only a power reception antenna for wireless power reception but also short-range wireless communication such as near field communication (NFC) or radio frequency identification (RFID) communication antenna, Bluetooth communication antenna, and the like. It may be configured to include a short range communication antenna and a secure communication antenna for secure communication, such as financial, payment.
  • NFC near field communication
  • RFID radio frequency identification
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power receiver 200 may largely include a multi-mode antenna module 210, a control circuit board 220, and a load 230.
  • the multi mode antenna module 210 may be configured to include a plurality of antennas and connection terminals.
  • the plurality of antennas may include a wireless power reception antenna 211 for wireless power reception, a short range communication antenna 212 for short range wireless communication, and a secure communication antenna 213 for secure communication, but are not limited thereto.
  • the antenna may be added according to the design purpose of the person skilled in the art.
  • the connection terminal may be configured to fasten the antenna lead wire.
  • a plurality of connection terminals may be physically spaced apart to minimize interference between the antennas and to minimize the area of the device disposed on the printed circuit board.
  • the lead wire of the wireless power reception antenna 211 is fastened to the first connection terminal 214, and the lead wires of the short range communication antenna 212 and the secure communication antenna 213 are fastened to the second connection terminal 215. This will be described with an example.
  • the wireless power signal received through the wireless power reception antenna 211 may be transmitted to the power receiver 221 provided in the control circuit board 220 through the first connection terminal 214.
  • the power receiver 221 may include a rectifier (not shown) that converts an AC power signal received through the wireless power receiver antenna 211 into a DC power signal, and a DC that converts the rectifier output DC voltage into a specific DC voltage required by the load. It may be configured to include a microprocessor or a controller (not shown) mounted with a predetermined software as well as a hardware device such as a direct current converter (not shown) to monitor power in real time and perform power control.
  • the power receiver 221 may include a controller (not shown) and a decoder (not shown) that decodes a control signal from the received power signal. ), And a modulator for modulating the predetermined state information and the control signal generated by the controller and transmitting the modulated state information and the control signal to the wireless power transmission apparatus through in-band communication.
  • the power receiver 221 may receive various control signals received through an out-of-band communication antenna (not shown). It may include a communication unit (not shown) for demodulating and modulating an internally generated control message and then transmitting a modulated signal through an out-of-band communication antenna.
  • the near field communication antenna 212 may be used as the out-of-band communication antenna, but is not limited thereto.
  • the power receiver 221 may transfer the processed wireless power signal to the load 230.
  • the power receiver 221 may control the amount of power dynamically delivered to the load 230 and the amount of power required for the wireless power transmitter according to the current state of charge of the load 230, the internal temperature, the strength of the rectifier output voltage, and the like. have.
  • the wireless signal received through the short range communication antenna 212 may be transmitted to the short range communication unit 222 mounted on the control circuit board 220 through the second connection terminal 215.
  • the short range communication unit 222 may include a controller (not shown), a decoder (not shown) that decodes the received wireless signal and transmits the received wireless signal to the controller, and modulates a message generated by the controller (not shown) into a wireless signal to form a second connection terminal ( And a modulator (not shown) for transmitting to the short range communication antenna 212 through 215.
  • the short range communication unit 222 may process the NFC signal, but is not limited thereto, and may further process the Bluetooth communication signal.
  • the wireless signal received through the secure communication antenna 213 may be transmitted to the secure communication unit 223 mounted on the control circuit board 220 through the second connection terminal 215.
  • the security communication unit 223 is a controller (not shown), a decoder (not shown) that decodes the received radio signal to the controller, and modulates a message generated by the controller into a radio signal through the second connection terminal 215. And a modulator (not shown) for transmitting to the secure communication antenna 213.
  • the secure communication unit 223 may be equipped with a magnetic secure transmission (MST) signal processing function for mobile payment, but is not limited thereto. Apple Pay or (and) Google (Android) It should be noted that various forms of fintech technologies such as Pay may be implemented.
  • a shielding agent may be disposed between the multi-mode antenna module 210 and the control circuit board 220.
  • FIG 3 is a view for explaining the structure of a multi-mode antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • the multi-mode antenna module 300 may include a printed circuit board 360, a first antenna 310, a second antenna 320, a third antenna 330, a first connection terminal 340, and the like. It may be configured to include a second connection terminal 350.
  • the multi-mode antenna module 300 may include a printed circuit board 360, a first antenna 310 arranged and pattern-printed in a central area of the printed circuit board 360 for wireless charging.
  • the second antenna 320 that is pattern-printed and disposed outside the first antenna 310 for short-range wireless communication, and the second antenna 320 so as not to overlap the second antenna 320 for second short-range wireless communication.
  • the third antenna 330 and the first connection terminal 340 and the second antenna 320 for connecting both ends of the first connection pattern corresponding to the first antenna 310 is disposed in the pattern printed on the outside of the It may be configured to include a second connection terminal 350 for connecting both ends of the second to third connection pattern corresponding to the third antenna 330, respectively.
  • first connection terminal 340 and the second connection terminal 350 may be physically disposed on the printed circuit board 350.
  • first connection terminal 340 and the second connection terminal 350 are physically formed on the printed circuit board 360 so that the first connection pattern does not overlap the second antenna 320 and the third antenna 330. Can be arranged separately.
  • connection pattern of each antenna may be formed by lead wires extending from both ends of the antenna, or branched at a specific position of the antenna.
  • the position where the connection pattern and the connection terminal of each antenna are arranged may be arranged to minimize the length of the connection pattern.
  • the first short range wireless communication may be Magnetic Secure Transmission (MST), and the second short range wireless communication may be Near Field Communication (NFC).
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • NFC Near Field Communication
  • the MST may operate in the 3.24MHz band
  • NFC may operate in the 13.56MHz band.
  • the first short range wireless communication may be Near Field Communication (NFC)
  • the second short range wireless communication may be Magnetic Secure Transmission (MST).
  • NFC Near Field Communication
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • the first short range wireless communication and the second short range wireless communication correspond to any one of NFC, RFID communication, Bluetooth communication, Ultra Wideband (UWB) communication, MST communication, Apple Pay communication, and Google Pay communication, respectively. May be any one of NFC, RFID communication, Bluetooth communication, Ultra Wideband (UWB) communication, MST communication, Apple Pay communication, and Google Pay communication, respectively. May be any one of NFC, RFID communication, Bluetooth communication, Ultra Wideband (UWB) communication, MST communication, Apple Pay communication, and Google Pay communication, respectively. May be any one of NFC, RFID communication, Bluetooth communication, Ultra Wideband (UWB) communication, MST communication, Apple Pay communication, and Google Pay communication, respectively. May be any one of NFC, RFID communication, Bluetooth communication, Ultra Wideband (UWB) communication, MST communication, Apple Pay communication, and Google Pay communication, respectively. May be any one of NFC, RFID communication, Bluetooth communication, Ultra Wideband (UWB) communication, MST communication, Apple Pay communication, and Google Pay communication, respectively. May be any one of NFC
  • the pattern of the antenna may be disposed on the printed circuit board 360 such that the separation distance between the second antenna 320 and the third antenna 330 is maintained at least 1 mm (mm) or more.
  • the second antenna 320 and the third antenna 330 are printed circuit boards so that the deviation of the separation distance between the second antenna 320 and the third antenna 330 is maintained below a predetermined first reference value. 360).
  • the pattern of the antenna may be disposed on the printed circuit board 360 so that the separation distance between the first antenna 310 and the second antenna 320 is maintained at least 0.5 mm (mm) or more.
  • the first antenna 310 and the second antenna 320 are printed circuit boards so that the deviation of the separation distance between the first antenna 310 and the second antenna 320 is maintained below a predetermined second reference value. 360).
  • the first antenna 310 may be pattern printed on both sides of the printed circuit board 360, and the patterns printed on both sides through the through holes (not shown) disposed on the printed circuit board 360 may mutually be printed. Can be conductive. Through this, the resistance component of the first antenna can be reduced, and thus the reception sensitivity of the antenna can be improved.
  • the second antenna 320 may be pattern printed on both sides of the printed circuit board 360, and the patterns printed on both sides through through holes (not shown) disposed in the printed circuit board 360 may be formed. May be conductive to each other. Through this, the resistance component of the second antenna can be reduced, and thus the reception sensitivity of the corresponding antenna can be improved.
  • the third antenna 330 may be pattern printed on both sides of the printed circuit board 360, and the patterns printed on both sides through through holes (not shown) disposed in the printed circuit board 360. This can be mutually conductive. Through this, the resistance component of the third antenna can be reduced, and thus the reception sensitivity of the corresponding antenna can be improved.
  • At least one of the first antenna 310, the second antenna 320, and the third antenna 330 may be pattern printed on both surfaces of the printed circuit board 360, respectively. Corresponding antenna patterns printed on both sides may be connected to each other through a through hole (not shown) disposed at 360. Through this, the resistance component of the antenna can be reduced, and thus the reception sensitivity of the antenna can be improved.
  • the first antenna 310 may be printed on the printed circuit board 360 in a circular pattern having a predetermined inner diameter, and the first connection terminal may be disposed outside the inner diameter.
  • FIG. 4 is a view for explaining the structure of a multi-mode antenna module according to another embodiment of the present invention.
  • the first connection terminal 450 and the second connection terminal 460 are physically separated and disposed on the printed circuit board 410. Is similar, except that the arrangement position of the second connection terminal 450 is disposed between the second antenna 420 and the third antenna 430.
  • the multi-mode antenna module 400 shown in FIG. The interference caused by the magnetic field of each other on the 420 and the third antenna 430 may be minimized.
  • the multi-mode antenna module 400 illustrated in FIG. 4 may minimize the distance between the second antenna 420 and the second connection terminal 450.
  • FIG. 5 is a view for explaining the structure of a multi-mode antenna module according to another embodiment of the present invention.
  • the first connection terminal 550 and the second connection terminal 560 are physically separated and disposed on the printed circuit board 510. Is similar, but there is a difference that an arrangement position of the first connection terminal 540 is disposed within an inner diameter of the first antenna 510.
  • the multi-mode antenna module 500 illustrated in FIG. 5 secures a space between the first antenna 510 and the second antenna 520, and makes an idle space of the first antenna 510. There is an advantage that can be utilized efficiently. In addition, by increasing the separation distance from the second antenna 520, there is an advantage that can minimize the interference phenomenon by the first antenna 510.
  • FIG. 6 is a view for explaining the structure of a multi-mode antenna module according to another embodiment of the present invention.
  • the first connection terminal 650 and the second connection terminal 660 are physically separated and disposed on the printed circuit board 610. Is similar, but an arrangement position of the first connection terminal 640 is disposed within the inner diameter of the first antenna 610, and a second connection terminal 650 is disposed between the second antenna 620 and the third antenna 630. There is a difference.
  • the multi-mode antenna module 600 illustrated in FIG. 6 secures a space between the first antenna 610 and the second antenna 620, and There is an advantage that can utilize the idle space efficiently. In addition, by increasing the separation distance from the second antenna 620, there is an advantage that can minimize the interference phenomenon by the first antenna 610.
  • the multi-mode antenna module 600 illustrated in FIG. 6 may minimize the distance between the second antenna 620 and the second connection terminal 650.
  • the multi-mode antenna module according to the exemplary embodiment of FIG. 2 to FIG. 6 may minimize the frequency shift occurring between antennas having different operating frequencies through the split arrangement of the connection terminals. For example, NFC, MST, etc.-there is an advantage that can improve the recognition rate.
  • the multi-mode antenna module according to the embodiment of Figures 2 to 6 by minimizing the interference between the antenna through the split arrangement of the connection terminal, the antenna resistance is reduced, accordingly, the advantage that can improve the wireless charging efficiency There is this.
  • FIG. 7 is a view for explaining a hierarchical structure of a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power receiver 700 may include a multi-mode antenna module 710, a shielding module 720, and a control circuit board 730.
  • the multi mode antenna module 710 may be any one of the multi mode antenna modules illustrated in FIGS. 3 to 6.
  • the wireless power receiver 700 includes a first antenna that is pattern-printed and disposed in a central area of the printed circuit board for wireless charging with a printed circuit board, and an outer portion of the first antenna for first short range wireless communication.
  • the first antenna corresponding to the first antenna and the third antenna, which is pattern-printed and disposed outside the second antenna so as not to overlap the second antenna for pattern short-range wireless communication, and the second antenna arranged to be pattern printed.
  • a multi-mode antenna module including a first connection terminal for connecting both ends of the pattern and second connection terminals for connecting both ends of the second to third connection patterns respectively corresponding to the second antenna and the third antenna;
  • the control circuit board 730 for controlling the operation of the multi-mode antenna and the multi-mode to block the electromagnetic waves generated by the multi-mode antenna module 710
  • the shielding module is arranged between an antenna module 710 and the control circuit board 730 may be configured to include.
  • the control circuit board 730 may receive a signal received through the antenna through the first connection terminal and the second connection terminal.
  • FIG. 8 is an experimental result showing a recognition region of magnetic security transmission in a wireless power receiver equipped with a multi-mode antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • reference numeral 8a illustrates a recognition area of magnetic security transmission in a wireless power receiver equipped with a multi-mode antenna module in which a conventional connection terminal is not separately disposed and there is an overlapping area between antennas.
  • Reference numeral 8b shows a recognition area of the magnetic security transmission in the wireless power receiver equipped with a multi-mode antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • the conventional wireless power receiver may be recognized up to 2 cm from the charging bed in the height direction, that is, the Z axis.
  • the wireless power receiver according to the present invention can be recognized up to a point 4cm away from the charging bed in the height direction-that is, the Z-axis. That is, the present invention can expect a performance improvement of 100% or more in the area of recognition of magnetic secure transmission, compared to the prior art.
  • the wireless power receiver according to the present invention has a larger recognition area on the charging bed than the wireless power receiver according to the prior art at the same separation distance.
  • the NFC recognition distance of the wireless power receiver equipped with the multi-mode antenna module according to the exemplary embodiment of FIGS. 2 to 7 may be set to various NFC standard types, that is, various read / write mode. It can be seen that the recognition distance is increased when compared with the measurement result before improvement. In addition, it can be seen that the NFC recognition distance measured in the wireless power receiver according to the present invention satisfies the standard recognition distance requirement in all NFC standard types.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver according to another embodiment of the present invention.
  • the wireless power receiver 1000 may largely include a multi-mode antenna module 1010, a control circuit board 1020, and a load 1030.
  • the multi mode antenna module 1010 may be configured to include a plurality of antennas and a plurality of connection terminals.
  • the plurality of antennas may include a wireless power reception antenna 1011 for wireless power reception, a short range communication antenna 1012 for short range wireless communication, and a secure communication antenna 1013 for secure communication, but are not limited thereto.
  • the antenna may be added according to the design purpose of the person skilled in the art.
  • the plurality of connection terminals may be configured to fasten each antenna lead wire.
  • the plurality of connection terminals may be physically spaced apart to minimize interference between antennas having different operating frequencies and to minimize the area of the device on the printed circuit board.
  • the lead wires of the wireless power reception antenna 1011 and the secure communication antenna 1012 are fastened to the first connection terminal 1014, and the lead wires of the secure communication antenna 1013 are fastened to the second connection terminal 1015. This will be described with an example.
  • the wireless power signal received through the wireless power reception antenna 1011 may be transmitted to the power receiver 1021 provided in the control circuit board 1020 through the first connection terminal 1014.
  • the power receiver 1021 may include a rectifier (not shown) that converts an AC power signal received through the wireless power receiver antenna 1011 into a DC power signal, and a DC that converts the rectifier output DC voltage into a specific DC voltage required by the load. It may be configured to include a microprocessor or a controller (not shown) mounted with a predetermined software as well as a hardware device such as a direct current converter (not shown) to monitor power in real time and perform power control.
  • the power receiver 1021 may include a controller (not shown) and a decoder (not shown) that decodes a control signal from the received power signal. ), And a modulator for modulating the predetermined state information and the control signal generated by the controller and transmitting the modulated state information and the control signal to the wireless power transmission apparatus through in-band communication.
  • the power receiver 1021 may receive various control signals received through an out-of-band communication antenna (not shown). It may include a communication unit (not shown) for demodulating and modulating an internally generated control message and then transmitting a modulated signal through an out-of-band communication antenna.
  • the short range communication antenna 1013 may be used as the out-of-band communication antenna, but is not limited thereto, and an additional additional short range communication antenna, for example, a Bluetooth communication antenna, may be provided.
  • the power receiver 1021 may transmit the processed wireless power signal to the load 1030.
  • the power receiver 1021 may control the amount of power that is dynamically delivered to the load 1030 and the amount of power required by the wireless power transmitter in accordance with the current state of charge of the load 1030, the internal temperature, the strength of the rectifier output voltage, and the like. have.
  • the wireless signal received through the secure communication antenna 1012 may be transmitted to the secure communication unit 1022 mounted on the control circuit board 1020 through the first connection terminal 1014.
  • the wireless signal received through the short range communication antenna 1013 may be transmitted to the short range communication unit 1023 mounted on the control circuit board 1020 through the second connection terminal 1015.
  • the short-range communication unit 1023 modulates a message generated by a controller (not shown), a decoder (not shown) for transmitting the received wireless signal to the controller, and a message generated by the controller (not shown) to a second connection terminal ( And a modulator (not shown) for transmitting to the short range communication antenna 1013 through 1015.
  • the short range communication unit 1023 may process the NFC signal, but is not limited thereto, and may also process other short range wireless communication signals such as a Bluetooth communication signal.
  • the security communication unit 1022 may include a controller (not shown), a decoder (not shown) that decodes the received wireless signal and transmits the received signal to the controller, and modulates a message generated by the controller into a wireless signal through the first connection terminal 1014. And a modulator (not shown) for transmitting to the secure communication antenna 1012.
  • the secure communication unit 1022 may be equipped with a signal processing function of a magnetic secure transmission (MST) method for mobile payment, but is not limited thereto. Apple Pay or (and) Google (Android) It should be noted that various forms of fintech technologies such as Pay may be implemented.
  • MST magnetic secure transmission
  • a shielding agent (not shown) may be disposed between the multi-mode antenna module 1010 and the control circuit board 1020.
  • 11 to 12 are views for explaining the structure of a multi-mode antenna module according to another embodiment of the present invention.
  • the multi-mode antenna module 1100 may include a printed circuit board 1160, a first antenna 1110, a second antenna 1120, a third antenna 1130, a first connection terminal 1140, and the like. It may be configured to include a second connection terminal 1150.
  • the multi-mode antenna module 1000 may include a printed circuit board 1060, a first antenna 1010 disposed in a patterned area in the center area of the printed circuit board 360 for wireless charging, and the first antenna 1010. 1
  • the second antenna 1020 that is pattern-printed and disposed outside the first antenna 1010 for short-range wireless communication, and the second antenna 1020 so as not to overlap the second antenna 1020 for second short-range wireless communication.
  • the first antenna for connecting the both ends of the third antenna 1030, the first connection pattern corresponding to the first antenna 1010 and the second connection pattern corresponding to the second antenna 1020 arranged in a pattern printed on the outside of the It may be configured to include a second connection terminal 1050 for connecting both ends of the third connection pattern corresponding to the connection terminal 1040 and the third antenna 1030.
  • first connection terminal 1140 and the second connection terminal 1150 may be physically disposed on the printed circuit board 1150.
  • the first connection pattern may not only overlap the second antenna 1020 and the third antenna 1030, but the second connection pattern may not overlap the third antenna 1130.
  • connection pattern of each antenna may be formed by lead wires extending from both ends of the antenna, or branched at a specific position of the antenna.
  • the position where the connection pattern and the connection terminal of each antenna are arranged may be arranged to minimize the length of the connection pattern.
  • the first short range wireless communication may be Magnetic Secure Transmission (MST), and the second short range wireless communication may be Near Field Communication (NFC).
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • NFC Near Field Communication
  • the MST may operate in the 3.24MHz band
  • NFC may operate in the 13.56MHz band.
  • the first short range wireless communication may be Near Field Communication (NFC)
  • the second short range wireless communication may be Magnetic Secure Transmission (MST).
  • NFC Near Field Communication
  • MST Magnetic Secure Transmission
  • the first short range wireless communication and the second short range wireless communication may correspond to any one of NFC, RFID communication, Bluetooth communication, Ultra Wideband (UWB) communication, MST communication, Apple Pay communication, and Google Pay communication, respectively. have.
  • NFC NFC
  • RFID communication RFID communication
  • Bluetooth communication Ultra Wideband (UWB) communication
  • MST communication Apple Pay communication
  • Google Pay communication Google Pay communication
  • the second connection terminal 1150 is illustrated as being disposed on an outer side of the third antenna 1130, this is only one embodiment, and the other embodiment is illustrated in FIG. 12. As described above, the second connection terminal 1150 may be disposed between the second antenna 1220 and the third antenna 1230.
  • the embodiment according to FIG. 12 maintains sufficient separation distance between the second antenna 1220 and the third antenna 1230, for example, an interval of 1 mm or more, thereby minimizing mutual interference between the antennas.
  • sufficient separation distance between the second antenna 1220 and the third antenna 1230 for example, an interval of 1 mm or more, thereby minimizing mutual interference between the antennas.
  • FIG. 13 is a view showing the structure of an antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 a portion of a structure of an antenna 1300 according to an embodiment of the present invention is shown.
  • the antenna 1300 may include the first antennas 310, 410, 510, 610, 1110, 1210, and the second antennas 320, 420, 520, 620, 1120, shown in FIGS. 3 to 6 and 9 to 10. 1220 and third antennas 330, 430, 530, 630, 1130, and 1230. Although the turns of the coils constituting the first to third antennas shown in FIGS. 3 to 6 and 9 to 10 are shown as 12, 3, and 1, the number of turns of the antenna 1300 of FIG. Although shown, this is exemplary, and the structure of the antenna 1300 (ie, a structure including a slit in the coil) may be applied to any one of the first to third antennas.
  • the case forming the external shape of the electronic device is multi-mode. It can be coupled to the top of the antenna module.
  • the cross section of the case may have a shape that becomes thinner from the center to the edge in order to increase the design and feel, so that the design conditions may be required so that the thickness of the multi-mode antenna module also becomes thinner from the center to the edge.
  • the first antenna and the second antenna positioned at the center of the multi-mode antenna module may be pattern printed on both sides of the printed circuit board, respectively, and printed on both sides through through holes (not shown) disposed on the printed circuit board.
  • the antenna patterns may be connected to each other. Through this, the resistance components of the first antenna and the second antenna can be reduced, and thus the reception sensitivity of the corresponding antenna can be improved.
  • the third antenna is located at the outermost side of the multi-mode antenna module, it may be difficult to pattern print on both sides of the printed circuit board, and may be implemented by pattern printing only on one surface of the printed circuit board.
  • the resistance component of the third antenna is relatively higher than that of the first and second antennas, so that the reception sensitivity of the third antenna may be lowered and the recognition distance may be reduced.
