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KR101322843B1 - 전력 수신단을 사용한 무선 전력 전송을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

전력 수신단을 사용한 무선 전력 전송을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR101322843B1
KR101322843B1 KR1020110046188A KR20110046188A KR101322843B1 KR 101322843 B1 KR101322843 B1 KR 101322843B1 KR 1020110046188 A KR1020110046188 A KR 1020110046188A KR 20110046188 A KR20110046188 A KR 20110046188A KR 101322843 B1 KR101322843 B1 KR 101322843B1
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Abstract

무선 전력 수신기에서 효율적으로 전력을 정류하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 정류기는 풀 브릿지 정류기일 수 있다. 풀 브릿지 정류기의 정류부들은 각각 복수 개의 병렬로 연결된 쇼트키 다이오드들이다. 정류기는 듀얼 다이오드 크로스 커플된 트랜지스터 정류기일 수 있다. 듀얼 다이오드 크로스 커플된 트랜지스터 정류기의 하단의 정류부들은 N-MOSFET이다.

Description

전력 수신단을 사용한 무선 전력 전송을 위한 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR RX SYSTEM FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION USING RX SYSTEM}
아래의 실시예들은 무선 전력 전송을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
공진 방식의 무선 전력 전송을 위한 고효율의 전력 수신단이 개시된다.
무선 전력은, 마그네틱 커플링을 통해 무선 전력 전송(wires power transmission; WPT) 장치로부터 무선 전력 수신 장치로 전달되는 에너지를 의미한다.
100W 이상의 전력을 소모하는 고 전력 응용(high power application)에서부터, 10W 이하의 전력을 소모하는 저 전력 응용(low power application)에 이르기까지, 여러 가지 제품들이 연구되고 있다. 특히, 10W 급의 전력을 사용하는 무선 전력 응용이 모바일(mobile) 장치를 위해 널리 사용될 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 수신된 에너지를 이용하여 배터리를 충전할 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송 및 충전 시스템은, 전력을 무선으로 전송하는 소스 디바이스와 전력을 무선으로 수신하는 타겟 디바이스를 포함한다. 이때, 소스 디바이스는 무선 전력 전송 장치라 칭할 수 있다. 또한, 타겟 디바이스는 무선 전력 수신 장치라 칭할 수 있다.
소스 디바이스는 소스 공진기(source resonator)를 구비하고, 타겟 디바이스는 타겟 공진기(target resonator)를 구비한다. 소스 공진기와 타겟 공진기 사이에 마그네틱 커플링 또는 공진 커플링이 형성될 수 있다. 소스 디바이스 및 타겟 디바이스는 제어 및 상태 정보를 송수신하기 위하여 통신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 듀얼 다이오드를 사용하는 풀 브릿지 정류 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 듀얼 다이오드 및 크로스 커플된 트랜지스터를 사용하는 정류 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측에 따르면, 애노드는 RF-에 연결되고, 캐소드는 DC+에 연결된 제1 정류부, 애노드는 RF+에 연결되고, 캐소드는 상기 DC+에 연결된 제2 정류부, 애노드는 그라운드에 연결되고, 캐소드는 상기 RF-에 연결된 제3 정류부 및 애노드는 상기 그라운드에 연결되고, 캐소드는 상기 RF+에 연결된 제4 정류부를 포함하고, 상기 제1 정류부는 병렬로 연결된 제1 복수 개의 쇼트키 다이오드들이고, 상기 제2 정류부는 병렬로 연결된 제2 복수 개의 쇼트키 다이오드들인, 정류기가 제공된다.
상기 제1 복수 개의 쇼트키 다이오드들은 2 개일 수 있다.
상기 제2 복수 개의 쇼트키 다이오드들은 2 개일 수 있다.
상기 제3 정류부는 병렬로 연결된 복수 개의 쇼트키 다이오드들일 수 있다.
상기 제4 정류부는 병렬로 연결된 복수 개의 쇼트키 다이오드들일 수 있다.
상기 제3 정류부는 제1 N-MOSFET을 포함할 수 있다.
상기 제4 정류부는 제2 N-MOSFET을 포함할 수 있다.
상기 제1 N-MOSFET의 게이트는 상기 RF+에 연결될 수 있다.
상기 제1 N-MOSFET의 소스는 상기 RF-에 연결될 수 있다.
상기 제1 N-MOSFET의 드레인은 상기 그라운드에 연결될 수 있다.
상기 제2 N-MOSFET의 게이트는 상기 RF-에 연결될 수 있다.
상기 제1 N-MOSFET의 소스는 상기 그라운드에 연결될 수 있다.
상기 제1 N-MOSFET의 드레인은 상기 RF+에 연결될 수 있다.
상기 제1 N-MOSFET의 Ron 저항은 200mΩ 이하일 수 있다.
상기 제1 N-MOSFET의 입력 캐패시턴스는 300pF 이하일 수 있다.
상기 제2 N-MOSFET의 Ron 저항은 200mΩ 이하일 수 있다.
상기 제2 N-MOSFET의 입력 캐패시턴스는 300pF 이하일 수 있다.
상기 정류기는 상기 DC+ 및 상기 그라운드에 연결된 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측에 따르면, 전력을 수신하는 공진기, 상기 공진기로부터 RF+ 및 RF-를 통해 상기 수신한 전력을 제공받아 정류함으로써 정류된 전력을 생성하는 하는 정류기 및 상기 정류된 전력을 변환하여 변환된 전력을 생성하는 직류-직류 변환기를 포함하는 전력 수신단이 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 측에 따르면, 공진기가 전력을 수신하는 단계, 정류기가 상기 공진기로부터 RF+ 및 RF-를 통해 상기 수신한 전력을 제공받아 정류함으로써 정류된 전력을 생성하는 단계 및 직류-직류 변환기가 상기 정류된 전력을 변환하여 변환된 전력을 생성하는 단계를 포함하는, 전력 수신 방법이 제공된다.
듀얼 다이오드를 사용하는 풀 브릿지 정류 장치 및 방법이 제공된다.
듀얼 다이오드 및 크로스 커플된 트랜지스터를 사용하는 정류 장치 및 방법이 제공된다.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구체적 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 8은 공진기들의 실시 예들을 나타낸다.
도 9는 도 3에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)의 구조도이다.
도 11은 일 예에 따른 쇼트키 다이오드의 등가 모델을 나타낸다.
도 12는 일 예에 따른 쇼트키 다이오드의 전류 대 전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 일 예에 따른 풀 브릿지 다이오드(full bridge diode) 정류 회로를 나타낸다.
도 14는 일 실시예에 따른 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)의 구조이다.
도 15는 일 예에 따른 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)의 강하 전압을 나타내는 전류 대 전압 커브의 그래프들이다.
도 16은 일 예에 따른 3 개의 쇼트키 다이오드들이 병렬로 사용된 풀 브릿지 정류기 의 강하 전압을 나타내는 전류 대 전압 커브의 그래프들이다.
도 17은 일 실시예에 따른 듀얼 다이오드 크로스 커플된(cross coupled) 트랜지스터(transistor; TR) 정류기(1700)의 구조이다.
도 18은 일 예에 따른 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400) 및 듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)의 효율을 비교한 그래프이다.
도 19는 일 실시예에 따른 전력 수신 방법의 흐름도이다.
이하에서, 일 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 예시적인 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 소스 디바이스(110) 및 타겟 디바이스(120)를 포함한다.
소스 디바이스(110)는 AC/DC 컨버터(111), Power Detector(113), 전력변환부(114), 제어 및 통신부(115) 및 소스 공진기(116)을 포함한다.
타겟 디바이스(120)는 타겟 공진기(121), 정류부(122), DC/DC 컨버터(123), 스위치부(124), 충전부(125) 및 제어 및 통신부(126)를 포함한다.
AC/DC 컨버터(111)는 Power Supply(112)로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 정류하여 DC 전압을 생성한다. AC/DC 컨버터(111)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나, 제어 및 통신부(115)의 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수 있다.
Power Detector(113)는 AC/DC 컨버터(111)의 출력 전류 및 전압을 검출하고, 검출된 전류 및 전압에 대한 정보를 제어 및 통신부(115)로 전달한다. 또한, Power Detector(113)는 전력변환부(114)의 입력 전류 및 전압을 검출할 수 도 있다.
전력변환부(114)는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압를 AC 전압으로 변환함으로써 전력을 생성할 수 있다. 즉, 전력변환부(114)는 공진 주파수를 이용하여 직류 전압을 교류 전압으로 변환함으로써, 타겟 디바이스에서 사용되는 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 생성할 수 있다. 여기서, "통신용 전력"은 타겟 디바이스의 통신 모듈 및 프로세서를 활성화 시키기 위한 에너지를 의미한다. 상기 활성화 시키기 위한 에너지라는 의미에서 "통신용 전력"은 웨이크 업(wake-up)전력이라고 불리울 수 있다. "통신용 전력"은 CW(constant wave)의 형태로 일정 시간 동안 전송될 수 있다. "충전용 전력"은 타겟 디바이스와 연결된 또는 타겟 디바이스에 포함된 배터리를 충전 시키기 위한 에너지를 의미한다. "충전용 전력"은 소정 시간 동안 계속 전송될 수 있으며, "통신용 전력" 보다 높은 전력 레벨로 전송될 수 있다. 예를 들어, "통신용 전력"의 전력 레벨은 0.1~1Watt이고, "충전용 전력"의 전력 레벨은 1~20Watt일 수 있다.
제어 및 통신부(115)는 스위칭 펄스 신호의 주파수를 제어할 수 있다. 제어 및 통신부(115)의 제어에 의하여 스위칭 펄스 신호의 주파수가 결정될 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 전력변환부(114)를 제어함으로써, 타겟 디바이스(120)에 전송하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제어 및 통신부(115)는 인-밴드 통신"을 통해 상기 타겟 디바이스에 다양한 메시지를 전송할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부(115)는 반사파를 검출하고, 반사파의 포락선을 통해 타겟 디바이스로부터 수신되는 신호를 복조할 수 있다.
