WO2023128436A1 - 무선 전력 송신 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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WO2023128436A1
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박재석
박재현
신재선
여성구
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    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks

Definitions

  • Various embodiments of the present disclosure relate to a wireless power transmission device including a negative voltage detection circuit and an electronic device including the same.
  • Wireless power transmission technology is used to wirelessly power electronic devices.
  • Wireless power transmission technology may include a magnetic induction method and a magnetic resonance method.
  • the magnetic induction method has a disadvantage in that a transmitter and a receiver must be adjacent to each other at a short distance for power transmission.
  • the magnetic resonance method has the advantage of being able to transmit power over a relatively long distance by concentrating energy on a specific resonant frequency.
  • the magnetic resonance wireless power transmission device may include a class EF2 power amplifier (PA).
  • Class EF2 power amplifiers use the zero voltage switching (ZVS) method, which is a soft switching technology, to reduce switching loss caused by voltage and current overlap.
  • ZVS zero voltage switching
  • the zero-voltage switching method can reduce switching loss by minimizing an overlapping section between voltage and current by making the voltage across the switch “0 [V]”.
  • the magnetic resonance type wireless power transmission device concentrates energy on a specific resonance frequency, when the resonance frequency is changed due to external factors, the efficiency of the wireless power transmission system is rapidly reduced and the power amplifier of the wireless power transmission device may be damaged.
  • the resonant frequency decreases and the input impedance (e.g., the direction of looking at the second coil L2 from the second node N2 of the circuit shown in FIG. 2) Impedance (Z in ) may change capacitively.
  • the input impedance of the wireless power transmission device becomes capacitive, soft switching of the power amplifier cannot be implemented, and thus the power amplifier may be damaged.
  • a wireless power transmission device detects an impedance change using a phase detector and a directional coupler, but has disadvantages in that the cost and board size of the power amplifier increase. Therefore, there is a need for a low-cost, compact configuration that can be implemented while detecting a change in input impedance of a wireless power transmission device.
  • a wireless power transmission device and an electronic device including the same may detect a situation in which input impedance is capacitive and may include a negative voltage detection circuit that can be implemented at low cost and in a small size.
  • An electronic device includes a processor; battery; and a wireless power transmitter, wherein the wireless power transmitter includes a switch circuit, a filter circuit, and a series resonant circuit, and converts DC power received from the battery or DC adapter into AC and zero voltage switching (ZVS).
  • the wireless power transmitter includes a switch circuit, a filter circuit, and a series resonant circuit, and converts DC power received from the battery or DC adapter into AC and zero voltage switching (ZVS).
  • a power amplification circuit is implemented a power amplification circuit; a power transmission circuit including a power transmission coil for transmitting the power received from the power amplification circuit to the outside; a matching circuit connected between the power amplification circuit and the power transmission circuit and matching impedances of the power amplification circuit and the power transmission circuit; and a negative voltage detection circuit connected to the filter circuit of the power amplification circuit and detecting a negative voltage generated in the filter circuit, wherein the negative voltage detection circuit includes a positive voltage supply power and a plurality of resistors, a voltage divider circuit that converts the negative voltage generated in the filter circuit of the power amplification circuit into a positive voltage within a predetermined range; a voltage sensor for sensing the converted positive voltage; and a low pass filter connected between the voltage divider circuit and the voltage sensor.
  • a wireless power transmission device includes a switch circuit, a filter circuit, and a series resonant circuit, and converts DC power to AC and zero voltage switching (ZVS)
  • ZVS zero voltage switching
  • a power amplifier circuit in which zero voltage switching is implemented a power transmission circuit including a power transmission coil for transmitting the power received from the power amplification circuit to the outside; a matching circuit connected between the power amplification circuit and the power transmission circuit and matching impedances of the power amplification circuit and the power transmission circuit; and a negative voltage detection circuit connected to the filter circuit of the power amplification circuit and detecting a negative voltage generated in the filter circuit, wherein the negative voltage detection circuit includes a positive voltage supply power and a plurality of resistors, a voltage divider circuit that converts the negative voltage generated in the filter circuit of the power amplification circuit into a positive voltage within a predetermined range; a voltage sensor for sensing the converted positive voltage; and a low pass filter connected between the voltage divider circuit and the voltage sensor.
  • ZVS zero voltage switching
  • An electronic device includes a processor; battery; and a wireless power transmitter, wherein the wireless power transmitter includes a switch circuit, a filter circuit, and a series resonant circuit, and converts DC power received from the battery or DC adapter into AC and zero voltage switching (ZVS).
  • the wireless power transmitter includes a switch circuit, a filter circuit, and a series resonant circuit, and converts DC power received from the battery or DC adapter into AC and zero voltage switching (ZVS).
  • a power amplification circuit is implemented a power amplification circuit; a power transmission circuit including a power transmission coil for transmitting the power received from the power amplification circuit to the outside; a matching circuit connected between the power amplification circuit and the power transmission circuit and matching impedances of the power amplification circuit and the power transmission circuit; and a negative voltage detection circuit connected to the filter circuit of the power amplification circuit and detecting a negative voltage generated in the filter circuit, wherein the negative voltage detection circuit includes a precision rectifier circuit that converts AC to DC; an inverting amplifier circuit that converts the negative voltage of the filter circuit into a positive voltage; and a voltage sensor for sensing the converted positive voltage.
  • a wireless power transmission device includes a switch circuit, a filter circuit, and a series resonant circuit, and converts DC power to AC and zero voltage switching (ZVS)
  • ZVS zero voltage switching
  • a power amplifier circuit in which zero voltage switching is implemented a power transmission circuit including a power transmission coil for transmitting the power received from the power amplification circuit to the outside; a matching circuit connected between the power amplification circuit and the power transmission circuit and matching impedances of the power amplification circuit and the power transmission circuit; and a negative voltage detection circuit connected to the filter circuit of the power amplification circuit and detecting a negative voltage generated in the filter circuit, wherein the negative voltage detection circuit includes a precision rectifier circuit that converts AC to DC; an inverting amplifier circuit that converts the negative voltage of the filter circuit into a positive voltage; and a voltage sensor for sensing the converted positive voltage.
  • a wireless power transmission device and an electronic device including the same include a negative voltage detection circuit capable of detecting a negative voltage of a filter circuit to detect when the input impedance of the wireless power transmission device becomes capacitive.
  • a situation in which zero voltage switching is not implemented in a power amplification circuit of a wireless power transmitter may be detected by the sensing method.
  • the wireless power transmission device is a method of connecting a negative voltage detection circuit to a filter circuit, it can be implemented in a small size and can be easily implemented in a low-cost circuit.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device in a network environment according to various embodiments.
  • FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of a wireless power transmission device including a negative voltage detection circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a wireless power transmission device including a negative voltage detection circuit according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in voltage of a third capacitor and current of a diode in a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating changes in a voltage of a third capacitor and a current of a diode in a wireless power transmission device according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a graph exemplarily illustrating a change in a sensor output voltage in a situation where the input impedance of a wireless power transmission device according to various embodiments of the present disclosure is capacitive.
  • FIG. 7 is a graph exemplarily illustrating a change in a sensor output voltage in a situation in which an input impedance of a wireless power transmission device according to various embodiments of the present disclosure is inductive.
  • FIG. 8 is a diagram showing a circuit configuration of a wireless power transmission device including a negative voltage detection circuit according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 within a network environment 100, according to various embodiments.
  • an electronic device 101 communicates with an electronic device 102 through a first network 198 (eg, a short-range wireless communication network) or through a second network 199. It may communicate with at least one of the electronic device 104 or the server 108 through (eg, a long-distance wireless communication network). According to one embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108 .
  • a first network 198 eg, a short-range wireless communication network
  • the server 108 e.g, a long-distance wireless communication network
  • the electronic device 101 includes a processor 120, a memory 130, an input module 150, an audio output module 155, a display module 160, an audio module 170, a sensor module ( 176), interface 177, connection terminal 178, haptic module 179, camera module 180, power management module 188, battery 189, communication module 190, subscriber identification module 196 , or the antenna module 197 may be included.
  • at least one of these components eg, the connection terminal 178) may be omitted or one or more other components may be added.
  • some of these components eg, sensor module 176, camera module 180, or antenna module 197) are integrated into a single component (eg, display module 160). It can be.
  • the processor 120 for example, executes software (eg, the program 140) to cause at least one other component (eg, hardware or software component) of the electronic device 101 connected to the processor 120. It can control and perform various data processing or calculations. According to one embodiment, as at least part of data processing or operation, the processor 120 transfers instructions or data received from other components (e.g., sensor module 176 or communication module 190) to volatile memory 132. , processing commands or data stored in the volatile memory 132 , and storing resultant data in the non-volatile memory 134 .
  • software eg, the program 140
  • the processor 120 transfers instructions or data received from other components (e.g., sensor module 176 or communication module 190) to volatile memory 132. , processing commands or data stored in the volatile memory 132 , and storing resultant data in the non-volatile memory 134 .
  • the processor 120 may include a main processor 121 (eg, a central processing unit or processor) or a co-processor 123 (eg, a graphics processing unit, a neural network processing unit (NPU) that may operate independently of or together with the main processor 121). : neural processing unit), image signal processor, sensor hub processor, or communication processor).
  • a main processor 121 eg, a central processing unit or processor
  • a co-processor 123 eg, a graphics processing unit, a neural network processing unit (NPU) that may operate independently of or together with the main processor 121). : neural processing unit), image signal processor, sensor hub processor, or communication processor.
  • the auxiliary processor 123 may use less power than the main processor 121 or be set to be specialized for a designated function.
  • the secondary processor 123 may be implemented separately from or as part of the main processor 121 .
  • the secondary processor 123 may, for example, take the place of the main processor 121 while the main processor 121 is in an inactive (eg, sleep) state, or the main processor 121 is active (eg, running an application). ) state, together with the main processor 121, at least one of the components of the electronic device 101 (eg, the display module 160, the sensor module 176, or the communication module 190) It is possible to control at least some of the related functions or states.
  • the auxiliary processor 123 eg, image signal processor or communication processor
  • the auxiliary processor 123 may include a hardware structure specialized for processing an artificial intelligence model.
  • AI models can be created through machine learning. Such learning may be performed, for example, in the electronic device 101 itself where the artificial intelligence model is performed, or may be performed through a separate server (eg, the server 108).
  • the learning algorithm may include, for example, supervised learning, unsupervised learning, semi-supervised learning or reinforcement learning, but in the above example Not limited.
  • the artificial intelligence model may include a plurality of artificial neural network layers.
  • Artificial neural networks include deep neural networks (DNNs), convolutional neural networks (CNNs), recurrent neural networks (RNNs), restricted boltzmann machines (RBMs), deep belief networks (DBNs), bidirectional recurrent deep neural networks (BRDNNs), It may be one of deep Q-networks or a combination of two or more of the foregoing, but is not limited to the foregoing examples.
  • the artificial intelligence model may include, in addition or alternatively, software structures in addition to hardware structures.
  • the memory 130 may store various data used by at least one component (eg, the processor 120 or the sensor module 176) of the electronic device 101 .
  • the data may include, for example, input data or output data for software (eg, program 140) and commands related thereto.
  • the memory 130 may include volatile memory 132 or non-volatile memory 134 .
  • the program 140 may be stored as software in the memory 130 and may include, for example, an operating system 142 , middleware 144 , or an application 146 .
  • the input module 150 may receive a command or data to be used by a component (eg, the processor 120) of the electronic device 101 from the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the input module 150 may include, for example, a microphone, a mouse, a keyboard, a key (eg, a button), or a digital pen (eg, a stylus pen).
  • the sound output module 155 may output sound signals to the outside of the electronic device 101 .
  • the sound output module 155 may include, for example, a speaker or a receiver.
  • the speaker can be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback.
  • a receiver may be used to receive an incoming call. According to one embodiment, the receiver may be implemented separately from the speaker or as part of it.
  • the display module 160 may visually provide information to the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the display module 160 may include, for example, a display, a hologram device, or a projector and a control circuit for controlling the device.
  • the display module 160 may include a touch sensor set to detect a touch or a pressure sensor set to measure the intensity of force generated by the touch.
  • the audio module 170 may convert sound into an electrical signal or vice versa. According to one embodiment, the audio module 170 acquires sound through the input module 150, the sound output module 155, or an external electronic device connected directly or wirelessly to the electronic device 101 (eg: Sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or a headphone).
  • the audio module 170 acquires sound through the input module 150, the sound output module 155, or an external electronic device connected directly or wirelessly to the electronic device 101 (eg: Sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or a headphone).
  • the sensor module 176 detects an operating state (eg, power or temperature) of the electronic device 101 or an external environmental state (eg, a user state), and generates an electrical signal or data value corresponding to the detected state. can do.
  • the sensor module 176 may include, for example, a gesture sensor, a gyro sensor, an air pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an IR (infrared) sensor, a bio sensor, It may include a temperature sensor, humidity sensor, or light sensor.
  • the interface 177 may support one or more designated protocols that may be used to directly or wirelessly connect the electronic device 101 to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the interface 177 may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, an SD card interface, or an audio interface.
  • HDMI high definition multimedia interface
  • USB universal serial bus
  • SD card interface Secure Digital Card interface
  • audio interface audio interface
  • connection terminal 178 may include a connector through which the electronic device 101 may be physically connected to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the connection terminal 178 may include, for example, an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, or an audio connector (eg, a headphone connector).
  • the haptic module 179 may convert electrical signals into mechanical stimuli (eg, vibration or motion) or electrical stimuli that a user may perceive through tactile or kinesthetic senses.
  • the haptic module 179 may include, for example, a motor, a piezoelectric element, or an electrical stimulation device.
  • the camera module 180 may capture still images and moving images. According to one embodiment, the camera module 180 may include one or more lenses, image sensors, image signal processors, or flashes.
  • the power management module 188 may manage power supplied to the electronic device 101 .
  • the power management module 188 may be implemented as at least part of a power management integrated circuit (PMIC), for example.
  • PMIC power management integrated circuit
  • the battery 189 may supply power to at least one component of the electronic device 101 .
  • the battery 189 may include, for example, a non-rechargeable primary cell, a rechargeable secondary cell, or a fuel cell.
  • the communication module 190 is a direct (eg, wired) communication channel or a wireless communication channel between the electronic device 101 and an external electronic device (eg, the electronic device 102, the electronic device 104, or the server 108). Establishment and communication through the established communication channel may be supported.
  • the communication module 190 may include one or more communication processors that operate independently of the processor 120 (eg, an application processor) and support direct (eg, wired) communication or wireless communication.
  • the communication module 190 is a wireless communication module 192 (eg, a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module) or a wired communication module 194 (eg, : a local area network (LAN) communication module or a power line communication module).
  • a wireless communication module 192 eg, a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module
  • GNSS global navigation satellite system
  • wired communication module 194 eg, : a local area network (LAN) communication module or a power line communication module.
  • a corresponding communication module is a first network 198 (eg, a short-range communication network such as Bluetooth, wireless fidelity (WiFi) direct, or infrared data association (IrDA)) or a second network 199 (eg, legacy It may communicate with the external electronic device 104 through a cellular network, a 5G network, a next-generation communication network, the Internet, or a telecommunications network such as a computer network (eg, a LAN or a WAN).
  • a telecommunications network such as a computer network (eg, a LAN or a WAN).
  • These various types of communication modules may be integrated as one component (eg, a single chip) or implemented as a plurality of separate components (eg, multiple chips).
  • the wireless communication module 192 uses subscriber information (eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)) stored in the subscriber identification module 196 within a communication network such as the first network 198 or the second network 199.
  • subscriber information eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)
  • IMSI International Mobile Subscriber Identifier
  • the electronic device 101 may be identified or authenticated.
  • the wireless communication module 192 may support a 5G network after a 4G network and a next-generation communication technology, for example, NR access technology (new radio access technology).
