WO2022108136A1 - 무선 전력을 수신하는 전자 장치 - Google Patents

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WO2022108136A1
WO2022108136A1 PCT/KR2021/014795 KR2021014795W WO2022108136A1 WO 2022108136 A1 WO2022108136 A1 WO 2022108136A1 KR 2021014795 W KR2021014795 W KR 2021014795W WO 2022108136 A1 WO2022108136 A1 WO 2022108136A1
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mosfet
circuit
wireless power
coil
capacitor
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PCT/KR2021/014795
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구범우
박재현
이종민
최보환
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삼성전자 주식회사
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    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the present disclosure generally relates to an electronic device for receiving wireless power, and more particularly, to a wireless power receiver including a bidirectional switch.
  • a wireless charging technology using an electromagnetic induction method or a magnetic resonance method is used in an electronic device such as a smart phone.
  • a wireless power transmitting unit (PTU) eg, a wireless charging pad
  • a power receiving unit (PRU) eg, a smart phone
  • PTU wireless power transmitting unit
  • PRU power receiving unit
  • the transmitting coil of the power transmitting device The battery of the power receiving device may be charged by electromagnetic induction or electromagnetic resonance between the power receiving device and the receiving coil of the power receiving device.
  • the wireless power receiver 100 includes a resonance circuit 110 , a first rectifier circuit 130 , a second rectifier circuit 140 , a capacitor 151 , a low drop-output (LDO) regulator 152 , and a charger 153 . , a battery 154 , a switching circuit 170 , and a controller 180 .
  • the resonance circuit 110 may include a first coil 111 , a first capacitor 112 , a second coil 113 , and a bidirectional switch 120 .
  • the second coil 113 may be a coil having a relatively smaller inductance than the first coil 111 .
  • the first coil 111 is a receiver resonant coil forming parallel resonance with the first capacitor 112, and the second coil 113 is a receiver auxiliary coil connected to the second rectifying circuit 140 ( It may be called RX auxiliary coil or feeding coil.
  • the first coil 111 and the second coil 113 are magnetically coupled, and a mutual inductance M f may be formed between the first coil 111 and the second coil 113 . Due to the formed mutual inductance M f , the induced voltage induced in the first coil 111 increased by the quality factor Q of the resonance circuit may be induced in the second coil 113 . A current may flow through the second rectifier circuit 140 due to the voltage induced in the second coil 113 .
  • the first coil 111 and the first capacitor 112 constituting the resonance circuit 110 may be different, and from the wireless power transmitter according to the connection state between the first coil 111 , the first capacitor 112 , and the second coil 113 .
  • Wireless power received from the resonance circuit 110 and transmitted to the second rectifier circuit 140 and the first rectifier circuit 130 may be different.
  • the bidirectional switch 120 may include two or more switches (eg, the first switch 121 and the second switch 122 ).
  • Each of the first and second switches 121 and 122 may be an N-channel MOSFET, and the first diode 123 and the second diode 124 are, respectively, of the first switch 121 . It may be a body diode and a body diode of the second switch 122 .
  • the first switch 121 and the second switch 122 may have a common source voltage by having respective sources connected in series at the node 127 .
  • a common gate voltage having a common source voltage as a reference voltage may be applied to each gate of the first and second switches 121 and 122 under the control of the gate driving circuit 160 .
  • the source voltage of the first and second switches 121 and 122 is at a high frequency (eg, 6.78 MHz). MHz) can be changed (alternate).
  • the on/off states of the first and second switches 121 and 122 can be stably controlled by applying a gate voltage to the gates of each of the first and second switches 121 and 122 using a common source voltage as a reference voltage. have. Applying the gate voltage or applying (or outputting) the driving signal may mean applying a voltage exceeding each threshold voltage to the gates of the first and second switches 121 and 122 .
  • Not applying the gate voltage or applying the driving signal may mean that a voltage not exceeding each threshold voltage is applied to the gates of the first and second switches 121 and 122 . While a gate voltage is applied to the gates of each of the first and second switches 121 and 122 , the first and second switches 121 and 122 are switched to an “on” state, and both ends of the bidirectional switch 120 are electrically can be connected While no gate voltage is applied to the gates of the first and second switches 121 and 122 , the first and second switches 121 and 122 are switched to an “off” state, and electrical Connection paths may be broken.
  • the first rectifying circuit 130 may include a third diode 131 , a fourth diode 132 , and/or a capacitor 133 .
  • the third and fourth diodes 131 and 132 have a predetermined size across the first and second switches 121 and 122 when the first and second switches 121 and 122 are switched from the “on” state to the “off” state. It operates as the above voltage is applied to rectify the induced voltage so that the rectified voltage is applied to both ends of the capacitor 133 .
  • the capacitor 133 may be charged according to the voltage rectified by the third and fourth diodes 131 and 132 .
  • the capacitor 133 may be connected to the node 127 of the first and second switches 121 and 122 , and a source voltage of the first and second switches 121 and 122 may be applied to one end of the capacitor 133 .
  • the charged energy is transferred to the capacitor 133 ) can be discharged through at least one resistor connected in parallel to
  • the second rectification circuit 140 may include four diodes 141 , 142 , 143 , and 144 , and rectify the induced voltage so that the rectified voltage is applied to both ends of the capacitor 151 . .
  • the first rectifying circuit 130 may form an energy harvesting circuit that charges the capacitor 133 .
  • the energy harvesting circuit may include a first rectifying circuit 130 , a zener diode (D z1 ) 101 connected in parallel with the capacitor 133 , and a zener diode (D z2 ) 103 .
  • One end of each of the capacitor 133 , the Zener diode D z1 ) 101 , and the Zener diode D z2 103 is a node 127 that is a common source of the first switch 121 and the second switch 122 . can be connected to
  • the Zener diode 101 may regulate the rectified voltage applied to the capacitor 133 to a predetermined voltage (eg, Zener breakdown voltage of the Zener diode 101) or less.
  • the resistor (R g ) 102 is the gate resistance of the first switch 121 and the second switch 122
  • the capacitor (C gs ) 104 is the first switch 121 and the second switch 122 . ) of the gate-source capacitor.
  • the energy harvesting circuit may further include a Zener diode (D z2 ) 103 connected in parallel with a gate and a source of the first switch 121 and/or a gate and a source of the second switch 122 .
  • the Zener diode 103 may regulate the voltage applied to the capacitor 104 to a predetermined voltage (eg, Zener breakdown voltage of the Zener diode 103) or less.
  • the switching circuit 170 may include an optocoupler (Qc1 ) 175 and a switch (Q C2 ) 176 .
  • the diode 177 may be a body diode of the switch 176 .
  • the optocoupler 175 may include a light-emitting diode (LED) 171 and a photodiode 173 .
  • the resistor R P 174 may be an internal resistance of the photodiode 173 .
  • the resistor (RC) 172 may be an internal resistance of the light emitting diode 171 of the optocoupler 175 .
  • the switching circuit 170 may receive the first control signal from the controller 180 in the form of a voltage V con applied to the switch 176 of the optocoupler 175 .
  • the controller 180 may always receive power for applying the voltage V con from the battery 154 .
  • the controller 180 may receive power for applying the voltage V con based on the LDO 152 when wireless power is received.
  • the controller 180 may compare the rectified voltage V rec of the output terminal of the second rectifying circuit 140 with a threshold, and apply the voltage V con to the switch 176 based on the comparison result. When it is determined that the rectified voltage V rec of the output terminal of the second rectifying circuit 140 is equal to or greater than the threshold, the controller 180 may apply a voltage V con exceeding the threshold voltage of the switch 176 .
  • the optocoupler 175 may operate based on the voltage V con applied from the controller 180 to the switch 176 . When the magnitude of the voltage (V con ) applied to the switch 176 from the controller 180 exceeds the threshold voltage of the switch 176, the switch 176 is switched to the on state, and the light emitting diode 171 is switched ( 176) may be connected to the ground.
  • the light emitting diode 171 As the light emitting diode 171 is connected to the ground through the switch 176 , it may be switched on based on the voltage of the node 178 to radiate light.
  • the voltage of the node 178 may be, for example, a rectified voltage V rec of the output terminal of the second rectifying circuit 140 .
  • a voltage from an external power source other than the rectified voltage V rec of the output terminal of the second rectification circuit 140 may be applied to the light emitting diode 171 .
  • the photodiode 173 may be switched to an on state when the light emitted from the light emitting diode 171 arrives.
  • a connection path between the resistor 174 and the sources of the first switch 121 and the second switch 122 may be formed.
  • the charge of the capacitor 133 may be discharged. Accordingly, the voltage across the capacitor 104, which is equal to the voltage between the gate and the source of the first switch 121 and the second switch 122, gradually decreases, so that the threshold voltage of the first switch 121 and the second switch 122 is decreased.
  • the first switch 121 and the second switch 122 may be switched to an off state.
  • the controller 180 may control the voltage V con applied to the switch 176 to be substantially zero.
  • the switch 176 is switched to an “off” state, and the light emitting diode 171 is switched to the “off” state, and light may not be emitted from the light emitting diode 171 .
  • the photodiode 173 may be switched to an “off” state when the light emitted from the light emitting diode 171 does not arrive.
  • the connection between the resistor 174 and the sources of the first switch 121 and the second switch 122 is cut off, and the energy stored in the capacitor 133 is Due to this, the capacitor 104 may be charged.
  • the first switch 121 and the second switch 122 may be switched to an “on” state. have.
  • the first switch 121 and the second switch 122 may be switched to an off state.
  • the voltage across the capacitor 104 is the first switch ( 121) and the second switch 122 increase above the threshold voltages, the first switch 121 and the second switch 122 may be switched to an ON state.
  • the switching circuit 170 operates the bidirectional switch 120 including the first switch 121 and the second switch 122 according to the voltage (V con ) applied to the switch 176 from the controller 180 .
  • a controllable control signal may be output in the form of a voltage across the capacitor 104 .
  • the receiving circuit 210 may include the second rectifying circuit 140 , the capacitor 151 , the LDO regulator 152 , the charger 153 , and the battery 154 of FIG. 1 . can
  • the magnitude of the voltage V con applied from the controller 180 to the switch 176 of the switching circuit 170 is the threshold voltage of the switch 176 .
  • the bidirectional switch 120 including the first switch 121 and the second switch 122 is switched to an “off” state, so that current may not flow through both ends of the bidirectional switch 120 .
  • the receiving circuit 210 may be connected in series to the first coil 111, the first capacitor 112, and the second coil 113 to form a series resonance circuit, the receiving circuit 210, The first coil 111 , the first capacitor 112 , and the second coil 113 may form one closed loop 200a.
  • a current is induced in a circuit including the first coil 111 , the first capacitor 112 , and the second coil 113 of the resonance circuit 110 , so that the resonance circuit 110 may receive wireless power.
  • the magnitude of the voltage V con applied from the controller 180 to the switch 176 of the switching circuit 170 is greater than the threshold voltage of the switch 176 .
  • the bidirectional switch 120 including the first switch 121 and the second switch 122 is switched to an on state, so that a current may flow through both ends of the bidirectional switch 120 .
  • the receiving circuit 210 is connected in parallel with the first circuit and the second coil 113 formed by connecting the first coil 111 and the first capacitor 112 in series to form a parallel resonance circuit.
  • the first coil 111 and the first capacitor 112 may form one closed loop 201b, and the receiving circuit 210 and the second coil 113 may form one closed loop 202b.
  • the resonance circuit 110 may receive wireless power.
  • the wireless power receiver 100 described above with reference to FIGS. 1, 2A and 2B requires a gate driving circuit 160 for controlling the gate voltages of the first and second switches 121 and 122, so The miniaturization of the size of the power receiver 100 may be limited. In addition, since the wireless power receiver 100 includes many elements constituting the gate driving circuit 160 , reduction in production cost may be limited.
  • a wireless power receiving apparatus may include a bidirectional switch, and a source of the bidirectional switch may be connected to a ground.
  • a wireless power receiver for receiving wireless power from a wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver is configured to receive the wireless power, and includes a resonance circuit including a first coil, a second coil, and a first capacitor.
  • the wireless power receiver includes a rectifier circuit connected to the resonance circuit and including a first rectifier circuit and a second rectifier circuit forming a full bridge structure.
  • the wireless power receiver includes a driving circuit include
  • the first rectifying circuit includes a first MOSFET, a second MOSFET, a third MOSFET, and a fourth MOSFET. Sources of the first MOSFET and the second MOSFET are connected to both ends of a resonator in which the first coil and the first capacitor are connected in series.
  • Sources of the third MOSFET and the fourth MOSFET are connected to ground.
  • the driving circuit is connected to the gates of the first MOSFET, the second MOSFET, the third MOSFET, and the fourth MOSFET.
  • the driving circuit switches off the first MOSFET and the second MOSFET and switches on the third MOSFET and the fourth MOSFET, the first MOSFET and the fourth MOSFET are switched on, based on the first magnetic field generated from the wireless power transmitter. 1 current is induced, and a second current is induced in the second coil based on the second magnetic field generated in the resonator, whereby the resonance circuit receives the wireless power, and the second current induced in the second coil is It may be rectified by the second rectifying circuit.
  • a wireless power receiver for receiving wireless power from a wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver is configured to receive the wireless power and includes a resonance circuit including a first coil, a second coil, a first capacitor, and a bidirectional switch.
  • the wireless power receiver includes a rectifying circuit connected to the resonance circuit, and a driving circuit.
  • the bidirectional switch includes a first MOSFET and a second MOSFET. Sources of the first MOSFET and the second MOSFET are connected to ground.
  • the driving circuit is connected to the gates of the first MOSFET and the second MOSFET.
  • the resonant circuit is set to receive the wireless power by inducing a first current in the first circuit.
  • a second current flows through the second circuit including the first coil and the first capacitor based on the first magnetic field generated from the wireless power transmitter is induced, and a third current is induced in a third circuit including the second coil based on a second magnetic field generated in the second circuit, whereby the resonance circuit may be set to receive the wireless power.
  • a wireless power receiver for receiving wireless power from a wireless power transmitter.
  • a wireless power receiver includes a bidirectional switch, and a source of the bidirectional switch is connected to a ground. Since the wireless power receiver does not need to include the complex gate driving circuit 160 of FIG. 1 , it can be produced with a small size and low cost.
  • 1 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver performing wireless charging.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating an equivalent circuit of a wireless power receiver.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating an equivalent circuit of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating an equivalent circuit of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating components for controlling a driving circuit of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating an equivalent circuit of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment.
  • FIGS. 13A and 13B are diagrams illustrating an equivalent circuit of a wireless power receiver according to an embodiment.
  • one (eg, first) component is “coupled” or “connected” to another (eg, second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively”.
  • one component can be connected to the other component directly (eg by wire), wirelessly, or through a third component.
  • an electronic device may be any device including a touch panel, and the electronic device may be referred to as a terminal, a portable terminal, a mobile terminal, a communication terminal, a portable communication terminal, a portable terminal, a mobile terminal, or a display device.
  • the electronic device may include a smartphone, a mobile phone, a navigation system, a game console, a TV, a vehicle head unit, a notebook computer, a notebook computer, a tablet, a personal computer, a media player (PMP), or a personal digital assistant (PDA).
  • the electronic device may be implemented as a pocket-sized portable communication terminal having a wireless communication function.
  • the electronic device may be a flexible device or a flexible display device.
  • the electronic device may communicate with an external electronic device such as a server or may perform a task by interworking with the external electronic device. For example, the electronic device may transmit an image captured using a camera and/or location information sensed by a sensor unit to a server through a network.
  • a network may be, but is not limited to, a mobile or cellular network, a local area network (LAN), a wireless local area network (WLAN), a wide area network (WAN), the Internet, or a small area network (SAN).
  • a wireless power receiver for receiving wireless power from a wireless power transmitter.
  • a wireless power receiver includes a bidirectional switch, and a source of the bidirectional switch is connected to a ground. Since the wireless power receiver does not need to include the complex gate driving circuit 160 of FIG. 1 , it can be produced with a small size and low cost.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to an exemplary embodiment.
  • the wireless power transmitter 301 may include a power source 311 , an inverter 312 , and a resonance circuit.
  • the resonance circuit of the wireless power transmitter 301 may include a first capacitor 313 , a second capacitor 314 , a resistor 315 , and a transmission coil 316 .
  • the power source 311 may output DC power
  • the inverter 312 may convert the DC power output from the power source 311 into AC power.
  • Characteristic values of the first capacitor 313 , the second capacitor 314 , the resistor 315 , and the transmission coil 316 constituting the resonance circuit may be set in consideration of the resonance frequency and/or impedance matching.
  • At least one of the first capacitor 313 , the second capacitor 314 , the resistor 315 , and the transmission coil 316 constituting the resonance circuit may be implemented as a variable element whose characteristic value is changeable. may be It may be understood by those skilled in the art that the connection relationship between the first capacitor 313 , the second capacitor 314 , the resistor 315 , and the transmission coil 316 as shown in FIG. 3 is merely exemplary. will be.
