KR102015095B1 - 무선 전력 수신기와 통신하기 위한 장치들 및 관련 방법들 - Google Patents
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Abstract
무선 전력 인에이블 장치(wireless power enabled apparatus)는 무선 전력 신호에 대한 응답으로 AC 전력 신호를 생성하도록 구성된 수신 코일; AC 전력 신호를 수신하고 DC 정류 전력 신호를 생성하도록 구성된 복수의 스위치를 포함하는 정류기, DC 정류 전력 신호를 수신하고 출력 전력 신호를 생성하기 위하여 정류기에 동작가능하게 결합된 레귤레이터, 및 레귤레이터의 입력 임피던스를 조절하는 것에 대한 응답으로 통신 신호를 생성하도록 구성된 제어 로직을 포함한다. 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법은 무선 전력 신호를 수신하는 것에 대한 응답으로 정류 전압을 생성하는 단계, 전압 레귤레이터를 사용하여, 정류 전압으로부터 출력 전압을 생성하는 단계, 및 무선 전력 송신기로의 전송을 위한 데이터를 사용하여 전압 레귤레이터의 특성을 변조하기 위하여, 무선 전력 수신기의 통신 모드 동안 전압 레귤레이터를 제어하는 단계를 포함한다.
Description
본 출원은 "Apparatuses and Related Methods for Communication With a Wireless Power Receiver"라는 명칭으로 2014년 1월 30일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제14/168,965호의 우선권을 주장한다.
본 출원은 또한 "Apparatuses and Related Methods for Modulating Power of a Wireless Power Receiver"란 명칭으로 2013년 3월 13일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제13/801,953호의 우선권을 주장한다.
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 무선 전력 전송, 특히 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에서 통신하기 위한 장치들 및 관련 방법에 관한 것이다.
배터리-구동 디바이스(Battery-powered device)들(예컨대, 가전제품들, 전기 및 하이브리드 자동차들 등)은 충전 디바이스를 통해 전력 소스(예컨대, AC 파워 아울렛(AC power outlet))로부터 충전된다. 충전 디바이스는 어댑터를 통해 배터리를 전력 소스에 결합한다. 전력 소스와 배터리-구동 디바이스 사이에서 연장하는 코드(cord)는 공간을 차지할 수 있다. 다수의 디바이스들이 충전을 필요로 하는 상황들에서, 다수의 디바이스들 각각이 자기 자신들의 충전기 및 코드를 가져야 하기 때문에, 충전 영역은 저해되어 불편하게 될 수 있다.
전자 디바이스에 결합된 송신기와 수신기 사이에서 오버-디-에어(over-the-air) 또는 무선 전력 송신을 사용하는 접근법들이 개발되고 있는 중이다. 유도 코일들을 사용하는 무선 전력 송신은 결합된 무선 전력 신호를 통해 전력을 무선으로 전송하기 위한 언-테더드(un-tethered) 방법으로 고려되는 하나의 방법이다. 무선 전력 송신에서는 전송 코일을 통해 무선 전력 신호를 송신함으로써 전력이 전송된다. 수신기 측에서, 수신기 코일은 무선 전력 신호를 통해 송신 코일과 결합되어, 송신된 전력을 무선으로 수신할 수 있다. 효율적인 전력 전송이 이루어질 수 있는, 송신기 코일과 수신기 코일 사이의 거리는 송신된 에너지 및 필요 효율의 함수이다. 결합 계수(coupling coefficient)(k)는 코일들 간의 거리, 코일 크기들 및 재료들의 함수이다. 전력 변환 효율(예컨대, 결합 인자, 결합 품질)은 코일들이 소위 "근거리-장 영역(near-field zone)"내에서 서로 물리적으로 위치하는 주파수로 동작하고 크기를 갖는 경우에 현저히 개선될 수 있다.
종래의 무선 전력 충전 어레인지먼트(arrangement)들에서의 통신은 전형적으로 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기로 정보를 전송하는데 사용되는 수신 코일쪽에서 임피던스 변화(예컨대, 용량성 또는 저항성)를 유발한다. 예컨대, 커패시터들은 LC 네트워크(공진 탱크)에 대해 커패시턴스를 변조(예컨대, 가산 및 감산)할 수 있는 용량성 변조 회로로서 기능을 하기 위하여 복수의 스위치들과 결합될 수 있다. 종래의 무선 전력 수신기들은 무선 전력 송신기에 의해 검출되는, LC 네트워크에 결합되는 전력량을 변조시키기 위하여 스위치들을 제어할 수 있다. 결과적으로, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기로의 통신은 무선 전력 수신기의 LC 네트워크내에서의 수신 코일의 병렬 커패시턴스의 변조를 통해 가능하게 될 수 있다. 이러한 임피던스 변화는 시스템 손실들을 증가시키고 시스템 효율을 저하시킬 수 있다. 무선 전력 수신기의 출력 쪽에서의 큰 부하(load) 변화들은 또한 거짓 통신 신호들을 유발시킬 수 있는데, 이는 전형적으로 이러한 사건들에 대해 낮은 민감도를 갖도록 수신기 제어 루프 보상동작을 수동으로 변경시키고 출력 커패시턴스량을 증가시킴으로써 해결될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들은 무선 전력 수신기를 포함하는 무선 전력 인에이블 장치(wireless power enabled apparatus)를 포함한다. 무선 전력 수신기는 무선 전력 신호에 대한 응답으로 AC 전력 신호를 생성하도록 구성된 수신 코일; AC 전력 신호를 수신하고 DC 정류 전력 신호를 생성하도록 구성된 복수의 스위치를 포함하는 정류기; DC 정류 전력 신호를 수신하고 출력 전력 신호를 생성하기 위하여 정류기에 동작가능하게 결합된 레귤레이터; 및 레귤레이터의 입력 임피던스를 조절하는 것에 대한 응답으로 통신 신호를 생성하도록 구성된 제어 로직을 포함한다.
본 개시내용의 다른 실시예는 무선 전력 수신기를 포함하는 무선 전력 인에이블 장치를 포함한다. 무선 전력 수신기는 수신 코일; 수신 코일로부터 생성된 전력 신호를 수신하고 이에 대한 응답으로 정류 전압을 생성하도록 구성된 정류기; 정류 전압을 수신하고 이에 대한 응답으로 출력 전압을 생성하도록 구성된 레귤레이터; 및 무선 전력 송신기에 의해 검출될 통신 신호의 변조를 위하여 무선 전력 수신기의 통신 모드 동안 레귤레이터의 특성을 조절하도록 구성된 제어 로직을 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 실시예는 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법을 포함한다. 방법은 무선 전력 신호를 수신하는 것에 대한 응답으로 정류 전압을 생성하는 단계; 전압 레귤레이터를 사용하여, 정류 전압으로부터 출력 전압을 생성하는 단계; 및 무선 전력 송신기로의 전송을 위한 데이터를 사용하여 전압 레귤레이터의 특성을 변조하기 위하여, 무선 전력 수신기의 통신 모드 동안 전압 레귤레이터를 제어하는 단계를 포함한다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 무선 전력 전송 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 3은 무선 전력 시스템에서 데이터를 통신하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 4a-도 4g는 본 개시내용의 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 단순화된 개략적인 블록도들이다.
도 2는 무선 전력 전송 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 3은 무선 전력 시스템에서 데이터를 통신하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 4a-도 4g는 본 개시내용의 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 단순화된 개략적인 블록도들이다.
이하의 상세한 설명에서는 본 개시내용의 특정 실시예들이 예시적으로 도시된 첨부 도면들이 참조된다. 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고 다른 실시예들이 활용되고 변화들이 이루어질 수 있다. 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되지 않아야 하며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해서만 정의된다.