  • NR access technologies include high-speed transmission of high-capacity data (enhanced mobile broadband (eMBB)), minimization of terminal power and access of multiple terminals (massive machine type communications (mMTC)), or high reliability and low latency (ultra-reliable and low latency (URLLC)).
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • mMTC massive machine type communications
  • URLLC ultra-reliable and low latency
  • -latency communications can be supported.
  • the wireless communication module 192 may support a high frequency band (eg, mmWave band) to achieve a high data rate, for example.
  • the wireless communication module 192 uses various technologies for securing performance in a high frequency band, such as beamforming, massive multiple-input and multiple-output (MIMO), and full-dimensional multiplexing. Technologies such as input/output (FD-MIMO: full dimensional MIMO), array antenna, analog beam-forming, or large scale antenna may be supported.
  • the wireless communication module 192 may support various requirements defined for the electronic device 101, an external electronic device (eg, the electronic device 104), or a network system (eg, the second network 199).
  • the wireless communication module 192 is a peak data rate for eMBB realization (eg, 20 Gbps or more), a loss coverage for mMTC realization (eg, 164 dB or less), or a U-plane latency for URLLC realization (eg, Example: downlink (DL) and uplink (UL) each of 0.5 ms or less, or round trip 1 ms or less) may be supported.
  • eMBB peak data rate for eMBB realization
  • a loss coverage for mMTC realization eg, 164 dB or less
  • U-plane latency for URLLC realization eg, Example: downlink (DL) and uplink (UL) each of 0.5 ms or less, or round trip 1 ms or less
  • the antenna module 197 may transmit or receive signals or power to the outside (eg, an external electronic device).
  • the antenna module 197 may include an antenna including a radiator formed of a conductor or a conductive pattern formed on a substrate (eg, PCB).
  • the antenna module 197 may include a plurality of antennas (eg, an array antenna). In this case, at least one antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network 198 or the second network 199 is selected from the plurality of antennas by the communication module 190, for example. can be chosen A signal or power may be transmitted or received between the communication module 190 and an external electronic device through the selected at least one antenna.
  • other components eg, a radio frequency integrated circuit (RFIC) may be additionally formed as a part of the antenna module 197 in addition to the radiator.
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • the antenna module 197 may form a mmWave antenna module.
  • the mmWave antenna module includes a printed circuit board, an RFIC disposed on or adjacent to a first surface (eg, a lower surface) of the printed circuit board and capable of supporting a designated high frequency band (eg, mmWave band); and a plurality of antennas (eg, array antennas) disposed on or adjacent to a second surface (eg, a top surface or a side surface) of the printed circuit board and capable of transmitting or receiving signals of the designated high frequency band. can do.
  • peripheral devices eg, a bus, general purpose input and output (GPIO), serial peripheral interface (SPI), or mobile industry processor interface (MIPI)
  • signal e.g. commands or data
  • commands or data may be transmitted or received between the electronic device 101 and the external electronic device 104 through the server 108 connected to the second network 199 .
  • Each of the external electronic devices 102 or 104 may be the same as or different from the electronic device 101 .
  • all or part of operations executed in the electronic device 101 may be executed in one or more external electronic devices among the external electronic devices 102 , 104 , or 108 .
  • the electronic device 101 when the electronic device 101 needs to perform a certain function or service automatically or in response to a request from a user or another device, the electronic device 101 instead of executing the function or service by itself.
  • one or more external electronic devices may be requested to perform the function or at least part of the service.
  • One or more external electronic devices receiving the request may execute at least a part of the requested function or service or an additional function or service related to the request, and deliver the execution result to the electronic device 101 .
  • the electronic device 101 may provide the result as at least part of a response to the request as it is or additionally processed.
  • cloud computing distributed computing, mobile edge computing (MEC), or client-server computing technology may be used.
  • the electronic device 101 may provide an ultra-low latency service using, for example, distributed computing or mobile edge computing.
  • the external electronic device 104 may include an internet of things (IoT) device.
  • Server 108 may be an intelligent server using machine learning and/or neural networks. According to one embodiment, the external electronic device 104 or server 108 may be included in the second network 199 .
  • the electronic device 101 may be applied to intelligent services (eg, smart home, smart city, smart car, or health care) based on 5G communication technology and IoT-related technology.
  • FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of a wireless power transmission device 300 including a negative voltage detection circuit 340 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the electronic device 101 may include a processor 120, a battery 189, and/or a wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter may refer to the wireless power transmitter 300 including the negative voltage detection circuit 340 .
  • the processor 120 may control the wireless power transmission device 300 .
  • the battery 189 may deliver DC power to the wireless power transmission device 300 .
  • the wireless power transmitter 300 may convert the received DC power into AC and transmit the power to the outside through a magnetic resonance method.
  • the electronic device 101 may receive DC power from a DC adapter (not shown) located outside the electronic device 101 .
  • a DC adapter (not shown) may be a device that converts AC power of 110 [V] or 220 [V] into DC power.
  • the wireless power transmitter 300 included in the electronic device 101 may convert direct current power received from a DC adapter (not shown) into alternating current and may transmit power to the outside through a magnetic resonance method.
  • the wireless power transmission device 300 may include a power amplification circuit 310, a matching circuit 320, a power transmission circuit 330, and/or a negative voltage detection circuit 340.
  • the power amplifier circuit 310 may include a switch circuit 311 , a series resonance circuit 312 , and/or a filter circuit 313 .
  • the power amplifier circuit 310 may be a class EF2 power amplifier.
  • Class EF2 class power amplifier can convert direct current power to alternating current, and includes an N-channel metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) and a capacitor connected in parallel with the N-channel MOSFET to achieve zero voltage switching (ZVS). can make it possible
  • the class EF2 power amplifier may be a class E power amplifier in which a filter circuit 313 is further included.
  • the switch circuit 311 may include an input power supply (IN), a driver (DR), a transistor (TR), a first coil (L1), and/or a first capacitor (C1).
  • I input power supply
  • DR driver
  • TR transistor
  • L1 first coil
  • C1 first capacitor
  • the switch circuit 311 may be a circuit that converts DC power to AC.
  • the input power IN may be connected between the first node N1 and the ground.
  • the input power IN may supply DC power to the wireless power transmission device 300 .
  • the input power IN may be a battery 189 that supplies power to at least one component of the electronic device 101 .
  • transistor TR may be connected between the second node N2 and ground.
  • the transistor TR may be an N-channel metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the driver DR may be connected to the transistor TR.
  • the driver DR may generate a signal to drive the transistor TR of the switch circuit 311 .
  • the transistor TR may perform a turn on and/or turn off operation based on a signal from the driver DR.
  • a soft switching technique may be used as a method for reducing stress and power loss of a switch using a resonance method.
  • the soft switching technique may include a zero current switching (ZCS) method and a zero voltage switching (ZVS) method.
  • ZCS zero current switching
  • ZVS zero voltage switching
  • the soft switching technique connects an inductor and a capacitor in series or parallel with the switch, and uses the LC resonant frequency of the circuit to reduce the stress and power loss of the switch by making the current or voltage "0" during the ON/OFF transition period of the switch. could be a technique.
  • the Zero Voltage Switching (ZVS) method may require a minimal load for the capacitor in parallel with the switch to reach zero voltage. If the capacitor does not satisfy the condition of reaching zero voltage, the switch may be damaged because the capacitor is connected in parallel with the switch.
  • the power amplifier circuit 310 reduces stress and power loss of the transistor TR by reducing an area where voltage and current overlap during the ON/OFF transition period of the transistor TR by implementing zero voltage switching.
  • the transistor TR of the switch circuit 311 may be a switch for implementing soft switching using a zero voltage switching (ZVS) method.
  • ZVS zero voltage switching
  • the first coil L1 may be connected between the first node N1 and the second node N2.
  • the first coil L1 may serve to block an AC signal that may flow to the input power IN, which is a DC power source.
  • the first capacitor C1 may be connected between the second node N2 and ground.
  • the first capacitor C1 may cause the power amplifier circuit 310 to operate in the zero voltage switching mode.
  • the voltage of the first capacitor C1 may become “0 [V]” during the zero voltage switching operation.
  • the series resonant circuit 312 may be coupled between the second node N2 and the matching circuit 320 .
  • the series resonance circuit 312 may include a second coil L2 and a second capacitor C2.
  • the second coil L2 may be connected between the second node N2 and the fourth node N4.
  • the second capacitor C2 may be connected between the fourth node N4 and the fifth node N5.
  • the second coil L2 and the second capacitor C2 included in the series resonance circuit 312 have a resonant frequency predetermined by the values of the second coil L2 and the second capacitor C2. can hold A current flowing through the series resonance circuit 312 may be maximized at a predetermined resonance frequency.
  • the filter circuit 313 may be connected between the second node N2 and the ground.
  • the filter circuit 313 may include a third coil L3 and a third capacitor C3.
  • the third coil L3 may be connected between the second node L2 and the third node N3.
  • the third capacitor C3 may be connected between the third node N3 and the ground.
  • the filter circuit 313 smooths the voltage waveform over time so that the highest voltage of the first capacitor C1 is lower than that of other power amplifiers (eg, Class E, Class F power amplifiers).
  • a power amplifier that does not include a filter circuit 313 has a switch (eg, class E, class F power amplifier) compared to a power amplifier that includes a filter circuit 313 (eg, a class EF2 class power amplifier).
  • a voltage change of the first capacitor C1 may occur rapidly when the transistor TR is turned on.
  • the change in voltage of the first capacitor C1 over time may occur in a direction perpendicular or adjacent to the vertical on the time axis, but the filter circuit 313 In the included power amplifier, the change in the voltage of the first capacitor C1 over time may be made in a gentle form without being perpendicular to the time axis.
  • the power amplifier including the filter circuit 313 may have a smaller maximum value of the voltage of the first capacitor C1 than the power amplifier without the filter circuit 313 .
  • the power amplifier circuit 310 includes a filter circuit 313 so that the voltage change over time of the first capacitor C1 according to the turn on of the transistor TR is relatively smooth. can make it happen.
  • the matching circuit 320 may be connected between the fifth node N5 and the power transmission circuit 330 .
  • the matching circuit 320 may include a fourth coil L4, a fourth capacitor C4, and/or a fifth capacitor C5.
  • the fourth coil L4 may be connected between the fifth node N5 and the sixth node N6.
  • the fourth capacitor C4 may be connected between the sixth node N6 and the ground.
  • a fifth capacitor C5 may be connected between the sixth node N6 and the seventh node N7.
  • the input impedance (Z in ) of the wireless power transmission device 300 may mean impedance in a direction from the power amplification circuit 310 toward the matching circuit 320 .
  • the input impedance Z in may refer to impedance in a direction from the second node N2 toward the second coil L2.
  • the matching circuit 320 may be connected between the power amplifier circuit 310 and the power transmission circuit 330 to match impedances of the power amplifier circuit 310 and the power transmission circuit 330 .
  • the matching circuit 320 is at the front end of the power transmission circuit 330 (eg, one end of the power transmission circuit 330 located in a direction from the power transmission circuit 330 toward the power amplifier circuit 310). located, matching the input impedance (Z in ) of the wireless power transmission device 300 (eg, the impedance of the power amplifier circuit 310 facing the matching circuit 320) and the impedance of the power transmission circuit 330 can make it
  • the matching circuit 320 may reverse the value of the input impedance (Z in ) of the wireless power transmission device 300 .
  • an “impedance” value in a direction from the power amplification circuit 310 toward the matching circuit 320 may be converted into a “1/impedance” value through the matching circuit 320 .
  • the matching circuit 320 may operate as a gyrator to change the voltage source characteristic of the power amplifier circuit 310 to a current source.
  • the power transmission circuit 330 may be connected between the seventh node N7 and ground.
  • the power transmission circuit 330 may include a power transmission coil (L tx ) and a coil resistance (R L ).
  • the DC power generated from the input power supply (IN) is converted to AC in the power amplifier circuit 310 and passed through the matching circuit 320 to the power transmission coil (L tx ) of the power transmission circuit 330 It can be.
  • power transmitted to the power transmission coil (L tx ) may be transmitted to an external wireless power receiver (not shown) having the same resonance frequency through a magnetic resonance method.
  • the coil resistance R L may mean parasitic resistance of the power transmission coil L tx . Parasitic resistance may limit power transmission efficiency of the wireless power transmission device 300 .
  • the power transmission coil (L tx ) may be connected between the seventh node (N7) and the eighth node (N8).
  • the power transmission coil L tx may be a variable inductance whose inductance value may be changed.
  • the coil resistance R L may be connected between the eighth node N8 and the ground.
  • the negative voltage detection circuit 340 may be connected to the third node N3.
  • the negative voltage detection circuit 340 stores the value when the voltage (V C3 ) of the third capacitor C3 has a negative peak value and converts the value to a positive voltage so that the voltage sensor SN can be detected.
  • the negative voltage detection circuit 340 may include a voltage divider circuit 341 and a low pass filter circuit 342 .
  • the voltage divider circuit 341 may be connected between the third node N3 and the low pass filter circuit 342 .
  • the voltage divider circuit 341 includes a first resistor (R11), a diode (D np ), a sensing circuit capacitor (C np ), a second resistor (R12), a third resistor (R13), and a fourth resistor. (R14) and/or a positive voltage supply power source (Pin).
  • the voltage divider circuit 341 may store a negative voltage value when the voltage V C3 of the third capacitor C3 has a peak value of the negative voltage, and the positive voltage V generated from the positive voltage supply power pin (V d ) can be received and the negative voltage can be converted into a positive voltage.
  • the first resistor R11 may be connected between the third node N3 and the ninth node N9.
  • the second resistor R12 may be connected between the tenth node N10 and the ground.
  • the third resistor R13 may be connected between the positive voltage supply voltage Pin and the eleventh node N11.
  • the fourth resistor R14 may be connected between the tenth node N10 and the eleventh node N11.
  • the first resistor (R11) makes the absolute value of the sensing voltage (V np ) (eg, the voltage of the tenth node (N10)) smaller than that of the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3).
  • the sensing voltage V np may be a value obtained by multiplying the lowest value of the voltage V C3 of the third capacitor C3 by the first division ratio.
  • the first distribution ratio is the value of the first resistor R11 and the first resistor R11 and one end of the first resistor R11 (eg, one end located in a direction from the first resistor R11 toward the diode D np ) It may be a ratio divided by the sum of the equivalent resistance values of the circuit connected to .
  • the voltage divider circuit 341 may include a first resistor R11 connected between the third node N3 and the diode D np . Since the voltage divider circuit 341 includes the first resistor R11, a smaller current may flow through the diode D np than when the first resistor R11 is not included.
  • the voltage of the eleventh node N11 may have a value obtained by converting a negative value of the voltage V C3 of the third capacitor C3 to a positive value.
  • the voltage value of the eleventh node N11 may be determined by the value of the sensing voltage V np and the value of the positive voltage V d supplied from the positive voltage supply power supply pin.
  • the voltage value of the eleventh node N11 may be a value obtained by adding a value obtained by multiplying the positive voltage V d by the second distribution factor and a value obtained by multiplying the sensing voltage V np by the third distribution factor.
  • the second distribution ratio may be a ratio determined by the second resistor R12, the third resistor R13, and the fourth resistor R14.
  • the second distribution factor is the sum of the second resistance R12 and the fourth resistance R14 divided by the sum of the second resistance R12, the third resistance R13, and/or the fourth resistance R14. can be a value
  • the third distribution ratio may be a ratio determined by the second resistor R12, the third resistor R13, and the fourth resistor R14.
  • the third distribution ratio may be a value obtained by dividing the value of the third resistor R13 by the sum of the second resistor R12, the third resistor R13, and/or the fourth resistor R14.
  • the diode D np of the voltage divider circuit 341 may be connected between the ninth node N9 and the tenth node N10.
  • a cathode of the diode D np may be connected to the ninth node N9 and an anode of the diode D np may be connected to the tenth node N10 .