  • the wireless power receiver 302 may include a resonance circuit, a rectifier circuit 340 , a capacitor 351 , and a load 352 .
  • the resonance circuit includes a first receiving coil 321 , a second receiving coil 322 , a first switch 323 , a second switch 324 , a first resistor 325 , a second resistor 326 , and a first capacitor 331 , a second capacitor 332 , and a third capacitor 333 may be included.
  • the first switch 323 and the second switch 324 may be implemented as MOSFETs.
  • the source of the first switch 323 and the second switch 324 may be connected to the ground. Accordingly, the wireless power receiver 302 uses an isolated gate driver circuit (eg, the gate driver circuit 160 of FIG. 1 ) to drive the first switch 323 and the second switch 324 . )) may not be required.
  • an isolated gate driver circuit eg, the gate driver circuit 160 of FIG. 1
  • the first receiving coil 321 and the second receiving coil 322 of the resonance circuit may be magnetically coupled to the transmitting coil 316 of the wireless power transmitter 301 .
  • the first switch 323 and the second switch 324 are switched to the “on” state, the first receiving coil 321 and the second receiving coil 322 of the resonance circuit are induced in the transmitting coil 316
  • An induced current based on a magnetic field may flow, and this may be referred to as a resonance circuit receiving wireless power from the wireless power transmitter 301 .
  • the wireless power received in the resonance circuit may be rectified into direct current by the rectifier circuit 340 .
  • the rectifier circuit 340 may include four diodes 341 , 342 , 343 , and 344 forming a full bridge structure.
  • the rectifier circuit 340 may include four MOSFETs forming a full bridge structure.
  • the rectifier circuit 340 may include two FETs or two diodes forming a half bridge structure.
  • the capacitor 351 may be charged and power may be supplied to the load 352 .
  • the load 352 may include a DC/DC converter, an LDO, a charger, a battery, and a driving circuit that generates a driving signal for switching the first switch 323 and the second switch 324 .
  • a current is applied to the first receiving coil 321 and the second receiving coil 322 of the resonance circuit may not flow.
  • power may be supplied to the load 352 based on the charges charged in the capacitor 351 .
  • the control circuit may be operative to prevent excessively high voltage applied to the wireless power receiver 302 .
  • the control circuit may switch the first switch 323 and the second switch 324 to an “off” state when the voltage applied to the output terminal of the rectifying circuit 340 is higher than a threshold value.
  • the control circuit may switch the first switch 323 and the second switch 324 to an “on” state when the voltage applied to the output terminal of the rectifier circuit 340 is equal to or less than a threshold value.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment of the present disclosure.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating an equivalent circuit of a wireless power receiver according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power receiver 401 may include a resonance circuit, a rectifier circuit 420 , a driving circuit 419 , and a capacitor 430 .
  • the wireless power receiver 401 may further include a load including a DC/DC converter, an LDO, a charger, and a battery.
  • the resonant circuit includes a first coil 411 , a first capacitor 412 , a second coil 413 , a third coil 414 , a second capacitor 417 , and a third capacitor 418 . ), and a bidirectional switch.
  • the bidirectional switch may be implemented with a first MOSFET 415 and a second MOSFET 416 .
  • the second coil 413 and the third coil 414 may be wound so that a dot direction is displayed opposite to the direction shown in FIG. 4 .
  • the sources of the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 may be connected to ground. Accordingly, the wireless power receiver 401 uses an isolated gate driver circuit (eg, the gate driver circuit 160 of FIG. 1 ) to drive the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 . )) may not be required.
  • an isolated gate driver circuit eg, the gate driver circuit 160 of FIG. 1
  • the driving circuit 419 may provide driving signals for controlling the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 to the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 .
  • the magnitude of the driving signal is sufficiently large so that the gate voltages of the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 exceed the threshold voltages of the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416, the first MOSFET 415 ) and the second MOSFET 416 may be in an “on” state.
  • the driving circuit 419 switches the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 to be in an “on” state.
  • the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 When the magnitude of the driving signal is not large enough so that the gate voltages of the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 are less than or equal to the threshold voltages of the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416, the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 may be in an off state. At this time, it can be expressed that the driving circuit 419 switches the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 to be in an “off” state.
  • 5A is a diagram illustrating an equivalent circuit of the wireless power receiver 401 when the driving circuit 419 switches the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 to be in an “on” state.
  • the reception circuit 510 may represent components other than the resonance circuit among components of the wireless power receiver 401 .
  • the wireless power receiver 401 connects the first circuit 501a and the closed loop to form a closed loop. It may include a second circuit 502a forming a loop.
  • a current may be induced in the first circuit 501a including the first coil 411 and the first capacitor 412 based on the magnetic field generated from the wireless power transmitter.
  • a second circuit 502a including a second coil 413 , a third coil 414 , a second capacitor 417 , and a third capacitor 418 based on a magnetic field generated in the first coil 411 ) current can be induced.
  • the voltage induced in the second coil 413 and the third coil 414 may be a voltage in which the voltage induced in the first coil 411 is increased by the quality Q of the resonance circuit.
  • the voltage applied to the receiving circuit 510 in FIG. 5A may be higher than in FIG. 5B .
  • 5B is a diagram illustrating an equivalent circuit of the wireless power receiver 401 when the driving circuit 419 switches the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 to be in an off state.
  • the reception circuit 510 may represent components other than the resonance circuit among components of the wireless power receiver 401 .
  • the wireless power receiver 401 forms one large closed loop. is equivalent to the third circuit 501b.
  • a current may be induced in the third circuit 501b including 418 .
  • the driving circuit 419 may switch on/off between the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 , the voltage applied to the receiving circuit 510 may be different.
  • the driving circuit 419 may control on/off of the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 based on the voltage applied to the receiving circuit 510 .
  • the driving circuit 419 switches the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 to an “off” state when the voltage (V rec ) of the output terminal of the rectifying circuit 420 is equal to or greater than a threshold, and rectifies When the voltage (V rec ) of the output terminal of the circuit 420 is less than the threshold, the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 may be switched to an “on” state.
  • the rectifier circuit 420 may include four diodes 421 , 422 , 423 , and 424 forming a full-bridge structure. According to various embodiments, unlike shown in FIG. 4 , the rectifier circuit 420 may include four MOSFETs forming a full-bridge structure. When the rectifier circuit 420 includes four MOSFETs, an on/off state of each of the four MOSFETs may be synchronously switched according to a voltage applied to each of the four MOSFETs.
  • the rectifier circuit 420 may include two FETs or two diodes forming a half-bridge structure.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment of the present disclosure.
  • 7A and 7B are diagrams illustrating an equivalent circuit of a wireless power receiver according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power receiver 601 may include a resonance circuit 610 , a rectifier circuit 630 , a capacitor 640 , and a load 650 .
  • the resonant circuit includes a first coil 611 , a first capacitor 612 , a second coil 618 , a third coil 619 , a second capacitor 621 , and a third capacitor 622 . , a first MOSFET 615 , a second MOSFET 616 , a third MOSFET 613 , a fourth MOSFET 614 , and a driving circuit 617 .
  • the second coil 618 and the third coil 619 may be wound so that a dot direction is indicated opposite to the direction illustrated in FIG. 6 .
  • the first MOSFET 615 and the second MOSFET 616 may be replaced with a first diode and a second diode.
  • the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 may form a full-bridge structure. Drains of the first MOSFET 615 and the second MOSFET 616 may be connected to an output terminal of the rectifying circuit 630 . Sources of the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614 may be connected to ground. Accordingly, the wireless power receiver 601 uses an isolated gate driver circuit (eg, the gate driver circuit 160 of FIG. 1 ) to drive the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614 . )) may not be required.
  • an isolated gate driver circuit eg, the gate driver circuit 160 of FIG. 1
  • the driving circuit 617 transmits a driving signal for synchronously switching the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 to the first MOSFET 615 .
  • the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 may be provided, respectively.
  • the driving circuit 617 transmits a driving signal for switching the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 to an “off” state. 615 ), the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 may be provided, respectively.
  • FIG. 7A shows that the driving circuit 617 synchronously switches the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 , or the driving circuit 617 is It is a diagram showing an equivalent circuit of the wireless power receiver 601 when the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 are switched off.
  • a component through which a relatively small current flows is indicated by a dotted line.
  • a current may be induced in the first circuit 710a including the first coil 611 and the first capacitor 612 . Since the current induced in the first circuit 710a is alternating current, the driving circuit switches the first MOSFET 615 and the fourth MOSFET 614 on according to the sign of the induced current, and the second MOSFET 616 and the second MOSFET 616 are on.
  • the 3 MOSFET 613 may be switched off, the second MOSFET 616 and the third MOSFET 613 may be switched on, and the first MOSFET 615 and the fourth MOSFET 614 may be switched off.
  • the driving circuit 617 synchronously switches the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 , the second coil 618 , the second A current smaller than a current flowing through the first circuit 710a may flow through the third coil 619 , the second capacitor 621 , the third capacitor 622 , and the rectifier circuit 630 .
  • the magnitude of the current flowing through the second coil 618 may be smaller as the magnitude of the mutual inductance between the first coil 611 and the second coil 618 decreases. As the resonant frequencies of the second coil 618 and the second capacitor 621 are much lower than the operating frequency of the wireless power receiver 601 , the amount of current flowing through the second coil 618 may be smaller.
  • the magnitude of the current flowing through the third coil 619 may be smaller as the magnitude of the mutual inductance between the first coil 611 and the third coil 619 decreases. According to various embodiments, as the resonant frequency of the third coil 619 and the third capacitor 622 is much lower than the operating frequency of the wireless power receiver 601, the magnitude of the current flowing in the third coil 619 is small.
  • the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 form a full-bridge structure, and the first MOSFET 615 and the first MOSFET 615 are Since the drain of the 2 MOSFET 616 is connected to the output terminal of the rectifying circuit 630 , the power induced in the first circuit 710a is the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , and the third MOSFET 613 . ), and may be rectified by the fourth MOSFET 614 . The rectified power may be supplied to the output terminal of the rectifying circuit 630 to be supplied to the capacitor 640 and the load 650 .
  • the driving circuit 617 switches the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 to an “off” state
  • the power induced in the first circuit 710a may be rectified by body diodes of the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 .
  • the rectified power may be supplied to the output terminal of the rectifying circuit 630 to be supplied to the capacitor 640 and the load 650 .
  • the driving circuit 617 switches the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614 “on” and turns the first MOSFET 615 and the second MOSFET 616 “off” ” state can be switched.
  • FIG. 7B shows that the driving circuit 617 switches the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614 to the on state, and switches the first MOSFET 615 and the second MOSFET 616 to the off state. It is a diagram showing an equivalent circuit of the power receiver 601 . In FIG. 7B , a component through which no current flows is indicated by a dotted line.
  • the resonance circuit forms the first coil 611 , the first capacitor 612 , and the first A second circuit 710b and a third MOSFET 613 , a fourth MOSFET 614 , a second coil 618 , and a third coil forming a closed loop of the three MOSFETs 613 and the fourth MOSFET 614
  • a third circuit 720b including 619 , a second capacitor 621 , and a third capacitor 622 may be included.
  • a current is induced in the second circuit 710b based on the magnetic field generated from the wireless power transmitter, and based on the magnetic field generated by the first coil 611, the third circuit 720b By induced current, it is possible to receive wireless power from the wireless power transmitter.
  • the received wireless power may be rectified by the rectifying circuit 630 , and the rectified wireless power may be supplied to the capacitor 640 and the load 650 .
  • the driving circuit 617 switches between on/off of each of the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 .
  • the operation of the resonant circuit may be different.
  • the driving circuit 617 may include a first MOSFET 615 , a second MOSFET 616 , a third MOSFET 613 , and Each of the fourth MOSFETs 614 may be switched on/off.
  • the driving circuit 617 includes the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the 4 MOSFETs 614 can be switched synchronously.
  • the driving circuit 617 switches the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614 to an “on” state when the voltage (V rec ) of the output terminal of the rectifier circuit 630 is less than the threshold, and the first MOSFET 615 ) and the second MOSFET 616 may be switched to an “off” state.
  • the rectifier circuit 630 may include four diodes 631 , 632 , 633 , and 634 forming a full-bridge structure. According to various embodiments, unlike shown in FIG. 6 , the rectifying circuit 630 may include two FETs or two diodes forming a half-bridge structure.
  • the rectifier circuit 630 may include four MOSFETs forming a full-bridge structure.
  • an on/off state of each of the four MOSFETs may be synchronously switched according to a voltage applied to each of the four MOSFETs.
  • four MOSFETs included in the rectifier circuit 630 may be switched by the driving circuit 617 .
  • the driving circuit 617 includes the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 when the voltage V rec of the output terminal of the rectifier circuit 630 is equal to or greater than the threshold value.
  • the four MOSFETs included in the rectifier circuit 630 may be switched off.
  • the driving circuit 617 switches the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614 to an on state when the voltage V rec of the output terminal of the rectifier circuit 630 is less than the threshold, and the first MOSFET 615 .
  • the second MOSFET 616 may be switched to an off state, and four MOSFETs included in the rectifier circuit 630 may be synchronously switched.
  • the load 650 may represent elements other than the resonance circuit 610 , the rectifier circuit 630 , and the capacitor 640 among the components of the wireless power receiver 601 .
  • the load 650 may include a DC/DC converter, an LDO, a charger, and a battery.
  • the driving circuit 850 of the wireless power receiver (eg, the wireless power receiver 601 in FIG. 6 ) based on a control signal from a microcontroller unit (MCU) 830 , a plurality of switches (eg, FIG. 6 ) 6 driving signals 851 , 852 , 853 , 854 for controlling the on/off of the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 ) can be printed out.
  • MCU microcontroller unit
  • the control signal determines whether to synchronously switch the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 , the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 . ), the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 are switched off, or the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614 are switched on, and the first MOSFET 615 is switched on. ) and whether to switch the second MOSFET 616 to an off state.
  • the MCU 830 transmits a control signal to the driving circuit 850 based on an analog signal based on the output voltage V rec of the rectifier circuit (eg, the rectifier circuit 630 of FIG. 6 ).
  • the analog signal input to the MCU 830 is a voltage divider 810 including a first resistor 811 and a second resistor 812 in which the output voltage V rec of the rectifier circuit, a filter 821, and a buffer ( 822) may be a voltage passed through.
  • the hysteresis comparator 870 generates an interrupt signal based on the output voltage V rec of the rectifier circuit (eg, the rectifier circuit 630 of FIG. 6 ) to the MCU 830 or the driving circuit 850 . It can be provided to at least one of.
  • the MCU 830 may provide a control signal to the driving circuit 850 by additionally using an interrupt signal in addition to the analog signal from the buffer 822 .
  • the driving circuit 850 receives an interrupt signal based on the output voltage V rec of the rectifier circuit (eg, the rectifier circuit 630 of FIG. 6 ) from the hysteresis comparator 870 and receives the interrupt
  • the driving signals 851 , 852 , 853 , and 854 may be output based on the signal and the control signal.
  • the interrupt signal is the output voltage (V rec ) of the rectifier circuit is the voltage passed through the voltage divider 860 including the third resistor 861 and the fourth resistor 862 hysteresis comparator 870 ), may be a voltage output from the hysteresis comparator 870 .
  • the hysteresis comparator 870 may output a first interrupt signal when the input voltage is lower than V high and higher than V high , and output a second interrupt signal when the input voltage is higher than V low and lower than V low . have.
  • V high can be set higher than V low .
  • the driving circuit 850 receives the first interrupt signal from the hysteresis comparator 870 regardless of the control signal from the MCU 830 , the first MOSFET 615 , the second MOSFET ( 616), the third MOSFET 613, and the fourth MOSFET 614 are synchronously switched, or the first MOSFET 615, the second MOSFET 616, the third MOSFET 613, and the fourth MOSFET ( 614) can be switched to the “off” state.
  • the driving circuit 850 turns on the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614 when receiving the second interrupt signal from the hysteresis comparator 870 regardless of the control signal from the MCU 830 . state, and the first MOSFET 615 and the second MOSFET 616 may be switched off.
  • a wireless power receiver (e.g., the wireless power receiver of FIG. 6) 601 ) may not include the voltage divider 810 , the filter 821 , and the buffer 822 , or may not include the voltage divider 860 and the hysteresis comparator 870 .
  • the components driving the driving circuit 850 of FIG. 8 are the wireless power receiver 302 of FIG. 3 , the wireless power receiver 401 of FIG. 4 , and FIG.
  • the wireless power receiver 901 of FIG. 9 or the wireless power receiver 1101 of FIG. 11 may similarly be included.
  • the control signal switches the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 to be in an on state, or may indicate whether to switch the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 to be in an off state.
  • the number of driving signals output from the driving circuit 850 is not limited to four.
  • FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment of the present disclosure.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating an equivalent circuit of the wireless power receiver shown in FIG. 9 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power receiver 901 may include a resonance circuit 910 , a rectifier circuit 920 , a capacitor 930 , and a load 940 .
  • the resonant circuit comprises a first coil 911 , a first capacitor 912 , a second coil 918 , a second capacitor 919 , a first MOSFET 915 , and a second MOSFET 916 .
  • a third MOSFET 913 , a fourth MOSFET 914 , and a driving circuit 917 may be included.
  • the second coil 918 may be wound such that a dot direction is indicated opposite to the direction illustrated in FIG. 9 .
  • the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the fourth MOSFET 914 may form a full-bridge structure. Drains of the first MOSFET 915 and the second MOSFET 916 may be connected to an output terminal of the rectifier circuit 920 . Sources of the third MOSFET 913 and the fourth MOSFET 914 may be connected to ground. Accordingly, the wireless power receiver 901 uses an isolated gate driver circuit (eg, the gate driver circuit 160 of FIG. 1 ) to drive the third MOSFET 913 and the fourth MOSFET 914 . )) may not be required.
  • an isolated gate driver circuit eg, the gate driver circuit 160 of FIG. 1
  • the driving circuit 917 receives a driving signal for synchronously switching the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the fourth MOSFET 914 . It may be provided to the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the fourth MOSFET 914 , respectively.
  • the driving circuit 917 transmits a driving signal for switching the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the fourth MOSFET 914 to an “off” state.
  • 10A shows that the driving circuit 917 synchronously switches the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the fourth MOSFET 914 , or the first MOSFET 915 .
  • the driving circuit 917 shows an equivalent circuit of the wireless power receiver 901 when the second MOSFET 916, the third MOSFET 913, and the fourth MOSFET 914 are switched off.
  • a component through which a relatively small current flows is indicated by a dotted line.
  • wireless power A current may be induced in the first circuit 1010a including the first coil 911 and the first capacitor 912 based on the magnetic field generated from the transmitter. Since the current induced in the first circuit 1010a is alternating current, the driving circuit switches on the first MOSFET 915 and the fourth MOSFET 914 according to the sign of the induced current, and the second MOSFET 916 and the third MOSFET 916 are switched on.
  • the MOSFET 913 may be switched off, the second MOSFET 916 and the third MOSFET 913 may be switched on, and the first MOSFET 915 and the fourth MOSFET 914 may be switched off.
  • the second A current smaller than a current flowing through the first circuit 1010a may flow through the coil 918 , the second capacitor 919 , and the rectifier circuit 920 .
  • the magnitude of the mutual inductance between the first coil 911 and the second coil 918 decreases, the magnitude of the current flowing through the second coil 918 may decrease.
  • the resonant frequencies of the second coil 918 and the second capacitor 919 are much lower than the operating frequency of the wireless power receiver 901 , the magnitude of the current flowing through the second coil 918 may be smaller.
  • the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the fourth MOSFET 914 form a full-bridge structure, and the first MOSFET 915 and the second MOSFET 915 are Since the drain of the 2 MOSFET 916 is connected to the output terminal of the rectifying circuit 920 , the power induced in the first circuit 710a is the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , and the third MOSFET 913 . ), and may be rectified by the fourth MOSFET 914 . The rectified power may be supplied to the output terminal of the rectifying circuit 920 to be supplied to the capacitor 930 and the load 940 .
  • the driving circuit 917 switches the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the fourth MOSFET 914 to an “off” state
  • the power induced in the first circuit 710a is rectified by body diodes of the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the fourth MOSFET 914 , and the rectified power It may be supplied to the output terminal of the rectifier circuit 920 to be supplied to the capacitor 930 and the load 940 .
  • the driving circuit 917 switches the third MOSFET 913 and the fourth MOSFET 914 to an “on” state, and turns the first MOSFET 915 and the second MOSFET 916 to an “off” state. ” state can be switched.
  • 10B shows that the driving circuit 917 switches the third MOSFET 913 and the fourth MOSFET 914 into an “on” state, and turns the first MOSFET 915 and the second MOSFET 916 into an “off” state.
  • It is a diagram showing an equivalent circuit of the wireless power receiver 901 when switching. In FIG. 10B , components through which current flows are marked with black, and components through which no current flows are marked with dotted lines.
  • the resonance circuit consists of the first coil 911, the first capacitor 912, and the first A second circuit 1010b and a third MOSFET 913, a fourth MOSFET 914, a second coil 918, and a second circuit 1010b forming a closed loop of the third MOSFET 913, and the fourth MOSFET 914
  • a third circuit 1020b including a capacitor 919 may be included.
  • a current is induced in the second circuit 1010b based on the magnetic field generated from the wireless power transmitter, and based on the magnetic field generated by the first coil 911, the third circuit 1020b
  • the received wireless power may be rectified by the rectifying circuit 920 , and the rectified wireless power may be supplied to the capacitor 930 and the load 940 .
  • the driving circuit 917 switches between on/off of each of the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the fourth MOSFET 914 .
  • the operation of the resonant circuit may be different.
  • the driving circuit 917 includes the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the fourth MOSFET 914 based on the voltage V rec of the output terminal of the rectifying circuit 920 . You can switch between each on/off.
  • the driving circuit 917 includes the first MOSFET 915 , the second MOSFET 916 , the third MOSFET 913 , and the Four MOSFETs 914 can be switched synchronously.
  • the driving circuit 917 switches the third MOSFET 913 and the fourth MOSFET 914 to an “on” state when the voltage (V rec ) of the output terminal of the rectifying circuit 920 is less than the threshold, and the first MOSFET 915 ) and the second MOSFET 916 may be switched to an “off” state.
  • the rectifier circuit 920 may include two diodes 921 and 922 forming a half-bridge structure. According to various embodiments, different from that shown in FIG. 9 , the rectifier circuit 920 may include two MOSFETs forming a half-bridge structure. A detailed description of the case in which the rectifier circuit 920 includes two MOSFETs will be described later with reference to FIG. 11 . According to various embodiments, unlike shown in FIG. 9 , the rectifier circuit 920 may include four FETs or four diodes forming a full-bridge structure.
  • the load 940 may represent elements other than the resonance circuit 910 , the rectifier circuit 920 , and the capacitor 930 among the components of the wireless power receiver 901 .
  • the load 940 may include a DC/DC converter, an LDO, a charger, and a battery.
  • FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power receiver 1101 of FIG. 11 is similar to the wireless power receiver 901 of FIG. 9, but further includes a matching network 1150, and the rectifier circuit 1120 is not two diodes, but two MOSFETs 1121; 1122) is included. Accordingly, with respect to the resonance circuit 1110 , the driving circuit 1117 , the rectifying circuit 1120 , the capacitor 1130 , and the load 1140 of FIG. 11 , the resonance circuit 910 and the driving circuit 1117 of FIG. 9 . , rectifier circuit 920 , capacitor 930 , and the above-described details for the load 940 may be equally applied.
  • the wireless power receiver 1101 may include a matching network 1150 .
  • the matching network 1150 may include at least one capacitor and at least one inductor.
  • the matching network 1150 includes two capacitors and one inductor, a first end of the matching network 1150 is a first end of a first capacitor, and a second end of the first capacitor is a first end of a second capacitor and the first end of the inductor, and the second end of the second capacitor and the second end of the inductor may be the second end of the matching network.
  • the rectifier circuit 1120 may include two MOSFETs 1121 and 1122 forming a half-bridge structure.
  • the on/off state of each of the two MOSFETs can be controlled in an alternating manner according to the voltage applied to each of the two MOSFETs.
  • the driving circuit 1117 includes the first MOSFET 1115 , the second MOSFET 1116 , the third MOSFET 1113 , and the fourth MOSFET 1114 when the voltage V rec of the output terminal of the rectifier circuit 1120 is equal to or greater than the threshold value. ) is included in the rectifier circuit 1120 while synchronously switching or switching the first MOSFET 1115 , the second MOSFET 1116 , the third MOSFET 1113 , and the fourth MOSFET 1114 to the off state. Two MOSFETs can be switched off.
  • the driving circuit 1117 switches the third MOSFET 1113 and the fourth MOSFET 1114 to an on state when the voltage V rec of the output terminal of the rectifier circuit 1120 is less than a threshold value, and the first MOSFET 1115 ) and the second MOSFET 1116 may be switched to an off state, and two MOSFETs included in the rectifier circuit 1120 may be alternately switched.
  • the two MOSFETs included in the rectifier circuit 920 may be controlled by a separate driving circuit other than the driving circuit 1117 according to various embodiments.
  • FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a wireless power receiver according to an embodiment of the present disclosure.
  • 13A and 13B are diagrams illustrating an equivalent circuit of the wireless power receiver shown in FIG. 12 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power receiver 1201 may include a resonance circuit 1210 , a rectifier circuit 1230 , a capacitor 1240 , and a load 1250 .
  • the resonant circuit 1210 includes a first coil 1211 , a first capacitor 1212 , a second coil 1218 , a second capacitor 1219 , a first MOSFET 1215 , and a second MOSFET 1216 , a third MOSFET 1213 , a fourth MOSFET 1214 , and a driving circuit 1217 .
  • the second coil 1218 may be wound so that a dot direction is indicated opposite to that shown in FIG. 12 .
  • the second coil 1218 and the second capacitor 1219 may be connected in series.
  • One end of the second coil 1218 and the second capacitor 1219 connected in series is connected to the ground, and the other end of the second coil 1218 and the second capacitor 1219 connected in series is connected to the rectifying circuit 1230.
  • the first MOSFET 1215 , the second MOSFET 1216 , the third MOSFET 1213 , and the fourth MOSFET 1214 may form a full-bridge structure. Drains of the first MOSFET 1215 and the second MOSFET 1216 may be connected to an output terminal of the rectifier circuit 1230 . Sources of the third MOSFET 1213 and the fourth MOSFET 1214 may be connected to ground. Accordingly, the wireless power receiver 1201 uses an isolated gate driver circuit (eg, the gate driver circuit 160 of FIG. 1 ) to drive the third MOSFET 1213 and the fourth MOSFET 1214 . )) may not be required.
  • an isolated gate driver circuit eg, the gate driver circuit 160 of FIG. 1
  • the driving circuit 1217 receives a driving signal for synchronously switching the first MOSFET 1215 , the second MOSFET 1216 , the third MOSFET 1213 , and the fourth MOSFET 1214 . It may be provided to the first MOSFET 1215 , the second MOSFET 1216 , the third MOSFET 1213 , and the fourth MOSFET 1214 , respectively.
  • the driving circuit 1217 transmits a driving signal for switching the first MOSFET 1215 , the second MOSFET 1216 , the third MOSFET 1213 , and the fourth MOSFET 1214 to an “off” state. 1215 , the second MOSFET 1216 , the third MOSFET 1213 , and the fourth MOSFET 1214 may be provided, respectively.
  • FIG. 13A shows that the driving circuit 1217 synchronously switches the first MOSFET 1215, the second MOSFET 1216, the third MOSFET 1213, and the fourth MOSFET 1214 or the first MOSFET 1215; It is a diagram showing an equivalent circuit of the wireless power receiver 1201 when the second MOSFET 1216, the third MOSFET 1213, and the fourth MOSFET 1214 are switched to an “off” state.
  • a component through which a relatively small current flows is indicated by a dotted line.
  • wireless power A current may be induced in the first circuit 1310a including the first coil 1211 and the first capacitor 1212 based on the magnetic field generated from the transmitter.
  • the driving circuit switches on the first MOSFET 1215 and the fourth MOSFET 1214 according to the sign of the induced current, and the second MOSFET 1216 and the third MOSFET 1216
  • the MOSFET 1213 may be switched off, the second MOSFET 1216 and the third MOSFET 1213 may be switched on, and the first MOSFET 1215 and the fourth MOSFET 1214 may be switched off.
  • the second A current smaller than the current flowing through the first circuit 1310a may flow through the coil 1218 , the second capacitor 1219 , and the rectifier circuit 1230 .
  • the magnitude of the mutual inductance M 2f between the first coil 1211 and the second coil 1218 decreases, the magnitude of the current flowing through the second coil 1218 may decrease.
  • the resonant frequencies of the second coil 1218 and the second capacitor 1219 are much lower than the operating frequencies of the wireless power receiver 1201 , the magnitude of the current flowing through the second coil 1218 may be smaller.
  • the first MOSFET 1215 , the second MOSFET 1216 , the third MOSFET 1213 , and the fourth MOSFET 1214 form a full-bridge structure, and the first MOSFET 1215 and the first MOSFET 1215 are Since the drain of the 2 MOSFET 1216 is connected to the output terminal of the rectifying circuit 1230 , the power induced in the first circuit 1310a is the first MOSFET 1215 , the second MOSFET 1216 , and the third MOSFET 1213 . ), and may be rectified by the fourth MOSFET 1214 . The rectified power may be supplied to the output terminal of the rectifying circuit 1230 and supplied to the capacitor 1240 and the load 1250 .
  • the driving circuit 1217 switches the first MOSFET 1215 , the second MOSFET 1216 , the third MOSFET 1213 , and the fourth MOSFET 1214 to an “off” state
  • the power induced in the first circuit 710a may be rectified by body diodes of the first MOSFET 1215 , the second MOSFET 1216 , the third MOSFET 1213 , and the fourth MOSFET 1214 .
  • the rectified power may be supplied to the output terminal of the rectifying circuit 1230 and supplied to the capacitor 1240 and the load 1250 .
  • the driving circuit 1217 switches the third MOSFET 1213 and the fourth MOSFET 1214 to an “on” state, and turns the first MOSFET 1215 and the second MOSFET 1216 to an “off” state. ” state can be switched.
  • FIG. 13B shows when the driving circuit 1217 switches the third MOSFET 1213 and the fourth MOSFET 1214 to the on state, and switches the first MOSFET 1215 and the second MOSFET 1216 to the off state. It is a diagram showing an equivalent circuit of the power receiver 1201 . In FIG. 13B , components through which current flows are marked with black, and components through which no current flows are marked with dotted lines.
  • the resonance circuit is formed by the first coil 1211 , the first capacitor 1212 , and the second MOSFET 1213 .
  • a current is induced in the second circuit 1310b based on the magnetic field generated from the wireless power transmitter, and based on the magnetic field generated by the first coil 1211, the third circuit 1320b
  • the received wireless power may be rectified by the rectifying circuit 1230 , and the rectified wireless power may be supplied to the capacitor 1240 and the load 1250 .
  • the driving circuit 1217 switches between on/off of each of the first MOSFET 1215, the second MOSFET 1216, the third MOSFET 1213, and the fourth MOSFET 1214.
  • the operation of the resonant circuit may be different.
  • the driving circuit 1217 includes the first MOSFET 1215 , the second MOSFET 1216 , the third MOSFET 1213 , and the fourth MOSFET 1214 based on the voltage V rec of the output terminal of the rectifying circuit 1230 .
  • Each on/off can be controlled.
  • the driving circuit 1217 includes the first MOSFET 1215 , the second MOSFET 1216 , the third MOSFET 1213 , and the It is possible to synchronously switch the 4 MOSFETs 1214 .
  • the driving circuit 1217 is the third MOSFET 1213 and the fourth MOSFET 1214 when the voltage (V rec ) of the output terminal of the rectifying circuit 1230 is less than a threshold value. may be switched to an “on” state, and the first MOSFET 1215 and the second MOSFET 1216 may be switched to an “off” state.
  • the rectifier circuit 1230 may include two diodes 1231 and 1232 forming a half-bridge structure. According to various embodiments, unlike shown in FIG. 12 , the rectifier circuit 1230 may include two MOSFETs forming a half-bridge structure. According to various embodiments, unlike that shown in FIG. 12 , the rectifier circuit 1230 may include four FETs or four diodes forming a full-bridge structure.
  • the load 1250 may represent elements other than the resonance circuit 1210 , the rectifier circuit 1230 , and the capacitor 1240 among the components of the wireless power receiver 1201 .
  • the load 1250 may include a DC/DC converter, an LDO, a charger, and a battery.
  • the wireless power receiver 601 may receive wireless power from a wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver 601 is configured to receive the wireless power and may include a resonance circuit including a first coil 611 , a second coil 618 , and a first capacitor 612 .
  • the wireless power receiver 601 may include a rectifying circuit connected to the resonance circuit and including a first rectifying circuit and a second rectifying circuit 630 forming a full bridge structure.
  • the wireless power receiver 601 may include a driving circuit 617 .
  • the first rectifying circuit may include a first MOSFET 615 , a second MOSFET 616 , a third MOSFET 613 , and a fourth MOSFET 614 .
  • Sources of the first MOSFET 615 and the second MOSFET 616 may be connected to both ends of a resonator in which the first coil 611 and the first capacitor 612 are connected in series. Sources of the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614 may be connected to a ground.
  • the driving circuit 617 may be connected to gates of the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 .