제어 및 통신부(115)는 다양한 방법을 통해, 인-밴드 통신을 수행하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 스위칭 펄스 신호를 온/오프 함으로써, 변조신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부(115)는 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 일정한 포락선을 가지는 펄스폭 변조신호를 생성할 수 있다.
한편, 제어 및 통신부(115)는 공진 주파수가 아닌 별도의 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수 도 있다. 제어 및 통신부(115)는 Zigbee, Bluetooth 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 아웃-밴드 통신을 통해 타겟 디바이스(120)와 데이터를 송수신 할 수 있다.
소스 공진기(116)는 전자기(electromagnetic) 에너지를 타겟 공진기(121)로 전달(transferring)한다. 즉, 소스 공진기(116)는 타겟 공진기(121)와의 마그네틱 커플링을 통해 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 타겟 디바이스(120)로 전달한다.
타겟 공진기(121)는 소스 공진기(116)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 즉, 타겟 공진기(121)는 소스 공진기(116)와의 마그네틱 커플링을 통해 소스 디바이스(110)로부터 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 수신한다. 또한, 타겟 공진기(121)는 인-밴드 통신을 통해 상기 소스 디바이스로부터 다양한 메시지를 수신할 수 있다.
정류부(122)는 교류 전압을 정류함으로써, DC 전압을 생성한다. 즉, 정류부(122)는 타겟 공진기(121)에 수신된 교류 전압을 정류한다.
DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 충전부(125)의 용량에 맞게 조정한다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 3~10Volt로 조정할 수 있다.
스위치부(124)는 제어 및 통신부(126)의 제어에 따라 온/오프 된다. 스위치부(124)가 오프되는 경우, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)는 반사파를 검출하게 된다. 즉, 스위치부(124)가 오프되는 경우, 소스 공진기(116)와 타겟 공진기(121) 사이의 마그네틱 커플링이 제거 될 수 있다.
충전부(125)는 배터리를 포함할 수 있다. 충전부(125)는 DC/DC 컨버터(123)로부터 출력되는 DC 전압을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
제어 및 통신부(126)는 공진 주파수를 이용하여 데이터를 송수신하는 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 제어 및 통신부(126)는 타겟 공진기(121)과 정류부(122) 사이의 신호를 검출하여 수신 신호를 복조하거나, 정류부(122)의 출력 신호를 검출하여 수신 신호를 복조할 수 있다. 즉, 제어 및 통신부(126)는 인-밴드 통신을 통해 수신된 메시지를 복조할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부는 타겟 공진기(121)의 임피던스를 조정함으로써, 소스 디바이스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부는 스위치부(124)의 온/오프를 통해 소스 디바이스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 도 있다. 간단한 예로, 제어 및 통신부(126)는 타겟 공진기(121)의 임피던스를 증가 시킴으로써, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)에서 반사파가 검출되도록 할 수 있다. 반사파의 발생 여부에 따라, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)는 이진수 "0" 또는 "1"을 검출할 수 있다.
한편, 제어 및 통신부(126)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수 도 있다. 제어 및 통신부(126)는 Zigbee, Bluetooth 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 제어 및 통신부(126)는 아웃-밴드 통신을 통해 소스 디바이스(110)와 데이터를 송수신 할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기(210), 서브 공진기(220) 및 자기장 분포 제어부(230)를 포함한다.
소스 공진기(210)는 타겟 공진기와 마그네틱 커플링을 형성한다. 소스 공진기(210)는 마그네틱 커플링을 통해 타겟 디바이스에 전력을 무선으로 전송한다. 이때, 소스 공진기(210)는 루프 형태로 도시되었지만, 스파이럴 형태, helical 형태 등 다양한 형태의 공진기로 구현될 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치는 임피던스 매칭을 위한 매칭기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이 때, 매칭기는 소스 공진기(210) 의 자계의 강도를 적절히 조절 가능(tunable)하고, 매칭기에 의해 소스 공진기(210)의 임피던스는 결정된다. 매칭기는 소스 공진기(210)와 동일한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 매칭기는 자계의 강도를 조절하기 위하여 소스 공진기(210) 상에 위치한 캐패시터와 소정의 위치 관계로 구현될 수 있다. 예를 들면, 캐패시터를 중심으로 캐패시터의 양단에서 매칭기는 소스 공진기(210)와 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 매칭기는 소스 공진기(210)의 루프 구조로 인해 형성되는 루프의 내부에 위치할 수 있다. 매칭기는 물리적인 형태를 변경함으로써, 소스 공진기(210)의 임피던스를 조절할 수 있다.
서브 공진기(220)는 소스 공진기(210)의 내부에 위치할 수 있다. 소스 공진기(210) 내부에는 복수의 서브 공진기들이 위치할 수도 있고, 서브 공진기 내부에는 서브-서브 공진기가 위치할 수도 있다. 서브 공진기(220)는 소스 공진기(210)에서 발생하는 자기장의 분포에 영향을 미칠 수 있다. 소스 공진기(210)에 흐르는 전류에 의해 자기장이 발생하고, 발생한 자기장은 서브 공진기(220)에 전류를 유도할 수 있다. 이때 소스 공진기(210)에 흐르는 전류의 방향과 서브 공진기(220)에 흐르는 전류의 방향에 의해 소스 공진기(210) 내부에서 발생하는 자기장의 분포가 결정될 수 있다. 그런데, 서브 공진기(220)에 흐르는 전류의 방향은 소스 공진기(210)의 공진 주파수에 대한 서브 공진기(220)의 공진 주파수의 비율에 따라 결정될 수 있다.
소스 공진기(210)의 공진 주파수는 소스 공진기(210)의 인덕턴스(Inductance, L) 및 캐패시턴스(Capacitance, C) 값에 의해 결정된다. 서브 공진기(220)의 공진 주파수도 서브 공진기(220)의 인덕턴스 및 캐패시턴스 값에 의해 결정된다.
자기장 분포 제어부(230)는 소스 공진기(210)의 내부 중 소정영역에 위치하고, 소스 공진기(210) 또는 서브 공진기(220)에 흐르는 전류의 방향을 제어하여 소스 공진기(210) 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 제어할 수 있다.
소스 공진기(210) 또는 서브 공진기(220)에 흐르는 전류의 방향은 소스 공진기(210)의 공진 주파수와 서브 공진기(220)의 공진 주파수 간의 비율에 따라 결정될 수 있다.
자기장 분포 제어부(230)는 소스 공진기(210)의 공진 주파수 또는 서브 공진기(220)의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 자기장 분포 제어부(230)는 소스 공진기(210)의 캐패시턴스를 가변 함으로써, 소스 공진기(210)의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 또한, 자기장 분포 제어부(230)는 서브 공진기(220)의 캐패시턴스 및 인덕턴스를 조절함으로써, 서브 공진기(220)의 공진 주파수를 제어할 수 있다. 자기장 분포 제어부(230)는 서브 공진기(220)를 형성하는 선로의 길이 및 폭을 조절하는 방식으로, 서브 공진기(220)의 인덕턴스 값을 제어할 수 있다.
자기장 분포 제어부(230)는 소스 공진기(210) 또는 서브 공진기(220)에 흐르는 전류의 방향을 제어하여 소스 공진기(210) 내부에서 발생하는 자기장의 세기를 강화 또는 약화할 수 있다.
또한, 자기장 분포 제어부(230)는 소스 공진기(210)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포가 균일하게 형성되도록 상기 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 자기장 분포 제어부(230)는 적어도 하나의 서브 공진기(220)의 공진 주파수를 제어함으로써, 소스 공진기(210) 내부에서 발생하는 자기장의 분포가 균일하도록 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 적어도 하나의 서브 공진기(220)의 구성은 도 8에서 좀 더 상세하게 설명한다.
자기장 분포 제어부(230)는 서브-서브 공진기를 이용하여, 소스 공진기(210) 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 자기장 분포 제어부(230)는 서브-서브 공진기의 공진 주파수를 제어함으로써, 소스 공진기(210)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일하게 보상할 수 있다. 자기장 분포 제어부(230)는 서브 공진기(220)에 흐르는 전류의 방향과 서브-서브 공진기에 흐르는 전류의 방향을 제어함으로써 자기장의 분포를 제어할 수 있다. 서브-서브 공진기는 적어도 하나의 서브 공진기(220) 내부에 위치할 수 있다. 서브-서브 공진기는 적어도 하나의 서브 공진기(220)를 보조하여, 소스 공진기(210)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일하게 보상할 수 있다. 서브-서브 공진기는 서브 공진기(220)에 의해 조정되는 자기장의 분포를 보상하여, 소스 공진기(210) 내부에서 자기장의 분포가 좀 더 균일(uniform)해 지도록 할 수 있다.
자기장 분포 제어부(230)는 소스 공진기(210)의 내부에서 발생하는 자기장을 소스 공진기(210)의 중앙으로 유도하는 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있다. 자기장 분포 제어부(230)는 적어도 하나의 코일을 이용하여 소스 공진기(210) 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일하게 조정할 수 있다.
자기장 분포 제어부(230)는 적어도 하나의 코일에 소스 공진기(210)에 흐르는 전류와 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 상기 코일의 공진 주파수를 제어할 수 있다.
적어도 하나의 코일은 소스 공진기(210)의 중앙에 위치하고, 서로 다른 사이즈의 루프 구조를 형성할 수 있다. 자기장 분포 제어부(230)는 다양한 사이즈의 코일을 이용하여 소스 공진기(210)의 내부에서 발생하는 자기장을 좀 더 상세하게 제어할 수 있다.
또한, 동일한 모양을 가지는 적어도 하나의 코일은 소스 공진기(210)의 내부에 임의의 위치에 위치할 수 있다. 적어도 하나의 코일은 소스 공진기(210)의 내부에서 각각 다양한 영역에 위치하고, 자기장 분포 제어부(230)의 제어에 따라 상기 코일이 위치한 영역에서, 소스 공진기(210)에서 발생하는 자기장을 강화 또는 약화시킬 수 있다.
