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KR101670128B1 - 무선 전력 수신 장치 및 이를 구비하는 전자기기 - Google Patents

무선 전력 수신 장치 및 이를 구비하는 전자기기 Download PDF

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KR101670128B1
KR101670128B1 KR1020140120459A KR20140120459A KR101670128B1 KR 101670128 B1 KR101670128 B1 KR 101670128B1 KR 1020140120459 A KR1020140120459 A KR 1020140120459A KR 20140120459 A KR20140120459 A KR 20140120459A KR 101670128 B1 KR101670128 B1 KR 101670128B1
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KR
South Korea
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coil
capacitor
resonant
frequency
wireless power
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정인화
김희욱
김대헌
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 수신 장치 및 이를 구비하는 전자기기가 제공된다. 상기 무선 전력 수신 장치는 제1 공진 주파수를 가지는 제1 공진 회로, 상기 제1 공진 회로와 병렬로 연결되고, 제2 공진 주파수를 가지는 제2 공진 회로, 및 상기 제1 공진 회로와 상기 제2 공진 회로 중 적어도 하나의 공진 회로로 수신한 무선 전력을 정류하여 충전 전류를 출력하는 정류부를 포함할 수 있다.

Description

무선 전력 수신 장치 및 이를 구비하는 전자기기{Wireless power receiver and electronic device comprising the same}
본 출원은 무선으로 전력을 수신하는 장치 및 이를 구비하는 전자기기에 관한 것이다.
무선 전력 전송 (Wireless Power Transfer) 기술은 스마트폰을 비롯한 다양한 통신 기기 및 여러 가지 가전 기기의 충전기 분야에 폭넓게 적용되고 있는 추세이며, 향후 전기 자동차 등에도 적용될 수 있는 등, 그 활용분야가 매우 넓은 기술이다.
무선 전력 전송 기술은 크게 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 개발되고 있다. WPC(Wireless Power Consortium) 표준 방식에 따른 자기 유도 방식은 110kHz~205kHz의 주파수를 사용하고 있으며, A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 방식에 따른 자기 공진 방식은 6.78MHz의 주파수를 사용하고 있다.
최근들어, 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 통합된 방식도 개발되고 있다. 예를 들면, 110kHz~205kHz의 주파수를 사용하는 자기 유도 방식에서 자기 공진 동작을 구현하여 원거리 무선충전을 구현하는 기술개발이 이루어지고 있다.
그러나, 자기 유도 방식을 이용할 경우 원거리 무선 충전이 어려운 단점이 있고, 자기 공진 방식을 이용할 경우 회로가 복잡해지거나 공진 주파수가 하나로 고정되어 있음으로 인해 무선 전력 수신에 한계가 있다는 문제점이 있었다.
또한, 다양한 공진 주파수의 무선 전력을 수신할 수 있는 방안들이 제안되고 있으나, 종래의 기술들은 공진 주파수를 선택하기 위한 스위치 등을 구비하고, 이를 제어하기 위한 제어 회로가 필요함으로 인해, 회로가 복잡해지는 등의 이유로 현실성이 떨어졌다.