  • the driving circuit 617 switches off the first MOSFET 615 and the second MOSFET 616 and switches on the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614
  • the A first current is induced in the resonator based on a first magnetic field generated from the wireless power transmitter
  • a second current is induced in the second coil 618 based on a second magnetic field generated in the resonator, so that the resonance circuit is
  • the current induced in the second coil 618 may be rectified by the second rectifying circuit 630 .
  • the second rectifying circuit 630 may include four FETs or four diodes 631 , 632 , 633 , and 634 forming a full bridge structure.
  • the second rectifier circuit 630 may include two FETs or two diodes 921 and 922 forming a half bridge structure.
  • the driving circuit 617 synchronously switches the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 .
  • the resonator may receive the wireless power, and the received wireless power may be rectified by the first rectifying circuit .
  • the driving circuit 617 switches off the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and the fourth MOSFET 614 .
  • the first current is induced based on the first magnetic field generated from the wireless power transmitter, whereby the resonator receives the wireless power, and the received wireless power is the first MOSFET 615 and the second MOSFET ( 616 ), the third MOSFET 613 , and a body diode of the fourth MOSFET 614 may be rectified.
  • the driving circuit 617 may be configured such that the driving circuit 617 switches off the first MOSFET 615 and the second MOSFET 616 , the third MOSFET 613 , and When the fourth MOSFET 614 is switched on, the two FETs included in the second rectifier circuit 630 may be synchronously switched on or off.
  • it further includes a matching network 1150 connected to the second coil 617 and the second rectifying circuit 630 , wherein the matching network 1150 includes at least one capacitor and at least one It may include an inductor.
  • the wireless power receiver 601 may further include a processor 830 , and the processor 830 may be configured to control the driving circuit 617 based on the rectified wireless power. have.
  • the wireless power receiver 601 further includes a hysteresis comparator 870, wherein the hysteresis comparator 870 is configured to generate an interrupt signal based on the rectified wireless power, and the processor ( 830 may be configured to control the driving circuit 617 based on the interrupt signal.
  • the processor 830 may control the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , and the second driving circuit 617 .
  • 3 MOSFETs 613 and the fourth MOSFET 614 are synchronously switched, or the driving circuit 617 is the first MOSFET 615 , the second MOSFET 616 , and the third MOSFET 613 . ), and to control the driving circuit 617 to switch off the fourth MOSFET 614 .
  • the processor 830 when the voltage of the rectified wireless power is less than a threshold, the driving circuit 617 switches off the first MOSFET 615 and the second MOSFET 616 and control the driving circuit 617 to switch on the third MOSFET 613 and the fourth MOSFET 614 .
  • the resonance circuit may further include a second capacitor 621 , a third coil 619 , and a third capacitor 622 .
  • a first end of the second coil 618 may be connected to a drain of the third MOSFET 613 .
  • a second end of the second coil 618 may be connected to a first end of the second capacitor 621 .
  • a second terminal of the second capacitor 621 may be connected to the second rectifying circuit 630 .
  • a first end of the third coil 619 may be connected to a drain of the fourth MOSFET 614 .
  • a second end of the third coil 619 may be connected to a first end of the third capacitor 622 .
  • a second terminal of the third capacitor 622 may be connected to the second rectifying circuit 630 .
  • a drain of the first MOSFET 615 and a drain of the second MOSFET 616 may be connected to an output terminal of the second rectifying circuit 630 .
  • the resonance circuit may further include a second capacitor 919 .
  • a first end of the second coil 918 may be connected to a drain of the third MOSFET 913 .
  • a second end of the second coil 918 may be connected to a first end of the second capacitor 919 .
  • a second terminal of the second capacitor 919 may be connected to the second rectifying circuit 920 .
  • the first rectifier circuit may include a first diode and a second diode instead of the first MOSFET 615 and the second MOSFET 616 .
  • the wireless power receiver 401 may receive wireless power from a wireless power transmitter.
  • the wireless power receiver 401 is configured to receive the wireless power, and may include a resonance circuit including a first coil 411 , a second coil 413 , a first capacitor 412 , and a bidirectional switch. have.
  • the wireless power receiver 401 may include a rectifying circuit 420 connected to the resonance circuit, and a driving circuit 419 .
  • the bidirectional switch may include a first MOSFET 415 and a second MOSFET 416 . Sources of the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 may be connected to a ground.
  • the driving circuit 419 may be connected to gates of the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 .
  • the driving circuit 419 switches off the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 , the first coil 411 and the second MOSFET 416 based on the first magnetic field generated from the wireless power transmitter A first current is induced in a first circuit including two coils 413 and the first capacitor 412 so that the resonance circuit may be set to receive the wireless power.
  • the driving circuit 419 switches on the first MOSFET 415 and the second MOSFET 416 , the first coil 411 and the second MOSFET 416 based on the first magnetic field generated from the wireless power transmitter
  • a second current is induced in a second circuit including one capacitor 412 , and a third current flows through a third circuit including the second coil 413 based on a second magnetic field generated in the second circuit.
  • the resonant circuit may be configured to receive the wireless power.
  • the rectifier circuit 420 may include four FETs or four diodes 421 , 422 , 423 , and 424 forming a full bridge structure.
  • the rectifier circuit 420 may include two FETs or two diodes forming a half bridge structure.
  • the wireless power receiver 401 may further include a matching network connected to the rectifier circuit 420 , and the matching network may include at least one capacitor and at least one inductor.
  • the wireless power receiver 401 may further include a processor, and the processor may be configured to control the driving circuit 419 based on the rectified wireless power.
  • the wireless power receiver may be a device of various types.
  • the wireless power receiver may include, for example, a portable communication device (eg, a smart phone), a computer device, a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance device.
  • a portable communication device eg, a smart phone
  • a computer device e.g., a laptop, a desktop, a tablet, or a portable multimedia device
  • portable medical device e.g., a portable medical device
  • camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a wearable device e.g., a smart bracelet
  • module used in various embodiments of this document may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and is interchangeable with terms such as, for example, logic, logic block, component, or circuit.
  • a module may be an integrally formed part or a minimum unit or a part of the part that performs one or more functions.
  • the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • one or more instructions stored in a storage medium may be implemented as software (eg, the program 140) including
  • a processor eg, processor 120
  • a device eg, electronic device 101
  • the one or more instructions may include code generated by a compiler or code executable by an interpreter.
  • the device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-transitory' only means that the storage medium is a tangible device and does not include a signal (eg, electromagnetic wave), and this term is used in cases where data is semi-permanently stored in the storage medium and It does not distinguish between temporary storage cases.
  • a signal eg, electromagnetic wave
  • the method according to various embodiments disclosed in this document may be provided as included in a computer program product.
  • Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities.
  • the computer program product is distributed in the form of a machine-readable storage medium (eg compact disc read only memory (CD-ROM)), or through an application store (eg Play StoreTM) or on two user devices ( It can be distributed (eg downloaded or uploaded) directly between smartphones (eg: smartphones) and online.
  • a part of the computer program product may be temporarily stored or temporarily generated in a machine-readable storage medium such as a memory of a server of a manufacturer, a server of an application store, or a relay server.
  • each component (eg, module or program) of the above-described components may include a singular or a plurality of entities, and some of the plurality of entities may be separately disposed in other components. have.
  • one or more components or operations among the above-described corresponding components may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • a plurality of components eg, a module or a program
  • the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component among the plurality of components prior to the integration. .
  • operations performed by a module, program, or other component are executed sequentially, in parallel, repeatedly, or heuristically, or one or more of the operations are executed in a different order, or omitted. or one or more other operations may be added.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기가 제공된다. 상기 수신기는, 공진 회로, 정류 회로, 및 구동 회로를 포함한다. 상기 공진 회로는, 제1, 및 제2 코일, 제1 커패시터를 포함한다. 상기 정류 회로는 제1, 및 제2 정류 회로를 포함한다. 상기 제1 정류회로는 제1내지 제4 MOSFET을 포함한다. 상기 제1 및 제2 MOSFET의 소스는 상기 제1 코일과 상기 제1 커패시터가 직렬로 연결된 공진기의 양단에 연결된다. 상기 제3 및 제4 MOSFET의 소스는 접지에 연결된다. 상기 구동 회로는 상기 제1 내지 제4 MOSFET의 게이트에 연결된다. 상기 구동 회로가 상기 제1 및 제2 MOSFET을 스위치 오프 하고, 상기 제3, 및 제4 MOSFET을 스위치 온 할 때, 상기 공진기 및 상기 제2 코일에 전류가 유도되고, 상기 공진 회로는 상기 무선 전력을 수신하고, 상기 제2 코일에 유도된 전류는 상기 제2 정류 회로에 의해 정류된다. 그 밖의 다양한 실시예가 가능하다.

Description

무선 전력을 수신하는 전자 장치
본 개시는 일반적으로 무선 전력을 수신하는 전자 장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 양방향 스위치를 포함하는 무선 전력 수신기에 관한 것이다.
스마트 폰과 같은 전자 장치에 전자기 유도 방식 또는 자기 공명 방식을 이용한 무선 충전 기술이 이용되고 있다. 무선 전력 송신 장치(power transmitting unit, PTU)(예: 무선 충전 패드)와 전력 수신 장치(power receiving unit, PRU)(예: 스마트 폰)가 접촉하거나 일정 거리 이내로 접근하면, 전력 송신 장치의 전송 코일과 전력 수신 장치의 수신 코일 사이의 전자기 유도 또는 전자기 공진에 의해 전력 수신 장치의 배터리가 충전될 수 있다.
도 1은, 무선 충전을 수행하는 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다. 무선 전력 수신기(100)는 공진 회로(110), 제1 정류 회로(130), 제2 정류 회로(140), 커패시터(151), LDO(low drop-output) 레귤레이터(152), 차저(153), 배터리(154), 스위칭 회로(170), 및 컨트롤러(180)를 포함할 수 있다. 공진 회로(110)는 제1 코일(111), 제1 커패시터(112), 제2 코일(113), 및 양방향 스위치(120)를 포함할 수 있다. 제2 코일(113)은, 제1 코일(111)보다 상대적으로 작은 인덕턴스를 가지는 코일일 수 있다. 제1 코일(111)은 제1 커패시터(112)와 병렬 공진을 형성하는 수신기 공진 코일(RX resonant coil)이고, 제2 코일(113)은 제2 정류 회로(140)와 연결되는 수신기 보조 코일(RX auxiliary coil) 또는 피딩 코일(feeding coil)이라고 불려질 수 있다. 제1 코일(111)과 제2 코일(113)는 자기적으로 결합되어, 제1 코일(111)과 제2 코일(113) 사이에는 상호유도인덕턴스(Mf)가 형성될 수 있다. 형성된 상호유도인덕턴스(Mf)로 인하여, 공진 회로의 양호도(Q)만큼 증가한 제1 코일(111)에 유도된 유도 전압이 제2 코일(113)에 유도될 수 있다. 제2 코일(113)에 유도된 전압으로 인하여 제2 정류 회로(140)를 통해 전류가 흐를 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 양방향 스위치(120)의 온/오프 상태에 따라, 공진 회로(110)를 구성하는 제1 코일(111), 제1 커패시터(112), 및 제2 코일(113) 사이의 연결 상태는 상이할 수 있고, 제1 코일(111), 제1 커패시터(112), 및 제2 코일(113) 사이의 연결 상태에 따라 무선 전력 송신기로부터 공진 회로(110)에서 수신되어 제2 정류 회로(140) 및 제1 정류 회로(130)에 전달되는 무선 전력이 상이할 수 있다.
양방향 스위치(120)는 2 이상의 스위치(예: 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122))를 포함할 수 있다. 제1, 2 스위치(121, 122) 각각은, N-채널 모스펫(N-channel MOSFET)일 수 있으며, 제1 다이오드(123) 및 제2 다이오드(124)는, 각각 제1 스위치(121)의 바디 다이오드 및 제2 스위치(122)의 바디 다이오드일 수 있다. 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)는, 각각의 소스(source)들이 노드(127)에서 직렬로 연결되어, 공통된 소스 전압을 가질 수 있다. 제1, 2 스위치(121, 122) 각각의 게이트에, 게이트 구동 회로(160)의 제어에 의해, 공통된 소스 전압을 기준 전압으로 하는, 공통된 게이트 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(111)에 높은 공진 주파수(예: 6.78MHz)에 기반하여 유도 전압이 형성되므로, 제1, 2 스위치(121, 122)의 소스 전압은, 높은 주파수(예: 6.78MHz)에 따라 변화(alternate)할 수 있다. 제1, 2 스위치(121, 122) 각각의 게이트에, 공통된 소스 전압을 기준 전압으로 하여 게이트 전압을 인가함으로써, 제1, 2 스위치(121, 122)의 온/오프 상태를 안정적으로 제어할 수 있다. 게이트 전압을 인가하거나, 구동 신호를 인가(또는, 출력)하는 것은, 제1, 2 스위치(121, 122)의 게이트에, 각각의 문턱 전압(threshold voltage)을 초과하는 전압을 인가하는 것을 의미할 수 있다. 게이트 전압을 인가하지 않거나, 구동 신호를 인가하지 않는 것은, 제1, 2 스위치(121, 122)의 게이트에, 각각의 문턱 전압을 초과하지 않는 전압이 인가됨을 의미할 수 있다. 제1, 2 스위치(121, 122) 각각의 게이트에 게이트 전압이 인가되는 동안, 제1, 2 스위치(121, 122)는 “온” 상태로 스위칭되고, 양방향 스위치(120)의 양단은 전기적으로 연결될 수 있다. 제1, 2 스위치(121, 122) 각각의 게이트에 게이트 전압이 인가되지 않는 동안, 제1, 2 스위치(121, 122)는 “오프” 상태로 스위칭되고, 양방향 스위치(120)의 양단의 전기적 연결 경로가 끊어질 수 있다.
제1 정류 회로(130)는 제3 다이오드(131), 제4 다이오드(132) 및/또는 커패시터(133)를 포함할 수 있다. 제3, 4 다이오드(131, 132)는, 제1, 2 스위치(121, 122)가 “온” 상태에서 “오프” 상태로 전환될 때 제1, 2 스위치(121, 122) 양단에 일정 크기 이상의 전압이 인가됨에 따라 동작하여, 유도 전압을 정류하여, 정류된 전압이 커패시터(133)의 양단 전압으로 인가되도록 할 수 있다. 커패시터(133)는, 제3, 4 다이오드(131, 132)에 의해 정류된 전압에 따라 충전될 수 있다. 커패시터(133)는, 제1, 2 스위치(121, 122)의 노드(127)에 연결될 수 있으며, 일 단에 제1, 2 스위치(121, 122)의 소스 전압이 인가될 수 있다.
커패시터(133)가 제3, 4 다이오드(131, 132)에 의해 정류된 전압 또는 제1, 2 스위치(121, 122)의 양단에 발생한 전압 스파이크에 따라 충전된 후, 충전된 에너지는 커패시터(133)에 병렬로 연결된 적어도 하나의 저항을 통해 방전될 수 있다.
제2 정류 회로(140)는 4개의 다이오드들(141, 142, 143, 144)을 포함할 수 있고, 유도 전압을 정류하여, 정류된 전압이 커패시터(151)의 양단 전압으로 인가되도록 할 수 있다.
제1 정류 회로(130)는 커패시터(133)를 충전하는 에너지 하베스팅 회로를 형성할 수 있다. 에너지 하베스팅 회로는, 제1 정류 회로(130), 커패시터(133)과 병렬로 연결된 제너(zener) 다이오드(Dz1)(101), 및 제너 다이오드(Dz2)(103)를 포함할 수 있다. 커패시터(133), 제너 다이오드(Dz1)(101), 및 제너 다이오드(Dz2)(103) 각각의 일단은 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 공통된 소스인 노드(127)에 연결될 수 있다.
제너 다이오드(101)는, 커패시터(133)로 인가되는 정류된 전압을 일정 전압(예: 제너 다이오드(101)의 Zener breakdown voltage) 이하로 레귤레이팅(regulating) 할 수 있다. 저항(Rg)(102)은, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 게이트 저항이며, 커패시터(Cgs)(104)는, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 게이트-소스 커패시터일 수 있다. 에너지 하베스팅 회로는, 제1 스위치(121)의 게이트 및 소스, 및/또는 제2 스위치(122)의 게이트 및 소스와 병렬로 연결된 제너 다이오드(Dz2)(103)를 더 포함할 수 있다. 제너 다이오드(103)는, 커패시터(104)로 인가되는 전압을 일정 전압(예: 제너 다이오드(103)의 Zener breakdown voltage) 이하로 레귤레이팅 할 수 있다. 스위칭 회로(170)는 옵토 커플러(Qc1)(175) 및 스위치(QC2)(176)를 포함할 수 있다. 다이오드(177)는, 스위치(176)의 바디 다이오드일 수 있다. 옵토 커플러(175)는, 발광 다이오드(light-emitting diode, LED)(171) 및 포토 다이오드(photodiode)(173)를 포함할 수 있다. 저항(RP)(174)은, 포토 다이오드(173)의 내부 저항일 수 있다. 저항(RC)(172)은, 옵토 커플러(175)의 발광 다이오드(171)의 내부 저항일 수 있다.