  • the low pass filter circuit 342 may be connected to the eleventh node N11.
  • the low pass filter circuit 342 may include a filter resistor R LF , a filter capacitor C LF , and a voltage sensor SN.
  • the filter resistance (R LF ) and the filter capacitor (C LF ) may serve as a low pass filter (LPF) that filters out high-frequency signals and passes low-frequency signals. Since the high frequency signal is filtered through the low pass filter, a signal in a form suitable for observation by the voltage sensor SN may be transmitted to the voltage sensor SN.
  • LPF low pass filter
  • the filter resistor R LF may be connected between the eleventh node N11 and the twelfth node N12.
  • the filter capacitor C LF may be connected between the twelfth node N12 and the ground.
  • the voltage sensor SN may be connected to the twelfth node N12.
  • the voltage sensor SN may detect a sensor output voltage VS having a positive value.
  • the sensor output voltage (V S ) may mean a value obtained by converting the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) to a value that is easily observed by the voltage sensor (SN) through the negative voltage detection circuit 340. .
  • a situation in which the input impedance Z in of the wireless power transmission apparatus 300 becomes capacitive through a change in the sensor output voltage VS and zero voltage switching cannot be implemented may be detected.
  • the sensor output voltage (V S ) may have an initial value determined by the positive voltage (V d ) supplied by the positive voltage supply power supply (Pin) and the second distribution ratio.
  • the sensor output voltage (V S ) may decrease from an initial value to have a value below a predetermined standard.
  • the voltage sensor (SN) when the sensor output voltage (V S ) of the voltage sensor (SN) decreases below a predetermined standard, the voltage sensor (SN) is zeroed in the power amplifier circuit 310 under the control of the processor 120. An alarm can be output that voltage switching cannot be implemented.
  • FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a wireless power transmission device 400 including a negative voltage detection circuit 440 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the electronic device 101 may include a processor 120, a battery 189, and/or a wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter may refer to the wireless power transmitter 400 including the negative voltage detection circuit 440 .
  • the processor 120 may control the wireless power transmission device 300 .
  • the battery 189 may deliver DC power to the wireless power transmission device 400 .
  • the wireless power transmission device 400 may convert the received direct current power into alternating current and may transmit the power to the outside through a magnetic resonance method.
  • the electronic device 101 may receive DC power from a DC adapter (not shown) located outside the electronic device 101 .
  • a DC adapter (not shown) may be a device that converts AC power of 110 [V] or 220 [V] into DC power.
  • the wireless power transmission device 400 included in the electronic device 101 may convert DC power received from a DC adapter (not shown) into AC, and may transmit power to the outside through a magnetic resonance method.
  • the wireless power transmission device 400 may include a power amplification circuit 410, a matching circuit 420, a power transmission circuit 430, and/or a negative voltage detection circuit 440.
  • the connection relationship and function of each of the power amplification circuit 310, the matching circuit 320, and the power transmission circuit 330 of the power transmission device 300 may be the same.
  • a matching circuit 420 may be connected between the power amplification circuit 410 and the power transmission circuit 430 .
  • the power amplifier circuit 410 may be a class EF2 power amplifier that converts DC power to AC.
  • the matching circuit 420 may be connected between the power amplification circuit 410 and the power transmission circuit 430 to match impedances of the power amplification circuit 410 and the power transmission circuit 430 .
  • the power transmission circuit 430 may transmit power received from the input power source IN to an external wireless power receiver (not shown) through a magnetic resonance method.
  • the power amplifier circuit 410 may include a switch circuit 411 , a series resonant circuit 412 , and/or a filter circuit 413 .
  • the switch circuit 411 may include an input power supply (IN), a driver (DR), a transistor (TR), a first coil (L1) and/or a first capacitor (C1).
  • the series resonance circuit 412 may include a second coil L2 and a second capacitor C2.
  • the filter circuit 413 may include a third coil L3 and a third capacitor C3.
  • the input power IN may be connected between the first node N1 and the ground.
  • the first coil L1 may be connected between the first node N1 and the second node N2.
  • the first capacitor C1 may be connected between the second node N2 and the ground.
  • the transistor TR may be connected between the second node N2 and the ground.
  • the driver DR may be connected to the transistor TR.
  • the matching circuit 420 may be connected between the fifth node N5 and the seventh node N7.
  • the matching circuit 420 may include a fourth coil L4, a fourth capacitor C4, and/or a fifth capacitor C5.
  • the fourth coil L4 may be connected between the fifth node N5 and the sixth node N6.
  • the fourth capacitor C4 may be connected between the sixth node N6 and the ground.
  • a fifth capacitor C5 may be connected between the sixth node N6 and the seventh node N7.
  • the power transmission circuit 430 may be connected between the seventh node N7 and ground.
  • the power transmission circuit 430 may include a power transmission coil (L tx ) and a coil resistance (R L ).
  • the power transmission coil (L tx ) may be connected between the seventh node (N7) and the eighth node (N8).
  • Coil resistance R L may be connected between the eighth node N8 and the ground.
  • the negative voltage detection circuit 440 may be connected to the third node N3.
  • the negative voltage detection circuit 440 stores the value when the voltage (V C3 ) of the third capacitor C3 has a negative peak value and converts the value to a positive voltage so that the voltage sensor SN can be detected.
  • the negative voltage detection circuit 440 may include a voltage divider circuit 441 and a low pass filter circuit 442 .
  • the voltage divider circuit 441 may be connected between the third node N3 and the low pass filter circuit 442 .
  • the voltage divider circuit 441 includes a diode (D np ), a sensing circuit capacitor (C np ), a first resistor (R21), a second resistor (R22), a third resistor (R23), and a fourth resistor. (R24) and/or a positive voltage supply power source (Pin).
  • the voltage divider circuit 441 may store a negative voltage value when the voltage V C3 of the third capacitor C3 has a peak value of the negative voltage, and the positive voltage is generated from the power supply Pin.
  • the negative voltage can be converted into a positive voltage by receiving the positive voltage Vd.
  • the first resistor R21 may be connected between the ninth node N3 and the tenth node N9.
  • the second resistor R22 may be connected between the tenth node N10 and the ground.
  • the third resistor R23 may be connected between the positive voltage supply voltage Pin and the eleventh node N11.
  • the fourth resistor R24 may be connected between the tenth node N10 and the eleventh node N11.
  • the value of the sensing voltage V np (eg, the voltage of the ninth node N9 ) may have the same value as the lowest value of the voltage V C3 of the third capacitor C3 .
  • the voltage divider circuit 341 of FIG. 2 includes the first resistor R11 between the third node N3 and the ninth node N9, but the voltage divider circuit 441 of FIG. 3 includes the third node N3.
  • the sensing voltage V np may have the same value as the lowest value of the voltage V C3 of the capacitor C3.
  • the voltage value of the eleventh node N11 may have a value obtained by converting the lowest value of the voltage V C3 of the third capacitor C3 to a positive value.
  • the voltage value of the eleventh node N11 may be determined by the value of the sensing voltage V np and the value of the positive voltage V d supplied from the positive voltage supply power pin.
  • the voltage value of the eleventh node N11 may be a value obtained by adding a value obtained by multiplying the positive voltage V d by the fourth distribution factor and a value obtained by multiplying the sensing voltage V np by the fifth distribution factor.
  • the fourth division ratio may be a ratio determined by the second resistor R22, the third resistor R23, and the fourth resistor R24 of the voltage divider circuit 441.
  • the fourth distribution ratio is the sum of the second resistor R22 and the fourth resistor R24 divided by the sum of the second resistor R22, the third resistor R23, and/or the fourth resistor R24. can be a value
  • the fifth distribution ratio may be a value obtained by multiplying the sixth distribution ratio and the seventh distribution ratio.
  • the sixth distribution ratio may be a value obtained by dividing the value of the second resistor R22 by the sum of the first resistor R21 and the second resistor R22.
  • the seventh distribution ratio may be a value obtained by dividing the value of the third resistor R23 by the sum of the second resistor R22, the third resistor R23, and/or the fourth resistor R24.
  • the diode D np of the voltage divider circuit 441 may be connected between the third node N3 and the ninth node N9.
  • a cathode of the diode D np may be connected to the third node N3 and an anode of the diode D np may be connected to the ninth node N9 .
  • the low pass filter circuit 442 may be connected to the eleventh node N11.
  • the low pass filter circuit 442 may include a filter resistor R LF , a filter capacitor C LF , and a voltage sensor SN.
  • the filter resistance (R LF ) and the filter capacitor (C LF ) may serve as a low pass filter (LPF) that filters out high-frequency signals and passes low-frequency signals. Since the high frequency signal is filtered through the low pass filter, a signal in a form suitable for observation by the voltage sensor SN may be transmitted to the voltage sensor SN.
  • LPF low pass filter
  • the filter resistor R LF may be connected between the eleventh node N10 and the twelfth node N12.
  • the filter capacitor C LF may be connected between the twelfth node N12 and the ground.
  • the voltage sensor SN may be connected to the twelfth node N12.
  • the voltage sensor SN may detect a sensor output voltage VS having a positive value.
  • the sensor output voltage (V S ) may mean a value obtained by converting the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) to a value that is easily observed by the voltage sensor (SN) through the negative voltage detection circuit 440. .
  • a situation in which the input impedance Z in of the wireless power transmission device 400 becomes capacitive through a change in the sensor output voltage Vs and zero voltage switching cannot be implemented may be detected.
  • the sensor output voltage (V S ) may have an initial value determined by the positive voltage (V d ) supplied by the positive voltage supply power supply (Pin) and the fourth distribution ratio.
  • the sensor output voltage (V S ) may decrease from an initial value to have a value below a predetermined standard.
  • the voltage sensor (SN) when the sensor output voltage (V S ) of the voltage sensor (SN) decreases below a predetermined standard, the voltage sensor (SN) is zeroed in the power amplifier circuit 410 under the control of the processor 120. An alarm can be output that voltage switching cannot be implemented.
  • V C3 the voltage of the third capacitor (C3) and the current (I (Dnp) ) of the diode (D np ) in the wireless power transmitter 300 according to an embodiment of the present disclosure.
  • Graph 501 represents a change in voltage V C3 of the third capacitor C3 in the wireless power transmission device 300 shown in FIG. 2 .
  • the horizontal axis may mean time, and the vertical axis may mean the voltage (V C3 ) or the sensed voltage (V np ) of the third capacitor C3.
  • the unit of voltage on the vertical axis may be [V].
  • the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) is the input impedance (Z in ) of the wireless power transmission device 300 (eg, the second node (N2) of the wireless power transmission device 300) Impedance in the direction facing the second coil (L2) in ) can be changed according to the change.
  • the input impedance Z in may become capacitive, and the third capacitor
  • the voltage (V C3 ) of (C3) may have a negative value.
  • the absolute value of the sensing voltage V np may be formed smaller than the case where the voltage V C3 of the third capacitor C3 has a negative value and the largest absolute value. Since the wireless power transmission apparatus 300 shown in FIG. 2 includes a first resistor R11 connected between the third node N3 and the ninth node N9, due to the influence of the first resistor R11 The absolute value of the sensing voltage (V np ) may be smaller than the case where the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) has the largest absolute value as a negative value.
  • the sensing voltage V np shown in the graph 501 may have a value reduced by a value obtained by multiplying the first distribution ratio by the lowest value of the voltage V C3 of the third node N3.
  • the first distribution ratio is the value of the first resistor R11 and one end of the first resistor R11 (eg, the first resistor R11 of the negative voltage detection circuit 340 is connected to the diode Dnp). It may be a ratio divided by the sum of the equivalent resistance values of the circuits connected to the one end located in the direction toward ).
  • Graph 502 represents a change in the current I (Dnp ) flowing through the diode D np according to the change in the third capacitor voltage V C3 in the wireless power transmitter 300 shown in FIG. 2 .
  • the horizontal axis may mean time, and the vertical axis may mean the amount of current I (Dnp) flowing through the diode D np .
  • the unit of the current (I (Dnp) ) on the vertical axis may be [mA].
  • the amount of current I (Dnp) flowing through the diode D np may increase. Since the cathode of the diode D np of the negative voltage detection circuit 340 is connected to the third node N3 , the voltage (V) of the third capacitor C3 connected to the third node N3 is When C3 ) has a negative value, the amount of current I (Dnp) flowing through the diode D np may increase.
  • V C3 the voltage of the third capacitor (C3) and the current (I (Dnp)) of the diode in the wireless power transmitter 400 according to another embodiment of the present disclosure.
  • Graph 601 represents a change in the voltage V C3 of the third capacitor C3 in the wireless power transmission device 400 shown in FIG. 3 .
  • the horizontal axis may mean time, and the vertical axis may mean the voltage (V C3 ) or the sensed voltage (V np ) of the third capacitor (C3).
  • the unit of voltage on the vertical axis may be [V].
  • the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) is the input impedance (Z in ) of the wireless power transmission device 300 (eg, the second node (N2) of the wireless power transmission device 400) Impedance in the direction facing the second coil (L2) in ) can be changed according to the change.
  • the input impedance Z in may become capacitive, and the third capacitor
  • the voltage (V C3 ) of (C3) may have a negative value.
  • the sensing voltage V np may be formed the same as when the voltage V C3 of the third capacitor C3 has a negative value at its peak.
  • the wireless power transmission device 400 shown in FIG. 3 has no resistance connected between the third node N3 and the ninth node N9, so the sensing voltage ( V np ) may be formed in the same manner as when the voltage V C3 of the third capacitor C3 has a negative value at its peak.
  • Graph 602 shows a change in the current (I (Dnp) ) flowing through the diode (D np ) according to the change in the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) in the wireless power transmission device 400 shown in FIG. .
  • the horizontal axis may mean time, and the vertical axis may mean the amount of current I (Dnp) flowing through the diode D np .
  • the unit of current on the vertical axis may be [mA].
  • the magnitude of the current I (Dnp) flowing through the diode D np in the wireless power transmitter 300 of FIG. 2 is the wireless power transmitter of FIG. 3 In 400, it may be formed smaller than the size of the current I (Dnp) flowing through the diode D np .
  • the current (I (Dnp) ) flowing through the diode (D np ) of the wireless power transmission device 300 of FIG. 2 has a value of 4 [mA] or less, but in the 602 graph of FIG.
  • the current (I (Dnp) ) flowing through the diode (D np ) of the wireless power transmission device 400 may have a value of 10 [mA] to 20 [mA]. Since the amount of current I (Dnp ) flowing through the diode D np of the negative voltage detection circuit 340 of FIG. 2 is small, the diode D np of the negative voltage detection circuit 440 of FIG. 3 ( D np ) can be driven relatively stably.
  • the detection voltage V np of the negative voltage detection circuit 340 may be formed differently from the value of the voltage V C3 of the third capacitor C3. Since the wireless power transmitter 400 of FIG. 3 does not include a separate resistor between the third node N3 and the ninth node N9, the magnitude of the detection voltage V np of the negative voltage detection circuit 440 is It may be formed equal to the minimum value of the voltage V C3 of the third capacitor C3. Therefore, the negative voltage detection circuit 440 of FIG. 3 can accurately detect the voltage V C3 of the third capacitor C3 compared to the negative voltage detection circuit 340 of FIG. 2 .
  • V S sensor output voltage
  • the wireless power transmitters 300 and 400 may include negative voltage detection circuits 340 and 440 .
  • the negative voltage detection circuits 340 and 440 may include a voltage sensor SN.
  • the negative voltage detection circuits 340 and 440 may include a voltage sensor SN connected to the twelfth node N12.
  • the voltage sensor SN may serve to sense a change in the voltage V C3 of the third capacitor C3.
  • the voltage V S measured by the voltage sensor SN is converted in the negative voltage detection circuits 340 and 440 so that the voltage value of the voltage V C3 of the third capacitor C3 has a value within a predetermined range.