  • the structure of the antenna 1300 illustrated in FIG. 13 is to solve this problem, and may include a coil 1310 wound around a predetermined number of turns and a slit 1320 disposed inside the coil 1310.
  • the number of turns of the coil 1310 is exemplarily 3 in FIG. 13, and the outer coil 1310a, the intermediate coil 1310b, and the inner coil 1310c may be disposed to be wound toward the center from the outside of the antenna 1300.
  • Each of the outer coil 1310a, the intermediate coil 1310b, and the inner coil 1310c may include a slit 1320.
  • the slit 1320 may be disposed to extend along the longitudinal direction of the coil 1310, and the slit 1320 is illustrated as being disposed only on one side of the straight coil 1310 in FIG. 13. It may also be arranged on the edge extending to the other side according to.
  • the slits 1320 may be disposed along a length direction of each side (upper side, lower side, left side, and right side) of the multi-mode antenna module. In this case, the slit 1320 may be included in all of the coils 1310 to be wound.
  • the slit 1320 may be formed by an etching process on the pattern printed coil 1310, and the inside of the slit 1320 may be empty or filled with an insulating material.
  • Some areas 1330 of the structure of the antenna 1300 are shown enlarged below, and some areas 1330 show the structures of the coil 1310 and the slit 1320 in more detail.
  • the distance D between the outer coil 1310a and the intermediate coil 1310b may be formed to be about 0.3 mm or more.
  • the line width W1 of the outer coil 1310a may be formed to about 0.5 mm or more, and the line width W2 of the slit 1320 may be formed to about 0.1 mm or more. This may mean that the line width W2 of the slit 1320 is about 20% or more compared with the line width W1 of the outer coil 1310a, but the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the slit 1320 may substantially reduce the line width of the outer coil 1310a, thereby lowering the overall resistance component of the coil 1310, and The reception sensitivity can be improved.
  • the line width of the slits disposed in each of the outer coil 1310a, the intermediate coil 1310b, and the inner coil 1310c may be determined differently, for example, the line width of the slit increases from the inner side to the outer side. can do.
  • FIG. 12 is a view showing the structure of an antenna according to another embodiment of the present invention.
  • the antenna 1400 is substantially the same as the antenna 1300 illustrated in FIG. 11 unless otherwise described, overlapping description will be omitted.
  • the coil 1410 constituting the antenna 1400 may include an outer coil 1410a, an intermediate coil 1410b, and an inner coil 1410c.
  • the outer coil 1410a, the intermediate coil 1410b, and the inner coil 1410c may each include a slit 1420. Unlike the slit 1320 of FIG. 11, the slit 1420 of FIG. 12 is not continuous. It may be intermittently arranged.
  • the slits 1420 may be configured in a structure in which a plurality of independent slits are continuously disposed along the length direction of the coil 1410, and the number of independent slits is not limited to that shown in FIG. 12. However, the number of independent slits may be determined in consideration of the convenience of the process.
  • the slit 1420 is disposed inside the outer coil 1410a, the intermediate coil 1410b and the inner coil 1410c, thereby substantially reducing the line widths of the outer coil 1410a, the intermediate coil 1410b and the inner coil 1410c. In this case, the overall resistance component of the coil 1410 may be lowered, and the reception sensitivity of the antenna 1400 may be improved.
  • the line width of the slits disposed in each of the outer coil 1410a, the intermediate coil 1410b, and the inner coil 1410c may be determined differently, for example, the line width of the slit increases from the inner side to the outer side. can do.
  • FIG. 13 is a view showing the structure of an antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 a portion of a structure of an antenna 1500 according to another embodiment of the present invention is shown.
  • the antenna 1500 is substantially the same as the antenna 1300 illustrated in FIG. 13 unless otherwise described, redundant descriptions will be omitted.
  • the coil 1510 constituting the antenna 1500 may include an outer coil 1510a, an intermediate coil 1510b, and an inner coil 1510c.
  • the outer coil 1510a, the intermediate coil 1510b, and the inner coil 1510c may each include a slit 1520. Unlike the slit 1320 of FIG. 13, the slit 1520 of FIG. 15 is not uniform. It can have a line width.
  • the line width of the slit 1520 may be reduced toward the outer center of the center line CL of one side of the antenna 1500, but this is only an example and the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the line width of the slit 1520 may be increased toward the outer center of the center line CL. This is because a line width of one side of the antenna 1500 may be reduced as the design goes toward the outside of the center line CL or from the outside to the center due to the limitation of the design.
  • the slit 1520 is disposed inside the outer coil 1510a, the intermediate coil 1510b, and the inner coil 1510c, thereby substantially reducing the line widths of the outer coil 1510a, the intermediate coil 1510b, and the inner coil 1510c. In this case, the overall resistance component of the coil 1510 may be lowered, and the reception sensitivity of the antenna 1500 may be improved.
  • the average line width of the slits disposed in each of the outer coil 1510a, the intermediate coil 1510b, and the inner coil 1510c may be determined differently, for example, the average line width of the slits from the inner side to the outer side. This can increase.
  • the slits disposed in each of the outer coil 1510a, the intermediate coil 1510b, and the inner coil 1510c may be disposed intermittently, not continuously.
  • 16 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
  • the wireless power receiver 2020 may be configured with a plurality of wireless power receivers, and a plurality of wireless power receivers are connected to one wireless power transmitter 2010 to wirelessly Charging may also be performed.
  • the wireless power transmitter 2010 may distribute and transmit power to the plurality of wireless power receivers in a time division manner, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter 2010 may be configured for each wireless power receiver. By using different allocated frequency bands, power may be distributed and transmitted to a plurality of wireless power receivers.
  • the number of wireless power receivers that can be connected to one wireless power transmitter 2010 may be based on at least one of a required power amount for each wireless power receiver, a battery charge state, power consumption of an electronic device, and available power of the wireless power transmitter. Can be adaptively determined based on the
  • the wireless power transmitter 2010 may be configured with a plurality of wireless power transmitters.
  • the wireless power receiver 2020 may be simultaneously connected to a plurality of wireless power transmitters, and may simultaneously receive power from the connected wireless power transmitters and perform charging.
  • the number of wireless power transmitters connected to the wireless power receiver 2020 is adaptively based on the required power amount of the wireless power receiver 2020, the state of charge of the battery, the power consumption of the electronic device, the available power amount of the wireless power transmitter, and the like. Can be determined.
  • 17 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure defined in the WPC standard.
  • power transmission from a transmitter to a receiver according to the WPC standard is largely selected from a selection phase 2310, a ping phase 2320, an identification and configuration phase 2330, and the like. It may be divided into a power transfer phase 2340.
  • the selection step 2310 may be a step of transitioning when a specific error or a specific event is detected while starting or maintaining the power transmission.
  • the transmitter may monitor whether an object exists on the interface surface. If the transmitter detects that an object is placed on the interface surface, the transmitter may transition to the ping step 2320 (S2301). In the selection step 2310, the transmitter transmits an analog ping signal of a very short pulse and detects whether an object exists in an active area of the interface surface based on a change in current of the transmitting coil.
  • ping step 2320 when an object is detected, the transmitter activates the receiver and sends a digital ping to identify whether the receiver is a receiver that is compliant with the WPC standard. If the transmitter does not receive a response signal (eg, a signal strength indicator) for the digital ping from the receiver in the ping step 2320, it may transition back to the selection step 2310 (S2302). In addition, in the ping step 2320, when the transmitter receives a signal indicating that the power transmission is completed, that is, a charging completion signal, the transmitter may transition to the selection step 2310 (S2303).
  • a response signal eg, a signal strength indicator
  • the transmitter may transition to the identification and configuration step 2330 for collecting receiver identification and receiver configuration and status information (S2304).
  • the transmitter may receive an unexpected packet, an outgoing desired packet for a predefined time, a packet transmission error, or a power transmission agreement. If this is not set (no power transfer contract) it may transition to the selection step 310 (S305).
  • the transmitter may transition to a power transmission step 2340 for transmitting wireless power (S2306).
  • the transmitter receives an unexpected packet, an outgoing desired packet for a predefined time, or a violation of a preset power transfer contract. transfer contract violation), if the filling is completed, the transition to the selection step (2310) (S2307).
  • the transmitter may transition to the identification and configuration step 2330 (S2308).
  • the power transmission contract may be set based on state and characteristic information of the transmitter and the receiver.
  • the transmitter state information may include information about the maximum amount of power that can be transmitted, information about the maximum number of receivers that can be accommodated, and the receiver state information may include information about required power.
  • power transmission from a transmitter to a receiver according to the PMA standard is divided into a standby phase 2410, a digital ping phase 2420, an identification phase 2430, and a power transmission. It may be divided into a power transfer phase 2440 and an end of charge phase 2450.
  • the waiting step 2410 may be a step of transitioning when a specific error or a specific event is detected while performing a receiver identification procedure for power transmission or maintaining power transmission.
  • specific errors and specific events will be apparent from the following description.
  • the transmitter may monitor whether an object exists on a charging surface. If the transmitter detects that an object is placed on the charging surface or the RXID retry is in progress, the transmitter may transition to the digital pinging step 2420 (S2401).
  • RXID is a unique identifier assigned to a PMA compatible receiver.
  • the transmitter transmits a very short pulse of analog ping, and an object is placed on the active surface of the interface surface-for example, the charging bed-based on the current change in the transmitting coil. You can detect if it exists.
  • the transmitter transitioned to digital ping step 2420 sends a digital ping signal to identify whether the detected object is a PMA compatible receiver.
  • the receiver may modulate the received digital ping signal according to the PMA communication protocol to transmit a predetermined response signal to the transmitter.
  • the response signal may include a signal strength indicator indicating the strength of the power received by the receiver.
  • the receiver may transition to the identification step 2430 (S2402).
  • the transmitter can transition to the standby step 2410. (S2403).
  • the Foreign Object may be a metallic object including coins, keys, and the like.
  • the transmitter may transition to the waiting step 2410 if the receiver identification procedure fails or the receiver identification procedure needs to be re-executed and if the receiver identification procedure has not been completed for a predefined time ( S2404).
  • the transmitter transitions to the power transmission step 2440 in the identification step 2430 and starts charging (S2405).
  • the transmitter goes to standby step 2410 if the desired signal is not received within a predetermined time (Time Out), or if the FO is detected or the voltage of the transmitting coil exceeds a predefined threshold. It may transition (S2406).
  • the transmitter may transition to the charging completion step 2450 (S2407).
  • the transmitter may transition to the standby state 2410 (S2409).
  • the transmitter may transition from the charging completion step 2450 to the digital ping step 2420 (S2410).
  • the transmitter may transition to the charge completion step 2450 when an End Of Charge (EOC) request is received from the receiver (S2408 and S2411).
  • EOC End Of Charge
  • 19 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power transmission system of an electromagnetic resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmission system may include a wireless power transmitter 2510 and a wireless power receiver 2520.
  • the wireless power transmitter 2510 transmits wireless power to one wireless power receiver 2520, this is only one embodiment, and wireless power according to another embodiment of the present invention.
  • the transmitter 2510 may transmit wireless power to the plurality of wireless power receivers 2520.
  • the wireless power receiver 2520 may simultaneously receive wireless power from the plurality of wireless power transmitters 2510.
  • the wireless power transmitter 2510 may generate a magnetic field using a specific power transmission frequency to transmit power to the wireless power receiver 2520.
  • the wireless power receiver 2520 may receive power by tuning to the same frequency as the frequency used by the wireless power transmitter 2510.
  • the frequency for power transmission may be a 6.78MHz band, but is not limited thereto.
  • the power transmitted by the wireless power transmitter 2510 may be transmitted to the wireless power receiver 2520 which is in resonance with the wireless power transmitter 2510.
  • the maximum number of wireless power receivers 2520 that can receive power from one wireless power transmitter 2510 includes the maximum transmit power level of the wireless power transmitter 2510, the maximum power reception level of the wireless power receiver 2520, wireless It may be determined based on the physical structures of the power transmitter 2510 and the wireless power receiver 2520.
  • the wireless power transmitter 2510 and the wireless power receiver 2520 may perform bidirectional communication in a frequency band different from a frequency band for transmitting wireless power, that is, a resonant frequency band.
  • the bidirectional communication may use a half-duplex Bluetooth Low Energy (BLE) communication protocol.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • the wireless power transmitter 2510 and the wireless power receiver 2520 may exchange characteristic and state information, that is, power negotiation information, with each other through the bidirectional communication.
  • the wireless power receiver 2520 may transmit predetermined power reception state information for controlling the power level received from the wireless power transmitter 2510 to the wireless power transmitter 2510 through bidirectional communication.
  • 2510 may dynamically control the transmit power level based on the received power reception state information.
  • the wireless power transmitter 2510 may not only optimize power transmission efficiency, but also prevent damage of the load due to over-voltage and prevent unnecessary waste of power due to under-voltage. It can provide a function to.
  • the wireless power transmitter 2510 performs a function of authenticating and identifying the wireless power receiver 2520 through two-way communication, identifying an incompatible device or an unchargeable object, and identifying a valid load. You may.
  • the wireless power transmitter 2510 includes a power supplier 2511, a power conversion unit 2512, a matching circuit 2513, a transmission resonator 2514, and a main controller. , 2515) and a communication unit 2516.
  • the communicator 2516 may include a data transmitter and a data receiver.
  • the power supply unit 2511 may supply a specific supply voltage to the power converter 2512 under the control of the main controller 2515.
  • the supply voltage may be a DC voltage or an AC voltage.
  • the power converter 2521 may convert the voltage received from the power supply unit 2511 into a specific voltage under the control of the main controller 2515.
  • the power converter 2521 may include at least one of a DC / DC converter, an AC / DC converter, and a power amplifier.
  • the matching circuit 2513 is a circuit that matches the impedance between the power converter 2521 and the transmission resonator 2514 in order to maximize power transmission efficiency.
  • the transmission resonator 2514 may wirelessly transmit power using a specific resonance frequency according to the voltage applied from the matching circuit 2513.
  • the wireless power receiver 2520 includes a reception resonator 2521, a rectifier 2522, a DC-DC converter 2523, a load 2524, and a main controller 2525. ) And a communication unit 2526.
  • the communication unit 2526 may include a data transmitter and a data receiver.
  • the reception resonator 2521 may receive power transmitted by the transmission resonator 2514 through a resonance phenomenon.
  • the rectifier 521 may perform a function of converting an AC voltage applied from the receiving resonator 2521 into a DC voltage.
  • the DC-DC converter 2523 may convert the rectified DC voltage into a specific DC voltage required for the load 2524.
  • the load 2524 may be an internal battery of the terminal in which the wireless power receiver is included.
  • the internal battery may store power in the battery using a specific DC voltage output from the DC-DC converter 2523 as an input voltage.
  • the main controller 2525 controls the operations of the rectifier 2522 and the DC-DC converter 2523 or generates characteristics and state information of the wireless power receiver 2520, and controls the communication unit 2526 to control the wireless power transmitter 2510.
  • the characteristics and state information of the wireless power receiver 2520 may be transmitted to the.
  • the main controller 2525 may control the operation of the rectifier 2522 and the DC-DC converter 2523 by monitoring the strength of the output voltage and the current in the rectifier 2522 and the DC-DC converter 2523. have.
  • the intensity information of the monitored output voltage and current may be transmitted to the wireless power transmitter 2510 in real time through the communication unit 2526.
  • the main controller 2525 determines whether an over-voltage state or an under-voltage state is compared with the rectified DC voltage by a predetermined reference voltage, and a system error state is detected according to the determination result. If so, the detection result may be transmitted to the wireless power transmitter 2510 through the communication unit 2526.
  • the main controller 2525 also controls the operation of the rectifier 2522 and the DC-DC converter 2523 or a predetermined overcurrent including a switch or zener diode to prevent damage to the load when a system error condition is detected.
  • the cutoff circuit may be used to control the power applied to the load 2524.
  • the main controllers 2515 and 2525 and the communication units 2516 and 2526 are illustrated as being composed of different modules. However, this is only one embodiment, and another embodiment of the present invention may include a main controller ( It should be noted that the 2515 and 2525 and the communication units 2516 and 2 526 may be configured as one module.
  • 20 is an equivalent circuit diagram of a wireless power transmission system of an electromagnetic resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 shows the interface points on an equivalent circuit in which reference parameters, which will be described later, are measured.
  • I TX and I TX _COIL are root mean square (RMS) currents applied to the matching circuit (or matching network) 2601 of the wireless power transmitter and RMS currents applied to the transmission resonator coil 2602 of the wireless power transmitter, respectively. do.
  • RMS root mean square
  • Z TX _IN and Z TX _IN_COIL mean an input impedance before the matching circuit 2601 of the wireless power transmitter, an input impedance after the matching circuit 2601 and a front of the transmission resonator coil 2602, respectively.
  • L1 and L2 mean an inductance value of the transmitting resonator coil 2602 and an inductance value of the receiving resonator coil 2603, respectively.
  • Z RX _ IN refers to the input impedance at the rear end of the matching circuit 2604 and the front end of the filter / rectifier / load 2605 of the wireless power receiver.
  • the resonance frequency used for the operation of the wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention may be 6.78MHz ⁇ 15kHz.
  • the wireless power transmission system may provide simultaneous charging of multiple wireless power receivers, i.e., multi-charging, in which case the wireless power receiver remains even if the wireless power receiver is newly added or deleted.
  • the amount of change in the received power of may be controlled so as not to exceed a predetermined reference value.
  • the received power variation may be ⁇ 10%, but is not limited thereto.
  • the condition for maintaining the received power change amount should not overlap with the existing wireless power receiver when the wireless power receiver is added to or deleted from the charging area.
  • the real part of the Z TX _IN may be inversely related to the load resistance of the rectifier, hereinafter referred to as R RECT . That is, increasing R RECT may decrease Z TX_IN and decreasing R RECT may increase Z TX_IN .
  • Resonator Coupling Efficiency may be the maximum power reception ratio calculated by dividing the power transferred from the receiver resonator coil to the load 2604 by the power carried in the resonant frequency band by the transmitter resonator coil 2602. have.
  • Resonator matching efficiency between the wireless power transmitter and wireless power receiver can be calculated if the reference port impedance (Z TX_IN) and receiving a reference port impedance (Z _IN RX) of the cavity resonator is a transmission that is perfectly matched.
  • 21 is a state transition diagram for explaining a state transition procedure in the wireless power transmitter of the electromagnetic resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • a state of a wireless power transmitter may be classified into a configuration state 2710, a power save state 2720, a low power state 2730, and a power transfer state. , 2740), a local fault state 2750, and a locking fault state 2760.
  • the wireless power transmitter may transition to configuration state 2710.
  • the wireless power transmitter may transition to the power saving state 2720 when the predetermined reset timer expires or the initialization procedure is completed in the configuration state 2710.
  • the wireless power transmitter may generate a beacon sequence and transmit it through the resonant frequency band.
  • the wireless power transmitter may control the beacon sequence to be started within a predetermined time after entering the power saving state 2720.
  • the wireless power transmitter may control the beacon sequence to be started within 50 ms after the power saving state 2720 transition, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter periodically generates and transmits a first beacon sequence for sensing the wireless power receiver, and detects a change in impedance of the reception resonator, that is, a load variation.
  • a change in impedance of the reception resonator that is, a load variation.
  • the first beacon and the first beacon sequence will be referred to as short beacon and short beacon sequences, respectively.
  • the short beacon sequence may be repeatedly generated and transmitted at a predetermined time interval t CYCLE for a short period (t SHORT _ BEACON ) to save standby power of the wireless power transmitter until the wireless power receiver is detected.
  • t SHORT _BEACON may be set to 30 ms or less and t CYCLE to 250 ms ⁇ 5 ms.
  • the current strength of the short beacon is more than a predetermined reference value, and may increase gradually over a period of time.
  • the minimum current strength of the short beacon may be set sufficiently large so that the wireless power receiver of category 2 or higher of Table 2 may be detected.
  • the wireless power transmitter according to the present invention may be provided with a predetermined sensing means for detecting a change in reactance and resistance in a reception resonator according to a short beacon.
  • the wireless power transmitter may periodically generate and transmit a second beacon sequence for supplying sufficient power for booting and responding to the wireless power receiver.
  • the second beacon and the second beacon sequence will be referred to as long beacon and long beacon sequences, respectively.
  • the wireless power receiver may broadcast a predetermined response signal through the out-of-band communication channel.
  • the Long Beacon sequence may be generated and transmitted at a predetermined time interval (t LONG _BEACON_PERIOD ) during a relatively long period (t LONG_BEACON ) compared to the Short Beacon to supply sufficient power for booting the wireless power receiver.
  • t LONG _BEACON may be set to 105 ms + 5 ms and t LONG _BEACON_PERIOD may be set to 850 ms, respectively.
  • the current strength of the long beacon may be relatively strong compared to the current strength of the short beacon.
  • the Long Beacon may maintain a constant power during the transmission interval.
  • the wireless power transmitter may wait to receive a predetermined response signal during the long beacon transmission period.
  • the response signal will be referred to as an advertisement signal.
  • the wireless power receiver may broadcast the advertisement signal through an out-of-band communication frequency band different from the resonant frequency band.
  • the advertisement signal may include message identification information for identifying a message defined in the corresponding out-of-band communication standard, unique service for identifying whether the wireless power receiver is a legitimate or compatible receiver for the wireless power transmitter, or wireless power receiver identification.
  • Information, output power information of the wireless power receiver, rated voltage / current information applied to the load, antenna gain information of the wireless power receiver, information for identifying the category of the wireless power receiver, wireless power receiver authentication information, with overvoltage protection Information on whether or not, may include at least one or any one of the software version information mounted on the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may transition from the power saving state 2720 to the low power state 2730 and then establish an out-of-band communication link with the wireless power receiver. Subsequently, the wireless power transmitter may perform a registration procedure for the wireless power receiver via the established out-of-band communication link. For example, when the out-of-band communication is Bluetooth low power communication, the wireless power transmitter may perform Bluetooth pairing with the wireless power receiver and exchange at least one of state information, characteristic information, and control information with each other through the paired Bluetooth link. have.
  • the wireless power transmitter transmits a predetermined control signal to the wireless power receiver for initiating charge through out-of-band communication in the low power state 2730, that is, the predetermined predetermined control signal that requests the wireless power receiver to deliver power to the load.
  • the state of the wireless power transmitter may transition from the low power state 2730 to the power transfer state 2740.
  • the state of the wireless power transmitter may transition from the low power state 2730 to the power saving state 2720.
  • the wireless power transmitter may be driven by a separate Link Expiration Timer for connection with each wireless power receiver, and the wireless power receiver may indicate that the wireless power transmitter is present in the wireless power transmitter at a predetermined time period. Must be sent before the link expiration timer expires.
  • the link expiration timer is reset each time the message is received and an out-of-band communication link established between the wireless power receiver and the wireless power receiver may be maintained if the link expiration timer has not expired.
  • the state of the wireless power transmitter May transition to a power saving state 2720.