일본 공개특허공보 특개 2010-119193호 한국 공개특허공보 제 2013-0102218호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 접촉뿐만 아니라 원거리 무선 충전도 가능하고, 다양한 공진 주파수를 가질 수 있으며 회로 구성도 간단한 무선 전력 수신 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 무선 전력 수신 장치를 구비하는 전자기기가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제1 형태는 제1 공진 주파수를 가지는 제1 공진 회로, 상기 제1 공진 회로와 병렬로 연결되고, 제2 공진 주파수를 가지는 제2 공진 회로, 및 상기 제1 공진 회로와 상기 제2 공진 회로 중 적어도 하나의 공진 회로로 수신한 무선 전력을 정류하여 충전 전류를 출력하는 정류부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제2 형태는 제1 코일, 제2 코일, 제1 커패시터, 및 제2 커패시터가 배치되는 제1 영역, 및 정류부가 배치되는 제2 영역을 포함하는 인쇄회로기판을 포함하고, 상기 제1 코일의 일단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제1 코일의 타단은 상기 제1 커패시터와 연결되고, 상기 제1 커패시터의 일단은 상기 제1 코일과 연결되고, 상기 제1 커패시터의 타단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제2 코일의 일단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제2 코일의 타단은 상기 제2 커패시터와 연결되고, 상기 제2 커패시터의 일단은 상기 제2 코일과 연결되고, 상기 제2 커패시터의 타단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터는 상기 제2 코일 및 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제3 형태는 제1 코일, 및 제2 코일가 배치되는 제1 영역, 및 제1 커패시터, 제2 커패시터, 및 정류부가 배치되는 제2 영역을 포함하는 인쇄회로기판을 포함하고, 상기 제1 코일의 일단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제1 코일의 타단은 상기 제1 커패시터와 연결되고, 상기 제1 커패시터의 일단은 상기 제1 코일과 연결되고, 상기 제1 커패시터의 타단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제2 코일의 일단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제2 코일의 타단은 상기 제2 커패시터와 연결되고, 상기 제2 커패시터의 일단은 상기 제2 코일과 연결되고, 상기 제2 커패시터의 타단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터는 상기 제2 코일 및 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기는 제1 공진 주파수를 가지는 제1 공진 회로, 상기 제1 공진 회로와 병렬로 연결되고, 제2 공진 주파수를 가지는 제2 공진 회로, 상기 제1 공진 회로와 상기 제2 공진 회로 중 적어도 하나의 공진 회로로 수신한 무선 전력을 정류하여 충전 전류를 출력하는 정류부, 및 상기 충전 전류를 입력하여 전력을 충전하는 배터리를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치 및 전자기기는 원거리 무선 충전이 가능함과 동시에 다양한 공진 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 송신부에서 전송된 다양한 공진 주파수를 가지는 무선 전력을 수신할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 이용함으로써, 무선 충전 수신 장치의 범용성을 확보할 수 있다. 또한, 별도의 추가적인 선택 스위치 없이 코일과 커패시터 만을 이용하여 구현 가능하므로, 회로 구성이 간단해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 구비하는 전자기기의 구성의 일부를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 무선 전력 수신 장치의 제1 공진 주파수와 제2 공진 주파수의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 제1 공진 주파수를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 등가 회로도를 나타낸 도면이다.
도 4는 제2 공진 주파수를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 등가 회로도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 실제 적용례를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제2 영역에 형성된 코일의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제2 영역의 단면을 나타낸 것으로서, 무선 전력 수신 장치의 제2 영역에 형성된 커패시터의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 5에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제2 영역에 형성된 코일의 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 5에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제2 영역에 형성된 코일의 또다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 전자기기에 장착되는 일 실시예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 구비하는 전자기기의 구성의 일부를 나타낸 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기는 무선 전력 수신 장치(100) 및 충전지(200)를 포함하며, 무선 전력 수신 장치(100)의 구성을 나타낸 도면으로서, 상기 무선 전력 수신 장치(100)는 수신부(10) 및 정류부(20)를 포함한다.
도 1에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
수신부(10)는 2개의 코일들(L1, L2)과 2개의 커패시터들(C1, C2)을 포함하며, 송신부로부터 전송된 무선 전력을 수신한다. 상기 코일들과 커패시터의 개수는 변경될 수 있다. 본 일 실시예의 2개의 코일들(L1, L2)은 2개의 커패시터들(C1, C2) 각각과 직렬로 연결될 수 있으며, 직렬로 연결된 코일과 커패시터들((L1, C1), (L2, C2)) 각각은 공진 회로를 구성할 수 있다. 예를 들어, 수신부(10)는 2개의 서로 다른 공진 주파수들(
Figure 112014086275276-pat00001
,
Figure 112014086275276-pat00002
)을 가질 수 있으며, 2 종류의 서로 다른 송신부로부터 전송된 서로 다른 2개의 공진 주파수를 가지는 2 종류의 무선 전력을 공진 동작을 통해 수신한다. 이때, 상기 공진주파수들(fr1, fr2)은 서로 fr1 <<　fr2의 관계를 만족할 수 있다.