  • the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) such that the voltage (V S ) measured by the voltage sensor (SN) has a value of 2 [V] to 4 [V]
  • the voltage value of can be converted.
  • the horizontal axis may mean the amount of change in the resonance frequency of the wireless power transmission devices 300 and 400, and the vertical axis may mean the sensor output voltage VS sensed by the voltage sensor SN.
  • each straight line of the graph represents the sensor output voltage (V S ) according to the voltage (V in ) supplied from the input power supply (IN).
  • a straight line shown as a dotted line in the graph 701 may mean a change in sensor output voltage (V S ) when the voltage (V in ) supplied from the input power supply (IN) is 11 [V].
  • the inductance of the power transmission coil L tx increases, and the resonant frequency can decrease.
  • the inductance of the power transmission coil L tx may decrease and the resonance frequency may increase.
  • matching circuits 320 and 420 may be located between the power amplification circuits 310 and 410 and the power transmission circuits 330 and 340 . Since the matching circuits 320 and 420 may serve to reverse the input impedance Z in , when the inductance of the power transmission coils L tx included in the power transmission circuits 330 and 340 increases, the input impedance (Z in ) (eg, impedance in the direction of looking at the matching circuits 320 and 420 in the power amplifier circuits 310 and 410 of the wireless power transmission devices 300 and 400) is capacitively changed.
  • the input impedance (Z in ) may be inductively changed.
  • zero voltage switching ZVS
  • ZVS zero voltage switching
  • the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) when the input impedance (Z in ) of the wireless power transmission devices 300 and 400 is capacitively changed, the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) has a negative value and is absolute value can be increased.
  • the absolute value of the negative voltage of the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) is more capacitive than the inductive state of the input impedance (Z in ) of the wireless power transmission devices (300, 400). condition can grow.
  • the negative voltage detection circuits 340 and 440 may convert the voltage V C3 of the third capacitor C3 from a negative value to a positive value within a predetermined range. For example, referring to the 701 graph, the voltage (V C3 ) of the filter circuit 320 is converted to a positive value so that the sensor output voltage (V S ) may have a value of 2 [V] to 4 [V]. there is.
  • the sensor output voltage (V S ) is shown as having a value of 2 [V] to 4 [V], but the range of the sensor output voltage (V S ) is not limited thereto, and the positive voltage (Vd)
  • the size and resistance eg, the first resistor (R11), the second resistor (R12), the third resistor (R13), and the fourth resistor (R14) may vary depending on the arrangement shape.
  • the sensor output voltage (V S ) when the sensor output voltage (V S ) is observed to decrease in proportion to a decrease in resonance frequency from a predetermined voltage value, it is determined that the input impedance (Z in ) is in a capacitive state. It can be. For example, referring to the 701 graph, when the input impedance (Z in ) becomes capacitive as the resonant frequency decreases, the sensor output voltage (V S ) decreases proportionally with the decrease in the resonant frequency at 3.5V.
  • the sensor output voltage (V S ) appears in the form of a proportional decrease from a predetermined voltage (eg 3.5V)
  • the input impedance (Z in ) of the wireless power transmission devices 300 and 400 is in a capacitive state and power amplification It may be determined that the circuits 310 and 410 may be damaged.
  • V S sensor output voltage
  • the horizontal axis means the distance (cm) between the wireless power transmitters 300 and 400 and an object (eg, metal) located outside the wireless power transmitters 300 and 400
  • the vertical axis represents the voltage sensor ( It may mean the sensor output voltage (V S ) measured at SN).
  • each straight line of the graph represents the sensor output voltage (V S ) according to the voltage (Vin) supplied from the input power supply (IN).
  • V S the sensor output voltage
  • Vin the voltage supplied from the input power supply
  • a straight line shown as a dotted line in the graph 701 may mean a change in the sensor output voltage VS when the voltage Vin supplied from the input power supply IN is 11 [V].
  • the inductance of the power transmission coil L tx may decrease and the resonance frequency may increase .
  • the matching circuits 320 and 420 may serve to reverse the input impedance Z in , so that the inductance of the power transmission coils L tx included in the power transmission circuits 330 and 430 is reduced.
  • the input impedance (Z in ) may be inductively changed.
  • Graph 801 may mean a change in sensor output voltage (V S ) in a situation where the input impedance (Z in ) is inductive.
  • a horizontal axis of the graph 801 may mean a distance (cm) between the metal and the wireless power transmission devices 300 and 400.
  • the resonance frequency may increase.
  • the input impedance (Z in ) can be inductively changed, and the graph 801 shows the change in the sensor output voltage (V S ) in a situation where the input impedance is inductively changed.
  • the sensor output voltage VS may be changed in a form maintaining a slightly decreased value from a predetermined initial value. For example, in a situation where the input impedance (Z in ) becomes inductive, the sensor output voltage (V S ) may decrease from 3.5 [V] to 3.2 [V].
  • the initial value of the sensor output voltage (V S ) is shown as having a value of 3.5 [V], but the initial value of the sensor output voltage (V S ) is not limited thereto, and the magnitude of the positive voltage (Vd) and the arrangement form of the resistors (eg, the first resistor R11, the second resistor R12, the third resistor R13, and the fourth resistor R14).
  • the width of change in the sensor output voltage (V S ) in a situation in which the input impedance (Z in ) becomes inductive is less than in a situation in which the input impedance (Z in ) becomes capacitive. It may be formed smaller than the width of the sensor output voltage (V S ) change.
  • the state of the input impedance (Z in ) may be determined through a variation range of the sensor output voltage (V S ). For example, if the sensor output voltage (V S ) does not appear in the form of proportional decrease from the initial value, but maintains the form of slightly decreasing from the initial value, it can be determined that the input impedance (Z in ) has become inductive. there is. In a situation where the input impedance Z in is inductive, it can be determined that there is no risk of damage to the power amplifying circuits 310 and 410 because zero voltage switching can be implemented.
  • an increase in inductance of a transmission coil (L tx ) included in the wireless power transmission apparatuses 300 and 400 may be required to control the wireless power transmission apparatuses 300 and 400 .
  • a magnetic material may be brought close to the transmission coil (L tx ).
  • the magnetic material may be ferrite, but is not limited to ferrite, and may include a material having magnetism.
  • a magnetic material may be approached to increase the inductance of the transmission coil (L tx ), but when the inductance increases beyond a predetermined standard, damage may occur to the wireless power transmission apparatuses 300 and 400.
  • the negative voltage detection circuits 340 and 440 may detect such a state to prevent damage to the wireless power transmission devices 300 and 400 .
  • a magnetic material eg, ferrite
  • ZVS switching
  • the voltage (V C3 ) of the third capacitor (C3) of the wireless power transmission apparatus (300, 400) ) may have a peak value as a negative value, the negative voltage detection circuits 340 and 440 may detect such a state and identify a case in which zero voltage switching (ZVS) is not implemented.
  • FIG 8 is a diagram showing a circuit configuration of a wireless power transmission device 900 including a negative voltage detection circuit 940 according to another embodiment of the present disclosure.
  • the electronic device 101 may include a processor 120, a battery 189, and/or a wireless power transmitter.
  • the wireless power transmitter may refer to the wireless power transmitter 900 including the negative voltage detection circuit 940 .
  • the processor 120 may control the wireless power transmission device 900 .
  • the battery 189 may deliver DC power to the wireless power transmission device 900 .
  • the wireless power transmitter 900 may convert the received DC power into AC and transmit the power to the outside through a magnetic resonance method.
  • the electronic device 101 may receive DC power from a DC adapter (not shown) located outside the electronic device 101 .
  • a DC adapter (not shown) may be a device that converts AC power of 110 [V] or 220 [V] into DC power.
  • the wireless power transmitter 900 included in the electronic device 101 may convert direct current power received from a DC adapter (not shown) into alternating current and may transmit power to the outside through a magnetic resonance method.
  • the wireless power transmission device 900 may include a power amplification circuit 910, a matching circuit 920, a power transmission circuit 930, and/or a negative voltage detection circuit 940.
  • the function and configuration of the power amplification circuit 910 may be the same as those of the power amplification circuit 310 of the wireless power transmission device 300 shown in FIG. 2 .
  • the power amplifier circuit 910 may be a class EF2 power amplifier that converts DC power into AC.
  • the power amplifier circuit 910 may include a switch circuit 911 , a series resonant circuit 912 , and/or a filter circuit 913 .
  • the functions and configurations of the switch circuit 911, the series resonance circuit 912, and/or the filter circuit 913 are the switch circuit 311 and the series resonance circuit 312 of the wireless power transmission device 300 shown in FIG. and/or the function and configuration of the filter circuit 313 may be the same.
  • the functions and configurations of the matching circuit 920 and the power transmission circuit 930 are the functions and configurations of the matching circuit 320 and the power transmission circuit 330 of the wireless power transmission device 300 shown in FIG. configuration may be the same.
  • the matching circuit 920 may be connected between the power amplification circuit 910 and the power transmission circuit 930 to match impedances of the power amplification circuit 910 and the power transmission circuit 930 .
  • the power transmission circuit 930 may transfer power to an external wireless power receiver (not shown) through a magnetic resonance method.
  • the negative voltage detection circuit 940 may be connected to the filter circuit 913 of the power amplification circuit 910 .
  • the negative voltage detection circuit 940 stores the value and converts the value to a positive voltage value so that the voltage sensor SN detects it.
  • the negative voltage detection circuit 940 may include a precision rectifier circuit 941, an inverting amplifier circuit 942, and/or a voltage sensor SN.
  • the precision rectifier circuit 941 may serve to convert AC received from the filter circuit 913 into DC.
  • the precision rectification circuit 941 may include a noninverting amplifier (AP), a diode (D np ), a sense circuit capacitor (C np ), and/or a sense circuit resistor (R np ). there is.
  • An anode of the non-inverting amplifier AP may be connected to the filter circuit 913 .
  • a cathode of the diode D np may be connected to a non-inverting amplifier (AP) amplifier.
  • the sensing circuit capacitor C np may store the value when the voltage of the filter circuit 913 has a negative peak value.
  • the inverting amplifier circuit 942 may include an inverting amplifier (IN_AP).
  • the inverting amplifier IN_AP may serve to convert a negative voltage into a positive voltage and amplify a positive voltage value.
  • the voltage sensor SN may be connected to the inverting amplifier circuit 942.
  • the voltage sensor SN may detect a positive voltage value converted and amplified by the inverting amplifier circuit 942 .
  • the voltage sensor SN when the value of the voltage sensed by the voltage sensor SN decreases below a predetermined reference level, the voltage sensor SN switches to zero voltage in the power amplifier circuit 910 under the control of the processor 120. You can output an alarm that this is not implemented.
  • Electronic devices may be devices of various types.
  • the electronic device 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.
  • a portable communication device eg, a smart phone
  • a computer device e.g., a smart phone
  • a portable multimedia device e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a camera
  • a wearable device e.g., a smart bracelet
  • a or B “at least one of A and B”, “at least one of A or B”, “A, B or C”, “at least one of A, B and C”, and “A
  • Each of the phrases such as “at least one of , B, or C” may include any one of the items listed together in the corresponding phrase, or all possible combinations thereof.
  • Terms such as “first”, “second”, or “first” or “secondary” may simply be used to distinguish a given component from other corresponding components, and may be used to refer to a given component in another aspect (eg, importance or order) is not limited.
  • a (e.g., first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (e.g., second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively.”
  • the certain component may be connected to the other component directly (eg by wire), wirelessly, or through a third component.
  • module used in various embodiments of the present disclosure may include a unit implemented in hardware, software, or firmware, and is interchangeably interchangeable with terms such as, for example, logic, logical blocks, parts, or circuits.
  • a module may be an integrally constructed component or a minimal unit of components or a portion thereof 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
  • a storage medium eg, internal memory 136 or external memory 138
  • a machine eg, electronic device 101
  • a processor eg, the processor 120
  • a device eg, the 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.
  • the storage medium is a tangible device and does not contain a signal (eg, electromagnetic wave), and this term is used when data is stored semi-permanently in the storage medium. It does not discriminate when it is temporarily stored.
  • a signal eg, electromagnetic wave
  • the method according to various embodiments of the present disclosure may be included and provided in a computer program product.
  • Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities.
  • a computer program product is distributed in the form of a device-readable storage medium (e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)), or through an application store (e.g. Play StoreTM) or on two user devices (e.g. It can be distributed (eg downloaded or uploaded) online, directly between smart phones.
  • a device-readable storage medium e.g. compact disc read only memory (CD-ROM)
  • an application store e.g. Play StoreTM
  • two user devices e.g. It can be distributed (eg downloaded or uploaded) online, directly between smart phones.
  • at least part of the computer program product may be temporarily stored or temporarily created in a device-readable storage medium such as a manufacturer's server, an application store server, or a relay server's memory.
  • each component (eg, module or program) of the above-described components may include a single object or a plurality of entities, and some of the plurality of entities may be separately disposed in other components. there is.
  • one or more components or operations among the aforementioned corresponding components may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • a plurality of components eg modules or programs
  • the integrated component may perform one or more functions of each of the plurality of components identically or similarly to those performed by a corresponding component of the plurality of components prior to the integration. .
  • the actions performed by a module, program, or other component are executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the actions are executed in a different order, or omitted. or one or more other actions may be added.

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Abstract

본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 프로세서, 배터리 및 무선 전력 송신부를 포함하며, 상기 무선 전력 송신부는 스위치 회로, 필터 회로 및 직렬 공진 회로를 포함하는 전력 증폭 회로, 전력을 외부로 전송하는 전력 송신 회로, 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로 및 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 감지하는 음전압 감지 회로를 포함하며, 상기 음전압 감지 회로는 양전압 공급 전원 및 복수 개의 저항을 포함하는 전압 분배 회로, 전압 센서 및 로우 패스 필터를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 이를 포함하는 전자 장치
본 개시의 다양한 실시예들은 음전압 감지 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
무선 전력 송신 기술은 전자 장치에 무선으로 전력을 공급하기 위해 사용된다. 무선 전력 송신 기술은 자기 유도 방식과 자기 공명 방식을 포함할 수 있다. 자기 유도 방식은 전력 전송을 위해 송신부와 수신부가 짧은 거리에 인접해야 한다는 단점이 있다. 자기 공명 방식은 특정한 공진 주파수에 에너지가 집중되게 하여 상대적으로 장거리로 전력을 송신할 수 있다는 장점이 있다.
자기 공명 방식의 무선 전력 송신 장치는 클래스 EF2급 전력 증폭기(PA: power amplifier)를 포함할 수 있다. 클래스 EF2급 전력 증폭기는 소프트 스위칭 기술인 영전압 스위칭(ZVS: zero voltage switching) 방법을 사용하여 전압과 전류 중첩으로 발생되는 스위칭 손실을 줄일 수 있다. 영전압 스위칭 방법은 스위치 양단 전압을 "0[V]"로 만들어서 전압과 전류 중첩 구간을 최소화하여 스위칭 손실을 줄일 수 있다.
자기 공명 방식의 무선 전력 송신 장치는 특정한 공진 주파수에 에너지가 집중되게 하므로 외부 요인으로 인하여 공진 주파수가 변화되는 경우 무선 전력 송신 시스템의 효율이 급감되고 무선 전력 송신 장치의 전력 증폭기가 손상될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치에 자성체가 접근하는 경우, 공진 주파수가 감소하고 입력 임피던스(예: 도 2에 도시된 회로의 제 2 노드(N2)에서 제 2 코일(L2)을 바라보는 방향의 임피던스(Zin))가 커패시티브(capacitive)하게 변화될 수 있다. 무선 전력 송신 장치의 입력 임피던스가 커패시티브해지는 경우, 전력 증폭기의 소프트 스위칭이 구현되지 못하여 전력 증폭기가 파손될 수 있다.
