KR101777434B1 - 무선 전력 링크 상에서 데이터 통신을 검출하기 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

무선 전력 링크 상에서 데이터 통신을 검출하기 위한 시스템들 및 방법들 Download PDF

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데이비드 더블유. 바르만
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데일 알. 리프
앤드류 씨. 제이크
마크 에이. 블라하
로버트 디. 그루이치
제이슨 엘. 아미스타디
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Abstract

무선 전원 시스템은 스위칭 회로에 대한 입력 전력에서 통신들을 검출한다. 본 발명의 이 양상에서, 무선 전원은 스위칭 회로에 대한 입력에서 전류를 나타내는 신호를 발생시키기 위한 검출기, 검출된 신호를 필터링하는 대역 통과 필터, 필터링된 신호를 증폭하기 위한 증폭기, 증폭된 신호를 필터링하는 필터 및 최종 신호를 2진 데이터 스트림으로서 처리하는 컨트롤러에 전달될 수 있는 하이 및 로우 신호들의 스트림으로 변환하기 위한 비교기를 포함한다. 제2 양상에서, 무선 전원 시스템은 1차측 탱크 회로에서 전류와 전압 사이의 위상 관계의 변화들에 따라 변경되는 신호를 발생시키기 위한 검출기, 신호를 필터링하기 위한 대역 통과 필터, 필터링된 신호를 증폭하기 위한 증폭기, 증폭된 신호를 필터링하기 위한 필터 및 최종 신호를 2진 데이터 스트림으로서 처리하는 컨트롤러에 전달될 수 있는 하이 및 로우 신호들의 스트림으로 변환하기 위한 비교기를 포함한다.

Description

무선 전력 링크 상에서 데이터 통신을 검출하기 위한 시스템들 및 방법들{SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING DATA COMMUNICATION OVER A WIRELESS POWER LINK}
본 발명은 무선 전원들에 관한 것으로, 보다 구체적으로 통합된 데이터 통신들을 갖는 무선 전원들에 관한 것이다.
다양한 전자 장치들을 충전 및/또는 이들에 동력을 공급할 수 있는 무선 전원 시스템들을 개발하기 위해 증가된 시장의 노력이 존재한다. 무선 전원 시스템들은 직접적인 유선 접속들에 대한 요구 없이 전력이 전자 장치에 전달되게 한다. 이것은 코드들과 관련된 난잡 및 혼란뿐만 아니라 휴대용 전자 장치들에 충전 코드들을 반복적으로 플러그 접속하고 그로부터 분리하는 것과 관련된 불편과 같은 직접적인 전기 접속들과 관련된 각종 문제들을 제거한다.
다수의 종래의 무선 전원 시스템들은 와이어 없이 전력을 운반하기 위해 유도성 전력 전송(즉 전자기장을 이용하는 전력 전송)에 의존한다. 전형적인 유도성 전력 전송 시스템은 1차 코일을 이용하여 변화하는 전자기장의 형태로 에너지를 무선 전송하는 유도성 전원 및 2차 코일을 이용하여 전자기장 내의 에너지를 전력으로 변환하는 원격 장치를 포함한다. 잠재적인 이익들을 인식하고서, 일부 개발자들은 효율을 최대화하며 광범위한 상황 하에서 각종 상이한 타입의 장치들에 적절한 동작을 제공하도록 적응할 수 있는 적응 제어 시스템들을 갖는 무선 전원 시스템들을 제조하는 것에 초점을 맞추었다. 적응 제어 시스템들은 적절한 전력량을 공급하며 각종 동작 조건들에 적응하기 위해, 공진 주파수, 동작 주파수, 레일 전압 또는 듀티 사이클과 같은 동작 파라미터들을 변경할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(들)의 수, 전자 장치(들)의 일반 전력 요건들 및 전자 장치(들)의 순시 전력 요구들에 기초하여 무선 전원의 동작 파라미터들을 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예로서, 1차 코일에 관한 전자 장치(들)의 거리, 위치 및 방위는 전력 전송의 영향을 미칠 수 있으며, 동작 파라미터들의 변화들은 동작을 최적화하는 데 이용될 수 있다. 다른 예에서, 무선 전원의 범위 내에 기생 금속(parasitic metal)의 존재는 성능에 영향을 미치거나 다른 바람직하지 못한 문제들을 제공할 수 있다. 적응 제어 시스템은 기생 금속의 존재에 대해 동작 파라미터들을 조정하거나 전원을 셧다운함으로써 응답할 수 있다. 이 예들에 더하여, 당업자는 적응 제어 시스템의 이용으로부터의 추가적인 이익들을 인식할 것이다.