더욱이, 도시되고 설명된 특정 구현들은 단지 예들이며, 본원에서 달리 규정하지 않는 한 본 개시내용을 기능적 수단들로 분할하거나 또는 구현하는 방식으로만 해석되지 않아야 한다. 본 개시내용의 다양한 실시예들이 다수의 다른 분할 솔루션들에 의해 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.
이하의 설명에서는 불필요한 상세한 설명으로 본 개시내용을 불명료하게 하지 않도록 하기 위하여 엘리먼트들, 회로들 및 기능들이 블록도 형태로 도시될 수 있다. 부가적으로, 다양한 블록들간의 로직의 분할 및 블록 정의들은 특정 구현의 예시이다. 본 개시내용이 다수의 다른 분할 솔루션들에 의해 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 당업자는 다양한 상이한 기술들 및 기법들 중 임의의 것을 사용하여 정보 및 신호들이 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 앞의 설명 전반에 걸쳐 참조될 수 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 자기 입자들, 광 필드들 또는 광 입자들 또는 이들의 임의의 조합으로 표현될 수 있다. 일부 도면들은 표현 및 설명의 명확화를 위하여 신호들을 단일 신호로 예시할 수 있다. 신호가 신호들의 버스 ― 버스는 다양한 비트 폭들을 가질 수 있음 ―를 나타낼 수 있고 본 개시내용이 단일 데이터 신호를 포함하는 임의의 수의 데이터 신호들에 대해 구현될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
본원에서 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들 및 회로들은 범용 프로세서, 특수-목적 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적회로(ASIC), 필드-프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그램가능 로직 디바이스, 제어기, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본원에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계될 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있으나, 대안적으로 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기 또는 상태 머신일 수 있다. 범용 프로세서는 특수-목적 프로세서로 고려될 수 있는 반면에, 범용 프로세서는 컴퓨터-판독가능 매체상에 저장된 명령들(예컨대, 소프트웨어 코드)을 실행한다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예컨대 DSP 및 마이크로프로세세의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현되거나 또는 수행될 수 있다.
또한, 실시예들이 플로우 차트, 흐름도, 구조도 또는 블록도로 도시될 수 있는 프로세스 측면에서 설명될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 비록 프로세스가 순차적인 프로세스로서 동작들을 설명할 수 있을지라도, 이들 동작들 중 많은 동작은 다른 순서로, 병렬로 또는 실질적으로 동시에 수행될 수 있다. 게다가, 동작들의 순서는 재배열될 수 있다. 프로세스는 방법, 기능, 절차, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응할 수 있다. 더욱이, 본원에 개시된 방법들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이 둘다로 구현될 수 있다. 만일 소프트웨어로 구현되면, 기능들은 컴퓨터-판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나 이들을 통해 송신될 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체, 및 일 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 이전을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 모두를 포함한다.
"제 1", "제 2" 등과 같은 지정을 사용한 본원에서의 엘리먼트에 대한 임의의 참조는 이들 엘리먼트들의 수량 또는 순서를 제한하지 않는다는 것 ― 이러한 제한이 명시적으로 언급되지 않는 한 ―이 이해되어야 한다. 오히려, 이러한 지정들은 2개 이상의 엘리먼트들 또는 엘리먼트의 인스턴스들 사이를 구별하는 편리한 방법으로서 본원에서 사용될 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 엘리먼트들에 대한 참조는 단지 두개의 엘리먼트들만이 사용될 수 있거나 또는 일부 방식에서 제 1 엘리먼트가 제 2 엘리먼트에 앞선다는 것을 의미하지 않는다. 게다가, 달리 언급하지 않는 한, 엘리먼트들의 세트는 하나 이상의 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 시스템의 디바이스들이 무선 전력 전송 및 데이터 통신의 기능에 대하여 주로 본원에서 설명되는 것이 인식되어야 하나; 무선 전력 전송 시스템이 다양한 도면들에 도시되거나 본원에서 구체적으로 설명되지 않은 다른 특징들을 수행하기 위해 추가 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 예컨대, 무선 전력 인에이블 디바이스(wireless power enabled apparatus)들은 다른 컴포넌트들 중에서 외부 객체 검출 모듈들, 사용자와 인터페이싱하기 위한 I/O 모듈들, 명령들 및 데이터를 저장하기 위한 메모리, 다양한 센서들, 프로세서들, 제어기들, 전압 레귤레이터들을 포함할 수 있다. 따라서, 도면들 및 첨부된 설명은 무선 전력 수신기에 의해 생성된 전력을 변조하도록 구성되는 다양한 장치들 및 방법들에 집중하기 위하여 약간 단순화될 수 있다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템(100)의 개략적인 블록도이다. 무선 전력 전송 시스템(100)은 무선 전력 송신 장치(110) 및 무선 전력 수신 장치(120)를 포함한다. 무선 전력 송신 장치(110)는 무선 전력 수신 장치(120)에 전력을 전송하기 위한 무선 전력 신호(105)(예컨대, 전기장, 자기장, 전자기장 등)를 생성하도록 구성된 송신 코일(114)을 가진 무선 전력 송신기(112)를 포함한다. 무선 전력 수신 장치(120)는 무선 전력 신호(105)와 결합하도록 구성된 수신 코일(124)을 가진 무선 전력 수신기(122)를 포함한다. 송신 코일(114) 및 수신 코일(124)은 그들과 연관될 특정 디바이스들 및 기기들에 따라 크기가 정해질 수 있다.
입력 신호(116)는 무선 전력 수신 장치(120)에 전력을 전송하는 무선 전력 신호(105)를 생성하기 위한 무선 전력 송신기(112)에 제공될 수 있다. 무선 전력 수신기(122)는 무선 전력 신호(105)에 결합될 수 있으며, 이에 응답하여 출력 신호(126)를 생성할 수 있다. 출력 신호(126)는 저장하고(예컨대, 배터리 충전), 소비하며(예컨대, 시스템 전력 제공) 또는 이들의 조합을 수행하기 위해 무선 전력 수신 장치(120)에 의해 사용되는 전력을 제공할 수 있다.
무선 전력 송신기(112) 및 무선 전력 수신기(122)는 거리(d) 만큼 분리된다. 일부 실시예들에서, 무선 전력 송신기(112) 및 무선 전력 수신기(122)는 상호 인덕턴스(mutual inductance) 관계에 따라 구성될 수 있으며, 따라서 무선 전력 수신기(122)의 공진 주파수와 무선 전력 송신기(112)의 공진 주파수가 실질적으로 동일할 때 무선 전력 송신기(122)와 무선 전력 수신기(122) 간의 송신 손실들은 최소가 된다. 마찬가지로, 무선 전력 신호(105)의 주파수는 무선 전력 송신기(112)에 의해 코일들(114, 124)의 공진 주파수들로 또는 거의 이 공진 주파수들로 세팅될 수 있다. 결과적으로, 전자기파의 대부분의 에너지를 원거리장(far-field)에 전파하는 것보다 오히려, 송신 코일(114)의 근거리장(near-field)에서 대규모의 에너지를 수신 코일(124)에 결합함으로써 효율적인 전력 전송이 발생할 수 있다. 만일 무선 전력 수신 장치(120)가 근거리장내에 (임의의 거리(d)내에) 있으면, 송신 코일(114)과 수신 코일(124) 사이에서 유도 결합이 발생할 수 있다. 송신 코일(114)과 수신 코일(124) 주위에서 이러한 근거리장 유도 결합이 발생할 수 있는 영역은 "결합 지역"으로 지칭될 수 있다. 이러한 상호 인덕턴스 관계 때문에, 무선 전력 전송은 유도성 무선 전력 전송으로 지칭될 수 있다.