스위칭 회로(170)는 옵토 커플러(175)의 스위치(176)에 인가된 전압(Vcon)의 형태로 컨트롤러(180)로부터 제1 제어 신호를 제공받을 수 있다. 컨트롤러(180)는 전압(Vcon)을 인가하기 위한 전력을 배터리(154)로부터 상시 공급받을 수 있다. 컨트롤러(180)는, 전압(Vcon)을 인가하기 위한 전력을 무선 전력 수신시에 LDO(152)에 기반하여 공급받을 수 있다.
컨트롤러(180)는 제2 정류 회로(140)의 출력단의 정류 전압(Vrec)과 임계치를 비교하고, 비교 결과에 기초하여 전압(Vcon)을 스위치(176)에 인가할 수 있다. 컨트롤러(180)는 제2 정류 회로(140)의 출력단의 정류 전압(Vrec)이 임계치 이상이라고 확인되는 경우, 스위치(176)의 문턱 전압을 초과하는 전압(Vcon)을 인가할 수 있다. 옵토 커플러(175)는, 컨트롤러(180)로부터 스위치(176)에 인가된 전압(Vcon)에 기반하여 동작할 수 있다. 컨트롤러(180)로부터 스위치(176)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(176)의 문턱 전압을 초과하면, 스위치(176)가 온 상태로 전환되어, 발광 다이오드(171)가 스위치(176)를 통해 그라운드(ground)와 연결될 수 있다. 발광 다이오드(171)는, 스위치(176)를 통해 그라운드(ground)와 연결됨에 따라, 노드(178)의 전압에 기반하여 온 상태로 전환되어 빛(light)을 발산(radiate)할 수 있다. 노드(178)의 전압은, 예를 들어, 제2 정류 회로(140)의 출력단의 정류 전압(Vrec)일 수 있다. 또는, 제2 정류 회로(140)의 출력단의 정류 전압(Vrec)이 아닌, 다른 외부 전원에 의한 전압이 발광 다이오드(171)에 인가될 수도 있다. 포토 다이오드(173)는, 발광 다이오드(171)로부터 발산된 빛이 도달하면, 온 상태로 전환될 수 있다. 포토 다이오드(173)가 온 상태로 전환됨에 따라, 저항(174)과, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 소스 간의 연결 경로가 형성될 수 있다. 저항(174)과, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 소스 간의 연결 경로를 따라서 전류가 흐름에 따라, 커패시터(133)의 전하가 방전될 수 있다. 따라서, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 게이트와 소스 사이 전압과 동일한, 커패시터(104) 양단 전압이 점차 감소하여 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 문턱 전압 아래로 감소하면, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)가 오프 상태로 전환될 수 있다.
컨트롤러(180)는 제2 정류 회로(140)의 출력단의 정류 전압(Vrec)이 임계치 미만이라고 확인되는 경우, 스위치(176)에 인가되는 전압(Vcon)을 실질적으로 0으로 제어할 수 있다. 컨트롤러(180)로부터 스위치(176)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(176)의 문턱 전압을 초과하지 않으면, 스위치(176)가 “오프” 상태로 전환되어, 발광 다이오드(171)가 “오프” 상태로 전환되고, 발광 다이오드(171)로부터 빛이 발산되지 않을 수 있다. 포토 다이오드(173)는, 발광 다이오드(171)로부터 발산된 빛이 도달하지 않으면, “오프” 상태로 전환될 수 있다. 포토 다이오드(173)가 “오프” 상태로 전환됨에 따라, 저항(174)과, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 소스 간의 연결이 끊어지며, 커패시터(133)에 저장된 에너지로 인하여 커패시터(104)가 충전될 수 있다. 커패시터(104)의 양단 전압이 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 문턱 전압 위로 증가하면, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)가 “온” 상태로 전환될 수 있다.
컨트롤러(180)로부터 스위칭 회로(170)의 스위치(176)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(176)의 문턱 전압을 초과하면, 커패시터(104)의 양단 전압이 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 문턱 전압 아래로 감소하여, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)가 오프 상태로 전환될 수 있다. 반대로, 컨트롤러(180)로부터 스위칭 회로(170)의 스위치(176)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(176)의 문턱 전압 미만인 경우, 커패시터(104)의 양단 전압이 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)의 문턱 전압 위로 증가하여, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)가 온 상태로 전환될 수 있다. 즉, 스위칭 회로(170)는 컨트롤러(180)로부터 스위치(176)에 인가된 전압(Vcon)에 따라서, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 포함하는 양방향 스위치(120)를 제어할 수 있는 제어 신호를 커패시터(104)의 양단 전압의 형태로 출력할 수 있다.
도 2a는 컨트롤러로부터 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치의 문턱 전압을 초과할 때의 무선 전력 수신기의 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 2b는 컨트롤러로부터 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치의 문턱 전압보다 작을 때의 무선 전력 수신기(100)의 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 2a 및 도 2b의 등가회로도에서 수신 회로(210)는 도 1의 제2 정류 회로(140), 커패시터(151), LDO 레귤레이터(152), 차저(153), 및 배터리(154)를 포함할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 컨트롤러(180)로부터 스위칭 회로(170)의 스위치(176)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(176)의 문턱 전압을 초과할 때, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 포함하는 양방향 스위치(120)가 “오프” 상태로 전환되어, 양방향 스위치(120)의 양단에 전류가 흐르지 않을 수 있다. 이 경우, 수신 회로(210)는 제1 코일(111), 제1 커패시터(112), 및 제2 코일(113)에 직렬로 연결되어 직렬 공진 회로를 형성할 수 있으며, 수신 회로(210), 제1 코일(111), 제1 커패시터(112), 및 제2 코일(113)은 하나의 폐루프(200a)를 형성할 수 있다. 또한, 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 공진 회로(110)의 제1 코일(111), 제1 커패시터(112), 및 제2 코일(113)을 포함하는 회로에 전류가 유도됨으로써, 공진 회로(110)는 무선 전력을 수신할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 컨트롤러(180)로부터 스위칭 회로(170)의 스위치(176)에 인가된 전압(Vcon)의 크기가 스위치(176)의 문턱 전압보다 작을 때, 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 포함하는 양방향 스위치(120)가 온 상태로 전환되어, 양방향 스위치(120)의 양단에 전류가 흐를 수 있다. 이 경우, 수신 회로(210)는 제1 코일(111) 및 제1 커패시터(112)가 직렬로 연결되어 형성되는 제1 회로 및 제2 코일(113)과 병렬로 연결되어 병렬 공진 회로를 형성할 수 있다. 제1 코일(111) 및 제1 커패시터(112)가 하나의 폐루프(201b)를 형성하고, 수신 회로(210)와 제2 코일(113)이 하나의 폐루프(202b)를 형성할 수 있다. 또한, 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 공진 회로(110)의 제1 코일(111) 및 제1 커패시터(112)로 구성되는 제1 회로에 전류가 유도되고, 제1 회로에서 발생하는 자기장에 기초하여 제2 코일을 포함하는 제2 회로에 전류가 유도됨으로써, 공진 회로(110)는 무선 전력을 수신할 수 있다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 상술한, 무선 전력 수신기(100)는 제1, 2 스위치(121, 122)의 게이트 전압을 제어하기 위한 게이트 구동 회로(160)를 필요로 하므로, 무선 전력 수신기(100)의 크기의 소형화가 제한될 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(100)는 게이트 구동 회로(160)를 구성하는 소자들이 많음에 따라 생산 단가의 저감이 제한될 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 무선 전력 수신 장치는 양방향 스위치를 포함하고, 양방향 스위치의 소스가 접지에 연결될 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기가 제공된다. 상기 무선 전력 수신기는, 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 제1 코일, 제2 코일, 및 제1 커패시터를 포함하는 공진 회로를 포함한다. 상기 무선 전력 수신기는, 상기 공진 회로와 연결되고, 풀 브리지 (full bridge) 구조를 형성하는 제1 정류 회로와 제2 정류 회로를 포함하는 정류 회로를 포함한다.상기 무선 전력 수신기는, 구동 회로를 포함한다. 상기 제1 정류회로는 제1 MOSFET, 제2 MOSFET, 제3 MOSFET, 및 제4 MOSFET을 포함한다. 상기 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET의 소스는 상기 제1 코일과 상기 제1 커패시터가 직렬로 연결된 공진기의 양단에 연결된다. 상기 제3 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET의 소스는 접지에 연결된다. 상기 구동 회로는 상기 제1 MOSFET, 상기 제2 MOSFET, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET의 게이트에 연결된다. 상기 구동 회로가 상기 제1 MOSFET 및 상기 제2 MOSFET을 스위치 오프 하고, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET을 스위치 온 할 때, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 제1 자기장에 기초하여 상기 공진기에 제1 전류가 유도되고, 상기 공진기에서 발생하는 제2 자기장에 기초하여 상기 제2 코일에 제2 전류가 유도됨으로써 상기 공진 회로는 상기 무선 전력을 수신하고, 상기 제2 코일에 유도된 제2 전류는 상기 제2 정류 회로에 의해 정류될 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기가 제공된다. 상기 무선 전력 수신기는, 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 제1 코일, 제2 코일, 제1 커패시터, 양방향 스위치를 포함하는 공진 회로를 포함한다. 상기 무선 전력 수신기는, 상기 공진 회로와 연결된 정류 회로, 및 구동 회로를 포함한다. 상기 양방향 스위치는 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET을 포함한다. 상기 제1 MOSFET 및 상기 제2 MOSFET의 소스는 접지에 연결된다. 상기 구동 회로는 상기 제1 MOSFET 및 상기 제2 MOSFET의 게이트에 연결된다. 상기 구동 회로가 상기 제1 MOSFET 및 상기 제2 MOSFET을 스위치 오프 할 때, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 제1 자기장에 기초하여 상기 제1 코일, 상기 제2 코일, 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 제1 회로에 제1 전류가 유도됨으로써 상기 공진 회로는 상기 무선 전력을 수신하도록 설정된다. 상기 구동 회로가 상기 제1 MOSFET 및 상기 제2 MOSFET을 스위치 온 할 때, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 제1 자기장에 기초하여 상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 제2 회로에 제2 전류가 유도되고, 상기 제2 회로에서 발생하는 제2 자기장에 기초하여 상기 제2 코일을 포함하는 제3 회로에 제3 전류가 유도됨으로써, 상기 공진 회로는 상기 무선 전력을 수신하도록 설정될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따라서, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기가 제공된다. 다양한 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 양방향 스위치를 포함하고, 양방향 스위치의 소스가 접지에 연결된다. 무선 전력 수신기는 도 1의 복잡한 게이트 구동 회로(160)를 포함할 필요가 없으므로, 작은 크기로 낮은 단가에 생산될 수 있다.
본 개시의 특정 실시예의 상기 및 다른 측면, 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1은, 무선 충전을 수행하는 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다.
도 2a 및 도 2b는 무선 전력 수신기의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다.
도 5a 및 도 5b는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 구동 회로를 제어하기 위한 구성요소들을 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다.
도 10a 및 도 10b는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다.
도 13a 및 도 13b는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 나타내는 도면이다.
본 개시는 다양한 실시예를 가질 수 있으며, 본 개시의 실시예에 다양한 수정 및 변경이 있을 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예의 일부를 상세히 설명한다. 그러나 이는 본 개시를 특정 실시예로 제한하려는 것이 아니며, 본 개시는 본 개시의 기술적 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변경, 균등물 또는 대안을 포함한다는 것을 이해되어야 한다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 도면에서 보았을 때 "전면", "배면", "상면", "저면"과 같이 상대적인 용어는 "제1" 및 "제2"과 같은 서수로 대체될 수 있다. "제1", "제2"와 같은 서수에서 그 순서는 언급된 순서대로 또는 임의로 정하며 필요에 따라 임의로 변경할 수 있습니다.
본 개시에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 단수 표현은 문맥상 명백하게 다른 경우를 제외하고는 복수 표현을 포함할 수 있다. 본 개시에서, "포함하다" 또는 "갖다"라는 표현은 대응하는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 요소 또는 이들의 조합의 존재를 지칭하도록 의도된 것으로 이해되어야 하며, 하나 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 작업, 구성 요소, 구성 또는 이들의 조합이 존재하거나 또는 추가될 수 있음을 배제하지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 기술 및 과학 용어를 포함하여 본 개시에서 사용되는 모든 용어는 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 이러한 용어는 일반적으로 통용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 의미로 해당 기술 분야에서 문맥상의 의미와 동일한 의미로 해석되어야 하며, 본 개시에서 명확히 정의되지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.
본 개시에서, 전자 장치는 터치 패널을 포함하는 모든 장치일 수 있으며, 전자 장치는 단말기, 휴대 단말기, 이동 단말기, 통신 단말기, 휴대 통신 단말기, 휴대 단말기, 이동 단말기 또는 디스플레이 장치로 지칭될 수 있다.
예를 들어, 전자 장치는 스마트폰, 휴대폰, 내비게이션, 게임 콘솔, TV, 차량용 헤드 유닛, 노트북, 노트북, 태블릿, 개인용 컴퓨터, 미디어 플레이어(PMP) 또는 개인 정보 단말기(PDA)를 포함할 수 있다. 전자 장치는 무선 통신 기능을 갖는 포켓 사이즈의 휴대용 통신 단말기로 구현될 수 있다. 또한, 전자 장치는 플렉서블 디바이스 또는 플렉서블 디스플레이 디바이스일 수 있다.
전자 장치는 서버와 같은 외부 전자 장치와 통신하거나, 외부 전자 장치와 연동하여 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 카메라를 이용하여 촬영한 이미지 및/또는 센서부에 의해 감지된 위치 정보를 네트워크를 통해 서버로 전송할 수 있다. 네트워크는 모바일 또는 셀룰러 네트워크, 근거리 통신망(LAN), 무선 근거리 통신망(WLAN), 광역 통신망(WAN), 인터넷 또는 소규모 지역 통신망(SAN)일 수 있지만 이에 국한되지 않습니다.
본 개시의 실시예들에 따라서, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기가 제공된다. 다양한 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 양방향 스위치를 포함하고, 양방향 스위치의 소스가 접지에 연결된다. 무선 전력 수신기는 도 1의 복잡한 게이트 구동 회로(160)를 포함할 필요가 없으므로, 작은 크기로 낮은 단가에 생산될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신기(301)는 전원(311), 인버터(312), 및 공진 회로를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기(301)의 공진 회로는, 제1 커패시터(313), 제2 커패시터(314), 저항(315), 및 송신 코일(316)을 포함할 수 있다. 전원(311)은 직류 전력을 출력할 수 있으며, 인버터(312)는 전원(311)에서 출력된 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 공진 회로를 구성하는 제1 커패시터(313), 제2 커패시터(314), 저항(315), 및 송신 코일(316)의 특성값들은, 공진 주파수 및/또는 임피던스 매칭을 고려하여 설정될 수 있다. 공진 회로를 구성하는 제1 커패시터(313), 제2 커패시터(314), 저항(315), 및 송신 코일(316) 중 적어도 하나의 소자는 특성값이 변경 가능한 변경 소자(variable element)로 구현될 수도 있다. 도 3에 도시된 바와 같은, 제1 커패시터(313), 제2 커패시터(314), 저항(315), 및 송신 코일(316) 사이의 연결 관계가 단순히 예시적인 것임은 당업자에 의해 이해될 수 있을 것이다.