  • the wireless power transmitter in the low power state 2730 may drive a predetermined registration timer when a valid advertisement signal is received from the wireless power receiver. In this case, when the registration timer expires, the wireless power transmitter in the low power state 2730 may transition to the power saving state 2720. In this case, the wireless power transmitter may output a predetermined notification signal indicating that registration has failed through notification display means provided in the wireless power transmitter, including, for example, an LED lamp, a display screen, a beeper, and the like. have.
  • the wireless power transmitter may transition to the low power state 2730 when charging of all connected wireless power receivers is completed.
  • the wireless power receiver may allow registration of a new wireless power receiver in states other than configuration state 2710, local failure state 2750, and lock failure state 2760.
  • the wireless power transmitter may dynamically control the transmission power based on state information received from the wireless power receiver in the power transmission state 2740.
  • the receiver state information transmitted from the wireless power receiver to the wireless power transmitter is for reporting the required power information, voltage and / or current information measured at the rear of the rectifier, charging state information, overcurrent and / or overvoltage and / or overheating state. It may include at least one of information indicating whether the means for interrupting or reducing the power delivered to the load according to the information, overcurrent or overvoltage is activated.
  • the receiver state information may be transmitted at a predetermined cycle or whenever a specific event occurs.
  • the means for cutting off or reducing power delivered to the load according to the overcurrent or overvoltage may be provided using at least one of an ON / OFF switch and a zener diode.
  • Receiver state information transmitted from a wireless power receiver to a wireless power transmitter is information indicating that an external power source is wired to the wireless power receiver, information indicating that an out-of-band communication scheme has been changed. It may further include at least one of-can be changed from NFC (Near Field Communication) to Bluetooth Low Energy (BLE) communication.
  • NFC Near Field Communication
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • a wireless power transmitter may receive power for each wireless power receiver based on at least one of its currently available power, priority for each wireless power receiver, and the number of connected wireless power receivers. May be adaptively determined.
  • the power strength for each wireless power receiver may be determined by a ratio of power to the maximum power that can be processed by the rectifier of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may transmit a predetermined power control command including information about the determined power intensity to the corresponding wireless power receiver.
  • the wireless power receiver may determine whether power control is possible using the power intensity determined by the wireless power transmitter, and transmit the determination result to the wireless power transmitter through a predetermined power control response message.
  • the wireless power receiver may transmit predetermined receiver state information indicating whether wireless power control is possible according to the power control command of the wireless power transmitter before receiving the power control command.
  • the power transmission state 2740 may be any one of a first state 2741, a second state 2742, and a third state 2743 according to the power reception state of the connected wireless power receiver.
  • the first state 2471 may mean that the power reception states of all the wireless power receivers connected to the wireless power transmitter are normal voltages.
  • the second state 2742 may mean that there is no wireless power receiver having a low voltage state and a high voltage state of at least one wireless power receiver connected to the wireless power transmitter.
  • the third state 2743 may mean that a power reception state of at least one wireless power receiver connected to the wireless power transmitter is a high voltage state.
  • the wireless power transmitter may transition to the lock failure state 2760 when a system error is detected in the power saving state 2720, the low power state 2730, or the power transfer state 2740.
  • the wireless power transmitter in the lock failure state 2760 may transition to the configuration state 2710 or the power saving state 2720.
  • the wireless power transmitter may transition to the local failure state 2750 if a local failure is detected.
  • the wireless power transmitter in the local failure state 2750 may transition back to the lock failure state 2760.
  • the wireless power transmitter has a local failure Once released, transition to configuration state 2710 may occur.
  • the wireless power transmitter may cut off the power supplied to the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter may transition to a local failure state 2750 when a failure such as overvoltage, overcurrent, overheating is detected, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter may transmit a predetermined power control command to at least one connected wireless power receiver to reduce the strength of the power received by the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may transmit a predetermined control command to the connected at least one wireless power receiver to stop charging of the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter can prevent device damage due to overvoltage, overcurrent, overheating, and the like.
  • the wireless power transmitter may transition to the lock failure state 2760 when the intensity of the output current of the transmission resonator is greater than or equal to the reference value.
  • the wireless power transmitter transitioned to the lock failure state 2760 may attempt to make the intensity of the output current of the transmission resonator less than or equal to the reference value for a predetermined time.
  • the attempt may be repeated for a predetermined number of times. If the lock failure state 2760 is not released despite the repetition, the wireless power transmitter transmits a predetermined notification signal indicating that the lock failure state 2760 is not released to the user by using a predetermined notification means. can do. In this case, when all the wireless power receivers located in the charging area of the wireless power transmitter are removed from the charging area by the user, the lock failure state 2760 may be released.
  • the lock failure state 2760 is automatically released.
  • the state of the wireless power transmitter may automatically transition from the lock failure state 2760 to the power saving state 2720 to perform the detection and identification procedure for the wireless power receiver again.
  • the wireless power transmitter of the power transmission state 2740 may transmit continuous power and adaptively control the transmission power based on the state information of the wireless power receiver and a predefined optimal voltage region setting parameter. have.
  • the optimal voltage region setting parameter may include at least one of a parameter for identifying a low voltage region, a parameter for identifying an optimal voltage region, a parameter for identifying a high voltage region, and a parameter for identifying an overvoltage region. It may include.
  • the wireless power transmitter may increase the output power if the power reception state of the wireless power receiver is in the low voltage region, and reduce the output power if the wireless power receiver is in the high voltage region.
  • the wireless power transmitter may control the transmission power to maximize the power transmission efficiency.
  • the wireless power transmitter may control the transmission power so that the deviation of the amount of power required by the wireless power receiver is equal to or less than the reference value.
  • the wireless power transmitter may stop power transmission when the rectifier output voltage of the wireless power receiver reaches a predetermined overvoltage region, that is, when an over voltage is detected.
  • 22 is a state transition diagram of an electromagnetic resonance wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • a state of a wireless power receiver is largely divided into a disabled state 2810, a boot state 2820, an enable state 2830 (or an on state), and a system error state.
  • System Error State, 2840 System Error State
  • the state of the wireless power receiver may be determined based on the intensity of the output voltage at the rectifier terminal of the wireless power receiver, hereinafter, referred to as a V RECT business card.
  • the activation state 2830 may be divided into an optimum voltage state 2831, a low voltage state 2832, and a high voltage state 2833 according to the value of V RECT .
  • the wireless power receiver in the inactive state 2810 may transition to the boot state 2820 if the measured V RECT value is greater than or equal to a predefined V RECT_BOOT value.
  • the wireless power receiver establishes an out-of-band communication link with the wireless power transmitter and V RECT Wait until the value reaches the power required by the load stage.
  • Wireless power receiver in boot state 2820 is V RECT When it is confirmed that the value has reached the power required for the load stage, the transition to the active state (2830) can begin charging.
  • the wireless power receiver in the activated state 2830 may transition to the boot state 2820 when charging is confirmed to be completed or stopped.
  • the wireless power receiver in the activated state 2830 may transition to the system error state 2840 when a predetermined system error is detected.
  • the system error may include overvoltage, overcurrent and overheating as well as other predefined system error conditions.
  • the wireless power receiver in active state 2830 is V RECT If the value falls below the V RECT _BOOT value, it may transition to an inactive state 2810.
  • the wireless power receiver in the boot state 2820 or the system error state 2840 may transition to the inactive state 2810 when the V RECT value drops below the V RECT_BOOT value.
  • FIG. 23 is a flowchart illustrating a wireless charging procedure of the electromagnetic resonance method according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power transmitter may generate a beacon sequence when the wireless power transmitter is configured, ie, boot, and transmit the beacon sequence through the transmission resonator (S2901).
  • the wireless power receiver may broadcast an advertisement signal including its identification information and characteristic information (S2903).
  • the advertisement signal may be repeatedly transmitted at a predetermined period until the connection request signal, which will be described later, is received from the wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter may transmit a predetermined connection request signal for establishing the out-of-band communication link to the wireless power receiver (S2905).
  • the wireless power receiver may establish an out-of-band communication link and transmit its static state information through the set out-of-band communication link (S2907).
  • the static state information of the wireless power receiver identifies category information, hardware and software version information, maximum rectifier output power information, initial reference parameter information for power control, information on a required voltage or power, and whether a power regulation function is installed. And at least one of information on supportable out-of-band communication schemes, information on supportable power control algorithms, and information on preferred rectifier stage voltage values initially set in the wireless power receiver.
  • the wireless power transmitter may transmit the static state information of the wireless power transmitter to the wireless power receiver through an out-of-band communication link (S2909).
  • the static state information of the wireless power transmitter may include at least one of transmitter power information, class information, hardware and software version information, information on the maximum number of supported wireless power receivers, and / or information on the number of wireless power receivers currently connected. It can be configured to include one.
  • the wireless power receiver monitors its real-time power reception state and charging state, and may transmit dynamic state information to the wireless power transmitter when a periodic or specific event occurs (S2911).
  • the dynamic state information of the wireless power receiver includes information on the rectifier output voltage and current, information on the voltage and current applied to the load, information on the internal measurement temperature of the wireless power receiver, and change of reference parameters for power control ( It may be configured to include at least one of the rectified voltage minimum value, the rectified voltage maximum value, the initially set preferred rectifier terminal voltage change value), the charging state information, system error information, alarm information.
  • the wireless power transmitter may perform power adjustment by changing a setting value included in the existing static state information when receiving reference parameter change information for power control.
  • the wireless power transmitter may control the wireless power receiver to start charging by issuing a predetermined control command through the out-of-band communication link (S2913).
  • the wireless power transmitter may dynamically control the transmission power by receiving the dynamic state information from the wireless power receiver (S2915).
  • the wireless power receiver may transmit the dynamic state information to the wireless power transmitter including data for identifying the system error and / or data indicating that the charging is completed ( S2917).
  • the system error may include overcurrent, overvoltage, overheating, and the like.
  • the out-of-band communication scheme applicable to the present invention may include Near Field Communication (NFC), Radio Frequency Identification (RFID), Bluetooth Low Energy (BLE), Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA), and Long LTE.
  • NFC Near Field Communication
  • RFID Radio Frequency Identification
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
  • Long LTE Long LTE.
  • Term Evolution / LTE-Advance communication and Wi-Fi communication.
  • FIG. 24 is a structural diagram illustrating a wireless power receiver including a magnetic security transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) combined antenna according to an embodiment of the present invention.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • the wireless power receiver 3000 may include a magnetic security transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) combined antenna 3010, a determination unit 3020, a switching unit 3030, and a first signal processing unit 3040. ), An MST module 3050, a second signal processor 3060, and a wireless charging module 3070.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • the magnetic secure transmission (MST) and the wireless power transmission (WPT) combined antenna 3010 may transmit and receive wireless signals.
  • the wireless signal may be a magnetic field signal generated by the combined antenna 3010.
  • the combined antenna 3010 may transmit and receive a magnetic field signal according to a situation, but the magnetic field signal may include only one of MST payment information and a wireless power signal.
  • the wireless power receiver 3000 may operate in the magnetic secure transmission (MST) mode when receiving the magnetic field signal including the MST payment information, and in the wireless power transmission mode when receiving the magnetic field signal including the wireless power signal. It can work.
  • MST magnetic secure transmission
  • the MST payment information may include credit card information by the MST module 3050 included in the wireless power receiver 3000 or information about a payment method corresponding to the credit card.
  • the wireless power signal may include a control signal and a power signal for wireless power transmission between the wireless power transceiver described with reference to FIGS. 1 and 16 to 23.
  • the combined antenna 3010 may transmit and receive a magnetic field signal with an MST reader (not shown).
  • the MST reader may be included in the payment terminal.
  • the payment terminal may include a POS (or CAT) system, for example, and may manage sales information through the POS system.
  • the payment terminal can generally be operated by a casher.
  • the payment terminal may receive the magnetic field signal generated from the combined antenna 3010 to decode the magnetic field signal, reconvert the decoded magnetic field signal into a digital signal, and transmit the same to the CPU of the payment terminal.
  • the combined antenna 3010 may also receive a wireless power signal from the wireless power transmitter.
  • the dual antenna 3010 is not limited to the wireless power transmission method.
  • the combined antenna 3010 may receive power by at least one of an electromagnetic induction method, an electromagnetic resonance method, an RF wireless power transmission method, or another wireless power transmission method.
  • a wireless power antenna that receives power according to an electromagnetic induction scheme may receive power by at least one of a Wireless Power Consortium (WPC) and / or a Power Matters Alliance (PMA).
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • a wireless power antenna that receives power according to an electromagnetic resonance method may receive power in a resonance method defined by an A4WP (Alliance for Wireless Power) standard apparatus.
  • A4WP Alliance for Wireless Power
  • the dual purpose antenna 3010 may include an inductor, and the inductor may include a loop having at least one winding.
  • the inductor of the combined antenna 3010 may be wound in a clockwise or counterclockwise direction and configured as a coil having a polygonal shape such as a circular, elliptical, or square shape.
  • inductance inductance
  • wireless charging module 3070 there may be a range in which a range of inductance (inductance) of the inductor required by the MST module 3050 and a range of inductance of the inductor required by the wireless charging module 3070 overlap.
  • the combined antenna 3010 of the present invention may have an inductance value within a range in which inductance ranges of inductors required by the MST module 3050 and the wireless charging module 3070 overlap.
  • the range of inductance required by both the MST module 3050 and the wireless charging module 3070 may be 10 to 13 uH.
  • the dual-use antenna 3010 of the present invention may have an inductance value within a range in which a range of inductance required by the MST module 3050 and the wireless charging module 3070 matches.
  • the determination unit 3020 may identify which of the MST payment information and the wireless power signal is the magnetic field signal received from the combined antenna 3010.
  • the inductance values required by the MST module 3050 and the wireless charging module 3070 are the same, the frequency characteristics of the magnetic field signals required by the MST module 3050 and the wireless charging module 3070 may be different.
  • the frequency characteristics of the magnetic field signal for operating in the magnetic secure transmission (MST) mode and the wireless power transfer mode may be different.
  • the determination unit 3020 may calculate a frequency characteristic of the received magnetic field signal and compare the frequency characteristic of the magnetic field signal corresponding to each of the MST module 3050 and the wireless charging module 3070.
  • the determination unit 3020 may compare the frequency characteristic of the magnetic field signal corresponding to each of the MST module 3050 and the wireless charging module 3070 with the frequency characteristic information previously stored in the internal or external memory of the determination unit 3020.
  • the frequency characteristic information may include a frequency band used, a bandwidth, a magnitude of a frequency, a phase of a frequency, and the like.
  • the determination unit 3020 may determine which of the MST module 3050 and the wireless charging module 3070 to transfer the magnetic field signal received through the comparison process.
  • the magnetic field signal received by the determination unit 3020 may be a ping signal or a beacon signal of a wireless power signal applicable to the WPC standard. When the received magnetic field signal matches the frequency characteristic of the ping signal or the beacon signal, the determination unit 3020 may determine the received magnetic field signal as a signal required for the operation of the wireless charging module 3070.
  • the switching unit 3030 is the first signal processing unit 3040 or the wireless charging module 3070 interlocking the received magnetic field signal according to the determination of the determination unit 3020 to the MST module 3050. (3060) can be delivered.
  • Each of the first signal processor 3040 and the second signal processor 3060 may perform a reconversion of the magnetic field signal according to a predefined data frame so that the MST module 3050 and the wireless charging module 3070 may process the same. have.
  • the second signal processor 3060 interworking with the wireless charging module 3070 may perform signal processing by ASK / FSK.
  • the MST module 3050 may control and manage the overall MST operation (hereinafter, referred to as "MST mode") that performs contactless payment.
  • the MST module 3050 may control a process of generating a magnetic field corresponding to information about a credit card or a payment method corresponding to the credit card.
  • the wireless charging module 3070 may manage overall operations for transmitting and receiving wireless power signals (hereinafter, referred to as a "wireless power transfer mode").
  • the rectifying unit may convert the current or voltage applied from the determining unit into a predetermined voltage according to the determined antenna mode.
  • the use of the combined antenna 3010 may also share a device such as a rectifying unit, thereby reducing the material cost, and minimizing the wireless power receiver by avoiding the use of overlapping devices.
  • FIG. 25 is a flowchart illustrating a control method of a wireless power receiver including a magnetic security transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) combined antenna according to an embodiment of the present invention.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • a dual purpose antenna for magnetic secure transmission (MST) and wireless power transmission (WPT) may receive a wireless signal (S3110).
  • the wireless signal received from the combined antenna may be a magnetic field signal generated by the combined antenna.
  • the magnetic field signal received by the combined antenna may include one of MST payment information and a wireless power signal.
  • the wireless power receiver may include a near field communication antenna (Near Field Communication, NFC antenna) with a combined antenna, the wireless power receiver MST mode to perform the MST payment, wireless power transmission mode to receive power wirelessly, It can operate in any one of the NFC mode to perform NFC.
  • NFC antenna Near Field Communication
  • the wireless power receiver may determine an antenna mode (wireless power transmission mode or magnetic secure transmission mode) based on the wireless signal (S3120).
  • the wireless signal may include any one of the MST payment information and the wireless power signal, but one wireless signal may not simultaneously include the MST payment information and the wireless power signal.
  • the wireless power receiver may determine the antenna mode based on the wireless signal received by the combined antenna.
  • the antenna mode included in the wireless power receiver may include an MST mode, a wireless power transmission mode, and an NFC mode.
  • the wireless power receiver may not operate in two or more modes of the MST mode, the wireless power transfer mode, and the NFC mode at the same time, and may operate in only one of them.
  • MST mode is a mode for transmitting and receiving payment information to the MST reader through the MST antenna
  • wireless power transmission mode is a mode for receiving power using a power signal received from a wireless power transmitter
  • NFC mode is a mode for performing NFC communication to be.
  • the wireless power receiver When the wireless power receiver receives a wireless signal from the dual antenna, it may determine which mode to operate.
  • the wireless power receiver may determine the antenna mode by using the magnitude of the voltage or current generated by the dual purpose antenna by the wireless signal.
  • the wireless power receiver may determine the MST mode when the magnitude of the voltage or current generated by the dual-use antenna is included in the preset first threshold range, and the magnitude of the voltage or current generated by the dual-use antenna is the second threshold. If included in the range, it may be determined as the wireless power transfer mode.
  • the first threshold range may be set by experiments relating to the magnitude of voltage or current that may be generated in a separate MST antenna, or may be set by standard specifications.
  • the second threshold range may be set by experiments relating to the magnitude of voltage or current that may be generated in a separate wireless power transmission antenna, or may be set by standard specifications.
  • the wireless power receiver may determine the antenna mode using an amount of change in voltage or current generated from the combined antenna.
  • the wireless power receiver may determine the antenna mode by using the period or frequency of the wireless signal.
  • the wireless signal including the wireless power signal and the wireless signal including the MST payment information may be transmitted and received according to a standard according to each standard or communication protocol.
  • the wireless power receiver may operate in the MST mode if the wireless power receiver corresponds to the MST standard by analyzing the period or the frequency of the wireless signal, and may operate in the wireless power transmission mode if the wireless power transmission standard corresponds.
  • the wireless signal received to determine the antenna mode may be a ping signal.
  • the wireless power receiver may operate in the wireless power transmission mode when the ping signal analyzed by analyzing the period or frequency of the ping signal from the combined antenna corresponds to the WPC standard.
  • the wireless power receiver may select a transmission path of the wireless signal according to the determined antenna mode (S3130).
  • the wireless power receiver may separately include respective MST modules and wireless power transmission modules (wireless charging modules) that control the MST mode and the wireless power transmission mode as a whole.
  • the wireless power receiver may select a path for transmitting a wireless signal to the MST module in the MST mode, and select a path for transmitting a wireless signal to the wireless charging module in the wireless power transmission mode.
  • the wireless power receiver may perform the wireless power transmission mode or the magnetic secure transmission mode, respectively (S3140).
  • the wireless power receiver may transmit and receive MST payment information with the MST reader according to the MST mode, and may charge power to an internal or external battery according to the wireless charging mode.
  • the combined antenna may receive a radio signal by different modulation and demodulation schemes according to the MST mode and the wireless power transmission mode, respectively. Therefore, in the MST mode and the wireless power transfer mode, the wireless power receiver may perform a different signal processing procedure for each signal.
  • the first signal processor interworking with the MST module may generate a first control signal by performing signal processing according to the MST standard, and the second signal processor interworking with the wireless charging module performs signal processing according to the wireless power transmission standard. To generate a second control signal.
  • FIG. 26 is a diagram for explaining an operation of distinguishing a wireless communication signal received from a magnetic security transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) combined antenna according to an embodiment of the present invention.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • the wireless power receiver calculates a magnetic field signal received by a magnetic security transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) combined antenna (hereinafter, referred to as a "combined antenna") to determine characteristics of the received magnetic field signal. To determine the antenna mode.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • the magnetic field signal may be transmitted and received according to circumstances, the magnetic field signal may include only one of the MST payment information and the wireless power signal.
  • FIG. 26 it is a frequency graph of a first magnetic field signal including MST payment information.
  • the x-axis may have time as a variable and the y-axis may have the magnitude or phase of a magnetic field signal as a variable.
  • the first magnetic field signal may be generated from a combined antenna, for example, the first magnetic field signal may have a bandwidth corresponding to a pulse timing of 10 to 60 ms in relation to the interval 3211 between the signals.
  • the length 3212 of the first magnetic field signal itself may have a preset number of bytes including various information according to the data frame structure, and the size 3213 of the first magnetic field signal may also have a preset size.
  • FIG. 26B it is a frequency graph of the second magnetic field signal including the wireless power signal.
  • the x-axis may have time as a variable and the y-axis may have the magnitude or phase of a magnetic field signal as a variable.
  • the second magnetic field signal may receive a ping signal or a beacon signal according to various types of wireless power transmission schemes.
  • the second magnetic field signal may be a ping signal, and an interval 3221 between the ping signals, a length 3222 of the signal, and a size 3223 of the signal may be preset.
  • the operating frequency band of the electromagnetic induction method is the LF band, which may vary from several hundred KHz according to the standard.
  • the electromagnetic induction method according to the WPC standard may use a frequency band of 110 to 205 KHz, and the electromagnetic induction method according to the PMA standard may use 232 to 278 KHz or 205 to 300 KHz frequency band.
  • the second magnetic field signal based on the electromagnetic resonance method may be a beacon signal, and the interval 3221 between the beacon signals, the length 3222 of the signal, and the size 3223 of the signal may be preset.
  • the operating frequency of the electromagnetic resonance method may be 6.78 MHz or 13.56 MHz in the HF band.
  • the wireless power receiver may calculate a characteristic of the magnetic field signal received from the dual-use antenna, and determine the antenna mode by comparing the characteristic of the calculated signal with the characteristic of the first magnetic field signal or the characteristic of the second magnetic field signal.
  • the wireless power receiver may determine the antenna mode using the magnitude of the voltage or current generated from the combined antenna.
  • the wireless power receiver may determine the first magnetic field signal including the MST payment information when the magnitude of the voltage or current generated by the dual purpose antenna is included in the first threshold range by the magnetic field signal received by the dual purpose antenna.