또한, 적어도 하나의 코일은 소스 공진기(210)의 중앙에 위치하고, 스파이럴(spiral) 형태를 형성할 수 있다. 적어도 하나의 코일은 소스 공진기(210) 내부에서 발생하는 자기장을 조정하기 위해 다양한 형태로 생성될 수 있다.
자기장 분포 제어부(230)는 소스 공진기(210)의 중앙을 중심으로 사이즈 및 높이가 다른, 루프 구조로 형성된, 복수의 차폐층을 포함할 수 있다. 자기장 분포 조정부(230)는 복수의 차폐층에 기초하여 소스 공진기(210)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일(uniform)하게 유도할 수 있다. 소스 공진기(210)에서 발생하는 자기장의 자기선속은 복수의 차폐층에서 굴절되어 소스 공진기(210)의 중앙으로 좀 더 집중될 수 있다.
자기장 분포 제어부(230)는 MNG(Mu-negative), DNG(Double-negative) 또는 자성 유전체(magneto-dieletric)로 구성된 층을 포함할 수 있다. 자기장 분포 제어부(230)는 상기 구성된 층에 기초하여 소스 공진기에서 발생하는 자기장의 자기선속을 굴절시킴으로써, 소스 공진기(210)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일(uniform)하게 유도할 수 있다.
자기장 분포 제어부(230)는 소스 공진기(210) 및 적어도 하나의 서브 공진기(220)의 소정 위치에, 적층되는 차폐층의 폭을 조절하여, 소스 공진기(210)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일(uniform)하게 유도할 수 있다. 차폐층의 폭에 따라 소스 공진(210)에서 발생하는 자기장의 자기선속의 굴절 정도가 달라질 수 있다. 따라서, 자기장 분포 제어부(210)는 차폐층의 폭을 조절하여, 소스 공진기(210)의 내부에서 발생하는 자기장의 분포를 균일하게 할 수 있다.
타겟 디바이스는 패드 타입의 소스 공진기(210) 위에 위치할 수 있다. 이때, 소스 공진기(210)와 타겟 디바이스 간의 간격은 수 센티미터 이하이다. 따라서, 소스 공진기(210)와 타겟 디바이스 간에 기생 캐패시터가 발생할 수 있다. 기생 캐패시터로 인하여 소스 공진기(210)의 공진 주파수는 영향을 받게 된다. 자기장 분포 제어부(230)는 소스 공진기(210) 및 적어도 하나의 서브 공진기(220)의 소정 위치에, 적층되는 차폐층의 폭 및 두께를 조절하여, 소스 공진기(210)와 타겟 공진기 간에 발생하는, 기생 캐패시터로 인한, 공진 주파수의 변화를 상쇄할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(300)의 구체적 일 예를 나타낸 도면이다.
소스 공진기는 타겟 공진기와 마그네틱 커플링을 형성한다. 소스 공진기는 마그네틱 커플링을 통해 타겟 디바이스에 전력을 무선으로 전송한다. 이때, 소스 공진기는 제1 전송선로, 제1 도체(321), 제2 도체(322), 적어도 하나의 제1 캐패시터(330)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 캐패시터(330)는 제1 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(311)과 제2 신호 도체 부분(312) 사이에 위치에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제1 캐패시터(330)에 갇히게 된다. 일반적으로, 전송 선로는 상부에 적어도 하나의 도체, 하부에 적어도 하나의 도체를 포함하며, 상부에 있는 도체를 통해서는 전류가 흐르며, 하부에 있는 도체는 전기적으로 그라운드 된다(grounded). 본 명세서에서는 제1 전송 선로의 상부에 있는 도체를 제1 신호 도체 부분(311)과 제2 신호 도체 부분(312)로 나누어 부르고, 제1 전송 선로의 하부에 있는 도체를 제1 그라운드 도체 부분(313)으로 부르기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 소스 공진기는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 제1 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(311) 및 제2 신호 도체 부분(312)을 포함하고, 하부에 제1 그라운드 도체 부분(313)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(311) 및 제2 신호 도체 부분(312)과 제1 그라운드 도체 부분(313)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(311) 및 제2 신호 도체 부분(312)을 통하여 흐른다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(311)의 한쪽 단은 제1 도체(321)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(330)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(312)의 한쪽 단은 제2 도체(322)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(330)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(311), 제2 신호 도체 부분(312) 및 제1 그라운드 도체 부분(313), 도체들(321, 322)은 서로 연결됨으로써, 소스 공진기는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함하며, '루프 구조를 갖는다고 함은' 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.
제1 캐패시터(330)는 전송 선로의 중단부에 삽입된다. 보다 구체적으로, 제1캐패시터(330)는 제1 신호 도체 부분(311) 및 제2 신호 도체 부분(312) 사이에 삽입된다. 이 때, 제1 캐패시터(330)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 캐패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(330)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 소스 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. 여기서, 메타물질이란 자연에서 발견될 수 없는 특별한 전기적 성질을 갖는 물질로서, 인공적으로 설계된 구조를 갖는다. 자연계에 존재하는 모든 물질들의 전자기 특성은 고유의 유전율 또는 투자율을 가지며, 대부분의 물질들은 양의 유전율 및 양의 투자율을 갖는다.
대부분의 물질들에서 전계, 자계 및 포인팅 벡터에는 오른손 법칙이 적용되므로, 이러한 물질들을 RHM(Right Handed Material)이라고 한다. 그러나, 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 유전율 또는 투자율을 가진 물질로서, 유전율 또는 투자율의 부호에 따라 ENG(epsilon negative) 물질, MNG(mu negative) 물질, DNG(double negative) 물질, NRI(negative refractive index) 물질, LH(left-handed) 물질 등으로 분류된다.
이 때, 집중 소자로서 삽입된 제1 캐패시터(330)의 캐패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 소스 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 제1 캐패시터(330)의 캐패시턴스를 적절히 조절함으로써, 소스 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 소스 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 아래에서 설명하겠지만, 제1 캐패시터(330)의 캐패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 소스 공진기가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 소스 공진기가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 소스 공진기가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 제1 캐패시터(330)의 캐패시턴스가 정해질 수 있다.
MNG 공진기는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 제1 캐패시터(330)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
또한, 근접장(near field)에서 전계는 전송 선로에 삽입된 제1 캐패시터(330)에 집중되므로, 제1 캐패시터(330)로 인하여 근접 필드에서는 자기장(magnetic field)이 도미넌트(dominant)해진다. 그리고, MNG 공진기는 집중 소자의 제1 캐패시터(330)를 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다. 참고로, 큐-팩터는 무선 전력 전송에 있어서 저항 손실(ohmic loss)의 정도 또는 저항(resistance)에 대한 리액턴스의 비를 나타내는데, 큐-팩터가 클수록 무선 전력 전송의 효율이 큰 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도 3에 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 서브 공진기는 제2 전송선로, 제3 도체(351), 제4 도체(352) 및 적어도 하나의 제2 캐패시터(360)를 포함할 수 있다.
제2 캐패시터(360)는 제2 전송 선로에서 제3 신호 도체 부분(341)과 제4 신호 도체 부분(342) 사이에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제2 캐패시터(360)에 갇히게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 서브 공진기는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 제2 전송 선로는 상부에 제3 신호 도체 부분(341) 및 제4 신호 도체 부분(342)을 포함하고, 하부에 제2 그라운드 도체 부분(343)을 포함한다. 제3 신호 도체 부분(341) 및 제4 신호 도체 부분(342)과 제2 그라운드 도체 부분(343)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제3 신호 도체 부분(341) 및 제4 신호 도체 부분(342)을 통하여 흐른다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 제3 신호 도체 부분(341)의 한쪽 단은 제3 도체(351)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제2 캐패시터(360)와 연결된다. 그리고, 제4 신호 도체 부분(342)의 한쪽 단은 제4 도체(352)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제2 캐패시터(360)와 연결된다. 결국, 제3 신호 도체 부분(341), 제4 신호 도체 부분(342) 및 제2 그라운드 도체 부분(343), 도체들(351, 352)은 서로 연결됨으로써, 서브 공진기는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함한다.
제2 전송 선로, 제3 도체(351) 및 제4 도체(352)는 사각(rectangular) 형태의 루프 구조를 형성할 수 있다. 또한, 제2 전송 선로, 제3 도체(351) 및 제4 도체(352)는 원(circular) 형태의 루프 구조를 형성할 수 있다. 또한, 제2 전송 선로, 제3 도체(351) 및 제4 도체(352)는 십자(cross) 형태의 루프 구조를 형성할 수 있다.
자기장 분포 제어부는 제2 캐패시터(360)의 값, 제2 전송선로의 길이 및 폭에 기초하여, 적어도 하나의 서브 공진기의 공진 주파수를 소스 공진기의 공진 주파수와 일정 값만큼 차이가 나도록 조정할 수 있다.
자기장 분포 제어부는 제2 캐패시터(360) 값을 조절할 수 있다. 제2 캐패시터(360) 값이 변하면 서브 공진기의 공진 주파수도 변하게 된다. 따라서, 자기장 분포 제어부는 제2 캐패시터(360) 값을 조절하여, 서브 공진기의 공진 주파수를 소스 공진기의 공진 주파수보다 크거나, 작게 조정할 수 있다. 자기장 분포 제어부는 서브 공진기의 공진 주파수를 소스 공진기의 공진 주파수보다 크거나, 작게 조정하여, 소스 공진기의 중심의 자기장의 세기와 소스 공진기의 외곽의 자기장의 세기가 동일해지도록 할 수 있다.
도 4 내지 도 8는 공진기들의 실시 예들을 나타낸다. 무선 전력 전송 장치에 포함된 소스 공진기는 도 4 내지 도 8에서 설명되는 공진기의 구조로 구현될 수 있다.