도 3을 참조하면, 다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 수신기(302)는 공진 회로, 정류 회로(340), 커패시터(351), 및 로드(352)를 포함할 수 있다. 공진 회로는 제1 수신 코일(321), 제2 수신 코일(322), 제1 스위치(323), 제2 스위치(324), 제1 저항(325), 제2 저항(326), 제1 커패시터(331), 제2 커패시터(332), 및 제3 커패시터(333)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(323) 및 제2 스위치(324)는 MOSFET으로 구현될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 제1 스위치(323) 및 제2 스위치(324)의 소스는 접지에 연결될 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신기(302)는 제1 스위치(323) 및 제2 스위치(324)를 구동하기 위해 분리된 게이트 구동 회로(isolated gate driver circuit)(예를 들어, 도 1의 게이트 구동 회로(160))를 필요로 하지 않을 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 공진 회로의 제1 수신 코일(321) 및 제2 수신 코일(322)에는 무선 전력 송신기(301)의 송신 코일(316)과 자기적으로 결합될 수 있다. 제1 스위치(323) 및 제2 스위치(324)가 “on” 상태로 스위칭될 때, 공진 회로의 제1 수신 코일(321) 및 제2 수신 코일(322)에는 송신 코일(316)에 유도되는 자기장에 기초한 유도 전류가 흐를 수 있고, 이를 공진 회로가 무선 전력 송신기(301)로부터 무선 전력을 수신한 것으로 명명할 수 있다. 공진 회로에서 수신된 무선 전력은 정류 회로(340)에 의하여 직류 전류로 정류될 수 있다. 정류 회로(340)는 풀 브리지(full bridge) 구조를 형성하는 4개의 다이오드(341, 342, 343, 344)를 포함할 수 있다. 정류 회로(340)는 풀 브리지 구조를 형성하는 4개의 MOSFET을 포함할 수 있다. 정류 회로(340)는 하프 브리지(half bridge) 구조를 형성하는 2개의 FET 또는 2개의 다이오드를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 정류 회로(340)에 의하여 직류 형태로 정류된 무선 전력에 기초하여, 커패시터(351)가 충전되고, 로드(352)에 전력이 공급될 수 있다. 로드(352)는 DC/DC 컨버터, LDO, 차저, 배터리, 및 제1 스위치(323) 및 제2 스위치(324)를 스위칭하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 회로를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 제1 스위치(323) 및 제2 스위치(324)가 “off” 상태로 스위칭될 때, 공진 회로의 제1 수신 코일(321) 및 제2 수신 코일(322)에는 전류가 흐르지 않을 수 있다. 이 때, 커패시터(351)에 충전된 전하에 기초하여 로드(352)에 전력이 공급될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 제어 회로는 무선 전력 수신기(302)에 지나치게 높은 전압이 걸리는 것을 방지하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 정류 회로(340)의 출력단에 걸리는 전압이 임계값보다 높은 경우 제1 스위치(323) 및 제2 스위치(324)를 “off” 상태로 스위칭 할 수 있다. 제어 회로는 정류 회로(340)의 출력단에 걸리는 전압이 임계값 이하인 경우 제1 스위치(323) 및 제2 스위치(324)를 “on” 상태로 스위칭할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다. 도 5a 및 도 5b는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 수신기(401)는 공진 회로, 정류 회로(420), 구동 회로(419), 및 커패시터(430)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(401)는 DC/DC 컨버터, LDO, 차저, 및 배터리를 포함하는 로드를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 공진 회로는 제1 코일(411), 제1 커패시터(412), 제2 코일(413), 제3 코일(414), 제2 커패시터(417), 및 제3 커패시터(418), 및 양방향 스위치를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 양방향 스위치는 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)으로 구현될 수 있다. 제2 코일(413), 제3 코일(414)은 닷(dot) 방향이 도 4에 도시된 방향과 반대로 표시되도록 권선될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)의 소스는 접지에 연결될 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신기(401)는 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 구동하기 위해 분리된 게이트 구동 회로(isolated gate driver circuit)(예를 들어, 도 1의 게이트 구동 회로(160))를 필요로 하지 않을 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(419)는 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)를 제어하기 위한 구동 신호를 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)에 제공할 수 있다. 구동 신호의 크기가 충분히 커서 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)의 게이트 전압이 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)의 문턱 전압을 초과하는 경우, 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)은 “on” 상태에 있을 수 있다. 이 때 구동 회로(419)가 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 “on” 상태에 있도록 스위칭한다고 표현할 수 있다. 구동 신호의 크기가 충분히 크지 않아서 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)의 게이트 전압이 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)의 문턱 전압 이하인 경우, 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)은 off 상태에 있을 수 있다. 이 때 구동 회로(419)가 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 “off” 상태에 있도록 스위칭한다고 표현할 수 있다.
도 5a는 구동 회로(419)가 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 “on” 상태에 있도록 스위칭할 때 무선 전력 수신기(401)의 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 5a에서, 수신 회로(510)는 무선 전력 수신기(401)의 구성요소 중 공진 회로를 제외한 나머지 구성요소들을 나타낼 수 있다. 구동 회로(419)가 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 “on” 상태에 있도록 스위칭할 때, 무선 전력 수신기(401)는 폐루프를 형성하는 제1 회로(501a) 및 폐루프를 형성하는 제2 회로(502a)를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제1 코일(411) 및 제1 커패시터(412)를 포함하는 제1 회로(501a)에 전류가 유도될 수 있다. 제1 코일(411)에서 발생하는 자기장에 기초하여 제2 코일(413), 제3 코일(414), 제2 커패시터(417), 및 제3 커패시터(418)를 포함하는 제2 회로(502a)에 전류가 유도될 수 있다. 제2 코일(413) 및 제3 코일(414)에 유도되는 전압은 제1 코일(411)에서 유도되는 전압이 공진 회로의 양호도(Q)만큼 증가한 전압일 수 있다. 그 결과, 도 5a에서 수신 회로(510)에 걸리는 전압은 도 5b에서보다 높을 수 있다.
도 5b는 구동 회로(419)가 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 off 상태에 있도록 스위칭할 때 무선 전력 수신기(401)의 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 5b에서, 수신 회로(510)는 무선 전력 수신기(401)의 구성요소 중 공진 회로를 제외한 나머지 구성요소들을 나타낼 수 있다. 도 5b를 참조하면, 구동 회로(419)가 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 “off” 상태에 있도록 스위칭할 때, 무선 전력 수신기(401)는 하나의 큰 폐루프를 형성하는 제3 회로(501b)와 등가적이다. 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제1 코일(411), 제1 커패시터(412), 제2 코일(413), 제3 코일(414), 제2 커패시터(417), 및 제3 커패시터(418)를 포함하는 제3 회로(501b)에 전류가 유도될 수 있다.
상술한 바와 같이, 구동 회로(419)가 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)의 on/off 사이를 스위칭함에 따라, 수신 회로(510)에 걸리는 전압은 상이할 수 있다. 구동 회로(419)는 수신 회로(510)에 걸리는 전압에 기초하여 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)의 on/off를 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동 회로(419)는 정류 회로(420)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 이상일 때 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 “off” 상태로 스위칭하고, 정류 회로(420)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 미만일 때 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 “on” 상태로 스위칭할 수 있다.
다시 도 4을 참조하면, 정류 회로(420)는 풀 브리지 구조를 형성하는 4개의 다이오드(421, 422, 423, 424)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 도 4에 도시된 것과 달리, 정류 회로(420)는 풀 브리지 구조를 형성하는 4개의 MOSFET을 포함할 수 있다. 정류 회로(420)가 4개의 MOSFET을 포함하는 경우, 4개의 MOSFET 각각의 on/off 상태는 4개의 MOSFET 각각에 걸리는 전압에 따라 동기적으로 스위칭될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 도 4에 도시된 것과 달리, 정류 회로(420)는 하프 브리지 구조를 형성하는 2개의 FET 또는 2개의 다이오드를 포함할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다. 도 7a 및 도 7b는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 수신기(601)는 공진 회로(610), 정류 회로(630), 커패시터(640), 및 로드(650)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 공진 회로는 제1 코일(611), 제1 커패시터(612), 제2 코일(618), 제3 코일(619), 제2 커패시터(621), 제3 커패시터(622), 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 제4 MOSFET(614), 및 구동 회로(617)를 포함할 수 있다. 제2 코일(618) 및 제3 코일(619)은, 닷(dot) 방향이 도 6에 도시된 방향과 반대로 표시되도록 권선될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 도 6에 도시된 것과 달리, 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616)는 제1 다이오드 및 제2 다이오드로 대체될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)은 풀 브리지 구조를 형성할 수 있다. 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616)의 드레인은 정류 회로(630)의 출력단에 연결될 수 있다. 제3 MOSFET(613) 및 제4 MOSFET(614)의 소스는 접지에 연결될 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신기(601)는 제3 MOSFET(613) 및 제4 MOSFET(614)을 구동하기 위해 분리된 게이트 구동 회로(isolated gate driver circuit)(예를 들어, 도 1의 게이트 구동 회로(160))를 필요로 하지 않을 수 있다. 구동 회로(617)는 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 동기적으로 스위칭하기 위한 구동 신호를 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)에 각각 제공할 수 있다. 구동 회로(617)는 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 “off” 상태로 스위칭하기 위한 구동 신호를 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)에 각각 제공할 수 있다.
도 7a는 구동 회로(617)가 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 동기적으로 스위칭하거나, 구동 회로(617)가 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 off 상태로 스위칭할 때 무선 전력 수신기(601)의 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 7a에서, 상대적으로 작은 전류가 흐르는 구성요소는 점선으로 표시되었다.
도 7a를 참조하면, 구동 회로(617)가 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 동기적으로 스위칭할 때, 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제1 코일(611) 및 제1 커패시터(612)를 포함하는 제1 회로(710a)에 전류가 유도될 수 있다. 제1 회로(710a)에 유도되는 전류가 교류이므로, 유도 전류의 부호에 따라 구동 회로는 제1 MOSFET(615) 및 제4 MOSFET(614)을 on으로 스위칭하고, 제2 MOSFET(616) 및 제3 MOSFET(613)을 off로 스위칭하거나, 제2 MOSFET(616) 및 제3 MOSFET(613)을 스위치 온 하고, 제1 MOSFET(615) 및 제4 MOSFET(614)을 스위치 오프 할 수 있다. 구동 회로(617)가 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 동기적으로 스위칭할 때, 제2 코일(618), 제3 코일(619), 제2 커패시터(621), 제3 커패시터(622), 및 정류 회로(630)에는 제1 회로(710a)에 흐르는 전류보다 작은 전류가 흐를 수 있다. 제2 코일(618)에 흐르는 전류의 크기는 제1 코일(611)과 제2 코일(618) 사이의 상호인덕턴스의 크기가 작을수록 작을 수 있다. 제2 코일(618) 및 제2 커패시터(621)의 공진 주파수가 무선 전력 수신기(601)의 동작 주파수에 비하여 많이 낮을수록 제2 코일(618)에 흐르는 전류의 크기가 작을 수 있다. 제3 코일(619)에 흐르는 전류의 크기는 제1 코일(611)과 제3 코일(619) 사이의 상호인덕턴스의 크기가 작을수록 작을 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 제3 코일(619) 및 제3 커패시터(622)의 공진 주파수가 무선 전력 수신기(601)의 동작 주파수에 비하여 많이 낮을수록 제3 코일(619)에 흐르는 전류의 크기가 작을 수 있다.
도 7a를 참조하면, 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)이 풀 브리지 구조를 형성하고, 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616)의 드레인은 정류 회로(630)의 출력단에 연결되기 때문에, 제1 회로(710a)에 유도된 전력은 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)에 의하여 정류될 수 있다. 정류된 전력이 정류 회로(630)의 출력단에 공급되어, 커패시터(640) 및 로드(650)에 공급될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(617)가 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 “off” 상태로 스위칭할 때, 제1 회로(710a)에 유도된 전력은 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)의 바디 다이오드에 의하여 정류될 수 있다 . 정류된 전력이 정류 회로(630)의 출력단에 공급되어, 커패시터(640) 및 로드(650)에 공급될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(617)는 제3 MOSFET(613) 및 제4 MOSFET(614)을 “on” 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616)을 “off” 상태로 스위칭할 수 있다. 도 7b는 구동 회로(617)가 제3 MOSFET(613) 및 제4 MOSFET(614)을 on 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616)을 off 상태로 스위칭할 때 무선 전력 수신기(601)의 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 7b에서, 전류가 흐르지 않는 구성요소는 점선으로 표시되었다.
도 7b를 참조하면, “on” 상태로 스위칭되는 제3 MOSFET(613) 및 제4 MOSFET(614)에는 전류가 흐르므로, 공진 회로는 제1 코일(611), 제1 커패시터(612), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)의 폐루프를 형성하는 제2 회로(710b) 및 제3 MOSFET(613), 제4 MOSFET(614), 제2 코일(618), 제3 코일(619), 제2 커패시터(621), 및 제3 커패시터(622)를 포함하는 제3 회로(720b)를 포함할 수 있다. 즉, 공진 회로는, 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제2 회로(710b)에 전류가 유도되고, 제1 코일(611)에 의하여 발생하는 자기장에 기초하여, 제3 회로(720b)에 전류가 유도됨으로써 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신할 수 있다. 수신된 무선 전력은 정류 회로(630)에 의하여 정류되고, 정류된 무선 전력은 커패시터(640) 및 로드(650)에 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 구동 회로(617)가 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614) 각각의 on/off 사이를 스위칭 함에따라, 공진 회로의 동작은 달라질 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(617)는 정류 회로(630)의 출력단의 전압(Vrec)에 기초하여 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614) 각각의 on/off를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 구동 회로(617)는 정류 회로(630)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 이상일 때 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 동기적으로 스위칭할 수 있다. 구동 회로(617)는 정류 회로(630)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 미만일 때 제3 MOSFET(613) 및 제4 MOSFET(614)을 “on” 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616)을 “off” 상태로 스위칭할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 정류 회로(630)는 풀 브리지 구조를 형성하는 4개의 다이오드(631, 632, 633, 634)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 도 6에 도시된 것과 달리, 정류 회로(630)는 하프 브리지 구조를 형성하는 2개의 FET 또는 2개의 다이오드를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 도 6에 도시된 것과 달리, 정류 회로(630)는 풀 브리지 구조를 형성하는 4개의 MOSFET을 포함할 수 있다. 정류 회로(630)가 4개의 MOSFET을 포함하는 경우, 4개의 MOSFET 각각의 on/off 상태는 4개의 MOSFET 각각에 걸리는 전압에 따라 동기적으로 스위칭될수 있다. 예를 들어, 정류 회로(630)에 포함되는 4개의 MOSFET은 구동 회로(617)에 의하여 스위칭될 수 있다. 구동 회로(617)는 정류 회로(630)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 이상일 때 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 동기적으로 스위칭하면서, 정류 회로(630)에 포함되는 4개의 MOSFET을 off 상태로 스위칭할 수 있다. 또는, 구동 회로(617)는 정류 회로(630)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 미만일 때 제3 MOSFET(613) 및 제4 MOSFET(614)을 on 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616)을 off 상태로 스위칭하고, 정류 회로(630)에 포함되는 4개의 MOSFET을 동기적으로 스위칭할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 로드(650)는 무선 전력 수신기(601)의 구성요소 중 공진 회로(610), 정류 회로(630), 및 커패시터(640)를 제외한 나머지 요소를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 로드(650)는 DC/DC 컨버터, LDO, 차저, 및 배터리를 포함할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 구동 회로를 제어하기 위한 구성요소들을 나타내는 도면이다. 무선 전력 수신기(예를 들어, 도 6의 무선 전력 수신기(601))의 구동 회로(850)는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)(830)으로부터의 제어 신호에 기초하여 복수의 스위치(예를 들어, 도 6의 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614))의 on/off를 제어하기 위한 구동 신호(851, 852, 853, 854)를 출력할 수 있다. 제어 신호는 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 동기적으로 스위칭할지, 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 off 상태로 스위칭할지, 아니면, 제3 MOSFET(613) 및 제4 MOSFET(614)을 on 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616)을 off 상태로 스위칭할지 여부를 나타낼 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, MCU(830)는 정류 회로(예를 들어, 도 6의 정류 회로(630))의 출력 전압(Vrec)에 기초한 아날로그 신호에 기초하여 구동 회로(850)에 제어 신호를 제공할 수 있다. MCU(830)에 입력되는 아날로그 신호는 정류 회로의 출력 전압(Vrec)이 제1 저항(811) 및 제2 저항(812)을 포함하는 전압 분배기(810), 필터(821), 및 버퍼(822)를 통과한 전압일 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 히스테리시스 비교기(870)는 정류 회로(예를 들어, 도 6의 정류 회로(630))의 출력 전압(Vrec)에 기초한 인터럽트 신호를 MCU(830) 또는 구동 회로(850) 중 적어도 하나에 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, MCU(830)는 버퍼(822)로부터의 아날로그 신호에 더하여, 인터럽트 신호를 추가적으로 이용하여 구동 회로(850)에 제어 신호를 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(850)는 정류 회로(예를 들어, 도 6의 정류 회로(630))의 출력 전압(Vrec)에 기초한 인터럽트 신호를 히스테리시스 비교기(870)로부터 제공받고, 인터럽트 신호 및 제어 신호에 기초하여 구동 신호(851, 852, 853, 854)를 출력할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 인터럽트 신호는, 정류 회로의 출력 전압(Vrec)이 제3 저항(861) 및 제4 저항(862)을 포함하는 전압 분배기(860)를 통과한 전압이 히스테리시스 비교기(870)에 입력되었을 때, 히스테리시스 비교기(870)에서 출력되는 전압일 수 있다. 히스테리시스 비교기(870)는 입력되는 전압이 Vhigh보다 낮다가 Vhigh보다 높아질 때 제1 인터럽트 신호를 출력하고, 입력되는 전압이 Vlow보다 높다가 Vlow보다 낮아질 때 제2 인터럽트 신호를 출력할 수 있다. Vhigh는 Vlow보다 높게 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(850)는 MCU(830)로부터의 제어 신호에 관계없이, 히스테리시스 비교기(870)로부터 제1 인터럽트 신호를 수신하는 경우, 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 동기적으로 스위칭하거나, 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 “off” 상태로 스위칭할 수 있다. 구동 회로(850)는 MCU(830)로부터의 제어 신호에 관계없이, 히스테리시스 비교기(870)로부터 제2 인터럽트 신호를 수신하는 경우, 제3 MOSFET(613) 및 제4 MOSFET(614)을 “on” 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616)을 off 상태로 스위칭할 수 있다.