송신 코일(114) 및 수신 코일(124)은 "루프" 안테나로서 구성될 수 있으며, 이 루프 안테나는 또한 본원에서 "자기" 안테나 또는 "유도" 안테나로서 지칭될 수 있다. 루프 안테나들은 페라이트 코어(ferrite core)와 같은 물리적 코어 또는 에어 코어(air core)를 포함하도록 구성될 수 있다. 에어 코어 루프 안테나들은 외부 물리적 디바이스들이 코어 부근에 배치되는 것을 더 허용할 수 있다. 더욱이, 에어 코어 루프 안테나는 코어 영역 내에 다른 컴포넌트들의 배치를 허용한다. 게다가, 에어 코일 루프는 송신 코일(114)의 평면내에 수신 코일(124)의 배치를 더 쉽게 가능하게 할 수 있으며, 여기서 송신 코일(114)의 결합 지역은 더 강력할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(120)는 모바일 전자 디바이스, 예컨대 셀 폰, 스마트 폰, 미디어 플레이어(예컨대, mp3 플레이어, DVD 플레이어 등), 전자 판독기, 태블릿 컴퓨터, 개인휴대단말(PDA), 카메라, 랩탑 컴퓨터, 및 무선 전력 신호(105)가 수신될 수 있는 개인 전자 디바이스일 수 있다. 무선 전력 수신 장치(120)는 또한 준 모바일 전자 디바이스(less mobile electronic device), 예컨대 텔레비전, 퍼스널 컴퓨터, 미디어 플레이어(예컨대, DVD 플레이어, 블루-레이 플레이어 등) 또는 전력으로 동작할 수 있고 그리고/또는 전력을 저장할 수 있는 임의의 다른 디바이스일 수 있다. 무선 전력 수신 장치(120)는 다수의 다른 품목들 중 하나, 예컨대 자동차, 또는 무선 전력 송신 장치(110)를 통해 충전될 수 있는 배터리들을 포함할 수 있는 임의의 다른 디바이스들일 수 있다.
무선 전력 송신 장치(110)는 무선 전력 전송의 수신을 또한 가끔 할 수 있는 디바이스일 수 있다. 다시 말해서, 일부 디바이스들은 무선 전력 송신 장치(110) 및 무선 전력 수신 장치(120) 둘다로 구성될 수 있으며, 따라서 디바이스는 동작 모드에 따라 무선 전력을 송신할 수 있거나 또는 무선 전력을 수신할 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 실시예들은 송신 모드 또는 수신 모드 중 하나로 동작하도록 구성된 무선 충전 트랜시버를 포함할 수 있는 디바이스들을 포함할 수 있다. 용어 "수신기"를 사용하는 것은 디바이스가 무선 전력 전송을 수신하도록 구성되는 것을 표시하나, 디바이스가 단지 수신기로서 동작하는 것을 의미하는 것으로는 해석되지 않아야 한다. 유사하게, 용어 "송신기"를 사용하는 것은 디바이스가 무선 전력을 송신하도록 구성되는 것을 표시하나, 디바이스가 단지 송신기로서 동작하는 것을 의미하는 것으로는 해석되지 않아야 한다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(200)의 개략적인 블록도이다. 무선 전력 전송 시스템(200)은 무선 전력 송신기(212) 및 무선 전력 수신기(222)를 포함한다. 무선 전력 송신기(212) 및 무선 전력 수신기(222)는 무선 전력 신호(105)(도 1)가 무선 전력 송신기(212)로부터 무선 전력 수신기(222)로 전송될 수 있도록 상호 인덕턴스 관계에 따라 서로 결합하도록 구성될 수 있다.
무선 전력 송신기(212)는 공진 탱크(213), 브리지 인버터(217) 및 제어 로직(218)을 포함할 수 있으며, 이들은 무선 전력 수신기(222)에 송신되는 무선 전력 신호(105)를 생성하기 위하여 함께 결합된다. 공진 탱크(213)는 공진 커패시터들(215)에 결합된 송신 코일(214)을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기(212)의 브리지 인버터(217)는 풀 브리지 인버터(full bridge inverter), 하프 브리지 인버터(half bridge inverter), 또는 DC 입력 신호(216)를 수신하기 위한 다른 적절한 회로를 포함할 수 있으며, 무선 전력 신호(105)를 생성하기 위해 송신 코일(214)을 통해 AC 신호를 생성할 수 있다.
무선 전력 수신기(222)는 공진 탱크(223), 정류기(250), 레귤레이터(255) 및 제어 로직(280)을 포함하며, 이들은 무선 전력 신호(105)를 수신하고 이에 응답하여 출력 신호(VOUT)를 생성하기 위하여 함께 결합된다. 출력 신호(VOUT)는 부하(270)(예컨대, 배터리, 시스템 컴포넌트들 등)에 제공될 수 있으며, 부하(270)는 또한 출력 커패시터(260)를 가질 수 있다. 공진 탱크(223)는 공진 커패시터들(230)과 결합된 수신 코일(224)을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신기(212) 및 무선 전력 수신기(222)는 각각 무선 전력 송신 장치(110)(도 1) 및 무선 전력 수신 장치(120)(도 1)내에 통합될 수 있다. 송신 코일(214) 및 수신 코일(224)(및 다른 컴포넌트들)은 그들과 연관될 특정 디바이스들 및 기기들에 따라 크기가 정해질 수 있다.
무선 전력 송신기(212) 및 무선 전력 수신기(222)는 도 1과 관련하여 앞서 논의된 것처럼 일반적으로 구성될 수 있다. 공진 탱크들(213, 223) 내의 LC 네트워크들의 구성들은 일반적으로 각각 무선 전력 송신기(212) 및 무선 전력 수신기(222)의 공진 주파수들을 결정할 수 있다. 예컨대, 공진 탱크들(213, 223)의 공진 주파수는 공진 탱크들 각각의 유도 코일의 인덕턴스 및 커패시터들의 플레이트들의 커패시턴스에 기초할 수 있다.
무선 전력 송신 동안, 입력 신호(216)(DC 신호)는 브리지 인버터(217)에 의해 수신될 수 있다. 브리지 인버터(217)는 무선 전력 신호(105)를 송신하기 위한 시변 신호를 생성하기 위하여 공진 탱크(213)를 통해 흐르는 AC 전류를 생성할 수 있다. 따라서, 무선 전력 신호(105)는 실질적으로 정현파인 시변 신호일 수 있으며, 무선 전력 송신기(212)의 브리지 인버터(217)의 스위칭 주파수에 기초할 수 있는 주파수를 가진다. 일부 실시예들에서, 무선 전력 신호(105)의 주파수는 특정 무선 신호 표준에 대한 주파수와 같은 원하는 주파수에 따라 세팅될 수 있다. 공진 탱크(213)는 공진 주파수가 대략 무선 전력 신호(105)의 주파수이도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 무선 전력 신호(105)의 주파수가 공진 탱크(213)의 공진 주파수와 약간 상이한 것이, 예컨대 송신 코일(214)을 통하는 피크-투-피크 전류(peak-to-peak current)를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
무선 전력 신호(105)를 수신하기 위하여, 무선 전력 수신기(222)는 유도 결합이 달성될 수 있도록 무선 전력 송신기(212)의 결합 지역에 배치될 수 있다. 결과적으로, 무선 전력 수신기(222)는 무선 전력 신호(105)를 수신하고 이에 대한 응답으로 AC 전력을 생성할 수 있다. 전력이 부하(270)에 의해 사용되도록 하기 위하여, AC 전력은 DC 전력으로 변환될 수 있다. 정류기(250)는 정류 전압(VRECT) 뿐만아니라 공진 탱크(223)를 통해 흐르는 정류 전류(IRECT)를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 정류기(250)는 동기식 정류기로서 구성될 수 있다. 결과적으로, 정류기(250)는 DC 출력 전력 신호(즉, 정류 전압(VRECT) 및 정류 전류(IRECT))를 생성하는 방식으로 제어되는 하나 이상의 스위치들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 정류기(250)는 DC 출력 전력 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 다이오드들을 포함할 수 있다.