도 4은 일 실시예에 따른 3 차원 구조의 공진기를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 3 차원 구조의 공진기(400)는 제1 신호 도체 부분(411), 제2 신호 도체 부분(412) 및 그라운드 도체 부분(413)을 포함하는 전송 선로 및 캐패시터(420)를 포함한다. 여기서 캐패시터(420)는 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(411)과 제2 신호 도체 부분(412) 사이에 위치에 직렬로 삽입되고, 전계(electric field)는 캐패시터(420)에 갇히게 된다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이 공진기(400)는 3차원 구조의 형태를 갖는다. 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(411) 및 제2 신호 도체 부분(412)을 포함하고, 하부에 그라운드 도체 부분(413)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(411) 및 제2 신호 도체 부분(412)과 그라운드 도체 부분(413)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(411) 및 제2 신호 도체 부분(412)을 통하여 x 방향으로 흐르며, 이러한 전류로 인해 -y 방향으로 자계(magnetic field) H(w)가 발생한다. 물론, 도 4에 도시된 것과 다르게, +y 방향으로 자계(magnetic field) H(w)가 발생할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(411)의 한쪽 단은 도체(442)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 캐패시터(420)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(412)의 한쪽 단은 도체(441)와 접지되며, 다른 쪽 단은 캐패시터(420)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(411), 제2 신호 도체 부분(412) 및 그라운드 도체 부분(413), 도체들(441, 442)은 서로 연결됨으로써, 공진기(400)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함하며, '루프 구조를 갖는다고 함은' 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 캐패시터(420)는 제1 신호 도체 부분(411) 및 제2 신호 도체 부분(412) 사이에 삽입된다. 이 때, 캐패시터(420)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 캐패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 캐패시터(420)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 상기 공진기(400)는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. 집중 소자로서 삽입된 캐패시터(420)의 커패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 공진기(400)는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 캐패시터(420)의 커패시턴스를 적절히 조절함으로써, 공진기(400)는 특정 주파수 대역에서 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 일 실시예에 따른 공진기(400)는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 아래에서 설명하겠지만, 캐패시터(420)의 커패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 공진기(400)가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 공진기(400)가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 공진기(400)가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 캐패시터(420)의 커패시턴스가 정해질 수 있다.
도 4에 도시된 MNG 공진기(400)는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기(400)는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기(400)의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. MNG 공진기(400)에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 캐패시터(420)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기(400)의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 MNG 공진기(400)를 참조하면, 근접 필드(near field)에서 전계는 전송 선로(410)에 삽입된 캐패시터(420)에 집중되므로, 캐패시터(420)로 인하여 근접 필드에서는 자계(magnetic field)가 도미넌트(dominant)해진다. 특히, 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖는 MNG 공진기(400)는 자계 다이폴(magnetic dipole)과 유사한 특성들을 가지므로, 근접 필드에서는 자계가 도미넌트하며, 캐패시터(420)의 삽입으로 인해 발생하는 적은 양의 전계 또한 그 캐패시터(420)에 집중되므로, 근접 필드에서는 자계가 더더욱 도미넌트해진다. MNG 공진기(400)는 집중 소자의 캐패시터(420)를 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 MNG 공진기(400)는 임피던스 매칭을 위한 매칭기(430)를 포함할 수 있다. 이 때, 매칭기(430)는 MNG 공진기(400)의 자계의 강도를 적절히 조절 가능(tunable)하고, 매칭기(430)에 의해 MNG 공진기(400)의 임피던스는 결정된다. 그리고, 전류는 커넥터(440)를 통하여 MNG 공진기(400)로 유입되거나 MNG 공진기(400)로부터 유출된다. 여기서, 커넥터(440)는 그라운드 도체 부분(413) 또는 매칭기(430)와 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 매칭기(430)는 공진기(400)의 루프 구조로 인해 형성되는 루프의 내부에 위치할 수 있다. 매칭기(430)는 물리적인 형태를 변경함으로써, 공진기(400)의 임피던스를 조절할 수 있다. 특히, 매칭기(430)는 그라운드 도체 부분(413)으로부터 거리 h 만큼 떨어진 위치에 임피던스 매칭을 위한 도체 부분(431)을 포함할 수 있으며, 공진기(400)의 임피던스는 거리 h를 조절함으로써 변경될 수 있다.
도 4에 도시되지 아니하였지만, 매칭기(430)를 제어할 수 있는 컨트롤러가 존재하는 경우, 매칭기(430)는 컨트롤러에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 매칭기(430)의 물리적 형태를 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호에 따라 매칭기(430)의 도체(431)과 그라운드 도체 부분(413) 사이의 거리 h가 증가하거나, 감소될 수 있으며, 그에 따라 매칭기(430)의 물리적 형태가 변경됨으로써, 공진기(400)의 임피던스는 조절될 수 있다. 매칭기(430)의 도체(431)과 그라운드 도체 부분(413) 사이의 거리 h는 다양한 방식들로 조절될 수 있다. 즉, 첫째, 매칭기(430)에는 여러 도체들이 포함될 수 있고, 그 도체들 중 어느 하나를 적응적으로 활성화함으로써 거리 h가 조절될 수 있다. 둘째, 도체(431)의 물리적인 위치를 상하로 조절함으로써, 거리 h가 조절될 수 있다. 이러한 거리 h는 컨트롤러의 제어 신호에 따라 제어될 수 있으며, 컨트롤러는 다양한 팩터들을 고려하여 제어 신호를 생성할 수 있다.
매칭기(430)는 도 4에 도시된 바와 같이, 도체 부분(431)과 같은 수동 소자로 구현될 수 있으며, 실시예에 따라서는 다이오드, 트랜지스터 등과 같은 능동 소자로 구현될 수 있다. 능동 소자가 매칭기(430)에 포함되는 경우, 능동 소자는 컨트롤러에 의해 생성되는 제어 신호에 따라 구동될 수 있으며, 그 제어 신호에 따라 공진기(400)의 임피던스는 조절될 수 있다. 예를 들어, 매칭기(430)에는 능동 소자의 일종인 다이오드가 포함될 수 있고, 다이오드가 'on' 상태에 있는지 또는 'off'' 상태에 있는지에 따라 공진기(400)의 임피던스가 조절될 수 있다.
또한, 도 4에 명시적으로 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기(400)를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
도 5는 bulky type으로 설계된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 신호 도체 부분(511)과 도체(542)는 개별적으로 제작된 후, 서로 연결되는 것이 아니라 하나의 일체형으로 제작될 수 있다. 마찬가지로, 제2 신호 도체 부분(512)과 도체(541) 역시 하나의 일체형으로 제작될 수 있다.
제2 신호 도체 부분(512)과 도체(541)가 개별적으로 제작된 후, 서로 연결되는 경우, 이음매(550)로 인한 도체 손실이 있을 수 있다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 신호 도체 부분(512)과 도체(541)는 별도의 이음매 없이(seamless) 서로 연결되며, 도체(541)와 그라운드 도체 부분(513)도 별도의 이음매 없이 서로 연결될 수 있으며, 이음매로 인한 도체 손실을 줄일 수 있다. 결국, 제2 신호 도체 부분(512)과 그라운드 도체 부분(513)은 별도의 이음매 없이 하나의 일체형으로서 제작될 수 있다. 마찬가지로, 제1 신호 도체 부분(511)과 그라운드 도체 부분(513)은 별도의 이음매 없이 하나의 일체형으로서 제작될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 별도의 이음매 없이 하나의 일체형으로서 둘 이상의 부분(partition)들을 서로 연결하는 유형을 'bulky type'이라고 부르기도 한다.
도 6은 Hollow type으로 설계된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, Hollow type으로 설계된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 제1 신호 도체 부분(611), 제2 신호 도체 부분(612), 그라운드 도체 부분(613), 도체들(641, 642) 각각은 내부에 비어 있는 공간을 포함한다.
주어진(given) 공진 주파수에서, 유효 전류는 제1 신호 도체 부분(611), 제2 신호 도체 부분(612), 그라운드 도체 부분(613), 도체들(641, 642) 각각의 모든 부분을 통해 흐르는 것이 아니라, 일부의 부분만을 통해 흐르는 것으로 모델링될 수 있다. 즉, 주어진 공진 주파수에서, 제1 신호 도체 부분(611), 제2 신호 도체 부분(612), 그라운드 도체 부분(613), 도체들(641, 642) 두께(depth)가 각각의 skin depth보다 지나치게 두꺼운 것은 비효율적일 수 있다. 즉, 그것은 공진기(600)의 무게 또는 공진기(600)의 제작 비용을 증가시키는 원인이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 주어진 공진 주파수에서 제1 신호 도체 부분(611), 제2 신호 도체 부분(612), 그라운드 도체 부분(613), 도체들(641, 642) 각각의 skin depth를 기초로 제1 신호 도체 부분(611), 제2 신호 도체 부분(612), 그라운드 도체 부분(613), 도체들(641, 642) 각각의 두께를 적절히 정할 수 있다. 제1 신호 도체 부분(611), 제2 신호 도체 부분(612), 그라운드 도체 부분(613), 도체들(641, 642) 각각이 해당 skin depth보다 크면서도 적절한 두께를 갖는 경우, 공진기(600)는 가벼워질 수 있으며, 공진기(600)의 제작 비용 또한 감소될 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 신호 도체 부분(612)의 두께는 d mm로 정해질 수 있고, d는
Figure 112011036444995-pat00001
를 통해서 결정될 수 있다. 여기서, f는 주파수,
Figure 112011036444995-pat00002
는 투자율,
Figure 112011036444995-pat00003
는 도체 상수를 나타낸다. 특히, 제1 신호 도체 부분(611), 제2 신호 도체 부분(612), 그라운드 도체 부분(613), 도체들(641, 642) 이 구리(copper)로서 5.8x10^7의 도전율(conductivity)을 갖는 경우에, 공진 주파수가 10kHz에 대해서는 skin depth가 약 0.6mm일 수 있으며, 공진 주파수가 100MHz에 대해서는 skin depth는 0.006mm일 수 있다.