다수의 적응 제어 시스템들은 적응 제어 시스템(때때로 "1차측"으로 지칭됨)과 휴대용 전자 장치(때때로 "2차측"으로 지칭됨) 사이의 데이터 통신에 의존한다. 예를 들어, 적응 제어 시스템 및 휴대용 전자 장치는 휴대용 장치가 무선 전원과 호환되는 것을 설정하기 위해 핸드셰이크를 수행하거나 다르게 통신할 수 있다. 휴대용 장치는 그의 일반 전력 요건들뿐만 아니라, 그것이 무선 전원으로부터 수신하고 있는 전력량을 나타내는 정보를 전달할 수도 있다. 이 정보는 최적 효율로 적절한 전력량을 공급하도록 적응 제어 시스템이 그의 동작 파라미터들을 조정하게 할 수 있다. 이들 및 다른 이익들은 전자 장치로부터 무선 전원으로의 통신 채널의 존재에서 기인할 수 있다.
추가적인 통신 시스템들에 대한 요구를 회피하기 위해, 일부 기존 유도성 전원 시스템들은 기존 유도성 결합을 통하여 데이터 통신들을 송신할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는, 통신들을 전력 신호에 싣는, "후방 산란 변조"를 이용하여 통신들을 적응 제어 시스템에 송신하는 2차측 컨트롤러를 포함할 수 있다. 이러한 타입의 시스템에서, 2차측 컨트롤러는 전자 장치가 무선 전원으로부터 인출하는 전력량을 변조하는 것에 의해, 전력 신호의 진폭 변조를 이용하여 통신들을 설정한다. 일부 응용들에서, 전자 장치에 의해 인출되는 전력량의 변조는 전용 부하 저항기와 같은 2차측의 부하를 토글링함으로써 달성된다.
적어도 하나의 기존 무선 전원 시스템은 전력 신호로부터 데이터 통신들을 추출하도록 전력 신호에서 전류를 모니터하기 위해 1차측 탱크 회로에서 전류 센서를 이용한다. 이 기술은 효과가 좋고 신뢰성이 높지만, 일부 상황에서는 개선된 신뢰성을 제공하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 이 기존 기술에 고유한 신호 대 잡음비는 일부 응용들에서 비교적 낮을 수 있으며, 따라서 데이터와 잡음을 구별하는 것이 더 곤란해질 수 있다.
본 발명은 탱크 회로를 위한 스위칭 회로에 대한 입력 전력을 모니터함으로써 1차측에서 통신 신호들이 검출되는 무선 전원 시스템을 제공한다. 무선 전원은 스위칭 회로에 공급되는 입력 전력의 전류를 나타내는 신호를 발생시키기 위한 검출기를 갖는 검출기 회로를 포함한다. 검출기 회로는 또한 구동 신호 성분 및 잡음과 같은 통신 신호의 범위 밖의 신호의 변화들을 제거하기 위해 검출기 출력을 필터링하기 위한 대역 통과 필터를 포함할 수 있다. 검출기 회로는 또한 필터링된 신호를 전력 신호 내의 통신들에 대응하는 하이 및 로우 신호들로 변환하기 위한 비교기를 포함할 수 있다. 비교기의 출력은 통신 신호들을 해석하도록 프로그램된 컨트롤러로 공급될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 검출기는 스위칭 회로에 대한 입력 전력에 접속된 증폭기를 포함하며, 증폭기의 2개의 입력들은 입력 전력에서 전류량에 관련되는 차이를 제공하기 위해 저항기를 가로질러 접속되어 있다. 따라서, 검출기의 출력은 스위칭 회로 입력 전력에서 전류를 나타내는 신호이다.