  • the wireless power receiver may determine the second magnetic field signal including the wireless power signal when the magnitude of the voltage or current generated by the dual purpose antenna is included in the second threshold range by the magnetic field signal received by the dual purpose antenna.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating an antenna arrangement according to the use of a magnetic security transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) antenna according to an embodiment of the present invention.
  • MST magnetic security transmission
  • WPT wireless power transmission
  • the first wireless power receiver 3310 may include all of the wireless power antenna 3311, the MST antenna 3312, and the NFC antenna 3313.
  • the wireless power receiver can perform three modes.
  • the NFC antenna 3313 since the NFC antenna 3313 has a higher frequency band than the wireless power antenna 3311, the NFC antenna 3313 may be disposed in a conductive pattern in a rectangular shape along the outer edge of the wireless power antenna 3311. Since the wireless power antenna 3311 performs power transmission and uses a lower frequency band than the NFC antenna 3313, the wireless power antenna 3311 may be disposed of the NFC antenna 3313. In addition, the MST antenna may be disposed in an area between the NFC antenna 3313 and the wireless power antenna 3311.
  • the second wireless power receiver 3320 may be a magnetic secure transmission (MST) and a wireless power transmission (WPT) combined antenna 3321 (hereinafter, referred to as “a combined antenna”). And an NFC antenna 3323.
  • MST magnetic secure transmission
  • WPT wireless power transmission
  • the second wireless power receiver 3320 may include a combined antenna 3321 to relatively reduce the arrangement space of the antenna than the first wireless power receiver 3310.
  • the feature that the arrangement space of the antenna is reduced increases the placement distance between the combined antenna 3321 and the NFC antenna 3323, and as the placement distance is increased, interference of signals between antennas can be reduced.
  • a feature of reducing interference is that interference of signals in a magnetic field region may affect each other in a multiplication (integer multiple) frequency band, thereby solving a problem of deterioration that may occur.
  • the three antennas included in the first wireless power receiver 3310 need an antenna terminal for transmitting a signal generated from each antenna.
  • the second wireless power receiver 3320 may reduce the space occupied by the antenna terminal by sharing the required antenna terminals (MST antenna terminal and wireless power terminal). The reduced space can help miniaturize the wireless power receiver and allow other circuitry to use the space.
  • the second wireless power receiver 3320 may increase the number of devices that can be shared by using the combined antenna 3321.
  • a rectifier or a converter that may be directly connected to the combined antenna 3321 may be shared and used in an MST mode or a wireless power transmission mode.
  • the method according to the embodiment described above may be stored in a computer-readable recording medium that is produced as a program for execution on a computer, and examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape , Floppy disks, optical data storage devices, and the like, and also include those implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet).
  • the computer readable recording medium can be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing the above-described method may be easily inferred by programmers in the art to which the embodiments belong.
  • the present invention can be applied to a multi-mode antenna for wireless charging and a wireless power receiver using the same.

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Abstract

본 발명은 멀티 모드 안테나 및 그것이 장착된 무선 전력 수신 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판과 무선 충전을 위해 상기 인쇄 회로 기판의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나와 제1 근거리 무선 통신을 위해 상기 제1 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나와 제2 근거리 무선 통신을 위해 상기 제2 안테나와 중첩되지 않도록 상기 제2 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나와 상기 제1 안테나에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자를 포함하고, 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치될 수 있다.

Description

멀티 모드 안테나 및 그것을 이용한 무선 전력 수신 장치
본 발명은 무선 충전 기술에 관한 것으로서, 상세하게 무선 충전 및 근거리 무선 통신을 위한 멀티 모드 안테나 및 그것이 장착된 무선 전력 수신 장치를 제공하는 것이다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저, 고주파, 마이크로웨이브와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.
자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.
단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 챠량, IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
일반적으로, 무선 전력 송신 장치에는 무선 전력 전송을 위한 코일-이하, 송신 코일이라 명함-이 구비되고, 무선 전력 수신 장치에는 무선 전력을 수신하기 위한 안테나-이하, 수신 코일이라 명함-이 구비된다.
또한, 최근에는 근거리 무선 통신 및 무선 충전 기능이 탑재된 전자 기기가 출시되고 있으며, 그에 따라 통합된 안테나 모듈에 연구가 활발히 진행되고 있다.
이와 관련하여 한국공개특허번호 10-2015-0028042 "멀티모드 무선전력 수신기기 및 그 무선전력 수신방법"에는 NFC 통신과 멀티 모드 무선 충전이 가능한 무선 전력 수신기가 개시된 바 있다.
하지만, 종래의 멀티 모드 무선 전력 수신 장치의 안테나는 안테나 사이의 간섭 현상을 고려하지 않아, 무선 충전 효율 및 근거리 무선 통신의 인식 성능이 열화되는 문제점이 있었다.
휴대폰, 노트북과 같은 휴대용 단말은 전력을 저장하는 배터리와 배터리의 충전 및 방전을 위한 회로를 포함한다. 이러한 단말의 배터리가 충전되려면, 외부의 충전기로부터 전력을 공급받아야 한다.
일반적으로 배터리에 전력을 충전시키기 위한 충전장치와 배터리 간의 전기적 연결방식의 일 예로, 상용전원을 공급받아 배터리에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리의 단자를 통해 배터리로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 들 수 있다. 이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한 단자공급방식은 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재 발생, 자연방전, 배터리의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.
최근 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전력을 전송하는 방식을 이용한 충전시스템(이하 "무선 충전 시스템"이라 칭함.)과 제어방법들이 제시되고 있다. 또한, 무선 충전 시스템이 과거에는 일부 단말에 기본 장착되지 않고 소비자가 별도 무선 충전 수신기 액세서리를 별도로 구매해야 했기에 무선 충전 시스템에 대한 수요가 낮았으나 무선 충전 사용자가 급격히 늘어날 것으로 예상되며 향후 단말 제조사에서도 무선충전 기능을 기본 탑재할 것으로 예상된다.
일반적으로 무선 충전 시스템은 무선 전력 전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선 전력 수신기로 구성된다.
이러한 무선 충전 시스템은 적어도 하나의 무선 전력 전송 방식(예를 들어, 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 등)에 의해 전력을 전송할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 전송 방식은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기 유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무선 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 전자기 유도 방식의 무선 전력 전송 표준은 WPC(Wireless Power Consortium) 또는/및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 무선 전력 송신기의 송신 코일에 의해 발생되는 자기장을 특정 공진 주파수에 동조하여 근거리에 위치한 무선 전력 수신기에 전력을 전송하는 전자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식이 이용될 수도 있다. 여기서, 전자기 공진 방식은 무선 충전 기술 표준 기구인 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
또 다른 일 예로, 무선 전력 전송 방식은 RF 신호에 저전력의 에너지를 실어 원거리에 위치한 무선 전력 수신기로 전력을 전송하는 RF 무선 전력 전송 방식이 이용될 수도 있다.
한편, 단말은 무선 충전 시스템과 함께 핀테그(fintech)에 따른 결제 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단말은 마그네틱 보안 전송(Magnetic Secure Transmission, MST) 또는 NFC(Near Field Communication) 등과 같은 결제 시스템을 포함할 수 있다. 이에 따라, 단말은 무선 충전 시스템을 위한 안테나와 다양한 종류의 결제 시스템을 위한 각각의 안테나를 모두 탑재할 수 있다.
무선 충전 시스템을 위한 안테나와 다양한 종류의 결제 시스템을 위한 복수의 안테나는 각각 미리 규정된 무선 통신 규격을 가질 수 있으나, 서로 다른 물리적 특성을 가진 무선 통신 신호 사이에도 간섭이 발생할 수 있는 문제가 있다.
또한, 하나의 단말에 여러 안테나가 탑재되어야 하는 환경에서 배치되는 공간적 제한이 있을 수 있으며, 무선 충전 시스템과 다양한 종류의 결제 시스템 상호간 각각의 동작을 구분할 필요가 있다.
따라서, 하나의 단말에 탑재되는 복수의 안테나 설치의 부담을 경감시키고, 각각의 동작을 구분하기 위한 구체적인 방법이 필요하다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 멀티 모드 안테나 및 그것을 이용한 무선 전력 수신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 안테나 사이의 간섭 현상을 최소화시킴으로써 무선 충전 효율 및 인식 성능을 극대화시키는 것이 가능한 멀티 모드 안테나 모듈 및 해당 멀티 모드 안테나 모듈이 장착되는 무선 수신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나의 코일 자체의 저항을 감소시킴으로써 인식 감도 내지 성능을 높일 수 있는 멀티 모드 안테나 모듈 및 해당 멀티 모드 안테나 모듈이 장착되는 무선 수신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 마그네틱 보안 전송(Magnetic Secure Transmission, MST) 및 무선 전력 전송(Wireless Power Transmission, WPT) 겸용 안테나를 포함하는 무선 전력 수신기의 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나의 안테나가 무선 충전 시스템을 위한 동작과 핀테크에 따른 결제 시스템을 위한 동작을 한번에 수행할 수 있는 겸용 안테나를 포함하여 복수의 안테나 배치의 어려움을 해소하고, 겸용 안테나를 사용하여 다양한 시스템의 동작을 구분하는 구체적인 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 멀티 모드 안테나 및 그것이 장착된 무선 전력 수신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판과 무선 충전을 위해 상기 인쇄 회로 기판의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나와 제1 근거리 무선 통신을 위해 상기 제1 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나와 제2 근거리 무선 통신을 위해 상기 제2 안테나와 중첩되지 않도록 상기 제2 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나와 상기 제1 안테나에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자를 포함하고, 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제1 연결 패턴이 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 중첩되지 않도록 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)이고, 제2 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)일 수 있다.
또한, 상기 제1 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)이고, 제2 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)일 수 있다.
또한, 상기 제2 안테나와 상기 제3 안테나 사이의 이격 거리는 최소 1밀리미터(mm) 이상일 수 있다.
이때, 상기 제2 안테나와 상기 제3 안테나 사이의 이격 거리의 편차가 소정 기준치 이하가 유지되도록 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나가 상기 인쇄 회로 기판에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 안테나와 상기 제2안테나의 이격 거리는 최소 0.5밀리미터(mm) 이상일 수 있다.
여기서, 상기 제1 안테나와 상기 제2안테나의 이격 거리의 편차가 소정 기준치 이하로 유지되도록 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나가 상기 인쇄 회로 기판에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 안테나는 상기 인쇄 회로 기판의 양면에 각각 패턴 인쇄되고, 상기 인쇄 회로 기판에 배치된 관통 구멍을 통해 상기 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다.
또한, 상기 제1 안테나는 내직경을 가지는 원형 패턴으로 인쇄되고, 상기 제1 연결 단자는 상기 내직경 내 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 연결 단자는 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 인쇄 회로 기판과 무선 충전을 위해 상기 인쇄 회로 기판의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나와 제1 근거리 무선 통신을 위해 상기 제1 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나와 제2 근거리 무선 통신을 위해 상기 제2 안테나와 중첩되지 않도록 상기 제2 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나와 상기 제1 안테나에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자를 포함하는 멀티 모드 안테나 모듈와 상기 제1 연결 단자 및 제2 연결 단자를 통해 상기 멀티 모드 안테나 모듈로부터 신호를 수신하는 제어 회로 기판을 포함하고, 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판과 무선 충전을 위해 상기 인쇄 회로 기판의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나와 제1 근거리 무선 통신을 위해 상기 제1 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나와 제2 근거리 무선 통신을 위해 상기 제2 안테나와 중첩되지 않도록 상기 제2 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나와 상기 제1 안테나에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자를 포함하고, 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치되고, 상기 제3 안테나는, 상기 제3 안테나의 코일의 길이 방향을 따라 배치되는 슬릿을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 슬릿은, 상기 코일의 선폭이 0.5mm 이상일때, 상기 슬릿의 폭이 0.1mm이상이 되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 슬릿은, 상기 코일의 선폭에 대해 상기 슬릿의 폭의 비율이 20% 이상이 되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 슬릿은, 상기 코일의 길이 방향을 따라 복수의 슬릿들이 연속적으로 배치되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 안테나는, 외측 코일 및 내측 코일을 포함하고, 상기 외측 코일에 배치된 슬릿의 선폭은 상기 내측 코일에 배치된 슬릿의 선폭보다 클 수 있다.
또한, 상기 슬릿은, 상기 코일의 한 변의 중앙선을 중심으로 외곽으로 갈수록 상기 슬릿의 선폭이 감소되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 안테나는, 외측 코일 및 내측 코일을 포함하고, 상기 외측 코일에 배치된 슬릿의 평균 선폭은 상기 내측 코일에 배치된 슬릿의 평균 선폭보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1 연결 패턴이 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 중첩되지 않도록 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)이고, 제2 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)일 수 있다.
또한, 상기 제1 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)이고, 제2 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)일 수 있다.
또한, 상기 제2 안테나와 상기 제3 안테나 사이의 이격 거리는 최소 1밀리미터(mm) 이상일 수 있다.
이때, 상기 제2 안테나와 상기 제3 안테나 사이의 이격 거리의 편차가 소정 기준치 이하가 유지되도록 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나가 상기 인쇄 회로 기판에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 안테나와 상기 제2안테나의 이격 거리는 최소 0.5밀리미터(mm) 이상일 수 있다.
여기서,상기 제1 안테나와 상기 제2안테나의 이격 거리의 편차가 소정 기준치 이하로 유지되도록 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나가 상기 인쇄 회로 기판에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 안테나는 상기 인쇄 회로 기판의 양면에 각각 패턴 인쇄되고, 상기 인쇄 회로 기판에 배치된 관통 구멍을 통해 상기 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다.
또한, 상기 제1 안테나는 내직경을 가지는 원형 패턴으로 인쇄되고, 상기 제1 연결 단자는 상기 내직경 내 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 연결 단자는 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 인쇄 회로 기판과 무선 충전을 위해 상기 인쇄 회로 기판의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나와 제1 근거리 무선 통신을 위해 상기 제1 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나와 제2 근거리 무선 통신을 위해 상기 제2 안테나와 중첩되지 않도록 상기 제2 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나와 상기 제1 안테나에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자를 포함하는 멀티 모드 안테나 모듈와 상기 제1 연결 단자 및 제2 연결 단자를 통해 상기 멀티 모드 안테나 모듈로부터 신호를 수신하는 제어 회로 기판을 포함하고, 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치되고, 상기 제3 안테나는, 상기 제3 안테나의 코일의 길이 방향을 따라 배치되는 슬릿을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 마그네틱 보안 전송(Magnetic Secure Transmission, MST)과 무선 전력 전송(Wireless Power Transmission, WPT)을 위한 겸용 안테나; 상기 겸용 안테나를 통해 수신 되는 무선 신호에 기반하여 안테나 모드를 결정하는 판단부; 및 상기 결정된 안테나 모드에 따라 상기 무선 신호의 전송 경로를 선택하는 스위칭부; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 무선 전력 수신기는 근거리 통신(Near Field Communication, NFC) 안테나; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 판단부는, 상기 무선 신호에 의해 상기 겸용 안테나에서 발생되는 전류 또는 전압의 크기를 이용하여 안테나 모드를 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 판단부는, 상기 무선 신호에 의해 상기 겸용 안테나에서 발생되는 전류 또는 전압의 변화량을 이용하여 안테나 모드를 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 판단부는, 상기 겸용 안테나로부터 수신하는 핑(ping) 신호를 이용하여 안테나 모드를 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 판단부는, 상기 핑 신호의 주기 또는 주파수를 이용하여 안테나 모드를 결정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 안테나 모드는 마그네틱 보안 전송 모드 및 무선 전력 전송 모드를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 마그네틱 보안 전송 모드로 결정되는 경우, 상기 판단부로부터 상기 무선 신호를 전달 받는 제1신호처리부; 상기 무선 전력 전송 모드로 결정되는 경우, 상기 판단부로부터 상기 무선 신호를 전달 받는 제2신호처리부; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 무선 전력 수신기는 상기 제1신호처리부로부터 생성된 제1제어 신호를 수신하는 MST 모듈; 및 상기 제2신호처리부로부터 생성된 제2제어 신호를 수신하는 무선 충전 모듈; 을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 판단부로부터 인가 받은 전압을 상기 안테나 모드에 따라 각각 정해진 전압으로 변환하는 정류부; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 겸용 안테나가 상기 안테나 모드의 종료를 지시하는 메시지를 포함하는 무선 신호를 수신하는 경우, 상기 스위칭부는 상기 선택된 전송 경로를 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기 제어 방법은, 마그네틱 보안 전송(Magnetic Secure Transmission, MST)과 무선 전력 전송(Wireless Power Transmission, WPT)을 위한 겸용 안테나가 무선 신호를 수신하는 단계; 상기 무선 신호에 기반하여 안테나 모드를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 안테나 모드에 따라 상기 무선 신호의 전송 경로를 선택하는 스위칭하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 겸용 안테나는 근거리 통신(Near Field Communication, NFC) 안테나를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 안테나 모드를 결정하는 단계는, 상기 무선 신호에 의해 상기 겸용 안테나에서 발생되는 전류 또는 전압의 크기를 이용하여 안테나 모드를 결정하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 안테나 모드를 결정하는 단계는, 상기 무선 신호에 의해 상기 겸용 안테나에서 발생되는 전류 또는 전압의 변화량을 이용하여 안테나 모드를 결정하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 안테나 모드를 결정하는 단계는, 상기 겸용 안테나로부터 수신하는 핑(ping) 신호를 이용하여 안테나 모드를 결정하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 안테나 모드를 결정하는 단계는, 상기 핑 신호의 주기 또는 주파수를 이용하여 안테나 모드를 결정하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 안테나 모드를 결정하는 단계는, 마그네틱 보안 전송 모드 및 무선 전력 전송 모드 중 어느 하나로 결정하는 단계; 를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 마그네틱 보안 전송 모드로 결정하는 경우, 상기 스위칭부를 통해 제1신호처리부가 상기 무선 신호를 전달 받는 단계; 및 상기 무선 전력 전송 모드로 결정하는 경우, 상기 스위칭부를 통해 제2신호처리부가 상기 무선 신호를 전달 받는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, MST 모듈이 상기 제1신호처리부로부터 생성된 제1제어 신호를 수신하는 단계; 및 무선 충전 모듈이 상기 제2신호처리부로부터 생성된 제2제어 신호를 수신하는 단계; 을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 정류부가 상기 판단부로부터 인가 받은 전압을 상기 안테나 모드에 따라 각각 정해진 전압으로 변환하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 겸용 안테나가 상기 안테나 모드의 종료를 지시하는 메시지를 포함하는 무선 신호를 수신하는 경우, 상기 스위칭부가 상기 선택된 전송 경로를 차단하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명은 상기 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 멀티 모드 안테나 및 그것을 이용한 무선 전력 수신 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 안테나 사이의 간섭 현상을 최소화시킴으로써 무선 충전 효율 및 인식 성능을 극대화시키는 것이 가능한 멀티 모드 안테나 모듈 및 해당 멀티 모드 안테나 모듈이 장착되는 무선 수신 장치를 제공하는 장점이 있다.
아울러, 본 발명은 안테나의 코일 내부에 슬릿을 배치하여 코일 자체의 저항을 감소시킴으로써 인식 감도 내지 성능을 높일 수 있는 멀티 모드 안테나 모듈 및 해당 멀티 모드 안테나 모듈이 장착되는 무선 수신 장치를 제공하는 장점이 있다.
본 발명은 공간적인 한계에 있어 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나를 사용함으로써 하나의 단말로의 배치의 부담을 경감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나를 사용함으로써 공간적 여유가 생겨 겸용 안테나 이외의 안테나 사이에서 발생할 수 있는 간섭을 경감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나를 사용함으로써 안테나 이외 동일한 동작을 수행하는 소자를 공유할 수 있다.
또한, 본 발명은 소자 공유를 통해 요구되는 부품 수를 줄일 수 있고, 소자 공유에 따른 단말에 공간적 여유가 발생하여 소형화가 가능하다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 계층 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈이 장착된 무선 전력 수신 장치에서의 마그네틱 보안 전송의 인식 영역을 보여주는 실험 결과이다.
도 9는 다양한 NFC 표준 타입에 대한 개선전과 개선후의 인식 거리를 비교하기 위한 실험 결과 테이블이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 11 내지 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 17은 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 18은 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 충전 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나를 포함하는 무선 전력 수신기를 설명하기 위한 구조도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나를 포함하는 무선 전력 수신기의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나로부터 수신된 무선 통신 신호를 구별하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나 사용에 따른 안테나 배치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판과 무선 충전을 위해 상기 인쇄 회로 기판의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나와 제1 근거리 무선 통신을 위해 상기 제1 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나와 제2 근거리 무선 통신을 위해 상기 제2 안테나와 중첩되지 않도록 상기 제2 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나와 상기 제1 안테나에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자를 포함하고, 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신기(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신기(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 전자기기(30)에는 충전용 배터리인 부하(미도시)가 장착될 수 있으며, 수신된 전력은 전자기기(30)의 부하에 충전될 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(10)과 무선 전력 수신기(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수로 신호를 변조하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.
인밴드 통신에 있어서, 무선 전력 송신기(10)에 의해 송출된 전력 신호(41)가 무선 전력 수신기(20)에 수신되면, 무선 전력 수신기(20)은 수신된 전력 신호를 변조하고, 변조된 신호(42)를 무선 전력 송신기(10)으로 전송할 수 있다.
다른 일예로, 무선 전력 송신기(10)과 무선 전력 수신기(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 주파수를 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(10)과 무선 전력 수신기(20) 사이에 교환되는 정보는 식별 정보, 구성 정보, 상태 정보 및 각종 제어 정보 등을 포함될 수 있다. 여기서, 송수신단 사이에 교환되는 세부 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
무선 충전 시스템에서의 통신은 전이중 방식의 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신기(20)이 무선 전력 송신기(10)으로만 정보를 전송하는 통신 방식일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신기(10)이 무선 전력 수신기(20)으로 정보를 전송하는 통신 방식일 수도 있다.
반이중 양방향 통신 방식은 무선 전력 수신기(20)과 무선 전력 송신기(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 통신 방식일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(20)는 무선 전력 수신을 위한 전력 수신 안테나뿐만 아니라 NFC(Near Field Communication) 또는 RFID(Radio Frequency Identification) 통신 안테나, 블루투스 통신 안테나 등과 같은 근거리 무선 통신을 위한 근거리 통신 안테나 및 금융, 결재 등과 같은 보안 통신을 위한 보안 통신 안테나 등을 포함하여 구성될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 크게 멀티 모드 안테나 모듈(210), 제어 회로 기판(220) 및 부하(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
멀티 모드 안테나 모듈(210)은 복수의 안테나와 연결 단자를 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 복수의 안테나는 무선 전력 수신을 위한 무선 전력 수신 안테나(211), 근거리 무선 통신을 위한 근거리 통신 안테나(212) 및 보안 통신을 위한 보안 통신 안테나(213)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계 목적에 따라 안테나가 추가될 수도 있다. 또한, 연결 단자는 안테나 리드선을 체결시키기 위해 구성될 수 있다. 안테나 사이의 간섭을 최소화시키고 인쇄 회로 기판상에서 소자의 배치 면적을 최소화시키기 위해 복수의 연결 단자가 물리적으로 이격되게 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 무선 전력 수신 안테나(211)의 리드선이 제1 연결 단자(214)에 체결되고, 근거리 통신 안테나(212) 및 보안 통신 안테나(213)의 리드선은 제2 연결 단자(215)에 체결되는 것을 예를 들어 설명하기로 한다.