도 1에서는 수신부(10)가 2개의 코일들(L1, L2)과 2개의 커패시터들(C1, C2)로 구성되는 경우를 예시하였으나, 수신부(10)는 3개 이상의 코일들과 3개 이상의 커패시터들을 포함할 수 있으며, 이 경우, 3종류 이상의 무선 전력을 공진 동작을 통해 수신할 수 있다.
정류부(20)는 수신부(10)에서 수신한 무선 전력을 정류하여 직류 전력으로 변환할 수 있다. 정류부(20)는 경우에 따라 상기 직류 전력의 전압을 승압 또는 감압할 수도 있다.
충전지(200)는 상기 정류부(20)로부터 직류 전력을 공급받아 에너지를 저장한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 구비하는 전자기기는 상기 충전지(200)에 저장된 에너지를 이용하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 전자기기는 스마트폰, 테블릿 PC, 노트북, PDA(personal digital assistant) 등 다양한 종류의 휴대용 단말일 수 있으며, 이 경우, 상기 전자기기는 음성 통화나 무선 인터넷 접속 등 다양한 동작을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 구비하는 전자기기는 무선 전력 수신 장치(100) 및 충전지(200)로 구성되어 외부로부터 공급된 무선 전력을 수신하여 충전하고, 외부의 기기에 전력을 공급하는 전력 공급 기기일 수도 있다.
도 2는 본 발명의 무선 전력 수신 장치의 제1 공진 주파수와 제2 공진 주파수의 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수와 전송되는 무선 전력의 공진 주파수의 비에 따른 전력 전송 효율을 나타낸 도면이다. 도 2에서, ω0는 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수를 나타내며, ωA는 전송되는 무선 전력의 공진 주파수를 나타내고, 전달율(Transmissibility)(|G(ωA)|는 전력 전송 효율을 나타내며, δ는 댐핑 계수(Damping coefficient)를 나타낸다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 댐핑 계수(δ)에 상관없이 ωA/ω0가 5 정도가 되면, 전달율이 거의 0인 것을 알 수 있다. 즉, 전송되는 무선 전력의 공진 주파수(ωA)가 무선 전력 수신 장치의 공진 주파수(ω0)의 5배 정도가 되면, 전송되는 무선 전력은 무선 전력 수신 장치에 거의 전달되지 않는다는 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 제2 공진 주파수(fr2)가 제1 공진 주파수(fr1)의 5배 정도가 된다면, 제1 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력을 전송하는 송전 코일과 제2 공진 주파수(fr2)를 가지는 제2 공진 회로(L2, C2) 사이의 커플링 또는 간섭이 거의 없으며, 마찬가지로 제2 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력을 전송하는 송전 코일과 제1 공진 주파수(fr1)를 가지는 제1 공진 회로(L1, C1) 사이의 커플링 또는 간섭이 거의 없다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 공진 주파수(fr2)는 제1 공진 주파수(fr1)의 5배 이상으로 설정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 공진 주파수(fr1)과 제2 공진 주파수(fr2)는 서로 상이한 표준 방식에 의한 공진 주파수일 수 있다. 예를 들면, 제1 공진 주파수(fr1)는 WPC(Wireless Power Consortium) 표준 주파수 또는 PMA(Power Matters Alliance) 표준 주파수일 수 있으며, 제2 공진 주파수(fr2)는 A4WP(Alliance for Wirelses Power) 표준 주파수일 수 있다. 상기 WPC 표준 주파수는 110kHz 내지 205kHz이고, 상기 PMA 표준 주파수는 277kHz 내지 357kHz이고, 상기 A4WP 표준 주파수는 6.78MHz일 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 이용하면, 다양한 방식으로 전송되는 무선 전력을 스위치 제어 없이도 모두 수신할 수 있다.