종래 기술에 따른 무선 전력 송신 장치는 임피던스 변화를 위상 검출기(phase detector) 및 방향성 결합기(directional coupler)를 이용하여 감지하나, 전력 증폭기의 비용과 보드 사이즈가 증가하는 단점이 있다. 따라서, 무선 전력 송신 장치의 입력 임피던스의 변화를 감지하면서 저비용, 소형으로 구현이 가능한 구성이 필요하다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 이를 포함하는 전자 장치는 입력 임피던스가 커패시티브한 상황을 감지할 수 있으며, 저비용 및 소형으로 구현이 가능한 음전압 감지 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 프로세서; 배터리; 및 무선 전력 송신부를 포함하며, 상기 무선 전력 송신부는 스위치 회로, 필터 회로 및 직렬 공진 회로를 포함하며, 상기 배터리 또는 DC 어댑터로부터 전달 받은 직류 전원을 교류로 변환하고 영전압 스위칭(ZVS: zero voltage switching)이 구현되는 전력 증폭 회로; 상기 전력 증폭 회로로부터 전달받은 전력을 외부로 전송하는 전력 송신 코일을 포함하는 전력 송신 회로; 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로 사이에 연결되며, 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로; 및 상기 전력 증폭 회로의 필터 회로와 연결되며, 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 감지하는 음전압 감지 회로를 포함하며, 상기 음전압 감지 회로는 양전압 공급 전원 및 복수 개의 저항을 포함하며, 상기 전력 증폭 회로의 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 미리 정해진 범위의 양전압으로 변환하는 전압 분배 회로; 상기 변환된 양전압을 감지하는 전압 센서; 및 상기 전압 분배 회로와 상기 전압 센서 사이에 연결되는 로우 패스 필터;를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 스위치 회로, 필터 회로 및 직렬 공진 회로를 포함하며, 직류 전원을 교류로 변환하고 영전압 스위칭(ZVS: zero voltage switching)이 구현되는 전력 증폭 회로; 상기 전력 증폭 회로로부터 전달받은 전력을 외부로 전송하는 전력 송신 코일을 포함하는 전력 송신 회로; 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로 사이에 연결되며, 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로; 및 상기 전력 증폭 회로의 필터 회로와 연결되며, 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 감지하는 음전압 감지 회로를 포함하며, 상기 음전압 감지 회로는 양전압 공급 전원 및 복수 개의 저항을 포함하며, 상기 전력 증폭 회로의 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 미리 정해진 범위의 양전압으로 변환하는 전압 분배 회로; 상기 변환된 양전압을 감지하는 전압 센서; 및 상기 전압 분배 회로와 상기 전압 센서 사이에 연결되는 로우 패스 필터;를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 프로세서; 배터리; 및 무선 전력 송신부를 포함하며, 상기 무선 전력 송신부는 스위치 회로, 필터 회로 및 직렬 공진 회로를 포함하며, 상기 배터리 또는 DC 어댑터로부터 전달 받은 직류 전원을 교류로 변환하고 영전압 스위칭(ZVS: zero voltage switching)이 구현되는 전력 증폭 회로; 상기 전력 증폭 회로로부터 전달받은 전력을 외부로 전송하는 전력 송신 코일을 포함하는 전력 송신 회로; 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로 사이에 연결되며, 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로; 및 상기 전력 증폭 회로의 필터 회로와 연결되며, 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 감지하는 음전압 감지 회로를 포함하며, 상기 음전압 감지 회로는 교류를 직류로 변환하는 정밀 정류 회로; 상기 필터 회로의 음전압을 양전압으로 변환하는 반전 증폭 회로; 및 상기 변환된 양전압을 감지하는 전압 센서를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 스위치 회로, 필터 회로 및 직렬 공진 회로를 포함하며, 직류 전원을 교류로 변환하고 영전압 스위칭(ZVS: zero voltage switching)이 구현되는 전력 증폭 회로; 상기 전력 증폭 회로로부터 전달받은 전력을 외부로 전송하는 전력 송신 코일을 포함하는 전력 송신 회로; 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로 사이에 연결되며, 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로; 및 상기 전력 증폭 회로의 필터 회로와 연결되며, 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 감지하는 음전압 감지 회로를 포함하며, 상기 음전압 감지 회로는 교류를 직류로 변환하는 정밀 정류 회로; 상기 필터 회로의 음전압을 양전압으로 변환하는 반전 증폭 회로; 및 상기 변환된 양전압을 감지하는 전압 센서를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 이를 포함하는 전자 장치는 필터 회로의 음전압을 감지할 수 있는 음전압 감지 회로를 포함하여 무선 전력 송신 장치의 입력 임피던스가 커패시티브해지는 경우를 감지하는 방식으로 무선 전력 송신 장치의 전력 증폭 회로에서 영전압 스위칭이 구현되지 못하는 상황을 감지할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 필터 회로에 음전압 감지 회로를 연결하는 방식이므로 소형으로 구현할 수 있고, 저가 회로에 실장 구현하기 용이할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 음전압 감지 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 음전압 감지 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서 제 3 커패시터의 전압 및 다이오드의 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에서 제 3 커패시터의 전압 및 다이오드의 전류 변화를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 입력 임피던스가 커패시티브한 상황에서 센서 출력 전압의 변화를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 입력 임피던스가 인덕티브한 상황에서 센서 출력 전압의 변화를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 음전압 감지 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 저장하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능 모델이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(150)은, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(160)은 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰)를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제 2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일실시예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제 1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제 2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부의 전자 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일실시예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제 2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 음전압 감지 회로(340)를 포함하는 무선 전력 송신 장치(300)의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
다양한 실시예에서, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 배터리(189) 및/또는 무선 전력 송신부를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신부는 음전압 감지 회로(340)를 포함하는 무선 전력 송신 장치(300)를 의미할 수 있다. 프로세서(120)는 무선 전력 송신 장치(300)를 제어할 수 있다. 배터리(189)는 무선 전력 송신 장치(300)로 직류 전원을 전달 할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(300)는 전달 받은 직류 전원을 교류로 변환할 수 있으며, 자기 공명 방식을 통해 외부로 전력을 전송할 수 있다.
다양한 실시예에서, 전자 장치(101)는 전자 장치(101)의 외부에 위치한 DC 어댑터(미도시)로부터 직류 전원을 전달 받을 수 있다. DC 어댑터(미도시)는 110[V] 또는 220[V]의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 장치일 수 있다. 전자 장치(101)에 포함된 무선 전력 송신 장치(300)는 DC 어댑터(미도시)로부터 전달 받은 직류 전원을 교류로 변환할 수 있으며, 자기 공명 방식을 통해 외부로 전력을 전송할 수 있다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(300)는 전력 증폭 회로(310), 매칭 회로(320), 전력 송신 회로(330) 및/또는 음전압 감지 회로(340)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 증폭 회로(310)는 스위치 회로(311), 직렬 공진 회로(312) 및/또는 필터 회로(313)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 증폭 회로(310)는 클래스 EF2급 전력 증폭기(class EF2 power amplifier)일 수 있다. 클래스 EF2급 전력 증폭기는 직류 전원을 교류로 변환할 수 있으며, N-채널 모스펫(MOSFET: metal oxide semiconductor field effect transistor) 및 N-채널 모스펫과 병렬로 연결된 커패시터를 포함하여 영전압 스위칭(ZVS)을 가능하게 할 수 있다. 클래스 EF2급 전력 증폭기는 클래스 E급 전력 증폭기에 필터 회로(313)가 더 포함된 형태일 수 있다.
다양한 실시예에서, 스위치 회로(311)는 입력 전원(IN), 드라이버(DR), 트랜지스터(TR), 제 1 코일(L1) 및/또는 제 1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 스위치 회로(311)는 직류 전원을 교류로 변환하는 회로일 수 있다.
다양한 실시예에서, 입력 전원(IN)은 제 1 노드(N1)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 입력 전원(IN)은 무선 전력 송신 장치(300)에 직류 전원을 공급할 수 있다.
다양한 실시예에서, 입력 전원(IN)은 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급하는 배터리(189)일 수 있다.
다양한 실시예에서, 트랜지스터(TR)는 제 2 노드(N2)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 트랜지스터(TR)는 N-채널 모스펫(MOSFET: metal oxide semiconductor field effect transistor)일 수 있다.
다양한 실시예에서, 드라이버(DR)는 트랜지스터(TR)와 연결될 수 있다. 드라이버(DR)는 신호를 발생하여 스위치 회로(311)의 트랜지스터(TR)를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(TR)는 드라이버(DR)의 신호에 기반하여 턴 온(turn on) 및/또는 턴 오프(turn off) 동작을 수행할 수 있다.
공진 방식을 이용하는 스위치의 스트레스와 전력 손실을 줄이기 위한 방법으로 소프트 스위칭 기법이 이용될 수 있다. 소프트 스위칭 기법은 영전류 스위칭(ZCS: zero current switching) 방법과 영전압 스위칭(ZVS: zero voltage switching) 방법을 포함할 수 있다. 소프트 스위칭 기법은 인덕터와 커패시터를 스위치와 직렬 또는 병렬로 연결하고, 회로의 LC 공진 주파수를 이용하여 스위치의 ON/OFF 천이 구간 동안 전류 또는 전압을 "0"으로 만들어서 스위치의 스트레스와 전력 손실을 줄이는 기법일 수 있다.
영전압 스위칭(ZVS) 방법은 스위치와 병렬로 연결된 커패시터가 영전압에 도달하도록 최소의 부하가 필요할 수 있다. 커패시터가 영전압에 도달하는 조건을 만족하지 않는다면, 커패시터는 스위치와 병렬로 접속되어 있으므로 스위치에 피해가 일어날 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 증폭 회로(310)는 영전압 스위칭을 구현하여 트랜지스터(TR)의 ON/OFF 천이 구간 동안 전압과 전류가 중첩되는 면적을 줄임으로써 트랜지스터(TR)의 스트레스와 전력 손실을 줄일 수 있다.
다양한 실시예에서, 스위치 회로(311)의 트랜지스터(TR)는 영전압 스위칭(ZVS) 방법으로 소프트 스위칭을 구현하기 위한 스위치일 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 1 코일(L1)은 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 연결될 수 있다. 제 1 코일(L1)은 직류 전원인 입력 전원(IN)으로 흐를 수 있는 교류 신호를 차단하는 역할을 할 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 1 커패시터(C1)는 제 2 노드(N2)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 제 1 커패시터(C1)는 전력 증폭 회로(310)가 영전압 스위칭 모드로 동작하게 할 수 있다. 제 1 커패시터(C1)의 전압은 영전압 스위칭 동작 시에 "0[V]"으로 될 수 있다.
다양한 실시예에서, 직렬 공진 회로(312)는 제 2 노드(N2)와 매칭 회로(320) 사이에 연결될 수 있다. 직렬 공진 회로(312)는 제 2 코일(L2)과 제 2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 2 코일(L2)은 제 2 노드(N2)와 제 4 노드(N4) 사이에 연결될 수 있다. 제 2 커패시터(C2)는 제 4 노드(N4)와 제 5 노드(N5) 사이에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에서, 직렬 공진 회로(312)에 포함된 제 2 코일(L2)과 제 2 커패시터(C2)는 제 2 코일(L2)과 제 2 커패시터(C2)의 값에 의하여 미리 정해지는 공진 주파수를 지닐 수 있다. 미리 정해진 공진 주파수에서 직렬 공진 회로(312)에 흐르는 전류는 최대가 될 수 있다.
다양한 실시예에서, 필터 회로(313)는 제 2 노드(N2)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 필터 회로(313)는 제 3 코일(L3)과 제 3 커패시터(C3)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 3 코일(L3)은 제 2 노드(L2)와 제 3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다. 제 3 커패시터(C3)는 제 3 노드(N3)와 접지 사이에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에서, 필터 회로(313)는 제 1 커패시터(C1)의 최고 전압이 다른 전력 증폭기의 경우(예: 클래스 E급, F급 전력 증폭기)보다 낮아지도록 시간에 따른 전압 파형을 완만하게 하는 역할을 할 수 있다. 필터 회로(313)가 포함되어 있지 않은 전력 증폭기(예: 클래스 E급, F급 전력 증폭기)는 필터 회로(313)가 포함되어 있는 전력 증폭기(예: 클래스 EF2급 전력 증폭기)에 비하여 스위치(예: 트랜지스터(TR))의 턴 온(turn on)에 따른 제 1 커패시터(C1)의 전압 변화가 급격하게 일어날 수 있다. 예를 들어, 필터 회로(313)가 포함되어 있지 않은 전력 증폭기는 시간에 따른 제 1 커패시터(C1)의 전압 변화가 시간 축에서 수직 또는 수직에 인접한 방향으로 일어날 수 있으나, 필터 회로(313)를 포함한 전력 증폭기는 시간에 따른 제 1 커패시터(C1)의 전압 변화가 시간 축에 수직하지 않고 완만한 형태로 이루어질 수 있다.
필터 회로(313)를 포함한 전력 증폭기는 필터 회로(313)를 포함하지 않은 전력 증폭기에 비하여 제 1 커패시터(C1)의 전압의 최대 값이 더 작게 형성될 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 증폭 회로(310)는 필터 회로(313)를 포함하여 트랜지스터(TR)의 턴 온(turn on)에 따른 제 1 커패시터(C1)의 시간에 따른 전압 변화가 상대적으로 완만하게 이루어지도록 할 수 있다.
다양한 실시예에서, 매칭 회로(320)는 제 5 노드(N5)와 전력 송신 회로(330) 사이에 연결될 수 있다. 매칭 회로(320)는 제 4 코일(L4), 제 4 커패시터(C4) 및/또는 제 5 커패시터(C5)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 4 코일(L4)은 제 5 노드(N5)와 제 6 노드(N6) 사이에 연결될 수 있다. 제 4 커패시터(C4)는 제 6 노드(N6)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 제 5 커패시터(C5)는 제 6 노드(N6)와 제 7 노드(N7) 사이에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에서, 무선 전력 송신 장치(300)의 입력 임피던스(Zin)는 전력 증폭 회로(310)에서 매칭 회로(320)를 바라보는 방향의 임피던스를 의미할 수 있다. 예를 들어, 입력 임피던스(Zin)는 제 2 노드(N2)에서 제 2 코일(L2)을 바라보는 방향의 임피던스를 의미할 수 있다.
다양한 실시예에서, 매칭 회로(320)는 전력 증폭 회로(310)와 전력 송신 회로(330) 사이에 연결되어 전력 증폭 회로(310)와 전력 송신 회로(330)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 예를 들어, 매칭 회로(320)는 전력 송신 회로(330)의 전단(예: 전력 송신 회로(330)에서 전력 증폭 회로(310)를 향하는 방향에 위치하는 전력 송신 회로(330)의 일단)에 위치하며, 무선 전력 송신 장치(300)의 입력 임피던스(Zin)(예: 전력 증폭 회로(310)에서 매칭 회로(320)를 바라보는 방향의 임피던스)와 전력 송신 회로(330)의 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
다양한 실시예에서, 매칭 회로(320)는 무선 전력 송신 장치(300)의 입력 임피던스(Zin) 값을 역전시킬 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭 회로(310)에서 매칭 회로(320)를 바라보는 방향의 "임피던스" 값이 매칭 회로(320)를 통해 "1/임피던스" 값으로 변환될 수 있다.
다양한 실시예에서, 매칭 회로(320)는 자이레이터로 동작하여 전력 증폭 회로(310)의 전압원 특성을 전류원으로 변화시킬 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 송신 회로(330)는 제 7 노드(N7)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 전력 송신 회로(330)는 전력 송신 코일(Ltx) 및 코일 저항(RL)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 입력 전원(IN)에서 발생한 직류 전원은 전력 증폭 회로(310)에서 교류로 변환되고, 매칭 회로(320)를 거쳐 전력 송신 회로(330)의 전력 송신 코일(Ltx)로 전달될 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 송신 코일(Ltx)로 전달된 전력은 자기 공명 방식을 통해 동일한 공진 주파수를 지니는 외부에 위치한 무선 전력 수신 장치(미도시)로 전달될 수 있다.