도 7은 parallel-sheet이 적용된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, parallel-sheet이 적용된 무선 전력 전송을 위한 공진기에 포함된 제1 신호 도체 부분(711), 제2 신호 도체 부분(712) 각각의 표면에는 parallel-sheet이 적용될 수 있다.
제1 신호 도체 부분(711), 제2 신호 도체 부분(712)은 완벽한 도체(perfect conductor)가 아니므로, 저항 성분을 가질 수 있고, 그 저항 성분으로 인해 저항 손실(ohmic loss)가 발생할 수 있다. 이러한 저항 손실은 Q 팩터를 감소시키고, 커플링 효율을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 신호 도체 부분(711), 제2 신호 도체 부분(712) 각각의 표면에 parallel-sheet을 적용함으로써, 저항 손실을 줄이고, Q 팩터 및 커플링 효율을 증가시킬 수 있다. 도 7의 부분(770)을 참조하면, parallel-sheet이 적용되는 경우, 제1 신호 도체 부분(711), 제2 신호 도체 부분(712) 각각은 복수의 도체 라인들을 포함한다. 이 도체 라인들은 병렬적으로 배치되며, 제1 신호 도체 부분(711), 제2 신호 도체 부분(712) 각각의 끝 부분에서 접지(short)된다.
제1 신호 도체 부분(711), 제2 신호 도체 부분(712) 각각의 표면에 parallel-sheet을 적용하는 경우, 도체 라인들이 병렬적으로 배치되므로, 도체 라인들이 갖는 저항 성분들의 합은 감소된다. 따라서, 저항 손실을 줄이고, Q 팩터 및 커플링 효율을 증가시킬 수 있다.
도 8은 분산된 캐패시터를 포함하는 무선 전력 전송을 위한 공진기의 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 전송을 위한 공진기에 포함되는 캐패시터(820)는 분산된 캐패시터일 수 있다. 집중 소자로서의 캐패시터는 상대적으로 높은 등가 직렬 저항(Equivalent Series Resistance: ESR)을 가질 수 있다. 집중 소자로서의 캐패시터가 갖는 ESR을 줄이기 위한 여러 제안들이 있지만, 본 발명의 실시예는 분산 소자로서의 캐패시터(820)를 사용함으로써, ESR을 줄일 수 있다. 참고로, ESR로 인한 손실은 Q 팩터 및 커플링 효율을 감소시킬 수 있다.
분산 소자로서의 캐패시터(820)는 도 8에 도시된 바와 같이, 지그 재그 구조를 가질 수 있다. 즉, 분산 소자로서의 캐패시터(820)는 지그 재그 구조의 도체 라인 및 유전체로 구현될 수 있다.
뿐만 아니라, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 분산 소자로서의 캐패시터(820)를 사용함으로써, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 복수 개의 집중 소자로서의 캐패시터들을 병렬적으로 사용함으로써, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있다. 왜냐 하면, 집중 소자로서의 캐패시터들 각각이 갖는 저항 성분들은 병렬 연결을 통하여 작아지기 때문에, 병렬적으로 연결된 집중 소자로서의 캐패시터들의 유효 저항 또한 작아질 수 있으며, 따라서, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있다. 예를 들어, 10pF의 캐패시터 하나를 사용하는 것을 1pF의 캐패시터들 10개를 사용하는 것으로 대체함으로써, ESR로 인한 손실을 줄일 수 있다.
도 9는 도 3에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기는 도 9에 도시된 등가 회로로 모델링될 수 있다. 도 9의 등가 회로에서 CL은 도 3의 전송 선로의 중단부에 집중 소자의 형태로 삽입된 캐패시터를 나타낸다.
이 때, 도 3에 도시된 무선 전력 전송을 위한 공진기는 영번째 공진 특성을 갖는다. 즉, 전파 상수가 0인 경우, 무선 전력 전송을 위한 공진기는
Figure 112011036444995-pat00004
를 공진 주파수로 갖는다고 가정한다. 이 때, 공진 주파수
Figure 112011036444995-pat00005
는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, MZR은 Mu Zero Resonator를 의미한다.
Figure 112011036444995-pat00006
상기 수학식 1을 참조하면, 공진기의 공진 주파수
Figure 112011036444995-pat00007
는
Figure 112011036444995-pat00008
에 의해 결정될 수 있고, 공진 주파수
Figure 112011036444995-pat00009
와 공진기의 물리적인 사이즈는 서로 독립적일 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 공진 주파수
Figure 112011036444995-pat00010
와 공진기의 물리적인 사이즈가 서로 독립적이므로, 공진기의 물리적인 사이즈는 충분히 작아질 수 있다.
도 10은 일 예에 따른 무선 전력 송수신 시스템(1000)의 구조도이다.
무선 전력 송수신 시스템(1000)은 송신 측(TX system) 및 수신 측(RX system)을 포함할 수 있다.
송신 측은 무선 전력 송신기 신호 생성기(signal generator)(1010), 전력 증폭기(power amplifier)(1020) 및 소스 공진기(source resonator)(1030)를 포함할 수 있다.
수신 측은 무선 전력 수신기 타겟 공진기(target resonator)(1040), 정류기(rectifier)(1050) 및 DC/DC 변환기(converter)(1060)를 포함할 수 있다.
송신 측은 무선으로 전력을 수신 측에게 제공하는 시스템이다. 신호 생성기(1010)는 무선 전력을 송신하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 생성된 신호는 전력 증폭기(1020)에게 제공될 수 있다.
전력 증폭기(1020)는 생성된 신호를 소스 공진기(1030)를 통한 전송에 적합하도록 증폭할 수 있다. 전력 증폭기(1020)에 의해 생성된 증폭된 신호는 소스 공진기(1030)에게 제공될 수 있다.
소스 공진기(1030)는 증폭된 신호를 공진을 통해 무선으로 수신 측에게 전송할 수 있다.
즉, 송신 측의 소스 공진기(1030) 및 수신 측의 타겟 공진기(1040) 간의 공진을 통해 전력이 전송될 수 있다.
수신 측은 송신 측으로부터 무선으로 전력을 수신하여 사용하는 시스템이다.
수신 측은 10W 이하의 저 전력 응용(low power application)을 위한 것일 수 있다.
타겟 공진기(1040)는 소스 공진기(1030)로부터 무선으로 전송된 신호를 수신할 수 있다. 즉, 타겟 공진기(1040)는 무선으로 전력을 수신한다.
타겟 공진기(1040)에 의해 수신된 신호는 정류기(1050)에게 제공될 수 있다.
정류기(1050)는 수신된 신호(즉, 전력)를 정류함으로써 정류된 전력을 생성할 수 있다.
DC/DC 변환기(1060)는 정류된 신호를 변환할 수 있다. 즉, DC/DC 변환기(1060)는 정류기(1050)로부터 출력된 정류된 전력을 변환함으로써 변환된 전력을 생성할 수 있다. 변환된 전력은 수신 측에 연결된 부하에 제공되기에 적합한 특성(예컨대, 전압)을 가질 수 있다.
DC/DC 변환기는 스위칭 레귤레이터(switching regulator)인 벅 변환기(buck converter)일 수 있다.
무선 전력 전송의 상용화에 있어서, 하기의 표 1과 같이 신호 생성기(1010) 및 전력 증폭기(1020)의 효율, 소스 공진기(1030)로부터 타겟 공진기(1040)로의(즉, 공진기 투 공진기(resonator to resonator)) 효율, 정류기(1050) 및 DC/DC 변환기(1060)의 효율을 합한 전체 효율이 60% 이상이 되는 것이 상용화를 위한 스펙으로서 간주될 수 있다.
신호 생성기(1010) + 전력 증폭기(1020) 소스 공진기(1030) 투(to) 타겟 공진기(1040) 정류기(1050) + DC/DC 변환기(1060) 합계
85% 90% 80% > 60%
이러한 전체 효율이 달성되기 위해서는 신호 생성기(1010) + 전력 증폭기(1020)의 효율, 소스 공진기(1030) 투(to) 타겟 공진기(1040) 효율 및 정류기(1050) + DC/DC 변환기(1060)의 효율이 각각 85%, 90% 및 80% 이상 요구될 수 있다.
일반적으로, 상용의 DC/DC 변환기(1060)는 92% 가량의 효율을 가질 수 있다. 따라서, 정류기(1050) 및 DC/DC 변환기(1060)의 효율이 80% 이상이 되기 위해서는, 정류기(1050)의 효율이 90% 이상으로 확보될 필요가 있다.
1MHz 이상의 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 대역에서, 90%이상의 정류 동작을 획득하기 위해서, 쇼트키 다이오드(schottky diode)가 정류기(1050)를 구성하는 기본 다이오드(diode)로서 사용될 수 있다.
쇼트키 다이오드는, 낮은 강하 전압(drop voltage)을 가질 수 있다. 또한, 쇼트키 다이오드는 다수 캐리어(majority carrier)에 의해 전하가 옮겨질 수 있다. 따라서, 쇼트키 다이오드는, 다수 캐리어에 의해 전하가 축적되지 않기 때문에, 속도가 빠른 장점을 가질 수 있다.
1MHz ~ 15Mhz의 RF 대역을 사용하는 공진(resonance) 방식의 무선 전력 전송의 정류 회로를 구성하기 위해 낮은 강하 전압을 갖는 쇼트키 다이오드가 사용될 수 있다.
도 11은 일 예에 따른 쇼트키 다이오드의 등가 모델을 나타낸다.
쇼트키 다이오드(1110)는 이상적인 다이오드(ideal diode)(1120), 턴 온(turn)이 될 때 필요한 Von 전압(1130) 및 흐르는 전류에 따라 특성이 바뀌는 Ron 저항(1140)을 포함할 수 있다.