인쇄 회로 기판상에 인쇄된 안테나 패턴의 배치 형태는 후술할 도면들을 통해 보다 명확해질 것이다.
무선 전력 수신 안테나(211)를 통해 수신된 무선 전력 신호는 제1 연결 단자(214)를 통해 제어 회로 기판(220)에 구비된 전력 수신부(221)에 전달될 수 있다.
전력 수신부(221)는 무선 전력 수신 안테나(211)를 통해 수신된 교류 전력 신호를 직류 전력 신호로 변환하는 정류기(미도시), 정류기 출력 직류 전압을 부하에 의해 요구되는 특정 직류 전압으로 변환하는 직류-직류 변환기(미도시) 등의 하드웨어 소자뿐만 아니라 소정 소프트웨어가 탑재되어 실시간 전력 수신 상태를 모니터링하여 전력 제어를 수행하는 마이크로 프로세서 또는 제어기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 수신 장치(200)가 무선 전력 송신 장치와 인밴드 통신을 수행하는 경우, 전력 수신부(221)는 제어기(미도시), 수신된 전력 신호로부터 제어 신호를 복호하는 복호기(미도시), 제어기에 의해 생성된 소정 상태 정보 및 제어 신호를 변조하여 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신 장치에 전송하는 변조기 등을 포함하여 구성될 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 수신 장치(200)가 무선 전력 송신 장치와 대역외 통신을 수행하는 경우, 전력 수신부(221)는 별도 구비된 대역외 통신 안테나(미도시)를 통해 수신되는 각종 제어 신호를 복조하고, 내부 생성된 제어 메시지를 변조한 후 대역외 통신 안테나를 통해 변조된 신호가 송출되도록 제어하는 통신부(미도시)를 포함할 수 있다. 물론, 대역외 통신 안테나로 근거리 통신 안테나(212)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전력 수신부(221)는 처리된 무선 전력 신호를 부하(230)로 전달할 수 있다.
또한, 전력 수신부(221)는 부하(230)의 현재 충전 상태, 내부 온도, 정류기 출력 전압의 세기 등에 따라 동적으로 부하(230)에 전달되는 전력량 및 무선 전력 송신 장치에 요구하는 전력량을 제어할 수 있다.
근거리 통신 안테나(212)를 통해 수신된 무선 신호는 제2 연결 단자(215)를 통해 제어 회로 기판(220)에 탑재된 근거리 통신부(222)에 전달될 수 있다.
근거리 통신부(222)는 제어기(미도시), 수신된 무선 신호를 복호하여 제어기로 전달하는 복호기(미도시), 제어기(미도시)에 의해 생성된 메시지를 무선 신호로 변조하여 제2 연결 단자(215)를 통해 근거리 통신 안테나(212)에 전달하는 변조기(미도시) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 근거리 통신부(222)는 NFC 신호를 처리할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 블루투스 통신 신호 등을 더 처리할 수도 있다.
보안 통신 안테나(213)를 통해 수신된 무선 신호는 제2 연결 단자(215)를 통해 제어 회로 기판(220)에 탑재된 보안 통신부(223)에 전달될 수 있다.
보안 통신부(223)는 제어기(미도시), 수신된 무선 신호를 복호하여 제어기로 전달하는 복호기(미도시), 제어기에 의해 생성된 메시지를 무선 신호로 변조하여 제2 연결 단자(215)를 통해 보안 통신 안테나(213)로 전송하는 변조기(미도시) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 보안 통신부(223)에는 모바일 결재를 위해 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission) 방식의 신호 처리 기능이 탑재될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 애플페이 또는(및) 구글(안드로이드)페이와 같은 다양한 형태의 핀테크 기술이 탑재될 수도 있음을 주의해야 한다.
일 실시예로, 멀티 모드 안테나 모듈(210)과 제어 회로 기판(220) 사이에는 차폐제가 배치될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 멀티 모드 안테나 모듈(300)은 인쇄 회로 기판(360), 제1 안테나(310), 제2 안테나(320), 제3 안테나(330), 제1 연결 단자(340) 및 제2 연결 단자(350)를 포함하여 구성될 수 있다.
상세하게, 본 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈(300)은 인쇄 회로 기판(360), 무선 충전을 위해 인쇄 회로 기판(360)의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나(310), 제1 근거리 무선 통신을 위해 제1 안테나(310)의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나(320), 제2 근거리 무선 통신을 위해 제2 안테나(320)와 중첩되지 않도록 제2 안테나(320)의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나(330), 제1 안테나(310)에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자(340) 및 제2 안테나(320) 및 상기 제3 안테나(330)에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자(350)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1 연결 단자(340)와 제2 연결 단자(350)가 인쇄 회로 기판(350)에 물리적으로 분리 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 연결 패턴이 제2 안테나(320) 및 제3 안테나(330)에 중첩되지 않도록 제1 연결 단자(340)와 제2 연결 단자(350)가 인쇄 회로 기판(360)상에서 물리적으로 분리 배치될 수 있다.
각 안테나의 연결 패턴은 해당 안테나의 양단에서 연장되는 리드선으로 형성되거나 해당 안테나의 특정 위치에서 분기되어 형성될 수 있다. 여기서, 각 안테나의 연결 패턴 및 연결 단자가 배치되는 위치는 연결 패턴의 길이가 최소화되도록 배치될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)이고, 상기 제2 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)일 수 있다. 여기서, MST는 3.24MHz 대역에서 동작하고, NFC는 13.56MHz 대역에서 동작할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 제1 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)이고, 상기 제2 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)일 수도 있다.
또 다른 일 예로, 상기 제1 근거리 무선 통신 및 상기 제2 근거리 무선 통신은 각각 NFC, RFID 통신, 블루투스 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신, MST 통신, 애플페이 통신, 구글페이 통신 중 어느 하나에 대응될 수도 있다.
제2 안테나(320)와 제3 안테나(330) 사이의 이격 거리가 최소 1밀리미터(mm) 이상이 유지되도록 인쇄 회로 기판(360)에 해당 안테나의 패턴이 배치될 수 있다. 이때, 제2 안테나(320)와 제3 안테나(330)의 사이의 이격 거리에 대한 편차가 소정 제1 기준치 이하가 유지되도록 제2 안테나(320) 및 제3 안테나(330)가 인쇄 회로 기판(360)에 배치될 수 있다.
또한, 제1 안테나(310)와 제2 안테나(320) 사이의 이격 거리는 최소 0.5밀리미터(mm) 이상이 유지되도록 인쇄 회로 기판(360)에 해당 안테나의 패턴이 배치될 수 있다. 이때, 제1 안테나(310)와 제2 안테나(320)의 사이의 이격 거리에 대한 편차가 소정 제2 기준치 이하가 유지되도록 제1 안테나(310) 및 제2 안테나(320)가 인쇄 회로 기판(360)에 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 안테나(310)는 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제1 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
다른 일 예로, 제2 안테나(320)는 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제2 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
또 다른 일 예로, 제3 안테나(330)는 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제3 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
또 다른 일 예로, 제1 안테나(310), 제2 안테나(320), 제3 안테나(330) 중 적어도 하나의 안테나가 인쇄 회로 기판(360)의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(360)에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 해당 안테나 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 해당 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 안테나(310)는 소정 내직경을 가지는 원형 패턴으로 인쇄 회로 기판(360)에 인쇄될 수 있으며, 상기 제1 연결 단자는 상기 내직경 외부에 배치될 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 후술할 도면을 통해 다양한 배치 형태를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
상기 도 3과 비교하면, 도 4에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈(400)은 제1 연결 단자(450)와 제2 연결 단자(460)가 물리적으로 분리되어 인쇄회로 기판(410)에 배치되는 점은 유사하나, 제2 연결 단자(450)의 배치 위치가 제2 안테나(420)와 제3 안테나(430) 사이에 배치되는 차이점이 있다.
상기 도 3과 비교하면, 상기 도 4에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈(400)은 제2 안테나(420)에 상응하는 제2 연결 패턴이 제3 안테나(430)에 중첩되지 않으므로, 제2 안테나(420)와 제3 안테나(430)상에서 서로의 자기장 필드에 의해 발생되는 간섭 현상을 최소화시킬 수 있다.
또한, 상기 도 4에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈(400)은 제2 안테나(420)와 제2 연결 단자(450) 사이의 거리를 최소화시킬 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
상기 도 3과 비교하면, 도 5에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈(500)은 제1 연결 단자(550)와 제2 연결 단자(560)가 물리적으로 분리되어 인쇄회로 기판(510)에 배치되는 점은 유사하나, 제1 연결 단자(540)의 배치 위치가 제1 안테나(510)의 내경 내에 배치되는 차이점이 있다.
상기 도 3과 비교하면, 상기 도 5에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈(500)은 제1 안테나(510)와 제2 안테나(520) 사이의 공간을 확보하고, 제1 안테나(510)의 유휴 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 제2 안테나(520)와의 이격 거리를 증가시킴으로써, 제1 안테나(510)에 의한 간섭 현상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 6는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
상기 도 3과 비교하면, 도 6에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈(600)은 제1 연결 단자(650)와 제2 연결 단자(660)가 물리적으로 분리되어 인쇄회로 기판(610)에 배치되는 점은 유사하나, 제1 연결 단자(640)의 배치 위치가 제1 안테나(610)의 내경 내에 배치되고, 제2 연결 단자(650)가 제2 안테나(620)와 제3 안테나(630) 사이에 배치되는 차이점이 있다.
또한, 상기 도 3과 비교하면, 상기 도 6에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈(600)은 제1 안테나(610)와 제2 안테나(620) 사이의 공간을 확보하고, 제1 안테나(610)의 유휴 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 제2 안테나(620)와의 이격 거리를 증가시킴으로써, 제1 안테나(610)에 의한 간섭 현상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 도 3과 비교하면, 상기 도 6에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈(600)은 제2 안테나(620)에 상응하는 제2 연결 패턴이 제3 안테나(630)에 중첩되지 않으므로, 제2 안테나(420)와 제3 안테나(430)상에서 서로의 자기장 필드에 의해 발생되는 간섭 현상을 최소화시킬 수 있다.
또한, 상기 도 6에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈(600)은 제2 안테나(620)와 제2 연결 단자(650) 사이의 거리를 최소화시킬 수도 있다.
상기한 도 2 내지 도 6의 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈은 연결 단자의 분할 배치를 통해 서로 다른 동작 주파수를 가지는 안테나 사이에서 발생되는 주파수 천이 현상을 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라 근거리 무선 통신-예를 들면, NFC, MST 등을 포함함-의 인식률을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 2 내지 도 6의 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈은 연결 단자의 분할 배치를 통해 안테나 사이의 간섭을 최소화시킴으로써, 안테나 저항이 감소되며, 이에 따라, 무선 충전 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 계층 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(700)는 멀티 모드 안테나 모듈(710), 차폐 모듈(720) 및 제어 회로 기판(730)을 포함하여 구성될 수 있다.
멀티 모드 안테나 모듈(710)은 상기한 도 3 내지 도 6에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈 중 어느 하나일 수 있다.
일 예로, 무선 전력 수신 장치(700)는 인쇄 회로 기판과 무선 충전을 위해 상기 인쇄 회로 기판의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나와 제1 근거리 무선 통신을 위해 상기 제1 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나와 제2 근거리 무선 통신을 위해 상기 제2 안테나와 중첩되지 않도록 상기 제2 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나와 상기 제1 안테나에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자와 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자를 포함하는 멀티 모드 안테나 모듈, 멀티 모드 안테나의 동작을 제어하는 제어 회로 기판(730) 및 상기 멀티 모드 안테나 모듈(710)에 의해 발생되는 전자기파를 차단하기 위해 멀티 모드 안테나 모듈(710)과 제어 회로 기판(730) 사이에 배치되는 차폐 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
제어 회로 기판(730)은 안테나를 통해 수신된 신호를 제1 연결 단자 및 제2 연결 단자를 통해 수신할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈이 장착된 무선 전력 수신 장치에서의 마그네틱 보안 전송의 인식 영역을 보여주는 실험 결과이다.
도 8을 참조하면, 도면 부호 8a는 종래 연결 단자가 분리 배치되지 않고, 안테나 사이의 중첩 영역이 존재하는 멀티 모드 안테나 모듈이 장착된 무선 전력 수신 장치에서의 마그네틱 보안 전송의 인식 영역을 보여준다. 도면 부호 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈이 장착된 무선 전력 수신 장치에서의 마그네틱 보안 전송의 인식 영역을 보여준다.
도면 부호 8a을 참조하면, 종래의 무선 전력 수신 장치는 충전 베드로부터 높이 방향-즉, Z축-으로 2cm 이격되는 시점까지 인식될 수 있다. 반면, 도면 부호 8b를 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치는 충전 베드로부터 높이 방향-즉, Z축-으로 4cm 이격되는 시점까지 인식될 수 있다. 즉, 본 발명은 마그네틱 보안 전송의 인식 영역에 있어서, 종래 기술에 비해 100%이상의 성능 향상을 기대할 수 있다.
또한, 도면 부호 8a 및 8b를 비교하면, 동일 이격 거리에서 본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치가 종래 기술에 따른 무선 전력 수신 장치에 비해 충전 베드상의 인식 면적이 넓은 것을 알 수 있다.
도 9는 다양한 NFC 표준 타입에 대한 개선전과 개선후의 인식 거리를 비교하기 위한 실험 결과 테이블이다.
도 9를 참조하면, 상기한 도 2 내지 도 7의 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈이 장착된 무선 전력 수신 장치의 NFC 인식 거리는 다양한 NFC 표준 타입-즉, 다양한 RW(Read/Write) Mode-에 대한 개선 전 측정 결과와 비교할 때 인식 거리가 증가된 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치에서 측정된 NFC 인식 거리는 모든 NFC 표준 타입에서의 표준 인식 거리 요구 조건을 만족하는 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(1000)는 크게 멀티 모드 안테나 모듈(1010), 제어 회로 기판(1020) 및 부하(1030)를 포함하여 구성될 수 있다.
멀티 모드 안테나 모듈(1010)은 복수의 안테나와 복수의 연결 단자를 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 복수의 안테나는 무선 전력 수신을 위한 무선 전력 수신 안테나(1011), 근거리 무선 통신을 위한 근거리 통신 안테나(1012) 및 보안 통신을 위한 보안 통신 안테나(1013)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계 목적에 따라 안테나가 추가될 수도 있다. 또한, 복수의 연결 단자는 각각의 안테나 리드선을 체결시키기 위해 구성될 수 있다. 동작 주파수가 상이한 안테나 사이의 간섭 현상을 최소화시키고 인쇄 회로 기판상에서 소자의 배치 면적을 최소화시키기 위해 복수의 연결 단자가 물리적으로 이격되게 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 무선 전력 수신 안테나(1011) 및 보안 통신 안테나(1012)의 리드선이 제1 연결 단자(1014)에 체결되고, 보안 통신 안테나(1013)의 리드선은 제2 연결 단자(1015)에 체결되는 것을 예를 들어 설명하기로 한다.
인쇄 회로 기판상에 인쇄되는 안테나의 패턴 및 배치 형태는 후술할 도 11 내지 도12를 통해 보다 명확해질 것이다.
무선 전력 수신 안테나(1011)를 통해 수신된 무선 전력 신호는 제1 연결 단자(1014)를 통해 제어 회로 기판(1020)에 구비된 전력 수신부(1021)에 전달될 수 있다.
전력 수신부(1021)는 무선 전력 수신 안테나(1011)를 통해 수신된 교류 전력 신호를 직류 전력 신호로 변환하는 정류기(미도시), 정류기 출력 직류 전압을 부하에 의해 요구되는 특정 직류 전압으로 변환하는 직류-직류 변환기(미도시) 등의 하드웨어 소자뿐만 아니라 소정 소프트웨어가 탑재되어 실시간 전력 수신 상태를 모니터링하여 전력 제어를 수행하는 마이크로 프로세서 또는 제어기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
일 예로, 무선 전력 수신 장치(1000)가 무선 전력 송신 장치와 인밴드 통신을 수행하는 경우, 전력 수신부(1021)는 제어기(미도시), 수신된 전력 신호로부터 제어 신호를 복호하는 복호기(미도시), 제어기에 의해 생성된 소정 상태 정보 및 제어 신호를 변조하여 인밴드 통신을 통해 무선 전력 송신 장치에 전송하는 변조기 등을 포함하여 구성될 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 수신 장치(1000)가 무선 전력 송신 장치와 대역외 통신을 수행하는 경우, 전력 수신부(1021)는 별도 구비된 대역외 통신 안테나(미도시)를 통해 수신되는 각종 제어 신호를 복조하고, 내부 생성된 제어 메시지를 변조한 후 대역외 통신 안테나를 통해 변조된 신호가 송출되도록 제어하는 통신부(미도시)를 포함할 수 있다. 물론, 대역외 통신 안테나로 근거리 통신 안테나(1013)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 별도의 추가적인 근거리 통신 안테나-예를 들면 블루투스 통신 안테나-가 구비될 수도 있다.
전력 수신부(1021)는 처리된 무선 전력 신호를 부하(1030)로 전달할 수 있다.
또한, 전력 수신부(1021)는 부하(1030)의 현재 충전 상태, 내부 온도, 정류기 출력 전압의 세기 등에 따라 동적으로 부하(1030)에 전달되는 전력량 및 무선 전력 송신 장치에 요구하는 전력량을 제어할 수 있다.
보안 통신 안테나(1012)를 통해 수신된 무선 신호는 제1 연결 단자(1014)를 통해 제어 회로 기판(1020)에 탑재된 보안 통신부(1022)에 전달될 수 있다.
근거리 통신 안테나(1013)를 통해 수신된 무선 신호는 제2 연결 단자(1015)를 통해 제어 회로 기판(1020)에 탑재된 근거리 통신부(1023)에 전달될 수 있다.
근거리 통신부(1023)는 제어기(미도시), 수신된 무선 신호를 복호하여 제어기로 전달하는 복호기(미도시), 제어기(미도시)에 의해 생성된 메시지를 무선 신호로 변조하여 제2 연결 단자(1015)를 통해 근거리 통신 안테나(1013)에 전달하는 변조기(미도시) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 근거리 통신부(1023)는 NFC 신호를 처리할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 블루투스 통신 신호와 같은 다른 근거리 무선 통신 신호 등을 처리할 수도 있다.
보안 통신부(1022)는 제어기(미도시), 수신된 무선 신호를 복호하여 제어기로 전달하는 복호기(미도시), 제어기에 의해 생성된 메시지를 무선 신호로 변조하여 제1 연결 단자(1014)를 통해 보안 통신 안테나(1012)로 전송하는 변조기(미도시) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 보안 통신부(1022)에는 모바일 결재를 위해 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission) 방식의 신호 처리 기능이 탑재될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 애플페이 또는(및) 구글(안드로이드)페이와 같은 다양한 형태의 핀테크 기술이 탑재될 수도 있음을 주의해야 한다.
일 실시예로, 멀티 모드 안테나 모듈(1010)과 제어 회로 기판(1020) 사이에는 차폐제(미도시)가 배치될 수도 있다.
도 11 내지 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 멀티 모드 안테나 모듈(1100)은 인쇄 회로 기판(1160), 제1 안테나(1110), 제2 안테나(1120), 제3 안테나(1130), 제1 연결 단자(1140) 및 제2 연결 단자(1150)를 포함하여 구성될 수 있다.
상세하게, 본 실시예에 따른 멀티 모드 안테나 모듈(1000)은 인쇄 회로 기판(1060), 무선 충전을 위해 인쇄 회로 기판(360)의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나(1010), 제1 근거리 무선 통신을 위해 제1 안테나(1010)의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나(1020), 제2 근거리 무선 통신을 위해 제2 안테나(1020)와 중첩되지 않도록 제2 안테나(1020)의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나(1030), 제1 안테나(1010)에 상응하는 제1 연결 패턴과 제2 안테나(1020)에 상응하는 제2 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자(1040) 및 제3 안테나(1030)에 상응하는 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자(1050)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제1 연결 단자(1140)와 제2 연결 단자(1150)가 인쇄 회로 기판(1150)상에서 물리적으로 분리 배치될 수 있다. 이를 통해, 제1 연결 패턴이 제2 안테나(1020) 및 제3 안테나(1030)에 중첩되지 않을뿐만 아니라, 제2 연결 패턴이 제3 안테나(1130)에 중첩되지 않을 수 있다.
각 안테나의 연결 패턴은 해당 안테나의 양단에서 연장되는 리드선으로 형성되거나 해당 안테나의 특정 위치에서 분기되어 형성될 수 있다. 여기서, 각 안테나의 연결 패턴 및 연결 단자가 배치되는 위치는 연결 패턴의 길이가 최소화되도록 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)이고, 제2 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)일 수 있다. 여기서, MST는 3.24MHz 대역에서 동작하고, NFC는 13.56MHz 대역에서 동작할 수 있다.
다른 일 예로, 제1 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)이고, 제2 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)일 수도 있다.
또 다른 일 예로, 제1 근거리 무선 통신 및 제2 근거리 무선 통신은 각각 NFC, RFID 통신, 블루투스 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신, MST 통신, 애플페이 통신, 구글페이 통신 중 어느 하나에 대응될 수도 있다.
도 11을 참조하면, 제2 연결 단자(1150)가 제3 안테나(1130)의 외곽 일측에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 다른 일 실시예는 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 연결 단자(1150)가 제2 안테나(1220)과 제3 안테나(1230) 사이에 배치될 수도 있다.
특히, 상기 도면 12에 따른 실시예는 제2 안테나(1220)과 제3 안테나(1230) 사이의 충분한 이격 거리-예를 들면, 1mm이상의 간격-를 유지함으로써, 해당 안테나들 사이의 상호 간섭을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 인쇄 회로 기판(1260)의 공간 활용도를 극대화시킬 수 있는 장점도 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(1300)의 구조 중 일부가 도시되어 있다.
안테나(1300)는 도 3 내지 도 6 및 도 9 내지 도 10에 도시된 제1 안테나(310, 410, 510, 610, 1110, 1210), 제2 안테나(320, 420, 520, 620, 1120, 1220) 및 제3 안테나(330, 430, 530, 630, 1130, 1230) 중 어느 하나일 수 있다. 비록 도 3 내지 도 6 및 도 9 내지 도 10에 도시된 제1 내지 제3 안테나를 구성하는 코일의 턴수는 12, 3, 1로 도시되어 있고, 도 11의 안테나(1300)의 턴수는 3으로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것이며, 안테나(1300)의 구조(즉, 코일에 슬릿을 포함하는 구조)는 제1 내지 제3 안테나 중 어느 하나에 적용될 수 있다.