도 3은 제1 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 등가 회로도를 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하여, 제1 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
상술한 바와 같이,
Figure 112014086275276-pat00003
,
Figure 112014086275276-pat00004
, 및 fr1 <<　fr2의 관계를 가질 수 있으며, 이 경우, 제1 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 제2 코일(L2)의 임피던스의 크기(w1·L2)(여기서, w1=2π·fr1)는 제2 커패시터(C2)의 임피던스의 크기(
Figure 112014086275276-pat00005
)에 비해 무시할 수 있을 정도로 작다. 따라서, 도 1의 제2 코일(L2)과 제2 커패시터(C2)는 도 3에 나타낸 바와 같이 등가적으로 커패시티브 특성을 띄게 된다.
또한, 제1 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 제1 코일(L1)과 제1 커패시터(C1)의 합성 임피던스는 매우 작은 값(이상적일 경우, 0)이 되므로, 제2 커패시터(C2)의 임피던스는 상대적으로 매우 큰 값이 된다. 따라서, 제1 코일(L1) 및 제1 커패시터(C1)와 병렬로 연결된 제2 커패시터(C2)는 회로적으로 오픈된 것과 동일하게 볼 수 있어 제1 코일(L1) 및 제1 커패시터(C1)로 구성된 공진회로에 영향을 미치지 못하게 된다.
그러므로, 제1 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 수신부(10)는 제1 코일(L1) 및 제1 커패시터(C1) 만으로 구성된 것과 동일한 상태가 되어, 공진 동작에 의해 상기 무선 전력을 수신하게 된다.
도 4는 제2 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 등가 회로도를 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하여, 제2 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
상술한 바와 같이,
Figure 112014086275276-pat00006
,
Figure 112014086275276-pat00007
, 및 fr1 <<　fr2의 관계를 가지므로, 제2 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 제1 커패시터(C1)의 임피던스의 크기(
Figure 112014086275276-pat00008
)(여기서, w2=2π·fr2)는 제1 코일(L1)의 임피던스의 크기(w2·L1)에 비해 무시할 수 있을 정도로 작다. 따라서, 도 1의 제1 코일(L1)과 제1 커패시터(C1)는 도 4에 나타낸 바와 같이 등가적으로 인덕티브 특성을 띄게 된다.
또한, 제2 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 제2 코일(L2)과 제2 커패시터(C2)의 합성 임피던스는 매우 작은 값(이상적일 경우, 0)이 되므로, 제1 코일(L1)의 임피던스는 상대적으로 매우 큰 값이 된다. 따라서, 제2 코일(L2) 및 제2 커패시터(C2)와 병렬로 연결된 제1 코일(L1)는 회로적으로 오픈된 것과 동일하게 볼 수 있어 제2 코일(L2) 및 제2 커패시터(C2)로 구성된 공진회로에 영향을 미치지 못하게 된다.
그러므로, 제2 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력이 수신될 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 수신부(10)는 제2 코일(L2) 및 제2 커패시터(C2) 만으로 구성된 것과 동일한 상태가 되어, 공진 동작에 의해 상기 무선 전력을 수신할 수 있게 된다.
도 3 및 도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)가 제1 공진 주파수(fr1) 또는 제2 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력을 수신하는 경우를 각각 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)는 제1 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력과 제2 공진 주파수(fr2)를 가지는 무선 전력을 동시에 수신할 수도 있다. 이 경우, 제1 공진 주파수(fr1)를 가지는 무선 전력은 수신부(10)의 제1 코일(L1)과 제1 커패시터(C1)를 통해 수신할 수 있고, 제2 공진 주파수(fr2)을 가지는 무선 전력은 수신부(10)의 제2 코일(L2)과 제2 커패시터(C2)를 통해 수신할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)의 실제 적용례를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 무선 전력 수신 장치(100)는 회로 및 전자 부품등이 실장되는 제1 영역(40)과 코일 등이 형성되는 제2 영역(50)을 포함하는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100, 도 1 참조)의 정류부(20, 도1 참조)는 상기 제1 영역(40)에 배치될 수 있다. 정류부(20, 도 1 참조)는 하나의 칩 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100, 도 1 참조)의 수신부(10, 도 1 참조)의 제1 코일(L1) 및 제2 코일(L2) 는 제2 영역(50)에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100, 도 1 참조)의 수신부(10, 도 1 참조)의 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 제1 영역(40)에 배치될 수도 있으며, 제2 영역(50)에 형성될 수도 있다. 상기 제1 커패시터(C1) 및 상기 제2 커패시터(C2)가 제2 영역(50)에 형성될 경우, 상기 제1 커패시터(C1) 및 상기 제2 커패시터(C2)는 상기 인쇄 회로 기판 내부에 임베딩(embedding)되는 형태로 형성될 수 있다.