일 실시예에 있어서, 대역 통과 필터는 개별 저역 통과 필터 회로 및 고역 통과 필터 회로를 포함한다. 저역 통과 필터 회로는 증폭기 기반 2극 필터일 수 있다. 고역 통과 필터 회로는 커패시터 및 저항기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 검출기 회로는 대역 통과 필터의 출력과 비교기 사이에 배치된 신호 증폭기를 포함한다. 이 신호 증폭기는 AC 결합 증폭기일 수 있다. 검출기 회로는 신호 증폭기와 비교기 사이에 배치된 필터를 더 포함할 수 있다. 이 필터는 증폭기 기반 2극 필터와 같은 저역 통과 필터일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 필터, 증폭기 및 비교기 기능들은 DSP(digital signal processor)를 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 검출기의 출력은 디지털 신호로 변환되어 디지털 필터링 및 다른 디지털 동작들을 이용하여 처리될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 유도성 무선 전원에서 전력 신호에 변조된 통신들을 검출하기 위한 방법을 제공한다. 통상, 방법은 (1) 스위칭 회로에 대한 입력에서 전류를 나타내는 신호를 생성하는 단계, (2) 2차측 전자 장치에서 통신들이 생성되는 주파수 범위 밖의 변화들을 제거하기 위해 대역 통과 필터로 신호를 필터링하는 단계, (3) 필터링된 신호를 증폭하는 단계, (4) 잡음을 더 제거하고 신호를 분리하기 위해 증폭된 신호를 필터링하는 단계, (5) 필터링된 신호를 비교기를 이용하여 통신들에 대응하는 하이 및 로우 신호들로 변환하는 단계, 및 (6) 변화된 신호들을 하이/로우 신호들을 2진 데이터 스트림으로서 해석하도록 프로그램된 컨트롤러로 공급하는 단계를 포함한다.
제2 양상에서, 본 발명은 1차측 탱크 회로에서 전류와 전압 사이의 위상 관계의 변화들에 기초하여 1차측에서 통신 신호들이 검출되는 무선 전원 시스템을 제공한다. 무선 전원은 탱크 회로에서 전류의 위상에 따라 변경되는 신호를 발생시키기 위한 회로를 갖는 검출기 회로를 포함한다. 검출기 회로는 또한 구동 신호 성분 및 잡음과 같은 통신 신호의 범위 밖의 신호의 변화들을 제거하기 위해 위상 신호를 필터링하기 위한 대역 통과 필터를 포함할 수 있다. 검출기 회로는 또한 필터링된 신호를 데이터 통신 신호에 대응하는 하이 또는 로우 신호로 변환하기 위한 비교기를 포함할 수 있다. 비교기의 출력은 통신 신호들을 해석하도록 프로그램된 컨트롤러로 공급될 수 있다.
이 제2 양상의 일 실시예에 있어서, 검출기는 밸러스트 커패시터들을 가로질러 탱크 회로로부터 취해진 입력 및 입력 신호를 탱크 회로에서 전류의 위상에 따라 변경되는 신호로 변환하기 위한 위상 변환 회로를 포함할 수 있다. 위상 변환 회로는 입력 신호의 버퍼링된 카피를 생성하기 위한 버퍼 및 입력 신호의 반전된 버퍼 카피를 생성하기 위한 반전 버퍼를 포함할 수 있다. 위상 변환 회로는 또한 비반전된 버퍼 카피 및 반전된 버퍼 카피의 시간 분할된 조합(time-sliced combination)인 출력 신호를 발생시키기 위한 멀티플렉서를 포함할 수 있다. 멀티플렉서는 멀티플렉서의 타이밍을 제어하기 위한 입력을 포함한다. 입력은 멀티플렉서의 출력이 스위칭 회로의 타이밍과 동기해서 비반전된 버퍼 카피와 반전된 버퍼 카피 사이에서 교대하도록 스위칭 회로 구동 신호에 연결될 수 있다. 검출기 회로는 또한 멀티플렉서 출력에서 전압의 이동 평균을 나타내는 출력 신호를 생성하는 평균화 회로를 포함할 수 있다. 1차 전류 파형을 동기적으로 시간 분할함으로써, 평균화 회로의 출력에서 DC 전압 레벨 시프트로서 위상 변화가 관찰될 수 있다.
이 제2 양상의 일 실시예에 있어서, 멀티플렉서의 타이밍은 하이측 스위치 구동 신호에 의해 제어된다. 이 신호가 하이일 때, 파형의 비반전된 카피가 멀티플렉서 출력에 송신된다. 신호가 로우일 때, 반전된 카피가 멀티플렉서 출력에 송신된다.