쇼트키 다이오드(1110)는 이상적인 다이오드(ideal diode)(1120), Von 전압(1130) 및 Ron 저항(1140)이 직렬로 연결된 것으로 간주될 수 있다.
제조사 및 공정에 따라, 다양한 성능의 쇼트키 다이오드가 존재할 수 있다. 따라서, 고효율의 정류 회로를 설계하기 위하여, 일정한 전류 레벨에서 일정 값 이하의 강하 전압을 갖는 쇼트키 다이오드가 선정될 필요가 있다.
도 12는 일 예에 따른 쇼트키 다이오드의 전류 대 전압 특성을 나타내는 그래프이다.
VF [V]는 볼트(volt) 단위의 포워드 전압(forward voltage)을 나타낸다.
IF [A]는 암페어(ampere) 단위의 포워드 전류(forward current)를 나타낸다.
TA는 온도(실온)를 나타낸다.
제1 그래프(1210)가 나타내는 제1 쇼트키 다이오드 및 제2 그래프(1220)가 나타내는 제2 쇼트키 다이오드는 상이한 제조사 또는 상이한 공정에 의해 생산된 쇼트키 다이오드일 수 있다.
제1 쇼트키 다이오드 및 제2 쇼트키 다이오드는 모바일 향 무선 전력 전송에 사용될 수 있다.
제1 그래프(1210) 및 제2 그래프(1220)에 나타난 것처럼, 전류 량이 증가함에 따라 강하 전압도 증가한다.
제1 그래프(1210)의 제1 쇼트키 다이오드에 0.5A의 전류가 흐를 때, 제1 쇼트키 다이오드의 강하 전압은 0.48V이 된다.
제2 그래프(1220)의 제2 쇼트키 다이오드에 0.5A의 전류가 흐를 때, 제2 쇼트키 다이오드의 강하 전압은 0.3V이 된다.
도 13은 일 예에 따른 풀 브릿지 다이오드(full bridge diode) 정류 회로를 나타낸다.
풀 브릿지 다이오드 정류 회로에서, 하나의 경로(path)는 2 개의 다이오드를 지나게 된다. 즉, 하나의 경로를 통과하는 전류는 2 개의 다이오드를 지나게 된다.
도 12의 제1 쇼트키 다이오드를 사용하여 정류기가 구성될 때, 정류기에 0.5A의 전류가 흐르면 강하 전압은 2 × 0.48 = 0.96V가 된다. 따라서, 이 때 다이오드에서 소비되는 전력은 0.96 × 0.5A = 0.48W가 된다.
부하(load)에서 2.5의 전력이 소비된다고 가정하고, RX 단의 효율이 80%이면, 입력된 RF 전력은 2.5 ÷ 0.8 = 3.125W가 된다.
따라서, 이 때 풀 브릿지 다이오드 정류기의 효율
Figure 112011036444995-pat00011
은 하기의 수학식 2와 같을 수 있다.
Figure 112011036444995-pat00012
여기서, P RF 는 입력된 RF 전력이다. P 2 × Drop 은 다이오드에서 소비되는 전력이다.
또한, 도 12의 제2 쇼트키 다이오드를 사용하여 정류기가 구성될 때, 정류기에 0.5A의 전류가 흐르면 강하 전압은 2 × 0.3 = 0.6V가 된다. 따라서, 이 때 다이오드에서 소비되는 전력은 0.6 × 0.5A = 0.3W가 된다.
부하(load)에서 2.5의 전력이 소비된다고 가정하고, RX 단의 효율이 80%이면, 입력된 RF 전력은 2.5 ÷ 0.8 = 3.125W가 된다.
따라서, 이 때 풀 브릿지 다이오드 정류기 효율
Figure 112011036444995-pat00013
은 하기의 수학식 3과 같을 수 있다.
Figure 112011036444995-pat00014
따라서, 90% 이상의 정류기(1050) 효율이 만족되기 위해서는, 0.5A의 전류가 흐를 때 강하 전압이 0.3V 이하인 쇼트키 다이오드가 사용될 필요가 있다. 그러나, 이러한 동작을 만족하는 저 비용이면서 작은 크기의 쇼트키 다이오드는 많지 않다.
따라서, 듀얼(dual) 다이오드를 사용함으로써 쇼트키 다이오드 정류기의 강하 전압 성능을 개선한 정류 회로가 사용될 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)의 구조이다.
듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)는 정류기(1050)일 수 있다.
정류기(1050)(즉, 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400))는 타겟 공진기(1040)로부터 RF+ 및 RF-를 통해 타겟 공진기(1040)가 수신한 정류를 제공받을 수 있다.
RF+ 및 RF-는 타겟 공진기(1040)가 출력하는 차등(diff) 신호일 수 있다. 즉, RF+ 및 RF-는 RF 차등 입력 신호일 수 있다. RF+는 + 페이즈(phase)의 신호일 수 있고, RF-는 - 페이즈의 신호일 수 있다.
DC+는 정류기(1050)에 의해 정류 되어, 정류기(1050)로부터 출력된 신호일 수 있다.
듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)는 제1 정류부(1410), 제2 정류부(1420), 제3 정류부(1430), 제4 정류부(1440) 및 캐패시터(1450)를 포함할 수 있다.
제1 정류부(1410)의 애노드(anode)(1412)는 RF-에 연결될 수 있고, 캐소드(cathode)(1414)는 DC+에 연결될 수 있다.
제2 정류부(1420)의 애노드(1422)는 RF+에 연결될 수 있고, 캐소드(1424)는 DC+에 연결될 수 있다.
제3 정류부(1430)의 애노드(1432)는 그라운드에 연결될 수 있고, 캐소드(1434)는 RF-에 연결될 수 있다.
제4 정류부(1440)의 애노드(1442)는 그라운드에 연결될 수 있고, 캐소드(1444)는 RF+에 연결될 수 있다.
캐패시터(1450)는 DC+ 및 그라운드에 연결될 수 있다. 즉, 캐패시터(1450)의 일 단은 DC+에 연결될 수 있고, 다른 일 단은 그라운드에 연결될 수 있다.
제1 정류부(1410), 제2 정류부(1420), 제3 정류부(1430) 및 제4 정류부(1440)는 각각 병렬로 연결된 2 개의 쇼트키 다이오드들을 포함할 수 있다. 이 때, 2 개의 쇼트키 다이오드들 각각의 애노드는 정류부의 애노드에 연결될 수 있고, 2 개의 쇼트키 다이오드들 각각의 캐소드는 정류부의 캐소드에 연결될 수 있다.
듀얼 다이오드(즉, 2 개의 쇼트키 다이오드들)는 다이오드들을 병렬로 사용하여 전류가 2 개의 경로로 나뉘어 보내지도록 함으로써 강하 전압을 낮출 수 있다.
도 14에서, 예컨대 제1 정류부(1410)는 2 개의 쇼트키 다이오드들(1416, 1418)을 포함한다. 즉, 각 정류부에 포함되는 복수 개의 쇼트키 다이오드들은 2 개일 수 있다.
또한, 제1 정류부(1410), 제2 정류부(1420), 제3 정류부(1430) 및 제4 정류부(1440)는 각각 병렬로 연결된 복수 개의 쇼트키 다이오드들을 포함할 수 있다.
도 15는 일 예에 따른 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)의 강하 전압을 나타내는 전류 대 전압 커브의 그래프들이다.
제1 그래프(1510)의 제1 쇼트키 다이오드에 0.5A의 전류가 흐를 때, 제1 쇼트키 다이오드의 강하 전압은 0.48V이다. 제1 쇼트키 다이오드가 병렬로 사용되면, 2 개의 다이오드들 각각에는 0.25A의 전류가 흐른다. 이 때, 듀얼 다이오드의 강하 전압은 0.4V가 된다.
듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)에서, 하나의 경로는 2 개의 다이오드를 직렬로 지나게된다. 따라서, 총 강하 전압은 2 × 0.4 = 0.8V가 된다.
따라서, 다이오드에서 소비되는 전력은 0.8V × 0.5A = 0.4W가 된다.
부하에서 2.5W의 전력이 소비된다고 가정하고, RX 단의 효율이 80%이면, 입력된 RF 전력은 2.5 ÷ 0.8 = 3.125W가 된다.
따라서, 이 때 듀얼 다이오드 풀 브릿지 다이오드 정류기(1400)의 효율
Figure 112011036444995-pat00015
은 하기의 수학식 4와 같을 수 있다.
Figure 112011036444995-pat00016
또한, 제2 그래프(1520)의 제2 쇼트키 다이오드에 0.5A의 전류가 흐를 때, 제1 쇼트키 다이오드의 강하 전압은 0.3V이다. 제2 쇼트키 다이오드가 병렬로 사용되면, 2 개의 다이오드들 각각에는 0.25A의 전류가 흐른다. 이 때, 듀얼 다이오드의 강하 전압은 0.26V가 된다.
듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)에서, 하나의 경로는 2 개의 다이오드를 직렬로 지나게된다. 따라서, 총 강하 전압은 2 × 0.26 = 0.52V가 된다.
따라서, 다이오드에서 소비되는 전력은 0.52V × 0.5A = 0.26W가 된다.
부하에서 2.5W의 전력이 소비된다고 가정하고, RX 단의 효율이 80%이면, 입력된 RF 전력은 2.5 ÷ 0.8 = 3.125W가 된다.
따라서, 이 때 듀얼 다이오드 풀 브릿지 다이오드 정류기(1400)의 효율
Figure 112011036444995-pat00017
은 하기의 수학식 5와 같을 수 있다.
Figure 112011036444995-pat00018
따라서, 듀얼 다이오드를 사용함으로써, 정류기(1050)의 효율이 2~3% 증가될 수 있다.