도 6은 도 5에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)의 제2 영역(50)에 형성된 코일의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 코일(L1)은 동일한 인쇄 회로 기판 표면에 배치되는 제2 코일(L2)과 간격(d)을 가지고 내측에 배치될 수 있다. 도 6에서는 제1 코일(L1)이 제2 코일(L2)의 내경의 내측에, 제2 코일(L2)이 제1 코일(L1)의 외경의 외측에 배치되는 경우를 도시하였으나, 제1 코일(L1)과 제2 코일(L2)의 배치 위치는 변경될 수 있다.
또한, 도 6에서는 제1 코일(L1)과 제2 코일(L2)가 원형인 경우를 예시하였으나, 제1 코일(L1)과 제2 코일(L2)의 형상은 특별히 제한되지 않는다.
도 7은 도 5 및 도 6에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)의 제2 영역(50)의 단면을 나타낸 것으로서, 무선 전력 수신 장치(100)의 제2 영역(50)에 형성된 커패시터의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 제2 영역(50)에는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)가 배치될 수 있으며, 이 경우, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 인쇄 회로 기판(PCB) 내부에 임베딩되는 형태로 구현될 수 있다. 임베딩된 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 비아홀들(via)을 통하여 제1 코일(L1)과 정류부(20, 도 1 참조) 사이 및 제2 코일(L2)과 정류부(20, 도 1 참조) 사이 각각에 배치될 수 있다. 제1 커패시터(C1)가 제1 코일(L1)과 직렬로, 제2 커패시터(C2)가 제2 코일(L2)과 직렬로 연결되는 것을 전제로, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 위치는 특별히 제한되지 않는다.
또한, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 제1 영역(40)에 배치될 수도 있으며, 이 경우, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 제2 영역(50)에서 제외될 수 있다.
도 8 및 도 9는 도 5에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)의 제2 영역(50)에 형성된 코일의 다른 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 제1 코일(L1)과 제2 코일(L2)은 동일한 PCB 기판 표면에 좌우로 병렬 배치될 수도 있다.
또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 코일(L1)과 제2 코일(L2) 각각이 서로 다른 인쇄 회로 기판의 레이어, 예를 들면, 인쇄 회로 기판의 일면과 타면에 배치될 수도 있다.
각각의 경우에 있어서, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 제1 영역(40) 또는 제2 영역(50)에 배치될 수 있으며, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)가 제2 영역(50)에 배치되는 경우, 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 도 7 및 도 9에 나타낸 바와 같이 인쇄 회로 기판(PCB) 내부에 임베딩될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)가 전자기기(300)에 장착되는 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도 10에서 200은 충전지를 나타낸다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)는 전자기기(300)의 뒷면에 장착될 수 있다. 이 경우, 무선 전력 수신 장치(100)의 단자와 전자기기(300)의 단자가 서로 연결될 수 있는 위치에, 무선 전력 수신 장치(100)를 배치함으로써, 무선 전력 수신 장치(100)가 수신한 무선 전력이 충전지(200)로 전달될 수 있다.