제2 양상의 일 대안 실시예에 있어서, 검출기 회로는 멀티플렉서 출력을 탱크 회로에서 전류의 위상에 따라 변경되는 신호로 변환하기 위한 평균화 회로보다는 적분기 회로를 포함한다. 이 대안 실시예에 있어서, 적분기 회로 출력은 시간에 걸친 멀티플렉서 출력 신호의 평균보다는 시간에 걸친 멀티플렉서 출력 신호의 합계를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 유도성 무선 전원에서 전력 신호에 변조된 통신들을 검출하기 위한 방법을 제공한다. 통상, 방법은 (1) 탱크 회로에서 전류의 위상의 변화들에 따라 변경되는 신호를 발생시키는 단계; (2) 통신들의 주파수 범위 밖의 변화들을 제거하기 위해 대역 통과 필터로 신호를 필터링하는 단계, (3) 필터링된 신호를 증폭하는 단계, (4) 잡음을 더 제거하고 신호를 분리하기 위해 증폭된 신호를 필터링하는 단계, (5) 필터링된 신호를 통신들에 대응하는 하이 및 로우 신호들로 변환하는 단계, 및 (6) 변환된 신호들을 하이/로우 신호들을 2진 데이터 스트림으로서 해석하도록 프로그램된 컨트롤러로 공급하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 탱크 회로에서 전류의 위상의 변화들에 따라 변경되는 신호를 발생시키기 위한 단계는 (1) 탱크 회로에서 전류를 나타내는 신호를 제공하는 단계, (2) 신호의 버퍼 카피를 생성하는 단계, (3) 신호의 반전된 버퍼 카피를 생성하는 단계, (4) 버퍼 카피 및 반전된 버퍼 카피를 스위칭 회로의 타이밍에 기초하여 비반전된 카피와 반전된 카피 사이에서 교대하는 시간 분할된 파형으로 결합하는 단계, 및 (5) 시간 분할된 파형의 이동 평균을 나타내는 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 유도성 부하를 가로질러 전력 신호에서 데이터 통신들을 검출하기 위한 간단하고 효과적인 시스템들 및 방법들을 제공한다. 스위칭 회로 입력 전력 검출 시스템 및 방법에서, 입력 전류는 2차측의 전류에 따라 더 선형적으로 그리고 더 예측가능하게 크기 조정된다. 이것은 시스템이 보다 작은 전체 입력 범위에 대해 설계되게 하며 보다 큰 신호 대 잡음비를 제공한다. 마지막 검출은 보다 간단하며 결과적으로 동작 주파수 범위에 걸쳐서 더 견고해질 수 있다. 더욱이, 변화하는 부하에도 불구하고 허전력(imaginary power)(1차 코일 전류)이 일정하게 유지될 때, 전자 장치에 의해 소비되는 실전력(real power)은 여전히 변화한다. 입력으로부터 1차 코일로 인출되는 전력을 검출함으로써, 이 변화가 관찰되고 디지털 데이터로 해석될 수 있다. 위상 변화 검출 시스템 및 방법에서, 통신 부하로 인한 위상 변화는 더 선형적이며 진폭보다 높은 신호 대 잡음비를 제공한다. 데이터가 존재할 때, 그것은 파형의 플러스 및 마이너스 부분들 사이의 불균형을 초래하는 위상 시프트를 야기하며, 그것은 DC 레벨 변화로서 검출될 수 있다. 동기적인 시간 분할은 전류 파형의 플러스 및 마이너스 부분들이 어떤 통신도 발생하지 않을 때 신호로부터 필터링될 수 있는 일정한 전압으로 안정되도록 허용한다. 부하의 변화들로 인한 신호의 부분들은 자체 상쇄(self-cancel)되어, 위상 변화로부터 유도된 신호가 확실히 검출되게 할 것이다. 그 결과, 장치로부터의 전력의 변화로 인해 통신들을 유실하는 가능성이 적어진다.
본 발명의 이들 및 다른 장점들과 특징들은 실시예들의 설명 및 도면들을 참조하여 더 완전히 이해 및 인식될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전원 시스템의 개략도이다.
도 2는 검출기 회로를 나타내는 회로도이다.
도 3은 입력 전력 검출 알고리즘의 일반적인 단계들을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제2 양상에 따른 무선 전원 시스템의 개략도이다.
도 5는 검출기 회로를 나타내는 회로도이다.
도 6은 위상 변화 검출 알고리즘의 일반적인 단계들을 나타내는 순서도이다.
도 7은 멀티플렉서의 입력 및 출력을 나타내는 도면이다.