레귤레이터(255)는 정류 전압(VRECT)을 수신하여, 출력 전압(VOUT)에 대한 원하는 전압 레벨을 갖도록 정류 전압을 변환시킬 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 레귤레이터(255)는 낮은 전압으로부터 출력 전압(VOUT)을 위한 상대적으로 높은 전압으로 정류 전압(VRECT)을 변환시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 레귤레이터(255)는 높은 전압으로부터 출력 전압(VOUT)을 위한 상대적으로 낮은 전압으로 정류 전압(VRECT)을 변환시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 레귤레이터(255)는 정류 전압(VRECT)을 양전압으로부터 음전압으로 또는 음전압으로부터 양전압으로 변환시킬 수 있다. 레귤레이터(255)는 다양한 상이한 전압 레귤레이터 토폴로지들 중 하나의 기술에 따라 구성될 수 있다. 예컨대, 레귤레이터(255)는 벅 토폴로지(buck topology), 부스트 토폴로지(boost topology), 벅-부스트 토폴로지, 인버팅 토폴로지 및 LDO(low dropout) 토폴로지중 하나 이상에 따라 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레귤레이터(255)는 변압기-기반 토폴로지(transformer-based topology) 예컨대, 포워드(forward), 플라이백(flyback) 등)에 따라 구성될 수 있다. 레귤레이터(255)의 동작은 사용되고 있는 토폴로지에 따라 제어 로직(280)에 의해 제어될 수 있다.
무선 전력 수신기(222)의 제어 로직(280)은 무선 전력 수신기(222)의 하나 이상의 동작들을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 로직(218, 280) 각각은 프로세서(예컨대, 마이크로제어기) 또는 본 개시내용의 실시예들의 다양한 동작들을 수행하도록 구성되는 (예컨대, 프로그래밍되는) 다른 회로소자내에서 구현될 수 있다. 제어 로직(218, 280) 각각은 본 개시내용의 실시예들의 프로세스들을 수행하는 것과 관련된 프로세서에 의해 실행하기 위한 컴퓨팅 명령들을 저장하는 컴퓨터-판독가능 매체(예컨대, 메모리)를 더 포함할 수 있다. 메모리는 휘발성 및 비-휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 더욱이, 제어 로직(218, 280) 각각은 개별 무선 전력 송신기(212), 무선 전력 수신기(222)의 다른 기능들을 추가로 제어할 수 있으며, 예컨대 외부 객체 검출, 디바이스 동작 등과 관련된 제어들을 수행할 수 있다. 제어 로직(218, 280)은 단일 프로세스, 루틴, 프로그램 등 내에서 사용하는 것보다 오히려 앞의 기능들 중 하나 이상을 별도로 수행하는 상이한 서브-블록들을 각각 포함할 수 있다. 더욱이, 제어 로직(218, 280)은 상이한 기능들을 위하여 상이한 하드웨어 엘리먼트들을 각각 사용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 레귤레이터(255)는 에너지 저장 디바이스(예컨대, 배터리)의 충전 모드 동안 정전류 소스로서 동작하도록 구성될 수 있다. 통신 모드 동안, 레귤레이터(255)의 충전 전류 및/또는 입력 임피던스는 무선 전력 송신기(212)에 데이터를 통신하기 위하여 동적으로 조절될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레귤레이터(255)는 복수의 병렬 레귤레이터들을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 2차 레귤레이터는 제어 입력으로서 1차 레귤레이터 임피던스를 사용하여 전용 커패시터상에 에너지를 저장하도록 구성된다.
무선 전력 전송에 추가하여, 무선 전력 송신기(212) 및 무선 전력 수신기(222)는 그들 사이에서 정보를 통신할 수 있다. 예컨대, 데이터는 무선 전력 전송의 초기화 동안, 무선 전력 전송 동안 및/또는 무선 전력 전송의 종결시에 교환될 수 있다. 일부 실시예들에서, 무선 전력 수신기(222)는 레귤레이터(255)의 임피던스를 변경시킴으로써 데이터를 수신 코일(224)을 통해 무선 전력 송신기(112)에 통신하도록 구성될 수 있다. 레귤레이터(255)의 임피던스를 변경시키는 것은 2차 에너지 저장 디바이스를 사용함으로써, 가변 듀티 사이클 레귤레이터를 사용함으로써 또는 이 둘다를 수행함으로써 적응 전압 포지셔닝을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 레귤레이터(255)는 데이터를 다시 무선 전력 송신기(212)에 통신하기 위하여 자신의 반응성 임피던스를 동적으로 변경시키도록 구성될 수 있다. 레귤레이터(255)의 임피던스를 동적으로 변경함으로써, 통신 프로토콜들을 위하여 구현되는 변조가 수신기 회로의 "다운스트림"에서 추가로 이루어지는데, 이는 종래의 방법들에 비하여 신호 대 잡음비(SNR)를 개선시키고, 효율을 개선시키며 그리고 전력 소비를 감소시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 레귤레이터(255)의 임피던스는 적응 전압 포지셔닝을 위하여 입력 파형(예컨대, 사인파)의 시퀀스로 상이한 시간들에서 조절될 수 있다. 예컨대, 수신 코일(224)에 의해 생성되는 파장의 스위칭 사이클의 초기에, 레귤레이터(255)에 의해 풀(pull)되는 전력량을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 사이클의 중간 동안, 필요한 것보다 훨씬 더 많은 전력이 풀되어 출력 커패시터(260)에 저장될 수 있다. 입력 파장의 다음 스위칭 사이클에서, 레귤레이터(255)에 의해 풀되는 전력은 감소될 수 있으며 (즉, 레귤레이터의 임피던스가 증가될 수 있으며), 저장된 전력은 수신 코일(224)에 다시 푸시(push)될 수 있는데, 이는 무선 전력 송신기(212)에 대해 데이터로서 해석되는 전압 증가를 유발할 수 있다.
일부 실시예들에서, 무선 전력 수신기(222)는 수신 코일의 임피던스에 대하여 전압 레귤레이터의 임피던스를 조절함으로써 통신 신호를 변조하도록 구성될 수 있다. 종래의 전압 레귤레이터들이 단순히 부하(270)에 제공되는 정전류를 생성하는 반면에, 본 개시내용의 실시예들은 레귤레이터(255)의 제어 루프에 대한 전류 제한치를 동적으로 변경시켜서 무선 전력 송신기(212)와 통신하기 위해 레귤레이터(255)의 임피던스를 변조시킬 수 있다. 전류 제한치를 동적으로 변경시키는 것은 수신 코일(224)에 의해 생성된 전압에 의존할 수 있다. 예로서, 무선 전력 생성 동안, 무선 전력 수신기(222)는 부하(270)에 정전류를 제공하도록 구성될 수 있다. 그러나, 만일 통신을 원하면, 무선 전력 수신기(222)는 일정한 출력 전류 보다 오히려 일정한 평균 전력을 부하(270)에 제공하기 위하여 자신이 생성한 출력 전류를 조절할 수 있다. 레귤레이터(255)에 통신 엘리먼트를 추가하기 위하여, 제어 로직(280)은 1이 송신기에 전송되어야 하는지 또는 0이 송신기에 전송되어야 하는지의 여부를 결정할 수 있다. 이후, 제어 로직(280)은 레귤레이터(255)를 제어하여, 부하(270)에 제공되는 출력 전류와 제어 루프의 전류 제한치를 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있다.