도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)가 전자기기(300)의 뒷면에 장착되는 경우를 예시하고 있으나, 무선 전력 수신 장치(100)는 다양한 방법으로 전자기기(300)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 전자기기(300)가 별도의 포트(예를 들면, USB 포트 등)를 구비하고 있고, 무선 전력 수신 장치(100)가 상기 포트에 연결되는 형태로 구현될 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(100)는 충전지(200)와 일체형으로 구현될 수도 있으며, 무선 전력 수신 장치(100)는 전자기기(300)와 일체형으로 구현될 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치가 2개의 코일과 2개의 커패시터로 구성되는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 코일과 커패시터의 수는 3개 이상이 될 수 있으며, 이 경우, 무선 전력 수신 장치는 서로 다른 공진 주파수를 가지는 3종류 이상의 무선 전력을 공진 동작을 통해 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 각각의 코일 및 커패시터의 직렬회로들의 출력측 연결을 각각 제어하기 위한 별도의 스위치들이 필요없이 자동적으로 송신된 무선 전력의 공진 주파수에 동기화된 코일 및 커패시터의 직렬회로만이 활성화되며, 활성화된 코일 및 커패시터의 직렬회로를 통하여 수신된 무선 전력이 정류부에 전달된다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 무선 전력 수신 장치 200 : 충전지
10 : 수신부 20 : 정류부

Claims (26)

  1. 제1 공진 주파수를 가지는 제1 공진 회로;
    상기 제1 공진 회로와 병렬로 연결되고, 상기 제1 공진 주파수의 5배 이상인 제2 공진 주파수를 가지는 제2 공진 회로; 및
    상기 제1 공진 회로와 상기 제2 공진 회로 중 적어도 하나의 공진 회로로 수신한 무선 전력을 정류하여 충전 전류를 출력하는 정류부를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공진 회로와 상기 제2 공진 회로는 직접 연결되는 무선 전력 수신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공진 회로와 상기 제2 공진 회로는 스위치 없이 연결되는 무선 전력 수신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력의 주파수가 상기 제1 공진 주파수인 경우, 상대적으로 큰 상기 제2 공진 회로의 임피던스에 의해 상기 무선 전력은 제1 공진 회로를 통해 상기 정류부로 전달되고,
    상기 무선 전력의 주파수가 상기 제2 공진 주파수인 경우, 상대적으로 큰 상기 제1 공진 회로의 임피던스에 의해 상기 무선 전력은 상기 제2 공진 회로를 통해 상기 정류부로 전달되는 무선 전력 수신 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 공진 회로는
    제1 커패시터; 및
    상기 제1 커패시터와 직렬로 연결된 제1 코일을 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 공진 회로는
    제2 커패시터; 및
    상기 제2 커패시터와 직렬로 연결된 제2 코일을 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공진 주파수는 WPC(Wireless Power Consortium) 표준 주파수 또는 PMA(Power Matters Alliance) 표준 주파수이고,
    상기 제2 공진 주파수는 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 주파수인 무선 전력 수신 장치.
  9. 정류부가 배치되는 제1 영역; 및
    제1 코일, 제2 코일, 제1 커패시터, 및 제2 커패시터가 배치되는 제2 영역을 포함하는 인쇄회로기판을 포함하고,
    상기 제1 코일의 일단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제1 코일의 타단은 상기 제1 커패시터와 연결되고,
    상기 제1 커패시터의 일단은 상기 제1 코일과 연결되고, 상기 제1 커패시터의 타단은 상기 정류부와 연결되고,
    상기 제2 코일의 일단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제2 코일의 타단은 상기 제2 커패시터와 연결되고,
    상기 제2 커패시터의 일단은 상기 제2 코일과 연결되고, 상기 제2 커패시터의 타단은 상기 정류부와 연결되고,
    상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터는 상기 제2 코일 및 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되고,
    상기 제2 코일과 상기 제2 커패시터에 의해 결정되는 제2 공진 주파수는 상기 제1 코일과 상기 제1 커패시터에 의해 결정되는 제1 공진 주파수의 5배 이상인 무선 전력 수신 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터는
    상기 인쇄 회로 기판의 상기 제2 영역에 임베딩되는 무선 전력 수신 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일은
    상기 인쇄회로기판의 상기 제2 영역의 동일한 면에 배치되는 무선 전력 수신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코일은 상기 제2 코일의 내경의 내측에 배치되는 무선 전력 수신 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코일의 일측에 상기 제2 코일이 배치되는 무선 전력 수신 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제1 코일은 상기 인쇄회로기판의 상기 제2 영역의 일면에 배치되고,
    상기 제2 코일은 상기 인쇄회로기판의 상기 제2 영역의 타면에 배치되는 무선 전력 수신 장치.