다양한 실시예에서, 코일 저항(RL)은 전력 송신 코일(Ltx)의 기생 저항을 의미할 수 있다. 기생 저항은 무선 전력 송신 장치(300)의 전력 전송 효율을 제한할 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 송신 코일(Ltx)은 제 7 노드(N7)와 제 8 노드(N8) 사이에 연결될 수 있다. 전력 송신 코일(Ltx)은 인덕턴스의 값이 변경될 수 있는 가변 인덕턴스일 수 있다.
다양한 실시예에서, 코일 저항(RL)은 제 8 노드(N8)와 접지 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 음전압 감지 회로(340)는 제 3 노드(N3)에 연결될 수 있다. 음전압 감지 회로(340)는 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값으로 정점의 값을 가질 때 그 값을 저장하고, 그 값을 양전압으로 변환하여 전압 센서(SN)가 감지하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 음전압 감지 회로(340)는 전압 분배 회로(341) 및 로우 패스 필터 회로(342)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 분배 회로(341)는 제 3 노드(N3)와 로우 패스 필터 회로(342) 사이에서 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 전압 분배 회로(341)는 제 1 저항(R11), 다이오드(Dnp), 감지 회로 커패시터(Cnp), 제 2 저항(R12), 제 3 저항(R13), 제 4 저항(R14) 및/또는 양 전압 공급 전원(Pin)을 포함할 수 있다. 전압 분배 회로(341)는 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음전압의 정점 값을 가지는 경우 음전압 값을 저장할 수 있으며, 양전압 공급 전원(Pin)에서 생성된 양전압(Vd)을 전달받아 음전압을 양전압으로 변환할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 저항(R11)은 제 3 노드(N3)와 제 9 노드(N9) 사이에 연결될 수 있다. 제 2 저항(R12)은 제 10 노드(N10)와 접지 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 제 3 저항(R13)은 양전압 공급 전원(Pin)과 제 11 노드(N11) 사이에 연결될 수 있다. 제 4 저항(R14)는 제 10 노드(N10)와 제 11 노드(N11) 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 저항(R11)은 감지 전압(Vnp)(예: 제 10 노드(N10)의 전압)을 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)에 비하여 절대 값이 작게 할 수 있다. 예를 들어, 감지 전압(Vnp)은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)의 최저 값에 제 1 분배율을 곱한 값일 수 있다. 제 1 분배율은 제 1 저항(R11)의 값을 제 1 저항(R11) 및 제 1 저항(R11)의 일단(예: 제 1 저항(R11)에서 다이오드(Dnp)를 향하는 방향에 위치한 일단)에 연결되는 회로의 등가 저항 값의 합으로 나눈 비율일 수 있다.
일 실시예에서, 전압 분배 회로(341)는 제 3 노드(N3)와 다이오드(Dnp) 사이에 연결되는 제 1 저항(R11)을 포함할 수 있다. 전압 분배 회로(341)는 제 1 저항(R11)을 포함하므로 제 1 저항(R11)을 포함하지 않는 경우에 비하여 다이오드(Dnp)에 전류가 작게 흐를 수 있다.
일 실시예에서, 제 11 노드(N11)의 전압은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)의 음의 값이 양의 값으로 변환된 값을 지닐 수 있다. 제 11 노드(N11)의 전압 값은 감지 전압(Vnp) 값과 양 전압 공급 전원(Pin)에서 공급되는 양전압(Vd) 값에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제 11 노드(N11)의 전압 값은 양전압(Vd) 값에 제 2 분배율을 곱한 값에 감지 전압(Vnp)에 제 3 분배율을 곱한 값이 더해진 값일 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 분배율은 제 2 저항(R12), 제 3 저항(R13) 및 제 4 저항(R14)에 의하여 정해지는 비율일 수 있다. 예를 들어, 제 2 분배율은 제 2 저항(R12)과 제 4 저항(R14)의 합을 제 2 저항(R12), 제 3 저항(R13) 및/또는 제 4 저항(R14)의 합으로 나눈 값일 수 있다.
일 실시예에서, 제 3 분배율은 제 2 저항(R12), 제 3 저항(R13) 및 제 4 저항(R14)에 의하여 정해지는 비율일 수 있다. 예를 들어, 제 3 분배율은 제 3 저항(R13)의 값을 제 2 저항(R12), 제 3 저항(R13) 및/또는 제 4 저항(R14)의 합으로 나눈 값일 수 있다.
일 실시예에서, 전압 분배 회로(341)의 다이오드(Dnp)는 제 9 노드(N9)와 제 10 노드(N10) 사이에 연결될 수 있다. 다이오드(Dnp)는 다이오드(Dnp)의 음극이 제 9 노드(N9)에 연결되고, 다이오드(Dnp)의 양극이 제 10 노드(N10)에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 로우 패스 필터 회로(342)는 제 11 노드(N11)와 연결될 수 있다. 로우 패스 필터 회로(342)는 필터 저항(RLF), 필터 커패시터(CLF) 및 전압 센서(SN)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 필터 저항(RLF) 및 필터 커패시터(CLF)는 고주파 신호를 걸러내고 저주파 신호를 통과시키는 로우 패스 필터(LPF: low pass filter) 역할을 할 수 있다. 로우 패스 필터를 통해 고주파 신호가 걸러지므로 전압 센서(SN)가 관측하기 적합한 형태의 신호가 전압 센서(SN)로 전달될 수 있다.
일 실시예에서, 필터 저항(RLF)는 제 11 노드(N11)와 제 12 노드(N12) 사이에 연결될 수 있다. 필터 커패시터(CLF)는 제 12 노드(N12)와 접지 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 전압 센서(SN)는 제 12 노드(N12)와 연결될 수 있다. 전압 센서(SN)는 양의 값을 지니는 센서 출력 전압(VS)을 감지할 수 있다. 센서 출력 전압(VS)은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음전압 감지 회로(340)를 통해 전압 센서(SN)가 관측하기 용이한 값으로 전환된 값을 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 센서 출력 전압(VS)의 변화를 통해 무선 전력 송신 장치(300)의 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브해지며 영전압 스위칭이 구현되지 못하는 상황이 감지될 수 있다.
일 실시예에서, 센서 출력 전압(VS)은 양전압 공급 전원(Pin)에 의해 공급되는 양전압(Vd) 및 제 2 분배율에 의하여 결정되는 초기값을 지닐 수 있다. 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브해지고 영전압 스위칭이 구현되지 못하는 경우, 센서 출력 전압(VS)은 초기값에서 감소하여 미리 정해진 기준 이하의 값을 지니게 될 수 있다.
일 실시예에서, 전압 센서(SN)의 센서 출력 전압(VS)이 미리 정해진 기준 이하로 감소하는 경우, 전압 센서(SN)는 프로세서(120)의 제어 하에, 전력 증폭 회로(310)에서 영전압 스위칭이 구현되지 못한다는 알람을 출력할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따른 음전압 감지 회로(440)를 포함하는 무선 전력 송신 장치(400)의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
다양한 실시예에서, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 배터리(189) 및/또는 무선 전력 송신부를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신부는 음전압 감지 회로(440)를 포함하는 무선 전력 송신 장치(400)를 의미할 수 있다. 프로세서(120)는 무선 전력 송신 장치(300)를 제어할 수 있다. 배터리(189)는 무선 전력 송신 장치(400)로 직류 전원을 전달 할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(400)는 전달 받은 직류 전원을 교류로 변환할 수 있으며, 자기 공명 방식을 통해 외부로 전력을 전송할 수 있다.
다양한 실시예에서, 전자 장치(101)는 전자 장치(101)의 외부에 위치한 DC 어댑터(미도시)로부터 직류 전원을 전달 받을 수 있다. DC 어댑터(미도시)는 110[V] 또는 220[V]의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 장치일 수 있다. 전자 장치(101)에 포함된 무선 전력 송신 장치(400)는 DC 어댑터(미도시)로부터 전달 받은 직류 전원을 교류로 변환할 수 있으며, 자기 공명 방식을 통해 외부로 전력을 전송할 수 있다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(400)는 전력 증폭 회로(410), 매칭 회로(420), 전력 송신 회로(430) 및/또는 음전압 감지 회로(440)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 도 3에 도시된 무선 전력 송신 장치(400)의 전력 증폭 회로(410), 매칭 회로(420) 및 전력 송신 회로(430) 각각의 연결 관계 및 기능은 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치(300)의 전력 증폭 회로(310), 매칭 회로(320) 및 전력 송신 회로(330) 각각의 연결 관계 및 기능과 동일할 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭 회로(410)와 전력 송신 회로(430) 사이에 매칭 회로(420)가 연결될 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 증폭 회로(410)는 직류 전원을 교류로 변환하는 클래스 EF2급 전력 증폭기일 수 있다. 매칭 회로(420)는 전력 증폭 회로(410)와 전력 송신 회로(430) 사이에 연결되어 전력 증폭 회로(410)와 전력 송신 회로(430)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 전력 송신 회로(430)는 입력 전원(IN)으로부터 전달받은 전력을 자기 공명 방식을 통해 외부에 위치한 무선 전력 수신 장치(미도시)로 전달할 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 증폭 회로(410)는 스위치 회로(411), 직렬 공진 회로(412) 및/또는 필터 회로(413)를 포함할 수 있다. 스위치 회로(411)는 입력 전원(IN), 드라이버(DR), 트랜지스터(TR), 제 1 코일(L1) 및/또는 제 1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 직렬 공진 회로(412)는 제 2 코일(L2)과 제 2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 필터 회로(413)는 제 3 코일(L3)과 제 3 커패시터(C3)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 입력 전원(IN)은 제 1 노드(N1)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 제 1 코일(L1)은 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에 연결될 수 있다. 제 1 커패시터(C1)는 제 2 노드(N2)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 트랜지스터(TR)는 제 2 노드(N2)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 드라이버(DR)는 트랜지스터(TR)와 연결될 수 있다.
다양한 실시예에서, 매칭 회로(420)는 제 5 노드(N5)와 제 7 노드(N7) 사이에 연결될 수 있다. 매칭 회로(420)는 제 4 코일(L4), 제 4 커패시터(C4) 및/또는 제 5 커패시터(C5)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 제 4 코일(L4)은 제 5 노드(N5)와 제 6 노드(N6) 사이에 연결될 수 있다. 제 4 커패시터(C4)는 제 6 노드(N6)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 제 5 커패시터(C5)는 제 6 노드(N6)와 제 7 노드(N7) 사이에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 송신 회로(430)는 제 7 노드(N7)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 전력 송신 회로(430)는 전력 송신 코일(Ltx) 및 코일 저항(RL)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 송신 코일(Ltx)은 제 7 노드(N7)와 제 8 노드(N8) 사이에 연결될 수 있다. 코일 저항(RL)은 제 8 노드(N8)와 접지 사이에 연결될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 음전압 감지 회로(440)는 제 3 노드(N3)에 연결될 수 있다. 음전압 감지 회로(440)는 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값으로 정점의 값을 가질 때 그 값을 저장하고, 그 값을 양 전압으로 전환하여 전압 센서(SN)가 감지하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 음전압 감지 회로(440)는 전압 분배 회로(441) 및 로우 패스 필터 회로(442)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 분배 회로(441)는 제 3 노드(N3)와 로우 패스 필터 회로(442) 사이에서 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 전압 분배 회로(441)는 다이오드(Dnp), 감지 회로 커패시터(Cnp), 제 1 저항(R21), 제 2 저항(R22), 제 3 저항(R23), 제 4 저항(R24) 및/또는 양전압 공급 전원(Pin)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 분배 회로(441)는 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음전압의 정점 값을 가지는 경우 음전압 값을 저장할 수 있으며, 양전압 공급 전원(Pin)에서 생성된 양전압(Vd)을 전달받아 음전압을 양전압으로 변환할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 저항(R21)은 제 9 노드(N3)와 제 10 노드(N9) 사이에 연결될 수 있다. 제 2 저항(R22)은 제 10 노드(N10)와 접지 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 제 3 저항(R23)은 양전압 공급 전원(Pin)과 제 11 노드(N11) 사이에 연결될 수 있다. 제 4 저항(R24)는 제 10 노드(N10)와 제 11 노드(N11) 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 감지 전압(Vnp)(예: 제 9 노드(N9)의 전압)의 값은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3) 최저 값과 동일한 값을 지닐 수 있다. 도 2의 전압 분배 회로(341)는 제 3 노드(N3)와 제 9 노드(N9) 사이에 제 1 저항(R11)을 포함하나, 도 3의 전압 분배 회로(441)는 제 3 노드(N3)와 제 9 노드(N9) 사이에 별도의 저항을 포함하지 않으므로, 감지 전압(Vnp)이 제 커패시터(C3)의 전압(VC3) 최저 값과 동일한 값을 지니게 될 수 있다.
일 실시예에서, 제 11 노드(N11)의 전압 값은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)의 최저 값이 양의 값으로 변환된 값을 지닐 수 있다. 제 11 노드(N11)의 전압 값은 감지 전압(Vnp) 값과 양전압 공급 전원(Pin)에서 공급되는 양전압(Vd) 값에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제 11 노드(N11)의 전압 값은 양의 전압(Vd)에 제 4 분배율을 곱한 값에 감지 전압(Vnp)에 제 5 분배율을 곱한 값이 더해진 값일 수 있다.
일 실시예에서, 제 4 분배율은 전압 분배 회로(441)의 제 2 저항(R22), 제 3 저항(R23) 및 제 4 저항(R24)에 의하여 정해지는 비율일 수 있다. 예를 들어, 제 4 분배율은 제 2 저항(R22)와 제 4 저항(R24)의 합을 제 2 저항(R22), 제 3 저항(R23) 및/또는 제 4 저항(R24)의 합으로 나눈 값일 수 있다.
일 실시예에서, 제 5 분배율은 제 6 분배율과 제 7 분배율의 곱으로 이루어지는 값일 수 있다. 제 6 분배율은 제 2 저항(R22)의 값을 제 1 저항(R21)과 제 2 저항(R22)의 합으로 나눈 값일 수 있다. 제 7 분배율은 제 3 저항(R23)의 값을 제 2 저항(R22), 제 3 저항(R23) 및/또는 제 4 저항(R24)의 합으로 나눈 값일 수 있다.
일 실시예에서, 전압 분배 회로(441)의 다이오드(Dnp)는 제 3 노드(N3)와 제 9 노드(N9) 사이에 연결될 수 있다. 다이오드(Dnp)는 다이오드(Dnp)의 음극이 제 3 노드(N3)에 연결되고, 다이오드(Dnp)의 양극이 제 9 노드(N9)에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 로우 패스 필터 회로(442)는 제 11 노드(N11)와 연결될 수 있다. 로우 패스 필터 회로(442)는 필터 저항(RLF), 필터 커패시터(CLF) 및 전압 센서(SN)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 필터 저항(RLF) 및 필터 커패시터(CLF)는 고주파 신호를 걸러내고 저주파 신호를 통과시키는 로우 패스 필터(LPF: low pass filter) 역할을 할 수 있다. 로우 패스 필터를 통해 고주파 신호가 걸러지므로 전압 센서(SN)가 관측하기 적합한 형태의 신호가 전압 센서(SN)로 전달될 수 있다.
일 실시예에서, 필터 저항(RLF)은 제 11 노드(N10)와 제 12 노드(N12) 사이에 연결될 수 있다. 필터 커패시터(CLF)는 제 12 노드(N12)와 접지 사이에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 전압 센서(SN)는 제 12 노드(N12)와 연결될 수 있다. 전압 센서(SN)는 양의 값을 지니는 센서 출력 전압(VS)을 감지할 수 있다. 센서 출력 전압(VS)은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음전압 감지 회로(440)를 통해 전압 센서(SN)가 관측하기 용이한 값으로 전환된 값을 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 센서 출력 전압(Vs)의 변화를 통해 무선 전력 송신 장치(400)의 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브해지며 영전압 스위칭이 구현되지 못하는 상황이 감지될 수 있다.