무선 전력 송신기(212)의 관점에서, 무선 전력 송신기(212)는 무선 전력 수신기(222)로부터 수신되고 있는 데이터로서 해석되는 변동들을 위하여 자신의 출력 데이터를 모니터링할 수 있다. 다시 말해서, 레귤레이터(255) 임피던스의 수정은 무선 전력 송신기(212)에 의해 검출되어 통신 정보로서 해석될 수 있다. 무선 전력 송신기(212)는 무선 전력 표준(예컨대, WPC, PMA 등)에 따라 또는 특정 수신기 타입의 맞춤 송신기로서 동작하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 무선 전력 송신기(212) 및 무선 전력 수신기(222)의 펌웨어는 TX/RX 통신 프로토콜들이 이미 효율적으로 사용되고 있는 솔루션들에 의해 지원되도록 업데이트될 수 있다. 본원에서 설명된 하나 이상의 실시예들로부터 발생할 수 있는 하나의 장점은 SNR이 개선될 수 있다는 점이다. 결과적으로, 데이터를 손실시키지 않고 비트 레이트들이 증가될 수 있다 (예컨대, 더 많은 비트들이 채널에서 송신될 수 있다). 따라서, 맞춤형 송신기 및 수신기는 종래의 디바이스들이 할 수 있는 것보다 자신들을 통해 더 많은 비트들을 송신하도록 구현될 수 있다.
도 3은 무선 전력 시스템에서 데이터를 통신하는 방법을 예시하는 플로우차트(300)이다. 동작(310)에서, 출력 전압이 부하에 제공될 수 있다. 출력 전압은 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기 간의 무선 전력 충전 동안 제공될 수 있다. 통신 없이 단지 무선 전력 전송만이 발생중일 때, 출력 전압은 부하에 대하여 정상 상태 동작점을 가질 수 있다.
동작(320)에서, 무선 전력 수신기로부터 무선 전력 송신기로 어떤 타입의 비트(예컨대, 1 또는 0)가 통신 데이터로서 전송되어야 하는지의 여부가 결정될 수 있다. 다시 말해서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기와 통신하기를 원하여 데이터의 하나 이상의 비트를 포함하는 메시지를 전송할 수 있다.
동작(330)에서, 레귤레이터의 임피던스는 원하는 비트에 따라 조절될 수 있다(예컨대, 업(up) 또는 다운(down)). 임피던스를 조절하는 것은 적응 전압 포지셔닝을 포함할 수 있다. 출력 전압(VOUT) 조절의 적응 전압 포지셔닝은 벅, 부스팅, 인버팅 및 선형 토폴로지들 및 이들의 조합을 통해 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 로직은 무선 전력 송신기에 통신하기 위하여 필요한 신호를 제공하기 위하여 수신 코일에 대하여 자신의 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 입력 임피던스를 조절하는 것은 출력 전압(VOUT)이 증가하게 하는 초과 전력을 부하에 전달하는 것을 포함할 수 있다. 유사하게, 제어 로직은 출력 전압(VOUT)이 감소하게 하는, 부하에 전달되는 전력을 감소시키기 위하여 자신의 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 다시 말해서, 제어 로직은 무선 전력 송신기(212)에 전송되고 있는 메시지의 비트들을 표현하기 위하여 출력 전압(VOUT)을 높게 그리고 낮게 적응적으로 포지셔닝할 수 있다. 일부 실시예들에서, 레귤레이터는 무선 전력 송신기에 1이 송신되어야 하는지 또는 0이 송신되어야 하는지의 여부에 기초하여 업 또는 다운 변조되는 전류 기준 타겟을 가지는 제어 루프를 포함할 수 있다. 이러한 방법이 효과적이게 하기 위하여, 출력 커패시터는 통신 변조 요건들에 의해 유도되는 레일 변형(rail variation)들 뿐만아니라 정상 부하 과도현상(normal load transient)들을 흡수하는데 충분한 커패시턴스를 가질 수 있다.
도 4a-도 4g는 본 개시내용의 실시예에 따른 무선 전력 수신기(222A-222G)의 단순화된 개략적인 블록도들이다. 무선 전력 수신기들(222A-222G)은 무선 전력 신호의 존재에 응답하여 출력 전압을 생성할 뿐만아니라 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에서 데이터를 통신하도록 구성될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 무선 전력 수신기(222A)는 수신 코일(224A), 정류기(250A), 레귤레이터(255A), 제어 로직(280A), 및 출력 커패시터(260A)를 포함하며, 이들은 무선 전력 신호(105)(도 1)에 대한 응답으로 출력 전압(VOUT)을 생성하도록 앞서 설명된 바와같이 일반적으로 구성된다. 출력 전압(VOUT)은 부하(270A)에 제공될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와같이, 정류기(250A)는 풀 브리지 구성인 (예컨대, 다이오드들을 사용하는) 비동기식 정류기일 수 있다.
게다가, 레귤레이터(255A)는 정류 전압(VRECT)(상대적으로 낮은 전압)을 출력 전압(VOUT)(상대적으로 더 높은 전압)으로 변환시키기 위하여 제어 로직(280A)이 레귤레이터(255A)의 스위치들을 제어하는 동기식 부스트 구성으로 구성될 수 있다. 출력 전압(VOUT)이 수신 코일(224A) 및 정류기(250A)에 의해 생성된 정류 전압(VREF)보다 더 크기 때문에, 수신 코일(224A)은 다른 정류기 토폴로지들보다 상대적으로 더 작을 수 있다.
제어 로직(280A)은 레귤레이터(255A)의 유효 임피던스가 거의 임의의 임피던스처럼 보이게 제어될 수 있도록 레귤레이터(255A)를 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 로직(280)은 전류가 빌드업(build up)하는 것을 허용하기 위하여 접지에 인덕터를 결합하는 것과 전류가 부하(270)의 양의 레일을 통해 흐르도록 부하(270)에 인덕터를 결합하는 것 사이에서 교번하도록 레귤레이터(255A)의 스위치들을 제어한다. 레귤레이터(255A)의 임피던스를 조절하기 위하여, 제어 로직(280A)은 자신의 제어 루프에서 자신의 전류 기준 타겟을 동적으로 조절할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 무선 전력 수신기(222B)는 수신 코일(224B), 정류기(250B), 레귤레이터(255B), 제어 로직(280B), 및 출력 커패시터(260B)를 포함하며, 이들은 무선 전력 신호(105)(도 1)에 대한 응답으로 출력 전압(VOUT)을 생성하도록 앞서 설명된 바와같이 일반적으로 구성된다. 출력 전압(VOUT)은 부하(270B)에 제공될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와같이, 정류기(250B)는 풀 브리지 구성인 (예컨대, 다이오드들을 사용하는) 비동기식 정류기일 수 있다.
게다가, 레귤레이터(255B)는 정류 전압(VRECT)(상대적으로 높은 전압)을 출력 전압(VOUT)(상대적으로 더 낮은 전압)으로 변환시키기 위하여 제어 로직(280B)이 레귤레이터(255B)의 스위치들을 제어하는 동기식 벅 구성으로 구성될 수 있다. 제어 로직(280B)은 레귤레이터(255B)가 통신 변조를 위하여 전력을 다시 출력 커패시터(260B)로부터 수신 코일(224B)로 반응적으로 전송하도록 레귤레이터(255B)의 유효 임피던스가 제어될 수 있게 하기 위하여 레귤레이터(255B)를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 출력 커패시터(260B)는 통신 변조를 위하여 실재적인 방식(real manner)으로 전력을 수신 코일(224B)에 전송할 수 있다. 예컨대, 입력 전압은 제어되는 실제 역전류 흐름이 통신 변조를 위해 생성될 수 있는, LDO 및 IC의 백 투 백 디바이스(back to back device)들을 사용하여 출력 전압(VOUT) 미만으로 약해질 수 있다.