  15. 삭제
  16. 제9항에 있어서,
    상기 제1 코일과 상기 제1 커패시터에 의해 결정되는 제1 공진 주파수는 WPC(Wireless Power Consortium) 표준 주파수 또는 PMA(Power Matters Alliance) 표준 주파수이고, 상기 제2 코일과 상기 제2 커패시터에 의해 결정되는 제2 공진 주파수는 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 주파수인 무선 전력 수신 장치.
  17. 제1 커패시터, 제2 커패시터, 및 정류부가 배치되는 제1 영역; 및
    제1 코일, 및 제2 코일이 배치되는 제2 영역을 포함하는 인쇄회로기판을 포함하고,
    상기 제1 코일의 일단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제1 코일의 타단은 상기 제1 커패시터와 연결되고,
    상기 제1 커패시터의 일단은 상기 제1 코일과 연결되고, 상기 제1 커패시터의 타단은 상기 정류부와 연결되고,
    상기 제2 코일의 일단은 상기 정류부와 연결되고, 상기 제2 코일의 타단은 상기 제2 커패시터와 연결되고,
    상기 제2 커패시터의 일단은 상기 제2 코일과 연결되고, 상기 제2 커패시터의 타단은 상기 정류부와 연결되고,
    상기 제1 코일 및 상기 제1 커패시터는 상기 제2 코일 및 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되고,
    상기 제2 코일과 상기 제2 커패시터에 의해 결정되는 제2 공진 주파수는 상기 제1 코일과 상기 제1 커패시터에 의해 결정되는 제1 공진 주파수의 5배 이상인 무선 전력 수신 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일은
    상기 인쇄회로기판의 상기 제2 영역의 동일한 면에 배치되는 무선 전력 수신 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 코일은 상기 인쇄회로기판의 상기 제2 영역의 일면에 배치되고,
    상기 제2 코일은 상기 인쇄회로기판의 상기 제2 영역의 타면에 배치되는 무선 전력 수신 장치.
  20. 삭제
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제1 코일과 상기 제1 커패시터에 의해 결정되는 제1 공진 주파수는 WPC(Wireless Power Consortium) 표준 주파수 또는 PMA(Power Matters Alliance) 표준 주파수이고, 상기 제2 코일과 상기 제2 커패시터에 의해 결정되는 제2 공진 주파수는 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 주파수인 무선 전력 수신 장치.
  22. 제1 공진 주파수를 가지는 제1 공진 회로;
    상기 제1 공진 회로와 병렬로 연결되고, 상기 제1 공진 주파수의 5배 이상인 제2 공진 주파수를 가지는 제2 공진 회로;
    상기 제1 공진 회로와 상기 제2 공진 회로 중 적어도 하나의 공진 회로로 수신한 무선 전력을 정류하여 충전 전류를 출력하는 정류부; 및
    상기 충전 전류를 입력하여 전력을 충전하는 충전지를 포함하는 전자기기.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1 공진 회로는
    제1 커패시터; 및
    상기 제1 커패시터와 직렬로 연결된 제1 코일을 포함하는 전자기기.
  24. 제22항에 있어서, 상기 제2 공진 회로는
    제2 커패시터; 및
    상기 제2 커패시터와 직렬로 연결된 제2 코일을 포함하는 전자기기.
  25. 삭제
  26. 제22항에 있어서,
    상기 제1 공진 주파수는 WPC(Wireless Power Consortium) 표준 주파수 또는 PMA(Power Matters Alliance) 표준 주파수이고,
    상기 제2 공진 주파수는 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준 주파수인 전자기기.
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