일 실시예에서, 센서 출력 전압(VS)은 양전압 공급 전원(Pin)에 의해 공급되는 양전압(Vd) 및 제 4 분배율에 의하여 결정되는 초기값을 지닐 수 있다. 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브해지고 영전압 스위칭이 구현되지 못하는 경우, 센서 출력 전압(VS)은 초기값에서 감소하여 미리 정해진 기준 이하의 값을 지니게 될 수 있다.
일 실시예에서, 전압 센서(SN)의 센서 출력 전압(VS)이 미리 정해진 기준 이하로 감소하는 경우, 전압 센서(SN)는 프로세서(120)의 제어 하에, 전력 증폭 회로(410)에서 영전압 스위칭이 구현되지 못한다는 알람을 출력할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(300)에서 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3) 및 다이오드(Dnp)의 전류(I(Dnp)) 변화를 나타내는 그래프이다.
501 그래프는 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치(300)에서 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3) 변화를 나타낸다.
501 그래프에서, 가로축은 시간을 의미하고, 세로축은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3) 또는 감지 전압(Vnp)을 의미할 수 있다. 세로축에서 전압의 단위는 [V] 일 수 있다.
501 그래프를 참조하면, 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)은 무선 전력 송신 장치(300)의 입력 임피던스(Zin)(예: 무선 전력 송신 장치(300)의 제 2 노드(N2)에서 제 2 코일(L2)을 바라보는 방향의 임피던스) 변화에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(300)의 전력 송신 회로(330)에 자성체(예: 페라이트)가 접근하는 경우, 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브(capacitive) 해질 수 있으며, 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)은 음의 값을 가지게 될 수 있다.
501 그래프를 참조하면, 감지 전압(Vnp)의 절대값은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값으로 가장 큰 절대 값을 지니는 경우보다 작게 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치(300)는 제 3 노드(N3)와 제 9 노드(N9) 사이에 연결되는 제 1 저항(R11)을 포함하므로, 제 1 저항(R11)의 영향으로 인하여 감지 전압(Vnp)의 절대값이 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값으로 가장 큰 절대 값을 지니는 경우보다 작게 형성될 수 있다.
501 그래프에 도시된 감지 전압(Vnp)은 제 3 노드(N3)의 전압(VC3)의 최저 값에서 제 1 분배율을 곱한 값만큼 축소된 값을 지닐 수 있다. 제 1 분배율은 제 1 저항(R11)의 값을 제 1 저항(R11)과 제 1 저항(R11)의 일단(예: 음전압 감지 회로(340)의 제 1 저항(R11)에서 다이오드(Dnp)를 향하는 방향에 위치하는 일단)에 연결되는 회로의 등가 저항 값의 합으로 나눈 비율일 수 있다.
502 그래프는 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치(300)에서 제 3 커패시터 전압(VC3)의 변화에 따른 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 변화를 나타낸다.
502 그래프에서, 가로축은 시간을 의미하고, 세로축은 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 양을 의미할 수 있다. 세로축에서 전류(I(Dnp))의 단위는 [mA] 일 수 있다.
502 그래프를 참조하면, 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값을 가지는 경우 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 양이 증가될 수 있다. 음전압 감지 회로(340)의 다이오드(Dnp)는 다이오드(Dnp)의 음극이 제 3 노드(N3)와 연결되므로, 제 3 노드(N3)와 연결된 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값을 가지는 경우 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 양이 증가될 수 있다.
502 그래프를 참조하면, 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값으로 정점의 값을 지니게 되는 경우, 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))도 양의 값으로 정점의 값을 지니게 될 수 있다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(400)에서 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3) 및 다이오드의 전류(I(Dnp)) 변화를 나타내는 도면이다.
601 그래프는 도 3에 도시된 무선 전력 송신 장치(400)에서 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)의 변화를 나타낸다.
601 그래프에서, 가로축은 시간을 의미하고, 세로축은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3) 또는 감지 전압(Vnp)을 의미할 수 있다. 세로축에서 전압의 단위는 [V] 일 수 있다.
601 그래프를 참조하면, 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)은 무선 전력 송신 장치(300)의 입력 임피던스(Zin)(예: 무선 전력 송신 장치(400)의 제 2 노드(N2)에서 제 2 코일(L2)을 바라보는 방향의 임피던스) 변화에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(400)의 전력 송신 회로(430)에 자성체(예: 페라이트)가 접근하는 경우, 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브(capacitive) 해질 수 있으며, 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)은 음의 값을 가지게 될 수 있다.
601 그래프를 참조하면, 감지 전압(Vnp)은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값으로 정점의 값을 지니는 경우와 동일하게 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치(300)와는 다르게 도 3에 도시된 무선 전력 송신 장치(400)는 제 3 노드(N3)와 제 9 노드(N9) 사이에 저항이 연결되지 않으므로 감지 전압(Vnp)은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값으로 정점의 값을 지니는 경우와 동일하게 형성될 수 있다.
602 그래프는 도 3에 도시된 무선 전력 송신 장치(400)에서 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)의 변화에 따라 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 변화를 나타낸다.
602 그래프에서, 가로축은 시간을 의미하고, 세로축은 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 양을 의미할 수 있다. 세로축에서 전류의 단위는 [mA] 일 수 있다.
602 그래프를 참조하면, 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값을 가지는 경우 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 양이 증가될 수 있다. 음전압 감지 회로(440)의 다이오드(Dnp)는 다이오드(Dnp)의 음극이 제 3 노드(N3)와 연결되므로, 제 3 노드(N3)와 연결된 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값을 가지는 경우 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 양이 증가될 수 있다.
도 4의 502 그래프 및 도 5의 602 그래프를 참조하면, 도 2의 무선 전력 송신 장치(300)에서 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 크기가 도 3의 무선 전력 송신 장치(400)에서 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 크기보다 작게 형성될 수 있다. 예를 들어, 502 그래프에서 도 2의 무선 전력 송신 장치(300)의 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))는 4[mA] 이하의 값을 지니지만, 602 그래프에서 도 3의 무선 전력 송신 장치(400)의 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))는 10[mA] ~ 20[mA]의 값을 지닐 수 있다. 도 2의 음전압 감지 회로(340)는 다이오드(Dnp)에 흐르는 전류(I(Dnp))의 양이 작으므로, 다이오드(Dnp)가 도 3의 음전압 감지 회로(440)의 다이오드(Dnp)에 비하여 상대적으로 안정적으로 구동될 수 있다.
도 2의 무선 전력 송신 장치(300)는 제 3 노드(N3)와 제 9 노드(N9) 사이에 연결되는 제 1 저항(R11)을 포함하므로 음전압 감지 회로(340)의 감지 전압(Vnp)의 크기가 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)의 값과 다르게 형성될 수 있다. 도 3의 무선 전력 송신 장치(400)는 제 3 노드(N3)와 제 9 노드(N9) 사이에 별도의 저항을 포함하지 않으므로 음전압 감지 회로(440)의 감지 전압(Vnp)의 크기가 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)의 최소 값과 동일하게 형성될 수 있다. 따라서, 도 3의 음전압 감지 회로(440)는 도 2의 음전압 감지 회로(340)에 비하여 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)을 정확하게 감지할 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브한 상황에서 센서 출력 전압(VS)의 변화를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(300, 400)는 음전압 감지 회로(340, 440)를 포함할 수 있다. 음전압 감지 회로(340, 440)는 전압 센서(SN)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 음전압 감지 회로(340, 440)는 제 12 노드(N12)와 연결된 전압 센서(SN)를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 전압 센서(SN)는 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3) 변화를 감지하는 역할을 할 수 있다. 전압 센서(SN)에서 측정되는 전압(VS)은 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)의 전압 값이 미리 정해진 범위의 값을 가지도록 음전압 감지 회로(340, 440)에서 변환된 값일 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 전압 센서(SN)에서 측정되는 전압(VS)이 2[V] ~ 4[V]의 값을 가지도록 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)의 전압 값이 변환될 수 있다.
701 그래프에서, 가로축은 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 공진 주파수 변화량을 의미할 수 있으며, 세로축은 전압 센서(SN)에서 감지하는 센서 출력 전압(VS)을 의미할 수 있다.
701 그래프에서, 그래프의 각 직선은 입력 전원(IN)에서 공급되는 전압(Vin)에 따른 센서 출력 전압(VS)을 나타낸다. 예를 들어, 701 그래프에서 점선으로 도시된 직선은 입력 전원(IN)에서 공급되는 전압(Vin)이 11[V]인 경우의 센서 출력 전압(VS)의 변화를 의미할 수 있다.
다양한 실시예에서, 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 전력 송신 회로(330, 430)에 자성체(예: 페라이트)가 접근하는 경우, 전력 송신 코일(Ltx)의 인덕턴스는 증가하고, 공진 주파수는 감소할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 전력 송신 회로(330, 430)에 금속이 접근하는 경우, 전력 송신 코일(Ltx)의 인덕턴스는 감소하고, 공진 주파수는 증가할 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 증폭 회로(310, 410)와 전력 송신 회로(330, 340) 사이에 매칭 회로(320, 420)가 위치할 수 있다. 매칭 회로(320, 420)는 입력 임피던스(Zin)를 역전시키는 역할을 할 수 있으므로, 전력 송신 회로(330, 340)에 포함된 전력 송신 코일(Ltx)의 인덕턴스가 증가하는 경우, 입력 임피던스(Zin)(예: 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 전력 증폭 회로(310, 410)에서 매칭 회로(320, 420)를 바라보는 방향의 임피던스)는 커패시티브(capacitive)하게 변화될 수 있다. 전력 송신 회로(330, 430)에 포함된 전력 송신 코일(Ltx)의 인덕턴스가 감소하는 경우, 입력 임피던스(Zin)는 인덕티브(inductive)하게 변화될 수 있다.
다양한 실시예에서, 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브해지는 경우, 전력 증폭 회로(310, 410)에서 영전압 스위칭(ZVS: zero voltage switching)이 구현되지 못할 수 있다. 영전압 스위칭이 구현되지 못하는 경우, 스위치(예: 트랜지스터(TR))에 손상이 일어날 수 있으며, 전력 증폭 회로(310, 410)가 파손될 수 있다. 따라서, 스위치(예: 트랜지스터(TR)) 및 이를 포함하는 전력 증폭 회로(310, 410)의 파손을 방지하기 위하여 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브해지는 상황이 감지될 필요가 있다.
다양한 실시예에서, 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브하게 변화되는 경우, 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)은 음의 값을 지니며 절대값이 증가될 수 있다. 예를 들어, 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 지니는 음전압의 절대값은 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 입력 임피던스(Zin)가 인덕티브한 상태보다 커패시티브한 상태에서 커질 수 있다.
다양한 실시예에서, 음전압 감지 회로(340, 440)는 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)을 음의 값에서 미리 정해진 범위 내의 양의 값으로 변환될 수 있다. 예를 들어, 701 그래프를 참조하면, 필터 회로(320)의 전압(VC3)이 양의 값으로 변환되어 센서 출력 전압(VS)이 2[V] ~ 4[V]의 값을 지닐 수 있다. 701 그래프에서 센서 출력 전압(VS)이 2[V] ~ 4[V]의 값을 지니는 것으로 도시되어 있으나, 센서 출력 전압(VS)의 범위는 이에 한정되지 않으며, 양전압(Vd)의 크기 및 저항(예: 제 1 저항(R11), 제 2 저항(R12), 제 3 저항(R13), 제 4 저항(R14))의 배치 형태에 따라 달라질 수 있다.
다양한 실시예에서, 센서 출력 전압(VS)이 미리 정해진 전압 값에서 공진 주파수의 감소에 따라 비례적으로 감소하는 형태로 관측되는 경우, 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브한 상태인 것으로 판단될 수 있다. 예를 들어, 701 그래프를 참조하면, 공진 주파수가 감소하여 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브해지는 경우, 센서 출력 전압(VS)은 3.5V에서 공진 주파수의 감소에 따라 비례적으로 감소하는 형태로 나타날 수 있다. 센서 출력 전압(VS)은 미리 정해진 전압(예: 3.5V)에서 비례 감소하는 형태로 나타나는 경우 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브한 상태이며 전력 증폭 회로(310, 410)가 파손될 우려가 있다고 판단될 수 있다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 입력 임피던스(Zin)가 인덕티브한 상황에서 센서 출력 전압(VS)의 변화를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
801 그래프에서, 가로축은 무선 전력 송신 장치(300, 400)와 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 외부에 위치한 물체(예: 금속) 사이의 거리(cm)를 의미하며, 세로축은 전압 센서(SN)에서 측정되는 센서 출력 전압(VS)을 의미할 수 있다.
801 그래프에서, 그래프의 각 직선은 입력 전원(IN)에서 공급되는 전압(Vin)에 따른 센서 출력 전압(VS)을 나타낸다. 예를 들어, 701 그래프에서 점선으로 도시된 직선은 입력 전원(IN)에서 공급되는 전압(Vin)이 11[V]인 경우의 센서 출력 전압(VS)의 변화를 의미할 수 있다.
다양한 실시예에서, 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 전력 송신 회로(330, 430)에 금속이 접근하는 경우, 전력 송신 코일(Ltx)의 인덕턴스는 감소하고, 공진 주파수는 증가할 수 있다.
다양한 실시예에서, 매칭 회로(320, 420)는 입력 임피던스(Zin)를 역전시키는 역할을 할 수 있으므로, 전력 송신 회로(330, 430)에 포함된 전력 송신 코일(Ltx)의 인덕턴스가 감소하는 경우, 입력 임피던스(Zin)는 인덕티브(inductive)하게 변화될 수 있다.
801 그래프는 입력 임피던스(Zin)가 인덕티브한 상황에서 센서 출력 전압(VS)의 변화를 의미할 수 있다. 801 그래프의 가로축은 금속과 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 거리(cm)를 의미할 수 있다. 금속과 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 거리가 작아질수록 공진 주파수는 증가할 수 있다. 공진 주파수가 증가하며 입력 임피던스(Zin)는 인덕티브하게 변화될 수 있고, 801 그래프는 이와 같이 입력 입피던스가 인덕티브하게 변화된 상황에서 센서 출력 전압(VS)의 변화를 나타낸다.
801 그래프를 참조하면, 입력 임피던스(Zin)가 인덕티브해지는 경우, 센서 출력 전압(VS)은 미리 정해진 초기 값에서 약간 감소한 값을 유지하는 형태로 변화될 수 있다. 예를 들어, 입력 임피던스(Zin)가 인덕티브해지는 상황에서 센서 출력 전압(VS)은 3.5[V]에서 3.2[V]까지 감소할 수 있다.
801 그래프에서 센서 출력 전압(VS)의 초기값이 3.5[V]의 값을 지니는 것으로 도시되어 있으나, 센서 출력 전압(VS)의 초기값은 이에 한정되지 않으며, 양전압(Vd)의 크기 및 저항(예: 제 1 저항(R11), 제 2 저항(R12), 제 3 저항(R13), 제 4 저항(R14))의 배치 형태에 따라 달라 질 수 있다.
801 그래프를 도 6에 도시된 701 그래프와 비교하면, 입력 임피던스(Zin)가 인덕티브해지는 상황에서 센서 출력 전압(VS) 변화의 폭은 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브해지는 상황에서 센서 출력 전압(VS) 변화의 폭보다 작게 형성될 수 있다.
다양한 실시예에서, 센서 출력 전압(VS)의 변화 폭을 통해 입력 임피던스(Zin)의 상태가 판단될 수 있다. 예를 들어, 센서 출력 전압(VS)이 초기값에서 비례 감소하는 형태로 나타나는 것이 아니라 초기값에서 소폭 감소한 형태를 유지한 형태를 나타낸다면 입력 임피던스(Zin)가 인덕티브해졌다고 판단될 수 있다. 입력 임피던스(Zin)가 인덕티브한 상황에서는 영전압 스위칭이 구현될 수 있으므로 전력 증폭 회로(310, 410)의 파손 우려가 없다고 판단될 수 있다.