도 4c를 참조하면, 무선 전력 수신기(222C)는 수신 코일(224C), 정류기(250C), 레귤레이터(255C), 제어 로직(280C), 및 출력 커패시터(260C)를 포함하며, 이들은 무선 전력 신호(105)(도 1)에 대한 응답으로 출력 전압(VOUT)을 생성하도록 앞서 설명된 바와같이 일반적으로 구성된다. 출력 전압(VOUT)은 부하(270C)에 제공될 수 있다. 도 4c에 도시된 바와같이, 정류기(250C)는 풀 브리지 구성인 (예컨대, 다이오드들을 사용하는) 비동기식 정류기일 수 있다.
게다가, 레귤레이터(255C)는 정류 전압(VRECT)을 출력 전압(VOUT)(VRECT의 반전 버전)으로 변환시키기 위하여 제어 로직(280C)이 레귤레이터(255C)의 스위치들을 제어하는 동기식 인버팅 구성으로 구성될 수 있다. 제어 로직(280C)은 레귤레이터(255C)의 스위치들의 스위칭 사이클을 조절하여 인덕터를 통해 흐르는 전류를 변경하기 위하여 레귤레이터(255C)를 제어하도록 구성될 수 있다. 스위칭 사이클은, 제어 로직(280C)으로 하여금, 정류 전류(IRECT)가 수신 코일(224C)로부터 레귤레이터(255C)의 인덕터를 구동시켜서 빌드업하게 하거나, 또는 레귤레이터(255C)의 제 2 스위치를 동작시켜서 출력 커패시터(260) 및/또는 부하(270)로부터 인덕터를 구동시킴으로써 전류의 방향을 변경시키게 할 수 있게 하는 것을 포함할 수 있다. 결과적으로, 레귤레이터(255C)의 임피던스는 데이터를 무선 전력 송신기에 전송할 통신 목적들을 위하여 변조될 수 있다. 인버팅 토폴로지는 임의의 정류 전압(VRECT)으로부터 임의의 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있으며, 이는 설계시에 일부 융통성과 자유성을 제공할 수 있다.
도 4d를 참조하면, 무선 전력 수신기(222D)는 수신 코일(224D), 정류기(250D), 레귤레이터(255D), 제어 로직(280D), 및 출력 커패시터(260D)를 포함하며, 이들은 무선 전력 신호(105)(도 1)에 대한 응답으로 출력 전압(VOUT)을 생성하도록 앞서 설명된 바와같이 일반적으로 구성된다. 출력 전압(VOUT)은 부하(270D)에 제공될 수 있다. 도 4d에 도시된 바와같이, 정류기(250D)는 풀 브리지 구성인 (예컨대, 다이오드들을 사용하는) 비동기식 정류기일 수 있다.
게다가, 레귤레이터(255D)는 정류 전압(VRECT)을 낮은 중간 전압으로 다운(down) (즉, 벅(buck)) 변환시킨 후 중간 전압을 증가(즉, 부스트)시켜서 출력 전압(VOUT)을 생성하기 위하여 제어 로직(280D)이 레귤레이터(255D)의 스위치들을 제어하는 동기식 벅-부스트 구성으로 구성된다. 레귤레이터(255D)의 벅 및 부스트 부분들은 변환을 수행하기 위하여 인덕터를 공유할 수 있다. 제어 로직(280D)은 레귤레이터(255D)가 통신 변조를 위하여 전력을 출력 커패시터(260D)로부터 다시 수신 코일(224D)로 반응적으로 전송하도록 레귤레이터(255D)의 유효 임피던스가 제어될 수 있게 하기 위하여 레귤레이터(255D)를 제어하도록 구성될 수 있다. 벅-부스트 구성은 도 4d에 도시되어 있으며, 벅 부분과 부스트 부분 사이의 인덕터를 공유한다. 일부 실시예들에서는 2개의 인덕터들, 즉 부스트 부분을 위한 인덕터 및 벅 부분을 위한 인덕터가 존재할 수 있다.
도 4e를 참조하면, 무선 전력 수신기(222E)는 수신 코일(224E), 정류기(250E), 레귤레이터(255E), 제어 로직(280E), 및 출력 커패시터(260C)를 포함하며, 이들은 무선 전력 신호(105)(도 1)에 대한 응답으로 출력 전압(VOUT)을 생성하도록 앞서 설명된 바와같이 일반적으로 구성된다. 출력 전압(VOUT)은 부하(270E)에 제공될 수 있다. 도 4e에 도시된 바와같이, 정류기(250E)는 풀 브리지 구성인 (예컨대, 스위치들을 사용하는) 액티브 동기식 정류기일 수 있다. 정류기(250E) 및 인덕터는 부스트 회로를 형성하기 위하여 결합될 수 있다. 예컨대, 제어 로직(280E)은 스위치들 A/B 또는 스위치들 C/D 부스트가 정류 전압(VRECT)을 생성하는 것을 가능하게 함으로써 정류기(250E)를 제어할 수 있다. 게다가, 레귤레이터(255E)는 정류 전압(VRECT)을 출력 전압(VOUT)(VRECT의 반전된 버전)으로 변환시키기 위하여 제어 로직(280E)이 레귤레이터(255E)의 스위치들을 제어하는 동기식 벅-부스트 구성으로 구성된다.
도 4f를 참조하면, 무선 전력 수신기(222F)는 수신 코일(224F), 정류기(250F), 레귤레이터(255F), 제어 로직(280F), 및 출력 커패시터(260F)를 포함하며, 이들은 무선 전력 신호(105)(도 1)에 대한 응답으로 출력 전압(VOUT)을 생성하도록 앞서 설명된 바와같이 일반적으로 구성된다. 출력 전압(VOUT)은 부하(270F)에 제공될 수 있다. 도 4c에 도시된 바와같이, 정류기(250F)는 풀 브리지 구성인 (예컨대, 다이오드들을 사용하는) 비동기식 정류기일 수 있다.
게다가, 레귤레이터(255F)는 복수의 레귤레이터들(255F1, 255F2)을 포함할 수 있다. 제 1 레귤레이터(255F1) 및 제 2 레귤레이터(255F2)는 정류 전압(VRECT)을 각각 수신하기 위하여 정류기(250F)에 결합될 수 있다. 도 4f의 실시예에서, 제 1 레귤레이터(255F)는 제 1 출력 전압(VOUT1)을 생성하는 동기식 벅 구성이며, 제 2 레귤레이터(255F2)는 제 2 출력 전압(VOUT2)을 생성하는 가역적 벅-부스트 구성이다. 제 1 출력 전압(VOUT1)은 부하(270F)에 제공될 수 있으며, 제 2 출력 전압(VOUT2)은 제 2 레귤레이터(255F2)와 결합되는 2차 에너지 저장 디바이스(260F2)에 제공될 수 있다. 제어 로직(280F)은 정류 전압(VRECT)을 출력 전압들(VOUT1,VOUT2)로 변환시키기 위하여 레귤레이터들(255F1, 255F2)의 스위치들을 제어할 수 있다. 결과적으로, 레귤레이터들(255F1, 255F2) 중 어느 것에 의해서도 부하 전류 및 임피던스 변조가 발생할 수 있다.