도 8은 전류가 도 7에 도시된 것과는 다른 위상에 있을 때 멀티플렉서의 입력 및 출력을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예들이 상세히 설명되기 전에, 본 발명은 이하의 설명에 설명되거나 도면들에 예시된 동작의 상세한 설명 또는 구성요소들의 구성 및 배열의 상세한 설명에 제한되지 않는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 각종 다른 실시예들에서 구현되며 여기에 명백히 개시되지 않은 대안 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 여기에 이용되는 어구 및 용어는 설명을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는 것이 이해되어야 한다. "포함하는(including)" 및 "포함하는(comprising)" 및 그 변형들의 이용은 그 뒤에 리스트되는 항목들과 그 균등물들뿐만 아니라 추가적인 항목들과 그 균등물들을 포함하도록 의도된다. 더욱이, 각종 실시예들의 설명에서 열거가 이용될 수 있다. 달리 명백히 제시되지 않으면, 열거의 이용은 본 발명을 구성요소들의 임의의 특정 순서 또는 수에 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 열거의 이용은 열거된 단계들 또는 구성요소들과 또는 이들에 조합될 수 있는 임의의 추가적인 단계들 또는 구성요소들을 본 발명의 범위로부터 배제하는 것으로 해석되지도 않아야 한다.
본 발명은 2차측의 전력 신호에 변조된 데이터 통신들을 무선 전원의 1차측에서 검출하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 일 양상에서, 본 발명은 스위칭 회로에 대한 입력 전력에서 통신들을 검출한다. 본 발명의 이러한 양상에 있어서, 무선 전원은 스위칭 회로에 대한 입력에서 전류를 나타내는 신호를 발생시키기 위한 검출기, 검출된 신호를 필터링하기 위한 대역 통과 필터, 필터링된 신호를 증폭하기 위한 증폭기, 증폭된 신호를 필터링하기 위한 필터 및 최종 신호를 2진 데이터 스트림으로서 처리하기 위한 컨트롤러에 전달될 수 있는 하이 및 로우 신호들의 스트림으로 변환하기 위한 비교기를 포함한다. 제2 양상에서, 본 발명은 1차측 탱크 회로에서 전류와 전압 사이의 위상 관계의 변화들을 통해 통신들을 검출한다. 이러한 제2 양상에서, 무선 전원은 1차측 탱크 회로에서 전류와 전압 사이의 위상 관계의 변화에 따라 변경되는 신호를 발생시키기 위한 검출기, 신호를 필터링하기 위한 대역 통과 필터, 필터링된 신호를 증폭하기 위한 증폭기, 증폭된 신호를 필터링하기 위한 필터 및 최종 신호를 2진 데이터 스트림으로서 처리하기 위한 컨트롤러에 전달될 수 있는 하이 및 로우 신호들의 스트림으로 변환하기 위한 비교기를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 유도성 무선 전원 시스템(10)이 도 1에 도시되어 있다. 시스템(10)은 통상 AC 메인즈(mains) 입력(12), 정류기(14), DC-DC 컨버터(16), 컨트롤러(18), 스위칭 회로(20), 탱크 회로(23) 및 검출기 회로(24)를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 탱크 회로(23)는 1차 코일(15) 및 밸러스트 커패시터(62)를 포함하지만; 탱크 회로(23)의 구성은 응용에 따라 다를 수 있다. 검출기 회로(24)는 스위칭 회로(20)에 대한 입력 전력에 연결된다. 검출기 회로(24)는 입력 전력(Ii)의 전류에 정비례하는 출력 신호를 생성하도록 배열된 증폭기(26)를 포함한다. 또한, 검출기 회로(24)는 통신 신호의 주파수 범위 이내에 있지 않은 출력 신호의 변화를 제거하기 위한 대역 통과 회로(28)를 포함한다. 검출기 회로(24)는 또한 필터링된 신호를 증폭하기 위한 증폭기(30)를 포함할 수 있다. 검출기 회로(24)는 또한 증폭기 출력을 하이 또는 로우 신호로 변환하기 위한 비교기(32)를 포함할 수 있다. 비교기 출력(32)은 컨트롤러(18)와 같은 컨트롤러에 제공되며, 그것은 하이 및 로우 신호들을 2진 데이터 스트림으로서 해석한다.