다양한 실시예에서, 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 제어를 위해 무선 전력 송신 장치(300, 400)에 포함된 전송 코일(Ltx)의 인덕턴스 증가가 필요할 수 있다. 전송 코일(Ltx)의 인덕턴스를 증가시키기 위해 전송 코일(Ltx)에 자성체를 접근시킬 수 있다. 자성체는 페라이트(ferrite)일 수 있으나, 페라이트(ferrite)에 한정되는 것이 아니라 자성을 지닌 물질을 포함하는 개념일 수 있다.
다양한 실시예에서, 전송 코일(Ltx)의 인덕턴스 증가를 위해 자성체를 접근시킬 수 있으나, 인덕턴스가 미리 정해진 기준 이상으로 증가하는 경우, 무선 전력 송신 장치(300, 400)에 손상이 일어날 수 있다. 음전압 감지 회로(340, 440)은 이러한 상태를 감지하여 무선 전력 송신 장치(300, 400)에 손상을 방지할 수 있다. 예를 들어, 전송 코일(Ltx)에 자성체(예: 페라이트)가 접근되어 전송 코일(Ltx)의 인덕턴스가 미리 정해진 기준 이상으로 증가하는 경우, 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 영전압 스위칭(ZVS)이 구현되지 못하여 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 전력 증폭 회로(310, 410)가 파손될 수 있다. 전송 코일(Ltx)의 인덕턴스가 미리 정해진 기준 이상으로 증가하고 입력 임피던스(Zin)가 커패시티브해지는 경우, 무선 전력 송신 장치(300, 400)의 제 3 커패시터(C3)의 전압(VC3)이 음의 값으로 정점의 값을 가지게 될 수 있으므로 음전압 감지 회로(340, 440)는 이러한 상태를 감지하여 영전압 스위칭(ZVS)이 구현되지 못하는 경우를 파악할 수 있다.
도 8은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 음전압 감지 회로(940)를 포함하는 무선 전력 송신 장치(900)의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
다양한 실시예에서, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 배터리(189) 및/또는 무선 전력 송신부를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신부는 음전압 감지 회로(940)를 포함하는 무선 전력 송신 장치(900)를 의미할 수 있다. 프로세서(120)는 무선 전력 송신 장치(900)를 제어할 수 있다. 배터리(189)는 무선 전력 송신 장치(900)로 직류 전원을 전달 할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(900)는 전달 받은 직류 전원을 교류로 변환할 수 있으며, 자기 공명 방식을 통해 외부로 전력을 전송할 수 있다.
다양한 실시예에서, 전자 장치(101)는 전자 장치(101)의 외부에 위치한 DC 어댑터(미도시)로부터 직류 전원을 전달 받을 수 있다. DC 어댑터(미도시)는 110[V] 또는 220[V]의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 장치일 수 있다. 전자 장치(101)에 포함된 무선 전력 송신 장치(900)는 DC 어댑터(미도시)로부터 전달 받은 직류 전원을 교류로 변환할 수 있으며, 자기 공명 방식을 통해 외부로 전력을 전송할 수 있다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(900)는 전력 증폭 회로(910), 매칭 회로(920), 전력 송신 회로(930) 및/또는 음전압 감지 회로(940)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 증폭 회로(910)의 기능 및 구성은 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치(300)의 전력 증폭 회로(310)의 기능 및 구성과 동일할 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭 회로(910)는 직류 전원을 교류로 변환하는 클래스 EF2급 전력 증폭기일 수 있다.
다양한 실시예에서, 전력 증폭 회로(910)는 스위치 회로(911), 직렬 공진 회로(912) 및/또는 필터 회로(913)를 포함할 수 있다. 스위치 회로(911), 직렬 공진 회로(912) 및/또는 필터 회로(913)의 기능 및 구성은 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치(300)의 스위치 회로(311), 직렬 공진 회로(312) 및/또는 필터 회로(313)의 기능 및 구성과 동일할 수 있다.
다양한 실시예에서, 매칭 회로(920) 및 전력 송신 회로(930)의 기능 및 구성은 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치(300)의 매칭 회로(320) 및 전력 송신 회로(330)의 기능 및 구성과 동일할 수 있다. 예를 들어, 매칭 회로(920)는 전력 증폭 회로(910)와 전력 송신 회로(930) 사이에 연결되어 전력 증폭 회로(910)와 전력 송신 회로(930)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 전력 송신 회로(930)는 자기 공명 방식을 통해 외부에 위치한 무선 전력 수신 장치(미도시)로 전력을 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 음전압 감지 회로(940)는 전력 증폭 회로(910)의 필터 회로(913)와 연결될 수 있다. 음전압 감지 회로(940)는 필터 회로(913)의 전압이 음의 값으로 정점의 값을 가질 때 그 값을 저장하고, 그 값을 양전압 값으로 변환하여 전압 센서(SN)가 감지하도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 음전압 감지 회로(940)는 정밀 정류 회로(941), 반전 증폭 회로(942) 및/또는 전압 센서(SN)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 정밀 정류 회로(941)는 필터 회로(913)로부터 전달 받은 교류를 직류로 변환하는 역할을 할 수 있다.
일 실시예에서, 정밀 정류 회로(941)는 비반전 증폭기(noninverting amplifier)(AP), 다이오드(Dnp), 감지 회로 커패시터(Cnp) 및/또는 감지 회로 저항(Rnp)을 포함할 수 있다. 비반전 증폭기(AP)의 양극은 필터 회로(913)와 연결될 수 있다. 다이오드(Dnp)는 다이오드(Dnp)의 음극이 비반전 증폭기(AP) 증폭기와 연결될 수 있다. 감지 회로 커패시터(Cnp)는 필터 회로(913)의 전압이 음의 값으로 정점의 값을 지닐 때 그 값을 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 반전 증폭 회로(942)는 반전 증폭기(inverting amplifier)(IN_AP)를 포함할 수 있다. 반전 증폭기(IN_AP)는 음전압을 양전압으로 변환하며, 양전압 값을 증폭시키는 역할을 할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 센서(SN)는 반전 증폭 회로(942)와 연결될 수 있다. 전압 센서(SN)는 반전 증폭 회로(942)에서 변환되고 증폭된 양전압 값을 감지할 수 있다.
일 실시예에서, 전압 센서(SN)에서 감지하는 전압의 값이 미리 정해진 기준 이하로 감소하는 경우, 전압 센서(SN)는 프로세서(120)의 제어 하에, 전력 증폭 회로(910)에서 영전압 스위칭이 구현되지 못한다는 알람을 출력할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 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 개시의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 개시의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 개시에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 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 개시에서, "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.
본 개시의 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 개시의 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 개시의 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.

Claims (15)

  1. 전자 장치에 있어서,
    프로세서;
    배터리; 및
    무선 전력 송신부를 포함하며,
    상기 무선 전력 송신부는
    스위치 회로, 필터 회로 및 직렬 공진 회로를 포함하며, 상기 배터리 또는 DC 어댑터로부터 전달 받은 직류 전원을 교류로 변환하고 영전압 스위칭(ZVS: zero voltage switching)이 구현되는 전력 증폭 회로;
    상기 전력 증폭 회로로부터 전달받은 전력을 외부로 전송하는 전력 송신 코일을 포함하는 전력 송신 회로;
    상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로 사이에 연결되며, 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로; 및
    상기 전력 증폭 회로의 필터 회로와 연결되며, 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 감지하는 음전압 감지 회로를 포함하며,
    상기 음전압 감지 회로는
    양전압 공급 전원 및 복수 개의 저항을 포함하며, 상기 전력 증폭 회로의 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 미리 정해진 범위의 양전압으로 변환하는 전압 분배 회로;
    상기 변환된 양전압을 감지하는 전압 센서; 및
    상기 전압 분배 회로와 상기 전압 센서 사이에 연결되는 로우 패스 필터;를 포함하는 전자 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스위치 회로는
    제 1 노드와 제 2 노드 사이에 연결되며, 상기 배터리로 흐를 수 있는 교류 신호를 차단하는 제 1 코일;
    상기 제 2 노드와 접지 사이에 연결되며, 전기적인 신호에 따라 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off)되고, 영전압 스위칭(ZVS) 방법으로 소프트 스위칭을 구현하기 위한 스위치 역할을 하는 트랜지스터;
    상기 트랜지스터와 연결되며, 드라이버 신호를 발생하여 상기 트랜지스터를 구동하는 드라이버; 및
    상기 제 2 노드와 접지 사이에 연결되는 제 1 커패시터를 포함하는 전자 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 직렬 공진 회로는
    상기 제 2 노드와 제 4 노드 사이에 연결되는 제 2 코일; 및
    상기 제 4 노드와 제 5 노드 사이에 연결되는 제 2 커패시터;를 포함하며,
    상기 필터 회로는
    상기 제 2 노드와 제 3 노드 사이에 연결되는 제 3 코일; 및
    상기 제 3 노드와 접지 사이에 연결되는 제 3 커패시터를 포함하는 전자 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 매칭 회로는
    상기 제 5 노드와 제 6 노드 사이에 연결되는 제 4 코일;
    상기 제 6 노드와 접지 사이에 연결되는 제 4 커패시터; 및
    상기 제 6 노드와 제 7 노드 사이에 연결되는 제 5 커패시터;를 포함하며,
    상기 전력 송신 회로의 상기 전력 송신 코일은
    상기 제 7 노드와 제 8 노드 사이에 연결되는 전자 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 음전압 감지 회로는
    상기 필터 회로의 상기 제 3 노드와 연결되며,
    상기 전압 분배 회로는
    상기 제 3 노드와 제 9 노드 사이에 연결되는 제 1 저항 및
    음극이 상기 제 9 노드를 향하도록 연결되고, 양극이 제 10 노드를 향하도록 연결되는 다이오드;를 포함하는 전자 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전압 분배 회로는
    상기 제 10 노드와 접지 사이에 연결되는 감지 회로 커패시터
    상기 제 10 노드와 접지 사이에 연결되는 제 2 저항;
    상기 양전압 공급 전원과 제 11 노드 사이에 연결되는 제 3 저항; 및
    상기 제 10 노드와 상기 제 11 노드 사이에 연결되는 제 4 저항을 포함하는 전자 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 로우 패스 필터는
    상기 제 11 노드와 제 12 노드 사이에 연결되는 필터 저항 및
    상기 제 12 노드와 접지 사이에 연결되는 필터 커패시터를 포함하는 전자 장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 음전압 감지 회로는
    상기 필터 회로의 상기 제 3 노드와 연결되며,
    상기 전압 분배 회로는
    음극이 상기 제 3 노드를 향하도록 연결되고, 양극이 제 9 노드를 향하도록 연결되는 다이오드를 포함하는 전자 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전압 분배 회로는
    상기 제 9 노드와 접지 사이에 연결되는 감지 회로 커패시터;
    상기 제 9 노드와 제 10 노드 사이에 연결되는 제 1 저항;
    상기 제 10 노드와 접지 사이에 연결되는 제 2 저항;
    상기 양전압 공급 전원과 제 11 노드 사이에 연결되는 제 3 저항; 및
    상기 제 10 노드와 상기 제 11 노드 사이에 연결되는 제 4 저항을 포함하는 전자 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 로우 패스 필터는
    상기 제 11 노드와 제 12 노드 사이에 연결되는 필터 저항 및
    상기 제 12 노드와 접지 사이에 연결되는 필터 커패시터를 포함하는 전자 장치.
  11. 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    스위치 회로, 필터 회로 및 직렬 공진 회로를 포함하며, 직류 전원을 교류로 변환하고 영전압 스위칭(ZVS: zero voltage switching)이 구현되는 전력 증폭 회로;
    상기 전력 증폭 회로로부터 전달받은 전력을 외부로 전송하는 전력 송신 코일을 포함하는 전력 송신 회로;
    상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로 사이에 연결되며, 상기 전력 증폭 회로와 상기 전력 송신 회로의 임피던스를 매칭하는 매칭 회로; 및
    상기 전력 증폭 회로의 필터 회로와 연결되며, 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 감지하는 음전압 감지 회로를 포함하며,
    상기 음전압 감지 회로는
    양전압 공급 전원 및 복수 개의 저항을 포함하며, 상기 전력 증폭 회로의 상기 필터 회로에서 발생하는 음전압을 미리 정해진 범위의 양전압으로 변환하는 전압 분배 회로;
    상기 변환된 양전압을 감지하는 전압 센서; 및
    상기 전압 분배 회로와 상기 전압 센서 사이에 연결되는 로우 패스 필터;를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 스위치 회로는
    제 1 노드와 접지 사이에 연결되며, 상기 전력 증폭 회로에 직류 전원을 공급하는 입력 전원;
    상기 제 1 노드와 제 2 노드 사이에 연결되며, 상기 입력 전원으로 흐를 수 있는 교류 신호를 차단하는 제 1 코일;
    상기 제 2 노드와 접지 사이에 연결되며, 전기적인 신호에 따라 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off)되고, 영전압 스위칭(ZVS) 방법으로 소프트 스위칭을 구현하기 위한 스위치 역할을 하는 트랜지스터;
    상기 트랜지스터와 연결되며, 드라이버 신호를 발생하여 상기 트랜지스터를 구동하는 드라이버; 및
    상기 제 2 노드와 접지 사이에 연결되는 제 1 커패시터를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 직렬 공진 회로는
    상기 제 2 노드와 제 4 노드 사이에 연결되는 제 2 코일; 및
    상기 제 4 노드와 제 5 노드 사이에 연결되는 제 2 커패시터;를 포함하며,
    상기 필터 회로는
    상기 제 2 노드와 제 3 노드 사이에 연결되는 제 3 코일; 및
    상기 제 3 노드와 접지 사이에 연결되는 제 3 커패시터를 포함하며,
    상기 매칭 회로는
    상기 제 5 노드와 제 6 노드 사이에 연결되는 제 4 코일;
    상기 제 6 노드와 접지 사이에 연결되는 제 4 커패시터; 및
    상기 제 6 노드와 제 7 노드 사이에 연결되는 제 5 커패시터를 포함하며,
    상기 전력 송신 회로의 상기 전력 송신 코일은
    상기 제 7 노드와 제 8 노드 사이에 연결되는 무선 전력 송신 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 음전압 감지 회로는
    상기 필터 회로의 상기 제 3 노드와 연결되며,
    상기 전압 분배 회로는
    상기 제 3 노드와 제 9 노드 사이에 연결되는 제 1 저항;
    음극이 상기 제 9 노드를 향하도록 연결되고, 양극이 제 10 노드를 향하도록 연결되는 다이오드;
    상기 제 10 노드와 접지 사이에 연결되는 감지 회로 커패시터;
    상기 제 10 노드와 접지 사이에 연결되는 제 2 저항;
    상기 양전압 공급 전원과 제 11 노드 사이에 연결되는 제 3 저항; 및
    상기 제 10 노드와 상기 제 11 노드 사이에 연결되는 제 4 저항을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 음전압 감지 회로는
    상기 필터 회로의 상기 제 3 노드와 연결되며,
    상기 전압 분배 회로는
    음극이 상기 제 3 노드를 향하도록 연결되고, 양극이 제 9 노드를 향하도록 연결되는 다이오드;
    상기 제 9 노드와 접지 사이에 연결되는 감지 회로 커패시터;
    상기 제 9 노드와 제 10 노드 사이에 연결되는 제 1 저항;
    상기 제 10 노드와 접지 사이에 연결되는 제 2 저항;
    상기 양전압 공급 전원과 제 11 노드 사이에 연결되는 제 3 저항; 및
    상기 제 10 노드와 상기 제 11 노드 사이에 연결되는 제 4 저항을 포함하는 무선 전력 송신 장치.
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