일부 실시예들에서, 통신 신호는 코일 측에서 변조될 수 있다. 다시 말해서, 제 2 레귤레이터(255F2)는 제 1 레귤레이터(255F1) 앞에 결합될 수 있다. 예컨대, 도 4f에 도시된 바와같이, 제 2 레귤레이터(255F2)의 인덕터는 VRECT 노드에서 제 1 레귤레이터와 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 레귤레이터(255F1)가 수신 코일(224F) 쪽의 일정 부하(constant load)로서 구성되도록 하여 출력 측에서 통신 신호가 변조될 수 있다. 예컨대, 제 2 레귤레이터(255F2)의 인덕터는 VOUT1 노드에서 제 1 레귤레이터(255) 뒤에 결합될 수 있다.
도 4g를 참조하면, 무선 전력 수신기(222G)는 수신 코일(224G), 정류기(250G), 레귤레이터(255G) 및 제어 로직(280G)을 포함하며, 이들은 무선 전력 신호(105)(도 1)에 대한 응답으로 출력 전압(VOUT)을 생성하도록 앞서 설명된 바와같이 일반적으로 구성된다. 출력 전압(VOUT)은 부하(270G)에 제공될 수 있다. 도 4g에 도시된 바와같이, 정류기(250G)는 풀 브리지 구성인 (예컨대, 다이오드들을 사용하는) 비동기식 정류기일 수 있다. 부하(270G)는 배터리 또는 다른 에너지 저장/소비 디바이스를 포함할 수 있다.
게다가, 레귤레이터(255G)는 제어 로직(280G)내에 통합되는 선형 레귤레이터 디바이스(예컨대, LDO)일 수 있다. 이러한 구성에서, 레귤레이터(255G)는 수신 코일(224G)에 의해 생성되고 정류기(250G)에 의해 정류되는 입력 파형으로부터 전력을 추출하도록 구성될 수 있다. 전력은 정류 전압(VRECT)이 출력 전압(VOUT) 보다 더 큰 경우에만 추출될 수 있다. 통신을 위해 추출된 전력량은 상황에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 만일 부하가 상대적으로 가벼우면, 제어 로직(280G)은 출력 레일의 과전압을 방지하기 위하여 수신 코일(224G)로부터 풀된 초과 전력을 소비할 수 있다. 일부 실시예들에서, 출력 전압(VOUT)과 정류 전압(VRECT)사이에 존재할 수 있는 기생 다이오드들 때문에 전력이 역방식(reverse manner)으로 레귤레이터(255G)에 의해 전송될 수 있다는 것이 고찰된다.
추가의 비-제한적인 실시예들은 다음을 포함한다:
실시예 1: 무선 전력 인에이블 장치(wireless power enabled apparatus)는 무선 전력 수신기를 포함하며; 무선 전력 수신기는 무선 전력 신호에 대한 응답으로 AC 전력 신호를 생성하도록 구성된 수신 코일, AC 전력 신호를 수신하고 DC 정류 전력 신호를 생성하도록 구성된 복수의 스위치를 포함하는 정류기, DC 정류 전력 신호를 수신하고 출력 전력 신호를 생성하기 위하여 정류기에 동작가능하게 결합된 레귤레이터, 및 레귤레이터의 입력 임피던스를 조절하는 것에 대한 응답으로 통신 신호를 생성하도록 구성된 제어 로직을 포함한다.
실시예 2: 실시예 1에 있어서, 제어 로직은 레귤레이터에 대한 제어 루프의 전류 제한치를 동적으로 조절함으로써 입력 임피던스를 조절하도록 구성되는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 3: 실시예 1 또는 실시예 2에 있어서, 레귤레이터는 벅 변환기(buck converter), 부스트 변환기(boost converter) 및 벅-부스트 변환기(buck-boost converter)로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 4: 실시예 1 또는 실시예 2에 있어서, 레귤레이터는 선형 레귤레이터를 포함하는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 5: 실시예 4에 있어서, 선형 레귤레이터는 제어 로직내에 통합되는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 6: 실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 한 실시예에 있어서, 레귤레이터는 부하(load)에 결합된 제 1 레귤레이터 및 2차 저장 디바이스에 결합된 제 2 레귤레이터를 포함하는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 7: 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 한 실시예에 있어서, 레귤레이터는 변압기-기반 토폴로지(transformer-based topology)를 포함하는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 8: 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 한 실시예에 있어서, 레귤레이터와 부하 사이에 동작가능하게 결합된 출력 커패시터를 더 포함하는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 9: 실시예 8에 있어서, 레귤레이터는 반응적인 방식(reactive manner) 또는 실재적인 방식(real manner)으로 전력을 다시 출력 커패시터로부터 수신 코일로 전송하도록 구성되는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 10: 실시예 1 내지 실시예 9 중 어느 한 실시예에 있어서, 무선 전력 수신기를 포함하는 전자 디바이스를 더 포함하는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 11: 실시예 1 내지 실시예 10 중 어느 한 실시예에 있어서, DC 출력 전력 신호를 수신하기 위하여 무선 전력 수신기와 동작가능하게 결합된 부하를 더 포함하는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 12; 실시예 11에 있어서, 부하는 전자 디바이스의 배터리 및 전자 디바이스의 시스템 컴포넌트들 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 13: 무선 전력 인에이블 장치는 무선 전력 수신기를 포함하며; 무선 전력 수신기는 수신 코일, 수신 코일로부터 생성된 전력 신호를 수신하고 이에 대한 응답으로 정류 전압을 생성하도록 구성된 정류기, 정류 전압을 수신하고 이에 대한 응답으로 출력 전압을 생성하도록 구성된 레귤레이터, 및 무선 전력 송신기에 의해 검출될 통신 신호의 변조를 위하여 무선 전력 수신기의 통신 모드 동안 레귤레이터의 특성을 조절하도록 구성된 제어 로직을 포함하는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 14: 실시예 13에 있어서, 레귤레이터의 조절된 특성은 레귤레이터에 의해 생성된 출력 전압, 레귤레이터에 의해 생성된 전류, 레귤레이터에 의해 출력된 전력 및 레귤레이터의 입력 임피던스 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 15: 실시예 13 또는 실시예 14에 있어서, 레귤레이터는 일정 평균 전력(constant average power)을 부하에 생성하도록 구성되는, 무선 전력 인에이블 장치.
실시예 16: 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법으로서, 방법은 무선 전력 신호를 수신하는 것에 대한 응답으로 정류 전압을 생성하는 단계; 전압 레귤레이터를 사용하여, 정류 전압으로부터 출력 전압을 생성하는 단계; 및 무선 전력 송신기로의 전송을 위한 데이터를 사용하여 전압 레귤레이터의 특성을 변조하기 위하여, 무선 전력 수신기의 통신 모드 동안 전압 레귤레이터를 제어하는 단계를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법.
실시예 17: 실시예 16에 있어서, 전압 레귤레이터를 제어하는 단계는 전압 레귤레이터에 대한 제어 루프의 전류 제한값을 동적으로 조절하는 단계를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법.
실시예 18: 실시예 16 또는 실시예 17에 있어서, 통신 모드 동안 변조된 특성은 전압 레귤레이터의 입력 임피던스, 전압 레귤레이터에 의해 생성된 부하 전류, 부하에 제공된 출력 전력 및 출력 전압 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법.
실시예 19: 실시예 16 내지 실시예 18 중 어느 한 실시예에 있어서, 출력 전압을 생성하는 단계는 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에서 통신이 발생하지 않을 때 부하에 제공되는 부하 전류에 대한 정상 상태 동작점을 생성하는 단계를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법.