도 8은 전압 분배기(810), 필터(821), 버퍼(822), 전압 분배기(860), 및 히스테리시스 비교기(870)를 나타내나, 무선 전력 수신기(예를 들어, 도 6의 무선 전력 수신기(601))는 전압 분배기(810), 필터(821), 및 버퍼(822)를 포함하지 않거나, 전압 분배기(860) 및 히스테리시스 비교기(870)를 포함하지 않을 수 있다.
이상의 설명에서는 도 6의 구성요소를 주로 참조하여 설명하였으나, 도 8의 구동 회로(850)를 구동하는 구성 요소들은 도 3의 무선 전력 수신기(302), 도 4의 무선 전력 수신기(401), 도 9의 무선 전력 수신기(901), 또는 도 11의 무선 전력 수신기(1101)에도 유사하게 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 8의 구성 요소들이 도 4의 무선 전력 수신기(401)에 포함되는 경우, 제어 신호는 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 on 상태에 있도록 스위칭할지, 아니면 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 off 상태에 있도록 스위칭할지를 나타낼 수 있다. 또한, 구동 회로(850)에서 출력되는 구동 신호의 개수는 4개로 제한되지 않는다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다. 도 10a 및 도 10b는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 9에 도시된 무선 전력 수신기의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 무선 전력 수신기(901)는 공진 회로(910), 정류 회로(920), 커패시터(930), 및 로드(940)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 공진 회로는 제1 코일(911), 제1 커패시터(912), 제2 코일(918), 제2 커패시터(919), 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 제4 MOSFET(914), 및 구동 회로(917)를 포함할 수 있다. 제2 코일(918)은 닷(dot) 방향이 도 9에 도시된 방향과 반대로 표시되도록 권선될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)은 풀 브리지 구조를 형성할 수 있다. 제1 MOSFET(915) 및 제2 MOSFET(916)의 드레인은 정류 회로(920)의 출력단에 연결될 수 있다. 제3 MOSFET(913) 및 제4 MOSFET(914)의 소스는 접지에 연결될 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신기(901)는 제3 MOSFET(913) 및 제4 MOSFET(914)을 구동하기 위해 분리된 게이트 구동 회로(isolated gate driver circuit)(예를 들어, 도 1의 게이트 구동 회로(160))를 필요로 하지 않을 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(917)는 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)을 동기적으로 스위칭하기위한 구동 신호를 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)에 각각 제공할 수 있다. 구동 회로(917)는 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)을 “off” 상태로 스위칭하기 위한 구동 신호를 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)에 각각 제공할 수 있다. 도 10a는 구동 회로(917)가 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)을 동기적으로 스위칭하거나, 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)을 off 상태로 스위칭할 때 무선 전력 수신기(901)의 등가회로를 도시한다. 도 10a에서, 상대적으로 작은 전류가 흐르는 구성요소는 점선으로 표시되었다.
도 10a를 참조하면, 구동 회로(917)가 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)을 동기적으로 스위칭할 때, 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제1 코일(911) 및 제1 커패시터(912)를 포함하는 제1 회로(1010a)에 전류가 유도될 수 있다. 제1 회로(1010a)에 유도되는 전류가 교류이므로, 유도 전류의 부호에 따라 구동 회로는 제1 MOSFET(915) 및 제4 MOSFET(914)을 스위치 온 하고, 제2 MOSFET(916) 및 제3 MOSFET(913)을 스위치 오프 하거나, 제2 MOSFET(916) 및 제3 MOSFET(913)을 스위치 온 하고, 제1 MOSFET(915) 및 제4 MOSFET(914)을 스위치 오프 할 수 있다.
도 10a를 참조하면, 구동 회로(917)가 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)을 동기적으로 스위칭할 때, 제2 코일(918), 제2 커패시터(919), 및 정류 회로(920)에는 제1 회로(1010a)에 흐르는 전류보다 작은 전류가 흐를 수 있다. 제1 코일(911)과 제2 코일(918) 사이의 상호인덕턴스의 크기가 감소할수록 제2 코일(918)에 흐르는 전류의 크기는 감소할 수 있다. 제2 코일(918) 및 제2 커패시터(919)의 공진 주파수가 무선 전력 수신기(901)의 동작 주파수에 비하여 많이 낮을수록 제2 코일(918)에 흐르는 전류의 크기가 작을 수 있다.
도 10a를 참조하면, 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)이 풀 브리지 구조를 형성하고, 제1 MOSFET(915) 및 제2 MOSFET(916)의 드레인은 정류 회로(920)의 출력단에 연결되기 때문에, 제1 회로(710a)에 유도된 전력은 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)에 의하여 정류될 수 있다. 정류된 전력이 정류 회로(920)의 출력단에 공급되어, 커패시터(930) 및 로드(940)에 공급될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(917)가 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)을 “off” 상태로 스위칭할 때, 제1 회로(710a)에 유도된 전력은 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)의 바디 다이오드에 의하여 정류되고, 정류된 전력이 정류 회로(920)의 출력단에 공급되어, 커패시터(930) 및 로드(940)에 공급될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(917)는 제3 MOSFET(913) 및 제4 MOSFET(914)을 “on” 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(915) 및 제2 MOSFET(916)을 “off” 상태로 스위칭할 수 있다. 도 10b는 구동 회로(917)가 제3 MOSFET(913) 및 제4 MOSFET(914)을 “on” 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(915) 및 제2 MOSFET(916)을 “off” 상태로 스위칭할 때 무선 전력 수신기(901)의 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 10b에서, 전류가 흐르는 구성요소는 검은색으로, 전류가 흐르지 않는 구성요소는 점선으로 표시되었다.
도 10b를 참조하면, “on” 상태로 스위칭되는 제3 MOSFET(913) 및 제4 MOSFET(914)에는 전류가 흐르므로, 공진 회로는 제1 코일(911), 제1 커패시터(912), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)의 폐루프를 형성하는 제2 회로(1010b) 및 제3 MOSFET(913), 제4 MOSFET(914), 제2 코일(918), 및 제2 커패시터(919)를 포함하는 제3 회로(1020b)를 포함할 수 있다. 즉, 공진 회로는, 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제2 회로(1010b)에 전류가 유도되고, 제1 코일(911)에 의하여 발생하는 자기장에 기초하여, 제3 회로(1020b)에 전류가 유도됨으로써 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신할 수 있다. 수신된 무선 전력은 정류 회로(920)에 의하여 정류되고, 정류된 무선 전력은 커패시터(930) 및 로드(940)에 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 구동 회로(917)가 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914) 각각의 on/off 사이를 스위칭함에 따라, 공진 회로의 동작은 달라질 수 있다. 구동 회로(917)는 정류 회로(920)의 출력단의 전압(Vrec)에 기초하여 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914) 각각의 on/off 사이를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 구동 회로(917)는 정류 회로(920)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 이상일 때 제1 MOSFET(915), 제2 MOSFET(916), 제3 MOSFET(913), 및 제4 MOSFET(914)을 동기적으로 스위칭할 수 있다. 구동 회로(917)는 정류 회로(920)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 미만일 때 제3 MOSFET(913) 및 제4 MOSFET(914)을 “on” 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(915) 및 제2 MOSFET(916)을 “off” 상태로 스위칭할 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 정류 회로(920)는 하프 브리지 구조를 형성하는 2개의 다이오드(921, 922)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 도 9에 도시된 것과 달리, 정류 회로(920)는 하프 브리지 구조를 형성하는 2개의 MOSFET을 포함할 수 있다. 정류 회로(920)가 2개의 MOSFET을 포함하는 경우에 대한 상세한 설명은 도 11을 참조하여 후술한다. 다양한 실시예에 따라서, 도 9에 도시된 것과 달리, 정류 회로(920)는 풀 브리지 구조를 형성하는 4개의 FET 또는 4개의 다이오드를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 로드(940)는 무선 전력 수신기(901)의 구성요소 중 공진 회로(910), 정류 회로(920), 및 커패시터(930)를 제외한 나머지 요소를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 로드(940)는 DC/DC 컨버터, LDO, 차저, 및 배터리를 포함할 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다. 도 11의 무선 전력 수신기(1101)는 도 9의 무선 전력 수신기(901)와 유사하나, 매칭 네트워크(1150)를 더 포함하고, 정류 회로(1120)가 2개의 다이오드가 아닌 2개의 MOSFET(1121, 1122)을 포함한다는 점에서만 차이가 있다. 따라서, 도 11의 공진 회로(1110), 구동 회로(1117), 정류 회로(1120), 커패시터(1130), 및 로드(1140)에 관해서는 도 9의 공진 회로(910), 구동 회로(1117), 정류 회로(920), 커패시터(930), 및 로드(940)에 대하여 상술한 세부 사항들이 동일하게 적용될 수 있다.
도 11을 참조하면, 다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 수신기(1101)는 매칭 네트워크(1150)를 포함할 수 있다. 정류 회로(1120)가 하프 브리지 구조를 가지는 경우, 풀 브리지 구조를 가지는 경우에 비해 임피던스가 작으므로, 매칭 네트워크(1150)는 감소한 임피던스를 보충하는 데 사용될 수 있다. 매칭 네트워크(1150)는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다. 매칭 네트워크(1150)는 2개의 커패시터 및 1개의 인덕터를 포함하고, 매칭 네트워크(1150)의 제1단은 제1 커패시터의 제1단이고, 제1 커패시터의 제2단은 제2 커패시터의 제1단 및 인덕터의 제1단에 연결되고, 제2 커패시터의 제2단 및 인덕터의 제2단은 매칭 네트워크의 제2단일 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 정류 회로(1120)는 하프 브리지 구조를 형성하는 2개의 MOSFET(1121, 1122)을 포함할 수 있다. 2개의 MOSFET 각각의 on/off 상태는 2개의 MOSFET 각각에 걸리는 전압에 따라 교호적인(alternating) 방식으로 제어될 수 있다.
예를 들어, 정류 회로(920)에 포함되는 2개의 MOSFET은 구동 회로(1117)에 의하여 스위칭될 수 있다. 구동 회로(1117)는 정류 회로(1120)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 이상일 때 제1 MOSFET(1115), 제2 MOSFET(1116), 제3 MOSFET(1113), 및 제4 MOSFET(1114)을 동기적으로 스위칭하거나 제1 MOSFET(1115), 제2 MOSFET(1116), 제3 MOSFET(1113), 및 제4 MOSFET(1114)을 off 상태로 스위칭하면서, 정류 회로(1120)에 포함되는 2개의 MOSFET을 off 상태로 스위칭할 수 있다. 또는, 구동 회로(1117)는 정류 회로(1120)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 미만일 때 제3 MOSFET(1113) 및 제4 MOSFET(1114)을 on 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(1115) 및 제2 MOSFET(1116)을 off 상태로 스위칭하고, 정류 회로(1120)에 포함되는 2개의 MOSFET을 교호적으로 스위칭할 수 있다.
도 11에 도시된 것과 다르게, 다양한 실시예에 따라서, 정류 회로(920)에 포함되는 2개의 MOSFET은 구동 회로(1117) 외의 별개의 구동 회로에 의하여 제어될 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기를 나타내는 회로도이다. 도 13a 및 도 13b는 본 개시의 일 실시예에 따라 도 12에 도시된 무선 전력 수신기의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 수신기(1201)는 공진 회로(1210), 정류 회로(1230), 커패시터(1240), 및 로드(1250)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 공진 회로(1210)는 제1 코일(1211), 제1 커패시터(1212), 제2 코일(1218), 제2 커패시터(1219), 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 제4 MOSFET(1214), 및 구동 회로(1217)를 포함할 수 있다. 제2 코일(1218)은 닷(dot) 방향이 도 12에 도시된 방향과 반대로 표시되도록 권선될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 제2 코일(1218) 및 제2 커패시터(1219)는 직렬로 연결될 수 있다. 직렬로 연결된 제2 코일(1218) 및 제2 커패시터(1219)의 일단은 접지에 연결되고, 직렬로 연결된 제2 코일(1218) 및 제2 커패시터(1219)의 타단은 정류 회로(1230)에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)은 풀 브리지 구조를 형성할 수 있다. 제1 MOSFET(1215) 및 제2 MOSFET(1216)의 드레인은 정류 회로(1230)의 출력단에 연결될 수 있다. 제3 MOSFET(1213) 및 제4 MOSFET(1214)의 소스는 접지에 연결될 수 있다. 따라서, 무선 전력 수신기(1201)는 제3 MOSFET(1213) 및 제4 MOSFET(1214)을 구동하기 위해 분리된 게이트 구동 회로(isolated gate driver circuit)(예를 들어, 도 1의 게이트 구동 회로(160))를 필요로 하지 않을 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(1217)는 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)을 동기적으로 스위칭하기 위한 구동 신호를 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)에 각각 제공할 수 있다. 구동 회로(1217)는 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)을 “off” 상태로 스위칭하기 위한 구동 신호를 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)에 각각 제공할 수 있다.
도 13a는 구동 회로(1217)가 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)을 동기적으로 스위칭하거나 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)을 “off” 상태로 스위칭할 때 무선 전력 수신기(1201)의 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 13a에서, 상대적으로 작은 전류가 흐르는 구성요소는 점선으로 표시되었다.
도 13a를 참조하면, 구동 회로(1217)가 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)을 동기적으로 스위칭할 때, 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제1 코일(1211) 및 제1 커패시터(1212)를 포함하는 제1 회로(1310a)에 전류가 유도될 수 있다. 제1 회로(1310a)에 유도되는 전류가 교류이므로, 유도 전류의 부호에 따라 구동 회로는 제1 MOSFET(1215) 및 제4 MOSFET(1214)을 스위치 온 하고, 제2 MOSFET(1216) 및 제3 MOSFET(1213)을 스위치 오프 하거나, 제2 MOSFET(1216) 및 제3 MOSFET(1213)을 스위치 온 하고, 제1 MOSFET(1215) 및 제4 MOSFET(1214)을 스위치 오프 할 수 있다.
도 13a를 참조하면, 구동 회로(1217)가 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)을 동기적으로 스위칭할 때, 제2 코일(1218), 제2 커패시터(1219), 및 정류 회로(1230)에는 제1 회로(1310a)에 흐르는 전류보다 작은 전류가 흐를 수 있다. 제1 코일(1211)과 제2 코일(1218) 사이의 상호인덕턴스 M2f의크기가 감소할수록 제2 코일(1218)에 흐르는 전류의 크기는 감소할 수 있다. 제2 코일(1218) 및 제2 커패시터(1219)의 공진 주파수가 무선 전력 수신기(1201)의 동작 주파수에 비하여 많이 낮을수록 제2 코일(1218)에 흐르는 전류의 크기가 작을 수 있다.
도 13a를 참조하면, 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)이 풀 브리지 구조를 형성하고, 제1 MOSFET(1215) 및 제2 MOSFET(1216)의 드레인은 정류 회로(1230)의 출력단에 연결되기 때문에, 제1 회로(1310a)에 유도된 전력은 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)에 의하여 정류될 수 있다. 정류된 전력이 정류 회로(1230)의 출력단에 공급되어, 커패시터(1240) 및 로드(1250)에 공급될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(1217)가 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)을 “off” 상태로 스위칭할 때, 제1 회로(710a)에 유도된 전력은 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)의 바디 다이오드에 의하여 정류될 수 있다. 정류된 전력이 정류 회로(1230)의 출력단에 공급되어, 커패시터(1240) 및 로드(1250)에 공급될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 구동 회로(1217)는 제3 MOSFET(1213) 및 제4 MOSFET(1214)을 “on” 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(1215) 및 제2 MOSFET(1216)을 “off” 상태로 스위칭할 수 있다.
도 13b는 구동 회로(1217)가 제3 MOSFET(1213) 및 제4 MOSFET(1214)을 on 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(1215) 및 제2 MOSFET(1216)을 off 상태로 스위칭할 때 무선 전력 수신기(1201)의 등가회로를 나타내는 도면이다. 도 13b에서, 전류가 흐르는 구성요소는 검은색으로, 전류가 흐르지 않는 구성요소는 점선으로 표시되었다.