도 3 내지 도 6 및 도 9 내지 도 10에 도시된 멀티 모드 안테나 모듈이 멀티 모드 안테나 모듈의 크기 및 형상과 거의 동일한 전자 기기에 장착된다고 가정하면, 상기 전자기기의 외부 형상을 이루는 케이스가 멀티 모드 안테나 모듈의 상부에 결합될 수 있다. 이때, 상기 케이스의 단면은 디자인 및 사용감을 높이기 위해 중앙에서 가장자리로 갈수록 얇아지는 형상을 가질 수 있는데, 이에 따라 멀티 모드 안테나 모듈의 두께 역시 중앙에서 가장자리로 갈수록 얇아지도록 설계 조건이 요구될 수 있다.
따라서, 멀티 모드 안테나 모듈의 중앙에 위치하는 제1 안테나 및 제2 안테나는 인쇄 회로 기판의 양면에 각각 패턴 인쇄될 수 있으며, 인쇄 회로 기판에 배치된 관통 구멍(미도시)을 통해 양면에 인쇄된 해당 안테나 패턴이 상호 도통될 수 있다. 이를 통해, 제1 안테나 및 제2 안테나의 저항 성분이 감소될 수 있으며, 그에 따라 해당 안테나의 수신 감도가 향상될 수 있다.
그러나, 제3 안테나는 멀티 모드 안테나 모듈의 최외곽에 위치하므로, 인쇄 회로 기판의 양면에 패턴 인쇄하는 것이 어려울 수 있으며, 인쇄 회로 기판의 일면에만 패턴 인쇄되어 구현될 수 있다. 이로 인해, 제1 안테나 및 제2 안테나에 비해 제3 안테나의 저항 성분은 상대적으로 높아 제3 안테나의 수신감도가 저하되고 인식 거리가 감소될 수 있다.
도 13에 도시된 안테나(1300)의 구조는 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 일정 턴수로 감긴 코일(1310) 및 코일(1310)의 내측에 배치된 슬릿(1320)을 포함할 수 있다.
코일(1310)의 턴수는 도 13에서 예시적으로 3이며, 안테나(1300)의 외곽로부터 중심부로 갈수록 외측 코일(1310a), 중간 코일(1310b), 내측 코일(1310c)이 감겨 배치될 수 있다.
외측 코일(1310a), 중간 코일(1310b), 내측 코일(1310c) 각각에는 슬릿(1320)이 포함될 수 있다. 슬릿(1320)은 코일(1310)의 길이 방향을 따라 연장되어 배치될 수 있고, 슬릿(1320)이 도 13에서는 직선 형태의 코일(1310)의 한 변에만 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시예에 따라 다른 변으로 연장되는 모서리에도 배치될 수 있다. 또한, 멀티 모드 안테나 모듈의 각 변(상변, 하변, 좌변, 우변)의 길이 방향을 따라 슬릿(1320)이 배치될 수 있다. 이 경우, 감겨지는 코일(1310)의 전부에 슬릿(1320)이 포함될 수도 있다.
슬릿(1320)은 패턴 인쇄된 코일(1310)에 에칭(etching) 공정으로 형성될 수 있으며, 슬릿(1320)의 내부는 비워질 수도 있고, 절연 물질로 채워질 수도 있다.
안테나(1300)의 구조 중 일부 영역(1330)은 아래에 확대되어 도시되어 있으며, 일부 영역(1330)은 코일(1310) 및 슬릿(1320)의 구조를 보다 상세히 나타낸 것이다.
외측 코일(1310a)과 중간 코일(1310b) 간의 간격(D)은 약 0.3 mm 이상으로 형성될 수 있다. 외측 코일(1310a)의 선폭(W1)은 약 0.5mm 이상으로 형성될 수 있고, 슬릿(1320)의 선폭(W2)은 약 0.1mm 이상으로 형성될 수 있다. 이는 외측 코일(1310a)의 선폭(W1) 대비 슬릿(1320)의 선폭(W2)이 약 20% 이상이 됨을 의미할 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
슬릿(1320)이 외측 코일(1310a) 내부에 배치됨으로써, 실질적으로 외측 코일(1310a)의 선폭을 줄이는 효과를 가지며, 이로 인해 코일(1310)의 전체 저항 성분이 낮아질 수 있고, 안테나(1300)의 수신 감도가 향상될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 외측 코일(1310a), 중간 코일(1310b) 및 내측 코일(1310c) 각각에 배치된 슬릿의 선폭은 서로 다르게 정해질 수 있고, 예컨대, 내측에서 외측으로 갈수록 슬릿의 선폭이 증가할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나(1400)의 구조 중 일부가 도시되어 있다.
안테나(1400)는 달리 설명되지 않는 한 도 11에 도시된 안테나(1300)와 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
안테나(1400)를 구성하는 코일(1410)은 외측코일(1410a), 중간 코일(1410b) 및 내측 코일(1410c)을 포함할 수 있다.
외측코일(1410a), 중간 코일(1410b) 및 내측 코일(1410c)은 각각 슬릿(1420)을 포함할 수 있으며, 도 11의 슬릿(1320)과는 달리 도 12의 슬릿(1420)은 연속적이지 않고 단속적으로 배치될 수 있다.
즉, 복수의 독립적인 슬릿들이 코일(1410)의 길이 방향을 따라 연속적으로 배치된 구조로 슬릿(1420)이 구성될 수 있으며, 독립적인 슬릿들의 개수는 도 12에 도시된 것에 한정되지 않는다. 다만, 공정의 편의를 고려하여 독립적인 슬릿들의 개수가 결정될 수 있다.
슬릿(1420)이 외측코일(1410a), 중간 코일(1410b) 및 내측 코일(1410c) 내부에 배치됨으로써, 실질적으로 외측코일(1410a), 중간 코일(1410b) 및 내측 코일(1410c)의 선폭을 줄이는 효과를 가지며, 이로 인해 코일(1410)의 전체 저항 성분이 낮아질 수 있고, 안테나(1400)의 수신 감도가 향상될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 외측 코일(1410a), 중간 코일(1410b) 및 내측 코일(1410c) 각각에 배치된 슬릿의 선폭은 서로 다르게 정해질 수 있고, 예컨대, 내측에서 외측으로 갈수록 슬릿의 선폭이 증가할 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나(1500)의 구조 중 일부가 도시되어 있다.
안테나(1500)는 달리 설명되지 않는 한 도 13에 도시된 안테나(1300)와 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
안테나(1500)를 구성하는 코일(1510)은 외측코일(1510a), 중간 코일(1510b) 및 내측 코일(1510c)을 포함할 수 있다.
외측코일(1510a), 중간 코일(1510b) 및 내측 코일(1510c)은 각각 슬릿(1520)을 포함할 수 있으며, 도 13의 슬릿(1320)과는 달리 도 15의 슬릿(1520)은 균일하지 않은 선폭을 가질 수 있다.
즉, 안테나(1500)의 한 변에 대한 중앙선(CL)을 중심으로 외곽으로 갈수록 슬릿(1520)의 선폭이 감소될 수 있으나, 이는 일 실시예에 불과하며 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 중앙선(CL)을 중심으로 외곽으로 갈수록 슬릿(1520)의 선폭이 증가될 수 있다. 이는 설계의 제약상 중앙선(CL)을 중심으로 외곽으로 갈수록, 또는 외곽으로부터 중심으로 갈수록 안테나(1500)의 한 변의 선폭이 줄어들 수 있기 때문이다.
슬릿(1520)이 외측코일(1510a), 중간 코일(1510b) 및 내측 코일(1510c) 내부에 배치됨으로써, 실질적으로 외측코일(1510a), 중간 코일(1510b) 및 내측 코일(1510c)의 선폭을 줄이는 효과를 가지며, 이로 인해 코일(1510)의 전체 저항 성분이 낮아질 수 있고, 안테나(1500)의 수신 감도가 향상될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 외측 코일(1510a), 중간 코일(1510b) 및 내측 코일(1510c) 각각에 배치된 슬릿의 평균 선폭은 서로 다르게 정해질 수 있고, 예컨대, 내측에서 외측으로 갈수록 슬릿의 평균 선폭이 증가할 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 외측 코일(1510a), 중간 코일(1510b) 및 내측 코일(1510c) 각각에 배치된 슬릿은 연속적이지 않고 단속적으로 배치될 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
일 예로, 도면 부호 2200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(2020)는 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신기(2010)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 송신기(2010)는 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 일 예로, 무선 전력 송신기(2010)는 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.
이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(2010)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
다른 일 예로, 도면 부호 2200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(2010)는 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신기(2020)는 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다. 이때, 무선 전력 수신기(2020)와 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신기(2020)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.
도 17은 WPC 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 17을 참조하면, WPC 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(Selection Phase, 2310), 핑 단계(Ping Phase, 2320), 식별 및 구성 단계(Identification and Configuration Phase, 2330), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 2340) 단계로 구분될 수 있다.
선택 단계(2310)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 선택 단계(2310)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되면, 핑 단계(2320)로 천이할 수 있다(S2301). 선택 단계(2310)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping) 신호를 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
핑 단계(2320)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 WPC 표준이 호환되는 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑(Digital Ping)을 전송한다. 핑 단계(2320)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널-예를 들면, 신호 세기 지시자-을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(2310)로 천이할 수 있다(S2302). 또한, 핑 단계(2320)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호-즉, 충전 완료 신호-를 수신하면, 선택 단계(2310)로 천이할 수도 있다(S2303).
핑 단계(2320)가 완료되면, 송신기는 수신기 식별 및 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(2330)로 천이할 수 있다(S2304).
식별 및 구성 단계(2330)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 패킷 전송 오류가 있거나(transmission error), 파워 전송 계약이 설정되지 않으면(no power transfer contract) 선택 단계(310)로 천이할 수 있다(S305).
수신기에 대한 식별 및 구성이 완료되면, 송신기는 무선 전력을 전송하는 전력 전송 단계(2340)로 천이할 수 있다(S2306).
전력 전송 단계(2340)에서, 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나(unexpected packet), 미리 정의된 시간 동안 원하는 패킷이 수신되지 않거나(time out), 기 설정된 파워 전송 계약에 대한 위반이 발생되거나(power transfer contract violation), 충전이 완료된 경우, 선택 단계(2310)로 천이할 수 있다(S2307).
또한, 전력 전송 단계(2340)에서, 송신기는 송신기 상태 변화 등에 따라 파워 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 식별 및 구성 단계(2330)로 천이할 수 있다(S2308).
상기한 파워 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워량에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보 등을 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보 등을 포함할 수 있다.
도 18은 PMA 표준에 정의된 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 18을 참조하면, PMA 표준에 따른 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 대기 단계(Standby Phase, 2410), 디지털 핑 단계(Digital Ping Phase, 2420), 식별 단계(Identification Phase, 2430), 전력 전송 단계(Power Transfer Phase, 2440) 단계 및 충전 완료 단계(End of Charge Phase, 2450)로 구분될 수 있다.
대기 단계(2410)는 파워 전송을 위한 수신기 식별 절차를 수행하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면, 천이되는 단계일 수 있다. 여기서, 특정 오류 및 특정 이벤트는 이하의 설명을 통해 명확해질 것이다. 또한, 대기 단계(2410)에서 송신기는 충전 표면(Charging Surface)에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다. 만약, 송신기가 충전 표면에 물체가 놓여진 것이 감지되거나 RXID 재시도가 진행중인 경우, 디지털 핑 단계(2420)로 천이할 수 있다(S2401). 여기서, RXID는 PMA 호환 수신기에 할당되는 고유 식별자이다. 대기 단계(2410)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑(Analog Ping)을 전송하며, 송신 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면-예를 들면, 충전 베드-의 활성 영역(Active Area)에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.
디지털 핑 단계(2420)로 천이된 송신기는 감지된 물체가 PMA 호환 수신기인지를 식별하기 위한 디지털 핑 신호를 송출한다. 송신기가 전송한 디지털 핑 신호에 의해 수신기에 충분한 전력이 공급되는 경우, 수신기는 수신된 디지털 핑 신호를 PMA 통신 프로토콜에 따라 변조하여 소정 응답 시그널을 송신기에 전송할 수 있다. 여기서, 응답 시그널은 수신기에 수신된 전력의 세기를 지시하는 신호 세기 지시자가 포함될 수 있다. 디지털 핑 단계(2420)에서 수신기는 유효한 응답 시그널이 수신되면, 식별 단계(2430)로 천이할 수 있다(S2402).
만약, 디지털 핑 단계(2420)에서, 응답 시그널이 수신되지 않거나, PMA 호환 수신기가 아닌 것으로 확인되면-즉, FOD(Foreign Object Detection)인 경우-, 송신기는 대기 단계(2410)로 천이할 수 있다(S2403). 일 예로, FO(Foreign Object)는 동전, 키 등을 포함하는 금속성 물체일 수 있다.
식별 단계(2430)에서, 송신기는 수신기 식별 절차가 실패하거나 수신기 식별 절차를 재수행하여야 하는 경우 및 미리 정의된 시간 동안 수신기 식별 절차를 완료하지 못한 경우에 대기 단계(2410)로 천이할 수 있다(S2404).
송신기는 수신기 식별에 성공하면, 식별 단계(2430)에서 전력 전송 단계(2440)로 천이하여 충전을 개시할 수 있다(S2405).
전력 전송 단계(2440)에서, 송신기는 원하는 신호가 미리 정해진 시간 이내에 수신되지 않거나(Time Out), FO가 감지되거나, 송신 코일의 전압이 미리 정의된 기준치를 초과하는 경우, 대기 단계(2410)으로 천이할 수 있다(S2406).
또한, 전력 전송 단계(2440)에서, 송신기는 내부 구비된 온도 센서에 의해 감지된 온도가 소정 기준치를 초과하는 경우, 충전 완료 단계(2450)로 천이할 수 있다(S2407).
충전 완료 단계(2450)에서, 송신기는 수신기가 충전 표면에서 제거된 것이 확인되면, 대기 상태(2410)으로 천이할 수 있다(S2409).
또한, 송신기는 Over Temperature 상태에서, 일정 시간 경과 후 측정된 온도가 기준치 이하로 떨어진 경우, 충전 완료 단계(2450)에서 디지털 핑 단계(2420)로 천이할 수 있다(S2410).
디지털 핑 단계(2420) 또는 전력 전송 단계(2440)에서, 송신기는 수신기로부터 EOC(End Of Charge) 요청이 수신되면, 충전 완료 단계(2450)로 천이할 수도 있다(S2408 및 S2411).
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 19를 참조하면, 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신기(2510)와 무선 전력 수신기(2520)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 도 19에는 무선 전력 송신기(2510)가 하나의 무선 전력 수신기(2520)에 무선 전력을 전송하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기(2510)는 복수의 무선 전력 수신기(2520)에 무선 전력을 전송할 수도 있다. 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(2520)는 복수의 무선 전력 송신기(2510)로부터 동시에 무선 전력을 수신할 수도 있음을 주의해야 한다.
무선 전력 송신기(2510)는 특정 전력 전송 주파수를 이용하여 자기장을 발생시켜 무선 전력 수신기(2520)에 전력을 송신할 수 있다.
무선 전력 수신기(2520)는 무선 전력 송신기(2510)에 의해 사용되는 주파수와 동일한 주파수로 동조하여 전력을 수신할 수 있다.
일 예로, 전력 전송을 위한 주파수는 6.78MHz 대역일 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
즉, 무선 전력 송신기(2510)에 의해 전송된 전력은 무선 전력 송신기(2510)와 공진을 이루는 무선 전력 수신기(2520)에 전달될 수 있다.
하나의 무선 전력 송신기(2510)로부터 전력을 수신할 수 있는 무선 전력 수신기(2520)의 최대 개수는 무선 전력 송신기(2510)의 최대 전송 전력 레벨, 무선 전력 수신기(2520)의 최대 전력 수신 레벨, 무선 전력 송신기(2510) 및 무선 전력 수신기(2520)의 물리적인 구조에 기반하여 결정될 수 있다.
무선 전력 송신기(2510)와 무선 전력 수신기(2520)는 무선 전력 전송을 위한 주파수 대역-즉, 공진 주파수 대역-과는 상이한 주파수 대역으로 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 양방향 통신은 반이중 방식의 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신 프로토콜이 사용될 수 있다.
무선 전력 송신기(2510)와 무선 전력 수신기(2520)는 상기 양방향 통신을 통해 서로의 특성 및 상태 정보-즉, 전력 협상 정보-를 교환할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 수신기(2520)는 무선 전력 송신기(2510)로부터 수신되는 전력 레벨을 제어하기 위한 소정 전력 수신 상태 정보를 양방향 통신을 통해 무선 전력 송신기(2510)에 전송할 수 있으며, 무선 전력 송신기(2510)는 수신된 전력 수신 상태 정보에 기반하여 동적으로 전송 전력 레벨을 제어할 수 있다. 이를 통해, 무선 전력 송신기(2510)는 전력 전송 효율을 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라 과전압(Over-Voltage)에 따른 부하 파손을 방지하는 기능, 저전압(Under-Voltage)에 따라 불필요한 전력이 낭비되는 것을 방지하는 기능 등을 제공할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기(2510)는 양방향 통신을 통해 무선 전력 수신기(2520)에 대한 인증 및 식별하는 기능, 호환되지 않는 장치 또는 충전이 불가능한 물체를 식별하는 기능, 유효한 부하를 식별하는 기능 등을 수행할 수도 있다.
이하에서는, 보다 구체적으로 공진 방식의 무선 전력 전송 과정을 상기 도 19를 참조하여 설명하기로 한다.
무선 전력 송신기(2510)는 전원공급부(power supplier, 2511), 전력변환부(Power Conversion Unit, 2512), 매칭회로(Matching Circuit, 2513), 송신공진기(Transmission Resonator, 2514), 주제어부(Main Controller, 2515) 및 통신부(Communication Unit, 2516)를 포함하여 구성될 수 있다. 통신부(2516)는 데이터 송신기(Data Transmitter)와 데이터 수신기(Data receiver)를 포함할 수 있다.
전원공급부(2511)는 주제어부(2515)의 제어에 따라 전력변환부(2512)에 특정 공급 전압을 공급할 수 있다. 이때, 공급 전압은 DC 전압 또는 AC 전압일 수 있다.
전력변환부(2521)는 주제어부(2515)의 제어에 따라 전력공급부(2511)로부터 수신된 전압을 특정 전압으로 변환시킬 수 있다. 이를 위해, 전력변환부(2521)는 DC/DC 변환기(DC/DC convertor), AC/DC 변환기(AC/DC convertor), 전력 증폭기(Power amplifier) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
매칭회로(2513)는 전력 전송 효율을 극대화시키기 위해 전력변환부(2521)와 송신공진기(2514) 사이의 임피던스를 정합하는 회로이다.
송신공진기(2514)는 매칭회로(2513)로부터 인가된 전압에 따라 특정 공진 주파수를 이용하여 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 수신기(2520)는 수신공진기(Reception Resonator, 2521), 정류기(Rectifier, 2522), DC-DC 변환기(DC-DC Converter, 2523), 부하(Load, 2524), 주제어부(Main Controller, 2525) 및 통신부(Communication Unit, 2526)를 포함하여 구성될 수 있다. 통신부(2526)는 데이터 송신기(Data Transmitter)와 데이터 수신기(Data receiver)를 포함할 수 있다.
수신공진기(2521)는 공진 현상을 통해 송신공진기(2514)에 의해 송출된 전력을 수신할 수 있다.
정류기(521)는 수신공진기(2521)로부터 인가되는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
DC-DC 변환기(2523)는 정류된 DC 전압을 부하(2524)에 요구되는 특정 DC 전압으로 변환할 수 있다.
부하(2524)는 무선 전력 수신기가 포함되어 있는 단말의 내부 배터리일 수 있다. 내부 배터리는 DC-DC 변환기(2523)에서 출력되는 특정 DC 전압을 입력 전압으로 배터리에 전력을 저장할 수 있다.
주제어부(2525)는 정류기(2522) 및 DC-DC 변환기(2523)의 동작을 제어하거나 무선 전력 수신기(2520)의 특성 및 상태 정보를 생성하고 통신부(2526)를 제어하여 무선 전력 송신기(2510)에 상기 무선 전력 수신기(2520)의 특성 및 상태 정보를 전송할 수 있다. 일 예로, 주제어부(2525)는 정류기(2522)와 DC-DC 변환기(2523)에서의 출력 전압 및 전류의 세기를 모니터링하여 정류기(2522) 및 DC-DC 변환기(2523)의 동작을 제어할 수 있다.
모니터링된 출력 전압 및 전류의 세기 정보는 통신부(2526)를 통해 무선 전력 송신기(2510)에 실시간으로 전송될 수 있다.
또한, 주제어부(2525)는 정류된 DC 전압을 소정 기준 전압과 비교하여 과전압 상태(Over-Voltage State)인지 저전압 상태(Under-Voltage State)인지를 판단하고, 판단 결과에 따라 시스템 오류 상태가 감지되면, 감지 결과를 통신부(2526)를 통해 무선 전력 송신기(2510)에 전송할 수도 있다.
또한, 주제어부(2525)는 시스템 오류 상태가 감지되면, 부하의 훼손을 방지하기 위해 정류기(2522) 및 DC-DC 변환기(2523)의 동작을 제어하거나 스위치 또는(및) 제너 다이오드를 포함한 소정 과전류 차단 회로를 이용하여 부하(2524)에 인가되는 전력을 제어할 수도 있다.
상기한 도 19에서는 주제어부(2515, 2525)와 통신부(2516, 2526)가 서로 다른 모듈로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 다른 일 실시예는 주제어부(2515, 2525)와 통신부(2516,2 526)가 하나의 모듈로 구성될 수도 있음을 주의해야 한다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템의 등가 회로도이다.
상세하게, 도 20은 후술할 레퍼런스 파라메터들이 측정되는 등가 회로상에서의 인터페이스 지점을 보여준다.
이하에서는, 상기 도 20에 표시된 레퍼런스 파라메터들의 의미를 간단히 설명하기로 한다.
ITX와 ITX _COIL은 각각 무선 전력 송신기의 매칭 회로(또는 매칭 네트워크)(2601)에 인가되는 RMS(Root Mean Square) 전류와 무선 전력 송신기의 송신 공진기 코일(2602)에 인가되는 RMS 전류를 의미한다.
ZTX _IN과 ZTX _IN_COIL은 각각 무선 전력 송신기의 매칭 회로(2601) 전단의 입력 임피던스(Input Impedance)와 매칭 회로(2601) 후단 및 송신공진기 코일(2602) 전단에서의 입력 임피던스를 의미한다.
L1과 L2는 각각 송신공진기 코일(2602)의 인덕턴스 값과 수신공진기 코일(2603)의 인덕턴스 값을 의미한다.