또한, 쇼트키 다이오드들이 병렬로 사용되기 때문에, 다이오드 1 개당 흐르는 전류량이 반으로 줄어든다. 따라서, 병렬로 연결된 다이오드들을 사용하는 것은 다이오드의 허용 전류 스펙을 2 배로 향상시킬 수 있으며, 정류기의 동작의 안정성 및 신뢰성의 확보에도 기여할 수 있다.
무선 전력 전송에서 다이오드 소자를 교체하지 않고 듀얼로 사용함으로써 정류기 자체의 효율이 개선될 수 있고, 전체 시스템의 효율이 안정적으로 향상될 수 있다.
도 16은 일 예에 따른 3 개의 쇼트키 다이오드들이 병렬로 사용된 풀 브릿지 정류기 의 강하 전압을 나타내는 전류 대 전압 커브의 그래프들이다.
즉, 도 16은 도 14의 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)에서, 2 개의 다이오드들 대신 3 개의 다이오드들이 정류부를 구성하였을 때의 강하 전압을 나타낸다.
제1 그래프(1610)의 제1 쇼트키 다이오드에 0.5A의 전류가 흐를 때, 제1 쇼트키 다이오드의 강하 전압은 0.48V이다. 3 개의 제1 쇼트키 다이오드들이 병렬로 사용되면, 3 개의 다이오드들 각각에는 0.17A의 전류가 흐른다. 이 때, 강하 전압은 0.38V가 된다. 따라서, 듀얼 다이오드의 강하 전압은 0.4V가 된다.
정류기 효율
Figure 112011036444995-pat00019
은 하기의 수학식 6과 같을 수 있다.
Figure 112011036444995-pat00020
또한, 제2 그래프(1620)의 제2 쇼트키 다이오드에 0.5A의 전류가 흐를 때, 제1 쇼트키 다이오드의 강하 전압은 0.48V이다. 3 개의 제2 쇼트키 다이오드들이 병렬로 사용되면, 3 개의 다이오드들 각각에는 0.17A의 전류가 흐른다. 이 때, 강하 전압은 0.38V가 된다. 따라서, 듀얼 다이오드의 강하 전압은 0.4V가 된다.
정류기 효율
Figure 112011036444995-pat00021
은 하기의 수학식 7과 같을 수 있다.
Figure 112011036444995-pat00022
따라서, 3 개의 병렬 다이오드들이 사용되면, 듀얼 다이오드가 사용된 것에 비해 효율이 0.4~0.6% 증가할 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 듀얼 다이오드 크로스 커플된(cross coupled) 트랜지스터(transistor; TR) 정류기(1700)의 구조이다.
듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)는 정류기(1050)일 수 있다.
듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)는, 다이오드의 강하 전압의 영향을 감소시키기 위해, 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)의 아랫쪽의 다이오드들(즉, 제3 정류부(1430) 및 제4 정류부(1440)의 다이오드들)이 N-메탈 옥사이드 반도체 필드-효과 트랜지스터(N-Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor; N-MOSFET)로 대체된 것일 수 있다.
듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)는 제1 정류부(1710), 제2 정류부(1720), 제3 정류부(1730), 제4 정류부(1740) 및 캐패시터(1750)를 포함할 수 있다.
제1 정류부(1710)의 애노드(1712)는 RF-에 연결될 수 있고, 캐소드(1714)는 DC+에 연결될 수 있다.
제2 정류부(1720)의 애노드(1722)는 RF+에 연결될 수 있고, 캐소드(1724)는 DC+에 연결될 수 있다.
캐패시터(1750)는 DC+ 및 그라운드에 연결될 수 있다. 캐패시터(1750)의 일 단은 DC+에 연결될 수 있고, 다른 일 단은 그라운드에 연결될 수 있다.
제1 정류부(1710) 및 제2 정류부(1720)는 각각 병렬로 연결된 2 개의 쇼트키 다이오드들을 포함할 수 있다. 이 때, 2 개의 쇼트키 다이오드들 각각의 애노드는 정류부의 애노드에 연결될 수 있고, 2 개의 쇼트키 다이오드들 각각의 캐소드는 정류부의 캐소드에 연결될 수 있다.
예컨대, 제1 정류부(1710)는 2 개의 쇼트키 다이오드들(1716 및 1718)을 포함할 수 있다.
또한, 제1 정류부(1710) 및 제2 정류부(1720)는 각각 병렬로 연결된 복수 개의 쇼트키 다이오드들을 포함할 수 있다.
제3 정류부(1730)는 제1 N-MOSFET(1732)을 포함할 수 있고, 제4 정류부(1740)는 제2 N-MOSFET(1742)을 포함할 수 있다.
제1 N-MOSFET(1732)의 게이트(1734)는 RF+에 연결될 수 있다. 제1 N-MOSFET(1732)의 소스(1736)는 RF-에 연결될 수 있다. 제1 N-MOSFET(1732)의 드레인(1738)은 그라운드에 연결될 수 있다.
제2 N-MOSFET(1742)의 게이트(1744)는 RF-에 연결될 수 있다. 제2 N-MOSFET(1742)의 소스(1746)는 그라운드에 연결될 수 있다. 제2 N-MOSFET(1742)의 드레인(1748)은 RF+에 연결될 수 있다.
수 많은 종류의 N-MOSFET들이 존재할 수 있으나, 1~15MHz의 공진 방식 무선 전력 전송 정류회로에 사용되기 위해서는 낮은 Ron 저항 및 낮은 입력 캐패시턴스를 갖는 N_MOSFET 소자가 선정될 필요가 있다.
예컨대, Ron 저항이 200mΩ 이하이고, 입력 캐패시턴스가 300pF(1Mhz) 이하인, N-MOSFET 소자가 사용되어야, 동작 주파수인 6Mhz 근방에서 쇼트키 다이오드를 사용한 풀 브릿지 정류기와 비슷한 효율의 정류기가 설계될 수 있다.
1) 0.5A의 전류가 흐르고, 2) 도 12의 제1 그래프(1210)의 제1 쇼트키 다이오드가 사용되고, 3) Ron 저항이 200mΩ이고, 입력 캐패시턴스가 300pF(1Mhz)인 N-MOSFET가 사용된 듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)가 구성되었을 때, 듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)의 효율은 하기에서 설명될 것과 같을 수 있다.
한 개의 듀얼 다이오드에서 소비되는 전력 Pdiode는 2.26 × 0.5A = 0.13W이다. 저항 Ron에서 소비되는 전력 PRon은 0.0375W이다. N-MOSFET에서 소비되는 전력은 (0.5A)2 × 0.25Ω = 0.0375W에 파라스틱 로스(parasitic loss)(+ α) Pparastic이 추가된 것이다.
파라스틱 로스(+ α) Pparastic은 입력 캐패시턴스에 의해 결정될 있고, 주파수가 낮을수록 작아질 수 있다. 6MHz 대역에서, 파라스틱 로스(+ α) Pparastic은 약 0.1W일 수 있다.
따라서, 듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)의 효율
Figure 112011036444995-pat00023
은 하기의 수학식 8과 같을 수 있다.
Figure 112011036444995-pat00024
따라서, 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400) 또는 듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)를 사용함으로써 무선 전력 송수신 시스템(1000)의 효율이 90% 이상으로 달성될 수 있다.
도 18은 일 예에 따른 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400) 및 듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)의 효율을 비교한 그래프이다.
주파수 및 N-MOSFET의 입력 캐패시턴스에 따른 효율들이 비교된다.
도 18에서 도시된 것과 같이, 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400)는 주파수가 변하더라도 일정한 효율을 갖는 반면, 듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)는 입력 캐패시턴스 및 주파수가 변함에 따라 변화하는 효율을 갖는다.
따라서, 고효율의 정류기(1050)를 설계하기 위해, 동작 주파수에 따라 최적의 정류기 구조가 선택될 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 전력 수신 방법의 흐름도이다.
단계(1910)에서, 타겟 공진기(1040)가 전력을 수신한다.
단계(1920)에서, 정류기(1050)는 공진기(1040)로부터 RF+ 및 RF-를 통해 수신한 전력을 제공받아 정류함으로써 정류된 전력을 생성한다.
정류기(1050)는 전술된 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기(1400) 또는 듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기(1700)일 수 있다.
단계(1930)에서, DC/DC 변환기(1060)가 정류된 전력을 변환하여 변환된 전력을 생성한다.
앞서 도 1 내지 도 18을 참조하여 설명된 일 실시예에 따른 기술적 내용들이 본 실시예에도 그대로 적용될 수 있다. 따라서 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1400: 듀얼 다이오드 풀 브릿지 정류기
1700: 듀얼 다이오드 크로스 커플된 TR 정류기

Claims (15)

  1. 애노드는 RF-에 연결되고, 캐소드는 DC+에 연결된 제1 정류부;
    애노드는 RF+에 연결되고, 캐소드는 상기 DC+에 연결된 제2 정류부;
    애노드는 그라운드에 연결되고, 캐소드는 상기 RF-에 연결된 제3 정류부; 및
    애노드는 상기 그라운드에 연결되고, 캐소드는 상기 RF+에 연결된 제4 정류부;
    를 포함하고,
    상기 제1 정류부는 병렬로 연결된 제1 복수 개의 쇼트키 다이오드들이고,
    상기 제2 정류부는 병렬로 연결된 제2 복수 개의 쇼트키 다이오드들인, 정류기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복수 개의 쇼트키 다이오드들은 2 개이고,
    상기 제2 복수 개의 쇼트키 다이오드들은 2 개인, 정류기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 정류부는 병렬로 연결된 복수 개의 쇼트키 다이오드들이고,
    상기 제4 정류부는 병렬로 연결된 복수 개의 쇼트키 다이오드들인, 정류기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 정류부는 제1 N-MOSFET을 포함하고,
    상기 제4 정류부는 제2 N-MOSFET을 포함하고,
    상기 제1 N-MOSFET의 게이트는 상기 RF+에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 소스는 상기 RF-에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 드레인은 상기 그라운드에 연결되고,
    상기 제2 N-MOSFET의 게이트는 상기 RF-에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 소스는 상기 그라운드에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 드레인은 상기 RF+에 연결된, 정류기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 N-MOSFET의 Ron 저항은 200mΩ 이하이고, 상기 제1 N-MOSFET의 입력 캐패시턴스는 300pF 이하이고, 상기 제2 N-MOSFET의 Ron 저항은 200mΩ 이하이고, 상기 제2 N-MOSFET의 입력 캐패시턴스는 300pF 이하인, 정류기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 DC+ 및 상기 그라운드에 연결된 캐패시터
    를 더 포함하는, 정류기.