도 13b를 참조하면, “on” 상태로 스위칭되는 제3 MOSFET(1213) 및 제4 MOSFET(1214)에는 전류가 흐르므로, 공진 회로는 제1 코일(1211), 제1 커패시터(1212), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)의 폐루프를 형성하는 제2 회로(1310b) 및 제2 코일(1218), 제2 커패시터(1219)를 포함하는 제3 회로(1320b)를 포함할 수 있다. 즉, 공진 회로는, 무선 전력 송신기로부터 발생한 자기장에 기초하여, 제2 회로(1310b)에 전류가 유도되고, 제1 코일(1211)에 의하여 발생하는 자기장에 기초하여, 제3 회로(1320b)에 전류가 유도됨으로써 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신할 수 있다. 수신된 무선 전력은 정류 회로(1230)에 의하여 정류되고, 정류된 무선 전력은 커패시터(1240) 및 로드(1250)에 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 구동 회로(1217)가 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214) 각각의 on/off 사이를 스위칭함에 따라, 공진 회로의 동작은 달라질 수 있다. 구동 회로(1217)는 정류 회로(1230)의 출력단의 전압(Vrec)에 기초하여 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214) 각각의 on/off를 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동 회로(1217)는 정류 회로(1230)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 이상일 때 제1 MOSFET(1215), 제2 MOSFET(1216), 제3 MOSFET(1213), 및 제4 MOSFET(1214)을 동기적으로 스위칭할 수 있다 .구동 회로(1217)는 정류 회로(1230)의 출력단의 전압(Vrec)이 임계치 미만일 때 제3 MOSFET(1213) 및 제4 MOSFET(1214)을 “on” 상태로 스위칭하고, 제1 MOSFET(1215) 및 제2 MOSFET(1216)을 “off” 상태로 스위칭할 수 있다.
다시 도 12를 참조하면, 정류 회로(1230)는 하프 브리지 구조를 형성하는 2개의 다이오드(1231, 1232)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 도 12에 도시된 것과 달리, 정류 회로(1230)는 하프 브리지 구조를 형성하는 2개의 MOSFET을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 도 12에 도시된 것과 달리, 정류 회로(1230)는 풀 브리지 구조를 형성하는 4개의 FET 또는 4개의 다이오드를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 로드(1250)는 무선 전력 수신기(1201)의 구성요소 중 공진 회로(1210), 정류 회로(1230), 및 커패시터(1240)를 제외한 나머지 요소를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 로드(1250)는 DC/DC 컨버터, LDO, 차저, 및 배터리를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 수신기(601)는 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신할 수 있다. 무선 전력 수신기(601)는 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 제1 코일(611), 제2 코일(618), 및 제1 커패시터(612)를 포함하는 공진 회로를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(601)는 상기 공진 회로와 연결되고, 풀 브리지 (full bridge) 구조를 형성하는 제1 정류 회로와 제2 정류 회로(630)를 포함하는 정류 회로를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(601)는 구동 회로(617)를 포함할 수 있다. 상기 제1 정류회로는 제1 MOSFET(615), 제2 MOSFET(616), 제3 MOSFET(613), 및 제4 MOSFET(614)을 포함할 수 있다. 상기 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616)의 소스는 상기 제1 코일(611)과 상기 제1 커패시터(612)가 직렬로 연결된 공진기의 양단에 연결될 수 있다. 상기 제3 MOSFET(613) 및 상기 제4 MOSFET(614)의 소스는 접지에 연결될 수 있다. 상기 구동 회로(617)는 상기 제1 MOSFET(615), 상기 제2 MOSFET(616), 상기 제3 MOSFET(613), 및 상기 제4 MOSFET(614)의 게이트에 연결될 수 있다. 상기 구동 회로(617)가 상기 제1 MOSFET(615) 및 상기 제2 MOSFET(616)을 스위치 오프 하고, 상기 제3 MOSFET(613), 및 상기 제4 MOSFET(614)을 스위치 온 할 때, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 제1 자기장에 기초하여 상기 공진기에 제1 전류가 유도되고, 상기 공진기에서 발생하는 제2 자기장에 기초하여 상기 제2 코일(618)에 제2 전류가 유도됨으로써 상기 공진 회로는 상기 무선 전력을 수신하고, 상기 제2 코일(618)에 유도된 전류는 상기 제2 정류 회로(630)에 의하여 정류될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 제2 정류 회로(630)는 풀 브리지(full bridge) 구조를 형성하는 4개의 FET 또는 4개의 다이오드(631, 632, 633, 634)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 제2 정류 회로(630)는 하프 브리지(half bridge) 구조를 형성하는 2개의 FET 또는 2개의 다이오드(921, 922)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 구동 회로(617)가 상기 제1 MOSFET(615), 상기 제2 MOSFET(616), 상기 제3 MOSFET(613), 및 상기 제4 MOSFET(614)을 동기적으로 스위칭할 때, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 상기 제1 자기장에 기초하여 상기 제1 전류가 유도됨으로써 상기 공진기는 상기 무선 전력을 수신하고, 수신된 상기 무선 전력은 상기 제1 정류 회로에 의하여 정류될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 구동 회로(617)가 상기 제1 MOSFET(615), 상기 제2 MOSFET(616), 상기 제3 MOSFET(613), 및 상기 제4 MOSFET(614)을 스위치 오프 할 때, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 상기 제1 자기장에 기초하여 상기 제1 전류가 유도됨으로써 상기 공진기는 상기 무선 전력을 수신하고, 수신된 상기 무선 전력은 상기 제1 MOSFET(615), 상기 제2 MOSFET(616), 상기 제3 MOSFET(613), 및 상기 제4 MOSFET(614)의 바디 다이오드에 의하여 정류될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 구동 회로(617)는, 상기 구동 회로(617)가 상기 제1 MOSFET(615) 및 상기 제2 MOSFET(616)을 스위치 오프 하고, 상기 제3 MOSFET(613), 및 상기 제4 MOSFET(614)을 스위치 온 할 때, 상기 제2 정류 회로(630)에 포함되는 상기 2개의 FET을 동기적으로 스위치 온 또는 오프 하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 제2 코일(617)과 상기 제2 정류 회로(630)에 연결되는 매칭 네트워크(1150)를 더 포함하고, 상기 매칭 네트워크(1150)는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 무선 전력 수신기(601)는 프로세서(830)를 더 포함하고, 상기 프로세서(830)는, 상기 정류된 무선 전력에 기초하여 상기 구동 회로(617)를 제어하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 무선 전력 수신기(601)는 히스테리시스 비교기(870)를 더 포함하고, 상기 히스테리시스 비교기(870)는 상기 정류된 무선 전력에 기초하여 인터럽트 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 프로세서(830)는, 상기 인터럽트 신호에 기초하여 상기 구동 회로(617)를 제어하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 프로세서(830)는, 상기 정류된 무선 전력의 전압이 임계치 이상인 경우, 상기 구동 회로(617)가 상기 제1 MOSFET(615), 상기 제2 MOSFET(616), 상기 제3 MOSFET(613), 및 상기 제4 MOSFET(614)을 동기적으로 스위칭하거나, 상기 구동 회로(617)가 상기 제1 MOSFET(615), 상기 제2 MOSFET(616), 상기 제3 MOSFET(613), 및 상기 제4 MOSFET(614)을 스위치 오프 하도록 상기 구동 회로(617)를 제어하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 프로세서(830)는, 상기 정류된 무선 전력의 전압이 임계치 미만인 경우, 상기 구동 회로(617)가 상기 제1 MOSFET(615) 및 상기 제2 MOSFET(616)을 스위치 오프 하고, 상기 제3 MOSFET(613), 및 상기 제4 MOSFET(614)을 스위치 온 하도록 상기 구동 회로(617)를 제어하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 공진 회로는 제2 커패시터(621), 제3 코일(619), 및 제3 커패시터(622)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 코일(618)의 제1단은 상기 제3 MOSFET(613)의 드레인에 연결될 수 있다. 상기 제2 코일(618)의 제2단은 상기 제2 커패시터(621)의 제1단에 연결될 수 있다. 상기 제2 커패시터(621)의 제2단은 상기 제2 정류 회로(630)에 연결될 수 있다. 상기 제3 코일(619)의 제1단은 상기 제4 MOSFET(614)의 드레인에 연결될 수 있다. 상기 제3 코일(619)의 제2단은 상기 제3 커패시터(622)의 제1단에 연결될 수 있다. 상기 제3 커패시터(622)의 제2단은 상기 제2 정류 회로(630)에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 제1 MOSFET(615)의 드레인 및 상기 제2 MOSFET(616)의 드레인은 상기 제2 정류 회로(630)의 출력단에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 공진 회로는 제2 커패시터(919)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 코일(918)의 제1단은 상기 제3 MOSFET(913)의 드레인에 연결될 수 있다. 상기 제2 코일(918)의 제2단은 상기 제2 커패시터(919)의 제1단에 연결될 수 있다. 상기 제2 커패시터(919)의 제2단은 상기 제2 정류 회로(920)에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 제1 정류회로는 제1 MOSFET(615) 및 제2 MOSFET(616) 대신 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 무선 전력 수신기(401)는 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신할 수 있다. 상기 무선 전력 수신기(401)는 상기 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 제1 코일(411), 제2 코일(413), 제1 커패시터(412), 및 양방향 스위치를 포함하는 공진 회로를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 수신기(401)는 상기 공진 회로와 연결된 정류 회로(420), 및 구동 회로(419)를 포함할 수 있다. 상기 양방향 스위치는 제1 MOSFET(415) 및 제2 MOSFET(416)을 포함할 수 있다. 상기 제1 MOSFET(415) 및 상기 제2 MOSFET(416)의 소스는 접지에 연결될 수 있다. 상기 구동 회로(419)는 상기 제1 MOSFET(415) 및 상기 제2 MOSFET(416)의 게이트에 연결될 수 있다. 상기 구동 회로(419)가 상기 제1 MOSFET(415) 및 상기 제2 MOSFET(416)을 스위치 오프 할 때, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 제1 자기장에 기초하여 상기 제1 코일(411), 상기 제2 코일(413), 및 상기 제1 커패시터(412)를 포함하는 제1 회로에 제1 전류가 유도됨으로써 상기 공진 회로는 상기 무선 전력을 수신하도록 설정될 수 있다. 상기 구동 회로(419)가 상기 제1 MOSFET(415) 및 상기 제2 MOSFET(416)을 스위치 온 할 때, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 제1 자기장에 기초하여 상기 제1 코일(411) 및 상기 제1 커패시터(412)를 포함하는 제2 회로에 제2 전류가 유도되고, 상기 제2 회로에서 발생하는 제2 자기장에 기초하여 상기 제2 코일(413)을 포함하는 제3 회로에 제3 전류가 유도됨으로써, 상기 공진 회로는 상기 무선 전력을 수신하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 정류 회로(420)는 풀 브리지(full bridge) 구조를 형성하는 4개의 FET 또는 4개의 다이오드(421, 422, 423, 424)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 정류 회로(420)는 하프 브리지(half bridge) 구조를 형성하는 2개의 FET 또는 2개의 다이오드를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 무선 전력 수신기(401)는 상기 정류 회로(420)에 연결되는 매칭 네트워크를 더 포함하고, 상기 매칭 네트워크는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서, 상기 무선 전력 수신기(401)는 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 정류된 무선 전력에 기초하여 상기 구동 회로(419)를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 수신기는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 무선 전력 수신기는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
본 개시가 그의 특정 실시양태를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부사항의 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 실시예에 한정되는 것으로 정의되어서는 안 되며, 첨부된 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 정의되어야 한다.

Claims (15)

  1. 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신기에 있어서,
    상기 무선 전력을 수신하도록 구성되고, 제1 코일, 제2 코일, 및 제1 커패시터를 포함하는 공진 회로,
    상기 공진 회로와 연결되고, 풀 브리지 (full bridge) 구조를 형성하는 제1 정류 회로와 제2 정류 회로를 포함하는 정류 회로, 및
    구동 회로를 포함하고,
    상기 제1 정류회로는 제1 MOSFET, 제2 MOSFET, 제3 MOSFET, 및 제4 MOSFET을 포함하고, 상기 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET의 소스는 상기 제1 코일과 상기 제1 커패시터가 직렬로 연결된 공진기의 양단에 연결되고, 상기 제3 MOSFET 및 상기 제4 MOSFET의 소스는 접지에 연결되고,
    상기 구동 회로는 상기 제1 MOSFET, 상기 제2 MOSFET, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET의 게이트에 연결되고,
    상기 구동 회로가 상기 제1 MOSFET 및 상기 제2 MOSFET을 스위치 오프 하고, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET을 스위치 온 할 때, 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 제1 자기장에 기초하여 상기 공진기에 제1 전류가 유도되고, 상기 공진기에서 발생하는 제2 자기장에 기초하여 상기 제2 코일에 제2 전류가 유도됨으로써 상기 공진 회로는 상기 무선 전력을 수신하고, 상기 제2 코일에 유도된 상기 제2 전류는 상기 제2 정류 회로에 의해 정류되는, 무선 전력 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 정류 회로는 풀 브리지(full bridge) 구조를 형성하는 4개의 FET 또는 4개의 다이오드를 포함하는, 무선 전력 수신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 정류 회로는 하프 브리지(half bridge) 구조를 형성하는 2개의 FET 또는 2개의 다이오드를 포함하는, 무선 전력 수신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동 회로가 상기 제1 MOSFET, 상기 제2 MOSFET, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET을 동기적으로 스위칭할 때, 상기 공진기는 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 상기 제1 자기장에 기초하여 상기 제1 전류가 유도됨으로써 상기 무선 전력을 수신하고, 수신된 상기 무선 전력은 상기 제1 정류 회로에 의하여 정류되는, 무선 전력 수신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 회로가 상기 제1 MOSFET, 상기 제2 MOSFET, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET을 스위치 오프 할 때, 상기 공진기는 상기 무선 전력 송신기로부터 발생한 상기 제1 자기장에 기초하여 상기 제1 전류가 유도됨으로써 상기 무선 전력을 수신하고, 수신된 상기 무선 전력은 상기 제1 MOSFET, 상기 제2 MOSFET, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET의 바디 다이오드에 의하여 정류되는, 무선 전력 수신기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 구동 회로는, 상기 구동 회로가 상기 제1 MOSFET 및 상기 제2 MOSFET을 스위치 오프 하고, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET을 스위치 온 할 때, 상기 제2 정류 회로에 포함되는 상기 2개의 FET을 동기적으로 스위치 온 또는 오프 하도록 구성되는, 무선 전력 수신기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 코일과 상기 제2 정류 회로 사이에 연결되는 매칭 네트워크를 더 포함하고,
    상기 매칭 네트워크는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함하는, 무선 전력 수신기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 정류된 무선 전력에 기초하여 상기 구동 회로를 제어하도록 구성되는, 무선 전력 수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기는 히스테리시스 비교기를 더 포함하고,
    상기 히스테리시스 비교기는 상기 정류된 무선 전력에 기초하여 인터럽트 신호를 생성하도록 구성되고,
    상기 프로세서는, 상기 인터럽트 신호에 기초하여 상기 구동 회로를 제어하도록 구성되는, 무선 전력 수신기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 정류된 무선 전력의 전압이 임계치 이상인 경우, 상기 구동 회로가 상기 제1 MOSFET, 상기 제2 MOSFET, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET을 동기적으로 스위칭하거나, 상기 구동 회로가 상기 제1 MOSFET, 상기 제2 MOSFET, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET을 스위치 온 하도록 상기 구동 회로를 제어하도록 설정되는, 무선 전력 수신기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 정류된 무선 전력의 전압이 임계치 미만인 경우, 상기 구동 회로가 상기 제1 MOSFET 및 상기 제2 MOSFET을 스위치 오프 하고, 상기 제3 MOSFET, 및 상기 제4 MOSFET을 스위치 온 하도록 상기 구동 회로를 제어하도록 구성되는, 무선 전력 수신기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 공진 회로는 제2 커패시터, 제3 코일, 및 제3 커패시터를 더 포함하고,
    상기 제2 코일의 제1단은 상기 제3 MOSFET의 드레인에 연결되고,
    상기 제2 코일의 제2단은 상기 제2 커패시터의 제1단에 연결되고,
    상기 제2 커패시터의 제2단은 상기 제2 정류 회로에 연결되고,
    상기 제3 코일의 제1단은 상기 제4 MOSFET의 드레인에 연결되고,
    상기 제3 코일의 제2단은 상기 제3 커패시터의 제1단에 연결되고,
    상기 제3 커패시터의 제2단은 상기 제2 정류 회로에 연결되는, 무선 전력 수신기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 MOSFET의 드레인 및 상기 제2 MOSFET의 드레인은 상기 제2 정류 회로의 출력단에 연결되는, 무선 전력 수신기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 공진 회로는 제2 커패시터를 더 포함하고,
    상기 제2 코일의 제1단은 상기 제3 MOSFET의 드레인에 연결되고,
    상기 제2 코일의 제2단은 상기 제2 커패시터의 제1단에 연결되고,
    상기 제2 커패시터의 제2단은 상기 제2 정류 회로에 연결되는, 무선 전력 수신기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정류회로는 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET 대신 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는, 무선 전력 수신기.
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