실시예 20: 실시예 19에 있어서, 출력 전압을 생성하는 단계는 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 사이에서 통신이 발생중일 때 부하에 제공되는 부하 전류를 생성하는 단계를 더 포함하는, 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법.
본 개시내용이 특정한 예시적인 실시예들과 관련하여 본원에서 설명되었을지라도, 당업자는 본 발명이 그렇게 제한되지 않음을 인지하고 인식할 것이다. 오히려, 예시되고 설명된 실시예들에 대한 많은 추가들, 삭제들 및 수정들이 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 게다가, 하나의 실시예로부터의 특징들은 발명자에 의해 고찰되는 개시내용의 범위내에 계속해서 포함되면서 다른 실시예로부터의 특징들과 결합될 수 있다.
Claims (20)
- 무선 전력 전송을 위한 장치로서,
무선 전력 수신기를 포함하며,
상기 무선 전력 수신기는:
무선 전력 신호에 대한 응답으로 AC 전력 신호를 생성하도록 구성된 수신 코일;
상기 AC 전력 신호를 수신하고 DC 정류 전력 신호를 생성하도록 구성되고, 그리고 상기 수신 코일에 결합된 정류기(rectifier);
상기 DC 정류 전력 신호를 수신하고 출력 전력 신호를 생성하기 위해 상기 정류기에 결합된 제1 레귤레이터;
정류 전력 신호를 수신하고 출력 전압을 생성하기 위해 상기 정류기에 결합된 제2 레귤레이터;
상기 제2 레귤레이터의 상기 출력 전압을 수신하기 위해 상기 제2 레귤레이터에 결합된 2차 저장 디바이스; 및
상기 제2 레귤레이터의 임피던스를 조절함으로써 상기 수신 코일을 통해 무선 통신 신호를 통신하도록 구성되고, 그리고 상기 제2 레귤레이터에 결합된 제어 로직을 포함하고,
상기 제1 레귤레이터의 임피던스는 상기 무선 통신 신호를 통신하는 것에 독립적이고,
상기 제어 로직은 상기 출력 전력 신호를 생성하도록 상기 제1 레귤레이터를 제어하기 위해 상기 제1 레귤레이터에 결합되고, 그리고
상기 제어 로직은 상기 제1 레귤레이터가 아닌 상기 제2 레귤레이터의 임피던스를 조절함으로써 상기 수신 코일을 통해 상기 무선 통신 신호를 통신하도록 구성되는, 무선 전력 전송을 위한 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제어 로직은 상기 제2 레귤레이터에 대한 제어 루프의 전류 제한치를 동적으로 조절함으로써 상기 임피던스를 조절하도록 추가로 구성되는, 무선 전력 전송을 위한 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제2 레귤레이터는 벅 변환기(buck converter), 부스트 변환기(boost converter) 및 벅-부스트 변환기(buck-boost converter)로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 무선 전력 전송을 위한 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제2 레귤레이터는 변압기-기반 토폴로지(transformer-based topology)를 포함하는, 무선 전력 전송을 위한 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 레귤레이터와 부하 사이에 동작가능하게 결합된 출력 커패시터를 더 포함하는, 무선 전력 전송을 위한 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 출력 전력 신호를 수신하기 위해 상기 무선 전력 수신기와 동작가능하게 결합된 부하를 더 포함하는, 무선 전력 전송을 위한 장치. - 제 6항에 있어서,
상기 부하는 배터리를 포함하는, 무선 전력 전송을 위한 장치. - 무선 전력 시스템으로서,
무선 전력 수신기를 포함하며,
상기 무선 전력 수신기는:
수신 코일;
상기 수신 코일로부터 생성된 전력 신호를 수신하고 이에 대한 응답으로 정류 전압을 생성하도록 구성되고, 상기 수신 코일에 결합된 정류기;
상기 정류 전압을 수신하고 이에 대한 응답으로 출력 전력 신호를 생성하도록 구성된 제1 레귤레이터;
상기 제1 레귤레이터와 병렬로 상기 정류 전압을 수신하고 출력 전압을 생성하도록 구성된 제2 레귤레이터;
상기 제2 레귤레이터의 상기 출력 전압을 수신하도록 구성된 2차 저장 디바이스; 및
상기 무선 전력 수신기의 통신 모드 동안 상기 제2 레귤레이터의 임피던스를 조절함으로써 상기 수신 코일을 통해 무선 통신 신호를 통신하도록 구성되고, 그리고 상기 제2 레귤레이터에 결합된 제1 제어 로직을 포함하고,
상기 제1 레귤레이터의 임피던스는 상기 무선 통신 신호를 통신하는 것에 독립적이고,
상기 제1 제어 로직은 상기 출력 전력 신호를 생성하도록 상기 제1 레귤레이터를 제어하기 위해 상기 제1 레귤레이터에 결합되고, 그리고
상기 제1 제어 로직은 상기 제1 레귤레이터가 아닌 상기 제2 레귤레이터의 임피던스를 조절함으로써 상기 수신 코일을 통해 상기 무선 통신 신호를 통신하도록 구성되는, 무선 전력 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 제1 레귤레이터는 일정 평균 전력(constant average power)을 부하에 생성하도록 구성되는, 무선 전력 시스템. - 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법으로서,
수신 코일로부터 무선 전력 신호를 수신하는 것에 대한 응답으로 정류 전압을 생성하는 단계;
제1 전압 레귤레이터를 사용하여, 상기 정류 전압으로부터 출력 전력 신호를 생성하는 단계;
제2 전압 레귤레이터를 사용하여, 상기 정류 전압으로부터 출력 전압을 생성하는 단계;
2차 저장 디바이스에 의해, 상기 제2 전압 레귤레이터로부터 상기 출력 전압을 수신하는 단계; 및
상기 제2 전압 레귤레이터의 임피던스를 조절함으로써 상기 수신 코일을 통해 무선 통신 신호를 통신하기 위해, 상기 수신기측의 통신 모드 동안 상기 제2 전압 레귤레이터를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제1 전압 레귤레이터의 임피던스는 상기 무선 통신 신호를 통신하는 것에 독립적이고,
상기 통신 신호는 상기 제1 전압 레귤레이터가 아닌 상기 제2 전압 레귤레이터의 임피던스를 조절함으로써 통신되는, 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법. - 제 10항에 있어서,
상기 전압 레귤레이터를 제어하는 단계는, 상기 제2 전압 레귤레이터에 대한 제어 루프의 전류 제한값을 동적으로 조절하는 단계를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법. - 제 10항에 있어서,
상기 출력 전력 신호를 생성하는 단계는, 상기 무선 전력 전송 시스템의 수신기측과 무선 전력 송신기 사이에서 통신이 발생하지 않을 때 부하에 제공되는 부하 전류에 대한 정상 상태 동작점을 생성하는 단계를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템의 수신기측을 동작시키는 방법. - 제 8항에 있어서,
상기 제1 제어 로직은 상기 제2 레귤레이터에 대한 제어 루프에서 전류 기준 타겟의 변경(modulation)에 의해 상기 임피던스를 조절하도록 추가로 구성되는, 무선 전력 시스템. - 제 8항에 있어서,
무선 전력 송신기를 더 포함하며,
상기 무선 전력 송신기는:
무선 전력 신호를 생성하도록 구성된 송신 코일; 및
변동(fluctuation)들에 대한 상기 무선 전력 신호를 모니터링하고, 상기 무선 전력 수신기로부터 수신된 데이터로서 상기 변동들을 해석하도록 구성된 제2 제어 로직을 포함하는, 무선 전력 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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Patent Citations (3)
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