  7. 전력을 수신하는 공진기;
    상기 공진기로부터 RF+ 및 RF-를 통해 상기 수신한 전력을 제공받아 정류함으로써 정류된 전력을 생성하는 하는 정류기; 및
    상기 정류된 전력을 변환하여 변환된 전력을 생성하는 직류-직류 변환기
    를 포함하고,
    상기 정류기는,
    애노드는 상기 RF-에 연결되고, 캐소드는 DC+에 연결된 제1 정류부;
    애노드는 상기 RF+에 연결되고, 캐소드는 상기 DC+에 연결된 제2 정류부;
    애노드는 그라운드에 연결되고, 캐소드는 상기 RF-에 연결된 제3 정류부; 및
    애노드는 상기 그라운드에 연결되고, 캐소드는 상기 RF+에 연결된 제4 정류부;
    를 포함하고,
    상기 제1 정류부는 병렬로 연결된 제1 복수 개의 쇼트키 다이오드들이고,
    상기 제2 정류부는 병렬로 연결된 제2 복수 개의 쇼트키 다이오드들인, 전력 수신단.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 정류부는 병렬로 연결된 복수 개의 쇼트키 다이오드들이고,
    상기 제4 정류부는 병렬로 연결된 복수 개의 쇼트키 다이오드들인, 전력 수신단.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 정류부는 제1 N-MOSFET을 포함하고,
    상기 제4 정류부는 제2 N-MOSFET을 포함하고,
    상기 제1 N-MOSFET의 게이트는 상기 RF+에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 소스는 상기 RF-에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 드레인은 상기 그라운드에 연결되고,
    상기 제2 N-MOSFET의 게이트는 상기 RF-에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 소스는 상기 그라운드에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 드레인은 상기 RF+에 연결된, 전력 수신단.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 정류기는,
    상기 DC+ 및 상기 그라운드에 연결된 캐패시터
    를 더 포함하는, 전력 수신단.
  11. 공진기가 전력을 수신하는 단계;
    정류기가 상기 공진기로부터 RF+ 및 RF-를 통해 상기 수신한 전력을 제공받아 정류함으로써 정류된 전력을 생성하는 단계; 및
    직류-직류 변환기가 상기 정류된 전력을 변환하여 변환된 전력을 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 정류기는,
    애노드는 상기 RF-에 연결되고, 캐소드는 DC+에 연결된 제1 정류부;
    애노드는 상기 RF+에 연결되고, 캐소드는 상기 DC+에 연결된 제2 정류부;
    애노드는 그라운드에 연결되고, 캐소드는 상기 RF-에 연결된 제3 정류부; 및
    애노드는 상기 그라운드에 연결되고, 캐소드는 상기 RF+에 연결된 제4 정류부;
    를 포함하고,
    상기 제1 정류부는 병렬로 연결된 제1 복수 개의 쇼트키 다이오드들이고,
    상기 제2 정류부는 병렬로 연결된 제2 복수 개의 쇼트키 다이오드들인, 전력 수신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 정류부는 병렬로 연결된 복수 개의 쇼트키 다이오드들이고,
    상기 제4 정류부는 병렬로 연결된 복수 개의 쇼트키 다이오드들인, 전력 수신 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제3 정류부는 제1 N-MOSFET을 포함하고,
    상기 제4 정류부는 제2 N-MOSFET을 포함하고,
    상기 제1 N-MOSFET의 게이트는 상기 RF+에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 소스는 상기 RF-에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 드레인은 상기 그라운드에 연결되고,
    상기 제2 N-MOSFET의 게이트는 상기 RF-에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 소스는 상기 그라운드에 연결되고, 상기 제1 N-MOSFET의 드레인은 상기 RF+에 연결된, 전력 수신 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 정류기는,
    상기 DC+ 및 상기 그라운드에 연결된 캐패시터
    를 더 포함하는, 전력 수신 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항의 전력 수신 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9088222B2 (en) * 2011-11-17 2015-07-21 Qualcomm Incorporated Systems, methods, and apparatus for a high power factor single phase rectifier
US10509091B2 (en) * 2012-03-07 2019-12-17 Colorado Seminary, Which Owns And Operates The University Of Denver EPR methods and systems
US11502551B2 (en) 2012-07-06 2022-11-15 Energous Corporation Wirelessly charging multiple wireless-power receivers using different subsets of an antenna array to focus energy at different locations
US10502797B2 (en) 2012-07-19 2019-12-10 Colorado Seminary, Which Owns And Operates The University Of Denver Crossed-loop resonators
US12000920B2 (en) 2012-09-14 2024-06-04 University Of Denver Hall probe simulator circuit
WO2014075103A1 (en) 2012-11-09 2014-05-15 California Institute Of Technology Smart rf lensing: efficient, dynamic and mobile wireless power transfer
US11843260B2 (en) 2012-11-09 2023-12-12 California Institute Of Technology Generator unit for wireless power transfer
US11616520B2 (en) 2012-11-09 2023-03-28 California Institute Of Technology RF receiver
JP5642243B1 (ja) * 2013-10-04 2014-12-17 三菱電機株式会社 整流装置
KR102280756B1 (ko) 2013-11-22 2021-07-21 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지 무선 전력 송신을 위한 생성기 유닛
KR102367364B1 (ko) * 2013-11-22 2022-02-23 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지 무선 전력 송신을 위한 능동 cmos 복원 유닛들
WO2016028939A1 (en) 2014-08-19 2016-02-25 California Institute Of Technology Wireless power transfer
US9843198B2 (en) 2015-03-25 2017-12-12 Nxp B.V. Voltage control using rectifying circuitry
US12074452B2 (en) 2017-05-16 2024-08-27 Wireless Electrical Grid Lan, Wigl Inc. Networked wireless charging system
US11462949B2 (en) 2017-05-16 2022-10-04 Wireless electrical Grid LAN, WiGL Inc Wireless charging method and system
US12074460B2 (en) 2017-05-16 2024-08-27 Wireless Electrical Grid Lan, Wigl Inc. Rechargeable wireless power bank and method of using
US10720797B2 (en) 2017-05-26 2020-07-21 California Institute Of Technology Method and apparatus for dynamic RF lens focusing and tracking of wireless power recovery unit
US10224905B1 (en) * 2018-04-27 2019-03-05 Realtek Semiconductor Corp. Method and apparatus for high speed clock transmission
US11018779B2 (en) 2019-02-06 2021-05-25 Energous Corporation Systems and methods of estimating optimal phases to use for individual antennas in an antenna array
WO2021055899A1 (en) * 2019-09-20 2021-03-25 Energous Corporation Systems and methods of protecting wireless power receivers using multiple rectifiers and establishing in-band communications using multiple rectifiers
KR102679814B1 (ko) 2022-07-11 2024-07-01 숭실대학교 산학협력단 다중 전력 모드를 갖는 무선 전력 수신 장치 및 이를 이용한 무선 전력 수신 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070053980A (ko) * 2005-11-22 2007-05-28 페어차일드코리아반도체 주식회사 트랜지스터에 프리휠링 다이오드가 구현된 고집적회로
US20100109443A1 (en) 2008-07-28 2010-05-06 Qualcomm Incorporated Wireless power transmission for electronic devices

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3743193B2 (ja) 1999-02-23 2006-02-08 松下電工株式会社 非接触電力伝達装置
EP1130752B1 (en) 2000-02-24 2005-05-11 Matsushita Electric Works, Ltd. Non-contact electrical power transmission system having function of making load voltage constant
US6841981B2 (en) * 2002-04-09 2005-01-11 Mstar Semiconductor, Inc. Radio frequency data communication device in CMOS process
JP4222115B2 (ja) 2003-06-13 2009-02-12 セイコーエプソン株式会社 非接触電力伝送装置
WO2005039028A2 (en) * 2003-10-17 2005-04-28 Firefly Power Technologies, Inc. Method and apparatus for a wireless power supply
GB0517082D0 (en) * 2005-08-19 2005-09-28 Univ City Hong Kong Auxiliary winding for improved performance of a planar inductive charging platform
EP1909384A3 (en) * 2006-10-06 2015-11-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Rectifier circuit with variable capacitor, semiconductor device using the circuit, and driving method therefor
US20080290738A1 (en) * 2007-05-23 2008-11-27 Greene Charles E Smart receiver and method
KR100912063B1 (ko) 2007-07-26 2009-08-12 한국전기연구원 듀얼 주파수 밴드를 이용한 고효율 무선 전력 전원 공급장치
US20090067198A1 (en) * 2007-08-29 2009-03-12 David Jeffrey Graham Contactless power supply
US8461817B2 (en) * 2007-09-11 2013-06-11 Powercast Corporation Method and apparatus for providing wireless power to a load device
US20090237029A1 (en) * 2008-03-24 2009-09-24 Spx Corporation Inductive battery charger for service equipment
US9130407B2 (en) 2008-05-13 2015-09-08 Qualcomm Incorporated Signaling charging in wireless power environment
US8901880B2 (en) * 2008-08-19 2014-12-02 Qualcomm Incorporated Wireless power transmission for portable wireless power charging

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070053980A (ko) * 2005-11-22 2007-05-28 페어차일드코리아반도체 주식회사 트랜지스터에 프리휠링 다이오드가 구현된 고집적회로
US20100109443A1 (en) 2008-07-28 2010-05-06 Qualcomm Incorporated Wireless power transmission for electronic devices

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