ZRX _IN은 무선전력수신기의 매칭회로(2604) 후단과 필터/정류기/부하(2605) 전단에서의 입력 임피던스를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 동작에 사용되는 공진 주파수는 6.78MHz ± 15㎑일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 복수의 무선 전력 수신기에 대한 동시 충전-즉, 멀티 충전-을 제공할 수 있으며, 이 경우, 무선 전력 수신기가 새로 추가되거나 삭제되더라도 남아 있는 무선 전력 수신기의 수신 전력 변화량은 소정 기준치 이상을 초과하지 않도록 제어될 수 있다. 일 예로, 수신 전력 변화량은 ±10%일 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.
상기 수신 전력 변화량을 유지하기 위한 조건은 무선 전력 수신기가 충전 영역에 추가 또는 삭제 시 기존 무선 전력 수신기와 중첩되지 않아야 한다.
무선 전력 수신기의 매칭 회로(2604)가 정류기에 연결된 경우, 상기 ZTX _IN의 실수부(Real Part)는 정류기의 부하 저항-이하, RRECT이라 명함-과 역의 관계일 수 있다. 즉, RRECT의 증가는 ZTX_IN을 감소시키고, RRECT의 감소는 ZTX_IN을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 공진기 정합 효율(Resonator Coupling Efficiency)은 수신공진기 코일에서 부하(2604)로 전달되는 전력을 송신공진기 코일(2602)에서 공진 주파수 대역에 실어주는 전력으로 나누어 산출되는 최대 전력 수신 비율일 수 있다. 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 사이의 공진기 정합 효율은 송신공진기의 레퍼런스 포트 임피던스(ZTX_IN)과 수신공진기의 레퍼런스 포트 임피던스(ZRX _IN)가 완벽하게 매칭되는 경우에 산출될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 송신기에서의 상태 천이 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 21을 참조하면, 무선 전력 송신기의 상태는 크게 구성 상태(Configuration State, 2710), 전력 절약 상태(Power Save State, 2720), 저전력 상태(Low Power State, 2730), 전력 전송 상태(Power Transfer State, 2740), 로컬 장애 상태(Local Fault State, 2750) 및 잠금 장애 상태(Latching Fault State, 2760)을 포함하여 구성될 수 있다.
무선 전력 송신기에 전력이 인가되면, 무선 전력 송신기는 구성 상태(2710)로 천이할 수 있다. 무선 전력 송신기는 구성 상태(2710)에서 소정 리셋 타이머가 만료되거나 초기화 절차가 완료되면, 전력 절약 상태(2720)로 천이할 수 있다.
전력 절약 상태(2720)에서, 무선 전력 송신기는 비콘 시퀀스를 생성하여 공진 주파수 대역을 통해 전송할 수 있다.
여기서, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(2720)에 진입한 후 소정 시간 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(2720) 천이 후 50ms 이내에 비콘 시퀀스가 개시될 수 있도록 제어할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
전력 절약 상태(2720)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 감지하기 위한 제1 비콘 시퀀스(First Beacon Sequence)를 주기적으로 생성하여 전송하고, 수신 공진기의 임피던스 변화-즉, Load Variation-를 감지할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제1 비콘과 제1 비콘 시퀀스를 각각 Short Beacon과 Short Beacon 시퀀스라 명하기로 한다.
특히, Short Beacon 시퀀스는 무선 전력 수신기가 감지되기 전까지 무선 전력 송신기의 대기 전력이 절약될 수 있도록 짧은 구간 동안(tSHORT _BEACON) 일정 시간 간격(tCYCLE)으로 반복 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, tSHORT _BEACON은 30ms이하, tCYCLE은 250ms ±5 ms로 각각 설정될 수 있다. 또한, Short Beacon의 전류 세기는 소정 기준치 이상이고, 일정 시간 구간 동안 점증적으로 증가될 수 있다. 일 예로, Short Beacon의 최소 전류 세기는 상기 테이블 2의 카테고리 2 이상의 무선 전력 수신기가 감지될 수 있도록 충분히 크게 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 Short Beacon에 따른 수신 공진기에서의 리액턴스(reactance) 및 저항(resistance) 변화를 감지하기 위한 소정 센싱 수단이 구비될 수 있다.
또한, 전력 절약 상태(2720)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 부팅(Booting) 및 응답에 필요한 충분한 전력을 공급하기 위한 제2 비콘 시퀀스를 주기적으로 생성하여 전송할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 제2 비콘과 제2 비콘 시퀀스를 각각 Long Beacon과 Long Beacon 시퀀스라 명하기로 한다.
즉, 무선 전력 수신기는 제2 비콘 시퀀스를 통해 부팅이 완료되면, 대역외 통신 채널을 통해 소정 응답 신호를 브로드캐스팅할 수 있다.
특히, Long Beacon 시퀀스는 무선 전력 수신기의 부팅에 필요한 충분한 전원을 공급하기 위해 Short Beacon에 비해 상대적으로 긴 구간 동안(tLONG_BEACON)동안 일정 시간 간격(tLONG _BEACON_PERIOD)으로 생성되어 전송될 수 있다. 일 예로, tLONG _BEACON은 105 ms+5 ms, tLONG _BEACON_PERIOD 은 850ms로 각각 설정될 수 있으며, Long Beacon의 전류 세기는 Short Beacon의 전류 세기에 비해 상대적으로 강할 수 있다. 또한, Long Beacon은 전송 구간 동안 일정 세기의 전력이 유지될 수 있다.
이 후, 무선 전력 송신기는 수신 공진기의 임피던스 변화가 감지된 후, 무선 전력 송신기는 Long Beacon 전송 구간 동안 소정 응답 시그널의 수신을 대기할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 응답 시그널을 광고 시그널(Advertisement Signal)이라 명하기로 한다. 여기서, 무선 전력 수신기는 공진 주파수 대역과는 상이한 대역외 통신 주파수 대역을 통해 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다.
일 예로, 광고 시그널은 해당 대역외 통신 표준에 정의된 메시지를 식별하기 위한 메시지 식별 정보, 무선 전력 수신기가 적법한 또는 해당 무선 전력 송신기에 호환 가능한 수신기인지를 식별하기 위한 고유한 서비스 또는 무선 전력 수신기 식별 정보, 무선 전력 수신기의 출력 전력 정보, 부하에 인가되는 정격 전압/전류 정보, 무선 전력 수신기의 안테나 이득 정보, 무선 전력 수신기의 카테고리를 식별하기 위한 정보, 무선 전력 수신기 인증 정보, 과전압 보호 기능의 탑재 여부에 관한 정보, 무선 전력 수신기에 탑재된 소프트웨어 버전 정보 중 적어도 하나 또는 어느 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 광고 시그널이 수신되면, 전력 절약 상태(2720)에서 저전력 상태(2730)로 천이한 후, 무선 전력 수신기와의 대역외 통신 링크를 설정할 수 있다. 연이어, 무선 전력 송신기는 설정된 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 수행할 수 있다. 일 예로, 대역외 통신이 블루투스 저전력 통신인 경우, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기와 블루투스 페어링을 수행하고, 페어링된 블루투스 링크를 통해 서로의 상태 정보, 특성 정보 및 제어 정보 중 적어도 하나를 교환할 수 있다.
무선 전력 송신기가 저전력 상태(2730)에서 대역외 통신을 통해 충전을 개시하기 위한 소정 제어 신호-즉, 무선 전력 수신기가 부하에 전력을 전달하도록 요청하는 소정 소정 제어 신호-를 무선 전력 수신기에 전송하면, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(2730)에서 전력 전송 상태(2740)로 천이될 수 있다.
만약, 저전력 상태(2730)에서 대역외 통신 링크 설정 절차 또는 등록 절차가 정상적으로 완료되지 않은 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 저전력 상태(2730)에서 전력 절약 상태(2720)에 천이될 수 있다.
무선 전력 송신기는 각 무선 전력 수신기와의 접속을 위한 별도의 분리된 링크 만료 타이머(Link Expiration Timer)가 구동될 수 있으며, 무선 전력 수신기는 소정 시간 주기로 무선 전력 송신기에 자신이 존재함을 알리는 소정 메시지를 링크 만료 타이머가 만료되기 이전에 전송해야 한다. 링크 만료 타이머는 상기 메시지가 수신될 때마다 리셋되며, 링크 만료 타이머가 만료되지 않으면 무선 전력 수신기와 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크는 유지될 수 있다.
만약, 저전력 상태(2730) 또는 전력 전송 상태(2740)에서, 무선 전력 송신기와 적어도 하나의 무선 전력 수신기 사이에 설정된 대역외 통신 링크에 대응되는 모든 링크 만료 타이머가 만료된 경우, 무선 전력 송신기의 상태는 전력 절약 상태(2720)로 천이될 수 있다.
또한, 저전력 상태(2730)의 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 유효한 광고 시그널이 수신되면 소정 등록 타이머를 구동시킬 수 있다. 이때, 등록 타이머가 만료되면, 저전력 상태(2730)의 무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(2720)로 천이할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기는 등록에 실패하였음을 알리는 소정 알림 신호를 무선 전력 송신기에 구비된 알림 표시 수단-예를 들면, LED 램프, 디스플레이 화면, 비퍼(beeper) 등을 포함함-을 통해 출력할 수도 있다.
또한, 전력 전송 상태(2740)에서, 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기의 충전이 완료되면, 저전력 상태(2730)로 천이될 수 있다.
특히, 무선 전력 수신기는 구성 상태(2710), 로컬 장애 상태(2750) 및 잠금 장애 상태(2760)를 제외한 나머지 상태에서 새로운 무선 전력 수신기의 등록을 허용할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 상태(2740)에서 무선 전력 수신기로부터 수신되는 상태 정보에 기반하여 전송 전력을 동적으로 제어할 수 있다.
이때, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 요구 전력 정보, 정류기 후단에서 측정된 전압 및/또는 전류 정보, 충전 상태 정보, 과전류 및/또는 과전압 및/또는 과열 상태를 통보하기 위한 정보, 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단이 활성화되었는지 여부를 지시하는 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 수신기 상태 정보는 미리 지정된 주기로 전송되거나 특정 이벤트가 발생될 때마다 전송될 수 있다. 또한, 상기 과전류 또는 과전압에 따라 부하에 전달되는 전력을 차단하거나 감소시키는 수단은 ON/OFF 스위치, 제너다이오드 중 적어도 하나를 이용하여 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기에 전송되는 수신기 상태 정보는 무선 전력 수신기에 유선으로 외부 전원이 연결되었음을 알리는 정보, 대역외 통신 방식이 변경되었음을 알리는 정보-일 예로, NFC(Near Field Communication)에서 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신으로 변경될 수 있음- 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기는 자신의 현재 가용한 전력, 무선 전력 수신기 별 우선 순위, 접속된 무선 전력 수신기의 개수 중 적어도 하나에 기반하여 무선 전력 수신기 별 수신해야 할 전력 세기를 적응적으로 결정할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신기 별 전력 세기는 해당 무선 전력 수신기의 정류기에서 처리 가능한 최대 전력 대비 얼마의 비율로 전력을 수신해야 하는지로 결정될 수 있다.
이 후, 무선 전력 송신기는 결정된 전력 세기에 관한 정보가 포함된 소정 전력 제어 명령을 해당 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다. 이때, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기에 의해 결정된 전력 세기로 전력 제어가 가능한지 여부를 판단하고, 판단 결과를 소정 전력 제어 응답 메시지를 통해 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기의 전력 제어 명령에 따라 무선 전력 제어가 가능한지 여부를 지시하는 소정 수신기 상태 정보를 상기 전력 제어 명령을 수신하기 이전에 전송할 수도 있다.
전력 전송 상태(2740)는 접속된 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태에 따라 제1 상태(2741), 제2 상태(2742) 및 제3 상태(2743) 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
일 예로, 제1 상태(2741)는 무선 전력 송신기에 접속된 모든 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 정상 전압인 상태임을 의미할 수 있다.
제2 상태(2742)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 상태이고 고전압 상태인 무선 전력 수신기가 존재하지 않음을 의미할 수 있다.
제3 상태(2743)는 무선 전력 송신기에 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 고전압 상태임을 의미할 수 있다.
무선 전력 송신기는 전력 절약 상태(2720) 또는 저전력 상태(2730) 또는 전력 전송 상태(2740)에서 시스템 오류가 감지되면, 잠금 장애 상태(2760)로 천이될 수 있다.
잠금 장애 상태(2760)의 무선 전력 송신기는 접속된 모든 무선 전력 수신기가 충전 영역에서 제거된 것으로 판단되면, 구성 상태(2710) 또는 전력 절약 상태(2720)로 천이할 수 있다.
또한, 잠금 장애 상태(2760)에서, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 감지되면, 로컬 장애 상태(2750)로 천이할 수 있다. 여기서, 로컬 장애 상태(2750)인 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 다시 잠금 장애 상태(2760)로 천이될 수 있다.
반면, 구성 상태(2710), 전력 절약 상태(2720), 저전력 상태(2730), 전력 전송 상태(2740) 중 어느 하나의 상태에서 로컬 장애 상태(2750)로 천이된 경우, 무선 전력 송신기는 로컬 장애가 해제되면, 구성 상태(2710)로 천이될 수 있다.
무선 전력 송신기는 로컬 장애 상태(2750)로 천이되면, 무선 전력 송신기에 공급되는 전원을 차단할 수도 있다. 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등의 장애가 감지되면 로컬 장애 상태(2750)로 천이될 수 있으나 이에 국한되지는 않는다.
일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기에 의해 수신되는 전력의 세기를 감소시키기 위한 소정 전력 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신기는 과전류, 과전압, 과열 등이 감지되면, 무선 전력 수신기의 충전을 중단시키기 위한 소정 제어 명령을 접속된 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 전송할 수도 있다.
상기와 같은 전력 제어 절차를 통해, 무선 전력 송신기는 과전압, 과전류, 과열 등에 따른 기기 파손을 미연에 방지할 수 있다.
무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이상인 경우, 잠금 장애 상태(2760)로 천이할 수 있다. 이때, 잠금 장애 상태(2760)로 천이된 무선 전력 송신기는 송신 공진기의 출력 전류의 세기를 미리 지정된 시간 동안 기준치 이하가 되도록 시도할 수 있다. 여기서, 상기 시도는 미리 지정된 회수 동안 반복 수행될 수 있다. 만약, 반복 수행에도 불구하고, 잠금 장애 상태(2760)가 해제되지 않는 경우, 무선 전력 송신기는 소정 알림 수단을 이용하여 사용자에게 잠금 장애 상태(2760)가 해제되지 않음을 지시하는 소정 알림 신호를 송출할 수 있다. 이때, 무선 전력 송신기의 충전 영역에 위치한 모든 무선 전력 수신기가 사용자에 의해 충전 영역에서 제거되면, 잠금 장애 상태(2760)가 해제될 수 있다.
반면, 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 미리 지정된 시간 이내에 기준치 이하로 떨어지거나 상기 미리 지정된 반복 수행 동안 송신 공진기의 출력 전류의 세기가 기준치 이하로 떨어지는 경우, 잠금 장애 상태(2760)는 자동으로 해제될 수 있으며, 이때, 무선 전력 송신기의 상태는 잠금 장애 상태(2760)에서 전력 절약 상태(2720)로 자동 천이되어 무선 전력 수신기에 대한 감지 및 식별 절차를 다시 수행할 수 있다.
전력 전송 상태(2740)의 무선 전력 송신기는 연속된 전력을 송출하고, 무선 전력 수신기의 상태 정보 및 미리 정의된 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터에 기반하여 적응적으로 송출 전력을 제어할 수 있다.
일 예로, 최적 전압 영역(Optimal Voltage Region) 설정 파라메터는 저전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 최적 전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 고전압 영역을 식별하기 위한 파라메터, 과전압 영역을 식별하기 위한 파라메터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 전력 수신 상태가 저전압 영역에 있으면, 송출 전력을 증가시키고, 고전압 영역에 있으면, 송출 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 전력 전송 효율이 최대화되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기에 의해 요구된 전력량의 편차가 기준치 이하가 되도록 송출 전력을 제어할 수도 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정류기 출력 전압이 소정 과전압 영역에 도달한 경우-즉, Over Voltage가 감지된 경우-, 전력 전송을 중단할 수도 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 전력 수신기의 상태 천이도이다.
도 22를 참조하면, 무선 전력 수신기의 상태는 크게 비활성화 상태(Disable State, 2810), 부트 상태(Boot State, 2820), 활성화 상태(Enable State, 2830)(또는, On state) 및 시스템 오류 상태(System Error State, 2840)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 무선 전력 수신기의 상태는 무선 전력 수신기의 정류기단에서의 출력 전압의 세기-이하, 설명의 편의를 위해 VRECT이라 명함-에 기반하여 결정될 수 있다.
활성화 상태(2830)는 VRECT의 값에 따라 최적 전압 상태(Optimum Voltage State, 2831), 저전압 상태(Low Voltage State, 2832) 및 고전압 상태(High Voltage State, 2833)로 구분될 수 있다.
비활성화 상태(2810)의 무선 전력 수신기는 측정된 VRECT 값이 미리 정의된 VRECT_BOOT 값보다 크거나 같으면, 부트 상태(2820)로 천이할 수 있다.
부트 상태(2820)에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기와의 대역외 통신 링크를 설정하고 VRECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달할 때까지 대기할 수 있다.
부트 상태(2820)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 부하단에 요구되는 전력에 도달된 것이 확인되면, 활성화 상태(2830)로 천이하여 충전을 시작할 수 있다.
활성화 상태(2830)의 무선 전력 수신기는 충전이 완료되거나 충전이 중단된 것이 확인되면, 부트 상태(2820)로 천이될 수 있다.
또한, 활성화 상태(2830)의 무선 전력 수신기는 소정 시스템 오류가 감지되면, 시스템 오류 상태(2840)로 천이할 수 있다. 여기서, 시스템 오류는 과전압, 과전류 및 과열뿐만 아니라 미리 정의된 다른 시스템 오류 조건이 포함될 수 있다.
또한, 활성화 상태(2830)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 VRECT _BOOT 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(2810)로 천이될 수도 있다.
또한, 부트 상태(2820) 또는 시스템 오류 상태(2840)의 무선 전력 수신기는 VRECT 값이 VRECT_BOOT 값 이하로 떨어지면, 비활성화 상태(2810)로 천이될 수도 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 공진 방식의 무선 충전 절차를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 23을 참조하면, 무선 전력 송신기는 전원 인가에 따라 무선 전력 송신기 구성, 즉, 부팅이 완료되면, 비콘 시퀀스를 생성하여 송신 공진기를 통해 전송할 수 있다(S2901).
무선 전력 수신기는 비콘 시퀀스가 감지되면 자신의 식별 정보 및 특성 정보가 포함된 광고 시그널을 브로드캐스팅할 수 있다(S2903). 이때, 광고 시그널은 후술할 연결 요청 신호가 무선 전력 송신기로부터 수신되기 이전까지 소정 주기로 반복 전송될 수 있음을 주의해야 한다.
무선 전력 송신기는 광고 시그널이 수신되면, 대역외 통신 링크를 설정하기 위한 소정 연결 요청 신호를 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S2905).
무선 전력 수신기는 연결 요청 신호가 수신되면, 대역외 통신 링크를 설정하고, 설정된 대역외 통신 링크를 통해 자신의 정적 상태 정보를 전송할 수 있다(S2907).
여기서, 무선 전력 수신기의 정적 상태 정보는 카테고리 정보, 하드웨어 및 소프트웨어 버전 정보, 최대 정류기 출력 전력 정보, 전력 제어를 위한 초기 기준 파라메터 정보, 요구 전압 또는 전력에 관한 정보, 전력 조절 기능 탑재 여부를 식별하기 위한 정보, 지원 가능한 대역외 통신 방식에 관한 정보, 지원 가능한 전력 제어 알고리즘에 관한 정보, 무선전력수신기에 초기 설정된 선호 정류기단 전압값 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기의 정적 상태 정보가 수신되면, 무선 전력 송신기의 정적 상태 정보를 대역외 통신 링크를 통해 무선 전력 수신기에 전송할 수 있다(S2909).
여기서, 무선 전력 송신기의 정적 상태 정보는 송신기 전력 정보, 클래스 정보, 하드웨어 및 소프트웨어 버전 정보, 지원 가능한 무선 전력 수신기의 최대 개수에 관한 정보 및/또는 현재 접속된 무선 전력 수신기의 개수에 관한 정보 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
이 후, 무선 전력 수신기는 자신의 실시간 전력 수신 상태 및 충전 상태를 모니터링하며, 주기적 또는 특정 이벤트 발생 시 동적 상태 정보를 무선 전력 송신기에 전송할 수 있다(S2911).
여기서, 무선 전력 수신기의 동적 상태 정보는 정류기 출력 전압 및 전류에 관한 정보, 부하에 인가되는 전압 및 전류에 관한 정보, 무선 전력 수신기의 내부 측정 온도에 관한 정보, 전력 제어를 위한 기준 파라메터 변경 정보(정류 전압 최소 값, 정류 전압 최대 값, 초기 설정된 선호 정류기단 전압 변경 값), 충전 상태 정보, 시스템 오류 정보, 경보 정보 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 무선 전력 송신기는 상기 전력 제어를 위한 기준 파라메터 변경 정보 수신시 기존 정적 상태 정보에 포함된 설정 값을 변경하여 전력 조절을 수행할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기를 충전하기 위한 충분한 전력이 준비되면, 대역외 통신 링크를 통해 소정 제어 명령을 송출하여 무선 전력 수신기가 충전을 개시하도록 제어할 수 있다(S2913).
이 후, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기로부터 동적 상태 정보를 수신하여 송출 전력을 동적으로 제어할 수 있다(S2915).
또한, 무선 전력 수신기는 내부 시스템 오류가 감지되거나 충전이 완료된 경우, 동적 상태 정보에 해당 시스템 오류를 식별하기 위한 데이터 및/또는 충전이 완료되었음을 지시하는 데이터를 포함하여 무선 전력 송신기에 전송할 수도 있다(S2917). 여기서, 시스템 오류는 과전류, 과전압, 과열 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 본 발명에 적용 가능한 대역외 통신 방식에는 NFC(Near Field Communication) 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 통신, LTE(Long Term Evolution)/LTE-Advance 통신, Wi-Fi 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나를 포함하는 무선 전력 수신기를 설명하기 위한 구조도이다.
도 24를 참조하면, 무선 전력 수신기(3000)는 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나(3010), 판단부(3020), 스위칭부(3030), 제1신호처리부(3040), MST 모듈(3050), 제2신호처리부(3060) 및 무선 충전 모듈(3070)을 포함할 수 있다. 도 24에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성 요소들을 갖는 무선 전력 수신기가 구현될 수도 있다.
마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나(3010, 이하"겸용 안테나")는 무선 신호를 송수신 할 수 있다. 무선 신호는 겸용안테나(3010)에 의해 발생되는 자기장 신호일 수 있다.
겸용 안테나(3010)는 상황에 따라서 자기장 신호를 송수신할 수 있으나, 자기장 신호는 MST 결제 정보 및 무선 전력 신호 중 어느 하나만 포함할 수 있다.
무선 전력 수신기(3000)는 MST 결제 정보가 포함된 자기장 신호를 수신하는 경우, 마그네틱 보안 전송(MST) 모드로 동작할 수 있으며, 무선 전력 신호가 포함된 자기장 신호를 수신하는 경우 무선 전력 전송 모드로 동작할 수 있다.
MST 결제 정보는 무선 전력 수신기(3000)가 포함하는 MST 모듈(3050)에 의한 신용카드 정보 또는 신용카드에 준하는 결제 수단에 대한 정보를 포함할 수 있다. 무선 전력 신호는 도 1과 도 16 내지 도 23에서 설명된 무선 전력 송수신기 사이 무선 전력 전송을 위한 제어 신호와 전력 신호를 포함할 수 있다.
겸용 안테나(3010)는 MST 리더기(도면 미도시)와 자기장 신호를 송수신할 수 있다. MST 리더기는 결제 단말기에 포함될 수 있다. 결제 단말기는 예를 들어 POS(또는 CAT) 시스템를 포함할 수 있고, POS 시스템을 통해 판매 정보를 관리할 수 있다. 결제 단말기는 일반적으로 캐쉬어(casher)에 의해 동작될 수 있다.
결제 단말기는 겸용 안테나(3010)로부터 발생된 자기장 신호를 수신하여 자기장 신호를 디코딩하고, 디코딩된 자기장 신호를 디지털 신호로 재 변환하여 결제 단말기의 CPU로 전송할 수 있다.
물론, 겸용 안테나(3010)는 무선 전력 송신기로부터 무선 전력 신호를 수신할 수도 있다.
본 발명에서 겸용 안테나(3010)는 무선 전력 전송 방식에 제한되지 않는다. 다시 말해서, 겸용 안테나(3010)는 전자기 유도 방식, 전자기 공진 방식, RF 무선 전력 전송 방식 또는 그 밖의 무선 전력 전송 방식 중 적어도 어느 하나에 의해 전력을 수신할 수 있다.
또한, 본 발명에서 겸용 안테나(3010)는 동일한 무선 전력 전송 방식의 적용을 받는 다양한 무선 전력 전송 표준에 제한되지 않는다. 다시 말해서, 전자기 유도 방식에 따라 전력을 수신하는 무선 전력 안테나는 WPC(Wireless Power Consortium) 또는/및 PMA(Power Matters Alliance) 중 적어도 어느 하나의 표준에 의해 전력을 수신할 수 있다. 또한, 전자기 공진 방식에 따라 전력을 수신하는 무선 전력 안테나는 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 기구에서 정의된 공진 방식으로 전력을 수신할 수 있다.
겸용 안테나(3010)는 인덕터(inductor)를 포함할 수 있으며, 인덕터는 적어도 하나의 권선(winding)을 갖는 루프를 포함할 수 있다. 겸용 안테나(3010)의 인덕터는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 권선되어 원형, 타원형 또는 사각형상과 같은 다각 형상의 코일로 구성될 수도 있다.
한편, MST 모듈(3050)에서 요구하는 인덕터의 유도 용량(인덕턴스)의 범위와 무선 충전 모듈(3070)에서 요구하는 인덕터의 유도 용량의 범위가 중첩되는 범위가 있을 수 있다.
본 발명의 겸용 안테나(3010)는 MST 모듈(3050) 및 무선 충전 모듈(3070)에서 요구하는 인덕터의 유도 용량 범위가 중첩되는 범위 내의 인덕턴스 값을 가질 수 있다. 예를 들어 MST 모듈(3050) 및 무선 충전 모듈(3070) 모두에서 요구하는 유도 용량의 범위는 10 내지 13 uH 일 수 있다.
다시 말해서, 본 발명의 겸용 안테나(3010)은 MST 모듈(3050) 및 무선 충전 모듈(3070)이 요구하는 유도 용량의 범위가 일치하는 범위 내의 인덕턴스값을 가질 수 있다.
판단부(3020)는 겸용 안테나(3010)로부터 수신되는 자기장 신호가 MST 결제 정보 및 무선 전력 신호 중 어느 신호인지 식별할 수 있다.
비록 MST 모듈(3050) 및 무선 충전 모듈(3070)에서 요구하는 인덕턴스 값이 동일하다고 하더라도, MST 모듈(3050) 및 무선 충전 모듈(3070) 각각에서 요구하는 자기장 신호의 주파수 특징은 상이할 수 있다.
다시 말해서, 마그네틱 보안 전송(MST) 모드 및 무선 전력 전송 모드로 동작하기 위한 자기장 신호의 주파수 특징은 상이할 수 있다.
판단부(3020)는 수신한 자기장 신호의 주파수 특징을 산출하고, MST 모듈(3050) 및 무선 충전 모듈(3070) 각각에 대응되는 자기장 신호의 주파수 특징과 비교할 수 있다.
판단부(3020)는 MST 모듈(3050) 및 무선 충전 모듈(3070) 각각에 대응되는 자기장 신호의 주파수 특징과 판단부(3020) 내부 또는 외부 메모리에 미리 저장되어 있는 주파수 특징 정보를 비교할 수 있다. 주파수 특징 정보는 사용되는 주파수대역, 대역폭, 주파수의 크기(magnitude), 주파수의 위상(phase) 등을 포함할 수 있다.
판단부(3020)는 상기 비교 과정을 통해 수신한 자기장 신호를 MST 모듈(3050) 및 무선 충전 모듈(3070) 중 어느 모듈로 전달할지 결정할 수 있다.
판단부(3020)가 수신한 자기장 신호는 WPC 표준에 적용될 수 있는 무선 전력 신호의 핑(ping) 신호 또는 비콘(beacon) 신호일 수 있다. 판단부(3020)는 수신한 자기장 신호가 핑 신호 또는 비콘 신호의 주파수 특성에 부합되는 경우, 수신한 자기장 신호를 무선 충전 모듈(3070)의 동작에 필요한 신호로 판단할 수 있다.
스위칭부(3030)는 상기 판단부(3020)의 결정에 따라 수신한 자기장 신호를 MST 모듈(3050)로 연동되는 제1신호처리부(3040) 또는 무선 충전 모듈(3070)과 연동되는 제2신호처리부(3060) 중 어느 하나로 전달할 수 있다.
제1신호처리부(3040) 및 제2신호처리부(3060) 각각은 MST 모듈(3050) 및 무선 충전 모듈(3070)에서 처리할 수 있도록 자기장 신호를 미리 정의된 데이터프레임에 따른 재 변환을 수행할 수 있다.
예를 들어, 무선 충전 모듈(3070)과 연동되는 제2신호처리부(3060)는 ASK/FSK에 의한 신호 처리를 수행할 수 있다.
MST 모듈(3050)은 무접점 결제를 수행하는 MST 동작(이하,"MST 모드"라 칭함.)을 전반적으로 제어하고 관리할 수 있다. MST 모듈(3050)은 신용카드 또는 신용카드에 준하는 결제 수단에 대한 정보에 대응하는 자기장을 발생시키는 프로세스를 제어할 수 있다.
무선 충전 모듈(3070)은 무선 전력 신호를 송수신하기 위한 동작(이하, "무선 전력 전송 모드"라 칭함.)을 전반적으로 관리할 수 있다.
정류부(도면 미도시)는 판단부로부터 인가받은 전류 또는 전압을 결정된 안테나 모드에 따라 각각 정해진 전압으로 변환할 수 있다.
본 발명은 겸용 안테나(3010)의 사용과 함께 정류부와 같은 소자도 공유함으로써 재료비를 절감할 수 있고, 중복되는 소자 사용을 회피함으로써 무선 전력 수신기의 소형화를 가능하게 할 수 있다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나를 포함하는 무선 전력 수신기의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 25를 참조하면, 마그네틱 보안 전송(MST)과 무선 전력 전송(WPT)을 위한 겸용 안테나(이하, "겸용 안테나"라 칭함.)는 무선 신호를 수신할 수 있다(S3110).
겸용 안테나로부터 수신한 무선 신호는 겸용 안테나에 의해 발생되는 자기장 신호일 수 있다. 겸용 안테나가 수신한 자기장 신호는 MST 결제 정보 및 무선 전력 신호 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신기는 근거리 통신 안테나(Near Field Communication, NFC 안테나)를 겸용 안테나와 함께 포함할 수 있고, 무선 전력 수신기는 MST 결제를 수행하는 MST 모드, 무선으로 전력을 전송 받는 무선 전력 전송 모드, NFC를 수행하는 NFC 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다.
무선 전력 수신기는 무선 신호에 기반하여 안테나 모드(무선 전력 전송 모드 또는 마그네틱 보안 정송 모드)를 결정할 수 있다(S3120).
무선 신호는 MST 결제 정보 및 무선 전력 신호 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 하나의 무선 신호가 동시에 MST 결제 정보 및 무선 전력 신호를 포함할 수는 없다.
따라서 무선 전력 수신기는 겸용 안테나가 수신한 무선 신호에 기반하여 안테나 모드를 결정할 수 있다.
무선 전력 수신기가 포함하는 안테나 모드는 MST 모드, 무선 전력 전송 모드, NFC 모드를 포함할 수 있다. 그러나, 무선 전력 수신기는 MST 모드, 무선 전력 전송 모드, NFC 모드 중 동시에 둘 이상의 모드로 동작할 수 없고, 어느 하나로만 동작할 수 있다.
MST 모드는 MST 안테나를 통해 MST 리더기로 결제 정보를 송수신하는 모드이며, 무선 전력 전송 모드는 무선 전력 송신기로부터 수신하는 전력 신호를 이용하여 전력을 전송 받는 모드이며, NFC 모드는 NFC 통신을 수행하는 모드이다.
무선 전력 수신기가 겸용 안테나로부터 무선 신호를 수신하는 경우에는 어떤 모드로 동작해야 하는지 결정할 수 있다.
무선 전력 수신기는 무선 신호에 의해 겸용 안테나에서 발생되는 전압 또는 전류의 크기를 이용하여 안테나 모드를 결정할 수 있다.
무선 전력 수신기는 겸용 안테나에서 발생되는 전압 또는 전류의 크기가 미리 설정된 제1임계 범위에 포함되는 경우 MST 모드로 결정할 수 있고, 무선 전력 수신기는 겸용 안테나에서 발생되는 전압 또는 전류의 크기가 제2임계 범위에 포함되는 경우에는 무선 전력 전송 모드로 결정할 수 있다.
제1임계 범위는 별도의 MST 안테나에서 발생될 수 있는 전압 또는 전류의 크기와 관련된 실험에 의해 설정될 수 있고, 또는 표준 규격에 의해 설정될 수 있다. 제2임계 범위는 별도의 무선 전력 전송 안테나에서 발생될 수 있는 전압 또는 전류의 크기와 관려된 실험에 의해 설정될 수 있고, 또는 표준 규격에 의해 설정될 수 있다.
또는 상기와 유사한 방식에 의해 무선 전력 수신기는 겸용 안테나에서 발생되는 전압 또는 전류의 변화량을 이용하여 안테나 모드를 결정할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신기는 무선 신호의 주기 또는 주파수를 이용하여 안테나 모드를 결정할 수 있다.
무선 전력 신호를 포함하는 무선 신호 및 MST 결제 정보를 포함하는 무선 신호는 각각의 표준 또는 통신 프로토콜에 따른 규격에 따라 송수신될 수 있다.
따라서, 무선 전력 수신기는 무선 신호의 주기 또는 주파수를 분석하여 MST 표준에 대응되는 경우 MST 모드로 동작하고, 무선 전력 전송 표준에 대응되는 경우 무선 전력 전송 모드로 동작할 수 있다.
일 실시예로, 안테나 모드를 결정하기 위해 수신되는 무선 신호는 핑 신호일 수 있다. 다시 말해서, 무선 전력 수신기는 겸용 안테나로부터 핑 신호의 주기 또는 주파수를 분석하여 분석한 핑 신호가 WPC 표준에 대응되는 경우 무선 전력 전송 모드로 동작할 수 있다.
무선 전력 수신기는 결정된 안테나 모드에 따라 무선 신호의 전송 경로를 선택할 수 있다(S3130).
무선 전력 수신기가 겸용 안테나를 사용하더라도, 무선 전력 수신기는 MST 모드 및 무선 전력 전송 모드를 전반적으로 제어하는 각각의 MST 모듈 및 무선 전력 전송 모듈(무선 충전 모듈)을 별도로 포함할 수 있다.
따라서, 무선 전력 수신기는 MST 모드인 경우, 무선 신호를 MST 모듈로 전송하는 경로를 선택할 수 있고, 무선 전력 전송 모드인 경우 무선 신호를 무선 충전 모듈로 전송하는 경로를 선택할 수 있다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 전송 모드 또는 마그네틱 보안 전송 모드 각각 수행할 수 있다(S3140).
무선 전력 수신기는 MST 모드에 따라 MST 리더기와 MST 결제 정보를 송수신할 수 있고, 무선 충전 모드에 따라 내부 또는 외부의 배터리에 전력을 충전할 수 있다.
이에 앞서, 겸용 안테나는 MST 모드 및 무선 전력 전송 모드에 따라 각각 상이한 변조 및 복조 방식에 의한 무선 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신기는 MST 모드 및 무선 전력 전송 모드 수행에 있어, 각각의 신호가 상이한 신호 처리 과정을 수행할 수 있다.
MST 모듈과 연동하는 제1신호 처리부는 MST 표준에 따른 신호 처리를 수행하여 제1제어 신호를 생성할 수 있고, 무선 충전 모듈과 연동하는 제2신호 처리부는 무선 전력 전송 표준에 따라 신호 처리를 수행하여 제2제어 신호를 생성할 수 있다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나로부터 수신된 무선 통신 신호를 구별하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 26을 참조하면, 무선 전력 수신기는 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나(이하, "겸용안테나"라 칭함)가 수신한 자기장 신호를 산출하여 수신한 자기장 신호의 특성을 이용하여 안테나 모드를 결정할 수 있다.
상황에 따라서 자기장 신호를 송수신할 수 있으나, 자기장 신호는 MST 결제 정보 및 무선 전력 신호 중 어느 하나만 포함할 수 있다.
도 26의 (a)를 참조하면, MST 결제 정보를 포함하는 제1자기장 신호의 주파수 그래프이다. x축은 시간을 변수로 가질 수 있고, y축은 자기장 신호의 크기 또는 위상을 변수로 가질 수 있다.
제1자기장 신호는 겸용안테나로부터 발생될 수 있으며, 예를 들어, 제1자기장 신호는 신호 사이의 간격(3211)과 관련하여 10~60㎲의 펄스 타이밍에 대응하는 대역폭을 가질 수 있다.
또한, 제1자기장 신호 자체의 길이(3212)는 데이터프레이임 구조에 따른 다양한 정보를 포함하는 바이트(byte) 수가 미리 설정되어 있을 수 있고, 제1자기장 신호의 크기(3213) 역시 기 설정된 크기를 가질 수 있다.
도 26의 (b)를 참조하면, 무선 전력 신호를 포함하는 제2자기장 신호의 주파수 그래프이다. x축은 시간을 변수로 가질 수 있고, y축은 자기장 신호의 크기 또는 위상을 변수로 가질 수 있다.
제2자기장 신호는 다양한 종류의 무선 전력 전송 방식에 따른 핑 신호 또는 비콘 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, 전자기 유도 방식에 제2자기장 신호는 핑 신호일 수 있으며, 핑 신호 사이의 간격(3221), 신호의 길이(3222) 및 신호의 크기(3223)이 미리 설정되어 있을 수 있다. 동일한 전자기 유도 방식을 따르더라도, 서로 상이한 표준(예를 들어, WPC 및 PMA)에 따라 신호의 상기 특징은 다르게 설정될 수 있다. 전자기 유도 방식의 동작 주파수 대역은 LF 대역으로 표준에 따라 수백 KHz까지 다양할 수 있다. WPC 표준에 따른 전자기 유도 방식은 110 내지 205KHz의 주파수 대역을 이용할 수 있으며, PMA 표준에 따른 전자기 유도 방식은 232 내지 278KHz 또는 205 내지 300KHz 주파수 대역을 사용할 수 있다.
다른 예로, 전자기 공진 방식에 의한 제2자기장 신호는 비콘 신호일 수 있으며, 비콘 신호 사이의 간격(3221), 신호의 길이(3222) 및 신호의 크기(3223)이 미리 설정되어 있을 수 있다. 전자기 공진 방식의 동작 주파수는 HF 대역으로 6.78MHz 또는 13.56MHz일 수 있다.
무선 전력 수신기는 겸용 안테나에서 수신된 자기장 신호의 특성을 산출할 수 있고, 산출된 신호의 특성을 제1자기장 신호의 특성 또는 제2자기장 신호의 특성과 비교하여 안테나 모드를 결정할 수 있다.
무선 전력 수신기는 겸용 안테나로부터 발생된 전압 또는 전류의 크기를 이용하여 안테나 모드를 결정할 수도 있다.
무선 전력 수신기는 겸용 안테나가 수신한 자기장 신호에 의해 겸용 안테나에서 발생되는 전압 또는 전류의 크기가 제1임계 범위에 포함되는 경우에는 MST 결제 정보를 포함하는 제1자기장 신호로 판단할 수 있다.
무선 전력 수신기는 겸용 안테나가 수신한 자기장 신호에 의해 겸용 안테나에서 발생되는 전압 또는 전류의 크기가 제2임계 범위에 포함되는 경우에는 무선 전력 신호를 포함하는 제2자기장 신호로 판단할 수 있다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나 사용에 따른 안테나 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 27의 (a)를 참조하면, 제1무선 전력 수신기(3310)가 무선 전력 안테나(3311), MST 안테나(3312) 및 NFC 안테나(3313)을 모두 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기는 3가지 모드를 수행할 수 있다.
일 실시예로, NFC 안테나(3313)는 무선 전력 안테나(3311) 보다 주파수 대역이 높기 때문에 무선 전력 안테나(3311) 외곽을 따라 직사각형 형태로 도전성 패턴으로 배치될 수 있다. 무선 전력 안테나(3311)는 전력 전송을 수행하며 NFC 안테나(3313)보다 낮은 주파수 대역을 사용하므로 NFC 안테나(3313)의 배치될 수 있다. 그리고, MST 안테나는 NFC 안테나(3313) 및 무선 전력 안테나(3311)의 사이 영역에 배치될 수 있다.
도 27의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2무선 전력 수신기(3320)는 마그네틱 보안 전송(MST) 및 무선 전력 전송(WPT) 겸용 안테나(3321, 이하, "겸용안테나"라 칭함)와 NFC 안테나(3323)를 포함할 수 있다.
제2 무선 전력 수신기(3320)는 겸용안테나(3321)을 포함하여 상대적으로 제1무선 전력 수신기(3310)보다 안테나의 배치 공간을 줄일 수 있다. 안테나의 배치 공간이 줄어든 특징은 겸용 안테나(3321)와 NFC 안테나(3323) 사이의 배치 거리를 증가시키고, 배치 거리가 증가됨에 따라 안테나 상호간 신호의 간섭을 줄일 수 있는 효과가 있다. 본 발명에서 간섭을 줄이는 특징은 자기장 영역에서의 신호의 간섭은 체배(정수배) 주파수 대역에서 서로 영향을 줄 수 있고, 이에 따라 발생될 수 있는 열화의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 제1무선 전력 수신기(3310)이 포함하는 3개의 안테나는 각각의 안테나에서 발생되는 신호를 전달하는 안테나 단자가 필요하다. 이에 비해, 제2무선 전력 수신기(3320)는 요구되는 안테나 단자(MST 안테나 단자 및 무선 전력 단자)를 공유함으로써 안테나 단자가 차지하는 공간을 줄일 수 있다. 줄어든 공간은 무선 전력 수신기의 소형화에 도움이 될 수 있으며, 다른 회로 장치가 공간을 사용할 수 있도록 할 수 있다.
안테나 단자 이외에 제2무선 전력 수신기(3320)은 겸용 안테나(3321)을 사용함으로써 공유할 수 있는 소자가 증가할 수 있다. 예를 들어, 겸용 안테나(3321)와 직접 연결될 수 있는 정류기 또는 컨버터를 MST 모드 또는 무선 전력 전송 모드에서 공유하여 사용할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 무선 충전용 멀티 모드 안테나 및 그것을 이용한 무선 전력 수신 장치에 적용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 인쇄 회로 기판;
    무선 충전을 위해 상기 인쇄 회로 기판의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나;
    제1 근거리 무선 통신을 위해 상기 제1 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나;
    제2 근거리 무선 통신을 위해 상기 제2 안테나와 중첩되지 않도록 상기 제2 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나;
    상기 제1 안테나에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자; 및
    상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자
    를 포함하고, 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치되는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결 패턴이 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 중첩되지 않도록 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치되는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 근거리 무선 통신은 마그네틱 보안 전송(MST: Magnetic Secure Transmission)이고, 제2 근거리 무선 통신은 NFC(Near Field Communication)인, 멀티 모드 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나와 상기 제3 안테나 사이의 이격 거리는 최소 1밀리미터(mm) 이상인, 멀티 모드 안테나 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 안테나와 상기 제3 안테나 사이의 이격 거리의 편차가 소정 기준치 이하가 유지되도록 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나가 상기 인쇄 회로 기판에 배치되는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  6. 제6항에 있어서,
    상기 제1 안테나와 상기 제2안테나의 이격 거리의 편차가 소정 기준치 이하로 유지되도록 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나가 상기 인쇄 회로 기판에 배치되는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 상기 인쇄 회로 기판의 양면에 각각 패턴 인쇄되고, 상기 인쇄 회로 기판에 배치된 관통 구멍을 통해 상기 양면에 인쇄된 패턴이 상호 도통되는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 내직경을 가지는 원형 패턴으로 인쇄되고, 상기 제1 연결 단자는 상기 내직경 내 배치되는, 멀티 모드 안테나 모듈.
  9. 인쇄 회로 기판;
    무선 충전을 위해 상기 인쇄 회로 기판의 중앙 영역에 패턴 인쇄되어 배치되는 제1 안테나;
    제1 근거리 무선 통신을 위해 상기 제1 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제2 안테나;
    제2 근거리 무선 통신을 위해 상기 제2 안테나와 중첩되지 않도록 상기 제2 안테나의 외곽에 패턴 인쇄되어 배치되는 제3 안테나;
    상기 제1 안테나에 상응하는 제1 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제1 연결 단자; 및
    상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나에 각각 상응하는 제2 내지 제3 연결 패턴의 양단을 연결하기 위한 제2 연결 단자
    를 포함하고, 상기 제1 연결 단자와 상기 제2 연결 단자가 상기 인쇄 회로 기판에 분리 배치되고,
    상기 제3 안테나는, 상기 제3 안테나의 코일의 길이 방향을 따라 배치되는 슬릿을 포함하는, 멀티 모드 안테나 모듈.
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