또한, 도 1은 무선 전원(10)으로부터 무선 전력을 수신할 수 있는 휴대용 전자 장치(100)를 도시한다. 전자 장치(100)는 통상 종래의 것이므로 한정된 설명으로 기재될 것이다. 전자 장치(100)는 통상 2차 코일(102), 정류기(104), 컨트롤러(106), 통신 부하(108) 및 부하(110)를 포함한다. 2차 코일(102)은 무선 전원 시스템(10)에 의해 발생된 가변 전자기장에 응답하여 전력을 발생시킬 수 있는 와이어 코일 또는 본질적으로 임의의 다른 인덕터일 수 있다. 정류기(102)는 AC 전력을 DC 전력으로 변환한다. 도시되어 있지 않지만, 장치(100)는 또한 변환이 요구되는 실시예들에서 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 컨트롤러(106)는 부하(110)에 정류된 전력을 인가하도록 구성된다. 이 실시예에 있어서, 부하(110)는 장치(100)의 전자 부품을 나타낸다. 일부 응용들에서, 부하(110)는 장치(100)의 전자 부품에 대한 전력의 공급을 관리할 수 있는 전력 관리 블록을 포함할 수 있다. 예를 들어, 종래의 전자 장치는 내부 배터리를 포함할 수 있다. 전력 관리 블록은 장치의 내부 배터리를 충전하기 위해 정류된 전력을 이용할 때 및 장치에 동력을 공급하기 위해 전력을 이용할 때를 결정할 수 있다. 그것은 배터리 충전과 장치의 직접적인 동력 공급 사이에서 전력을 배분할 수도 있다. 일부 응용들에서, 부하(110)는 전력 관리 블록을 포함할 수 없다. 그러한 응용들에서, 컨트롤러(106)는 전력 관리 기능들을 취급할 수 있도록 프로그램될 수 있거나 전자 장치(100)는 전력 관리 기능들을 취급하기 위한 개별 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 컨트롤러(106)는 후방 산란 변조 방식을 이용하여 전력 신호 상에 데이터 통신들을 생성하도록 컨트롤러(106)가 통신 부하(108)를 선택적으로 적용하는 것을 가능하게 하는 통신 프로그래밍을 포함한다.
도 2는 검출기 회로(24)의 일 실시예를 나타내는 회로도이다. 이 회로도는 스위칭 회로(20)의 스위치들(22, 19)을 나타낸다. 도 2에 도시되어 있지는 않지만, 1차 코일(15)(도 1 참조)은 땜납 패드들(P1 및 P2) 또는 점퍼(J2)에 접속될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 검출기 회로(24)는 스위칭 회로(20)에 대한 입력 전력(Ii)에 연결되는 증폭기(26)를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 증폭기(26)에 대한 2개의 입력들은 저항기(38)를 가로질러 접속된다. 저항기(38)의 값은 증폭기(26)의 전체 차분 범위를 이용하기 위해 예상된 전류의 변화들에 기초하여 선택될 수 있다. 대안 증폭기 장치들이 대안 실시예들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 저항기(38)는 스위칭 회로(20)의 대향측으로(스위칭 회로(20)와 접지 사이로) 이동될 수 있으며 증폭기(26)의 제2 리드는 접지에 연결될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 증폭기(26)는 제로 참조를 설정하도록 선택된 한 쌍의 저항기들(42, 44)로 VCC에 연결되는 입력을 포함한다. 검출기 회로(24)는 또한 증폭기(26)의 출력이 비교기(32)에 전달되기 전에 그것을 필터링 및 조절하기 위한 필터링 및 조절 회로를 포함할 수 있다. 이 실시예에 있어서, 검출기 회로(24)는 데이터 통신들의 주파수 범위보다 높은 고주파수 발진들을 제거(또는 감쇠)하도록 주로 기능하는 저역 통과 필터(46)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 저역 통과 필터는 적절한 필터링 범위를 설정하도록 선택된 회로 부품들을 갖는 2극 필터일 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 검출기 회로(24)는 신호에서 임의의 DC 성분을 제한 없이 포함해서, 데이터 통신들의 주파수 범위보다 낮은 저주파수 발진들을 제거(또는 감쇠)하도록 주로 기능하는 고역 통과 필터를 포함한다. 고역 통과 필터는 저항기(47) 및 커패시터(48)를 포함한다.
예시된 실시예에 있어서, 검출기 회로(24)는 신호가 저역 통과 및 고역 통과 필터들을 통과한 후에 그것을 증폭하기 위한 증폭기(30)를 포함한다. 증폭기(30)는 잡음으로부터 신호를 구별하는 데 조력하기 위해 신호를 증폭하도록 구성된다. 증폭기(30)는 통상 종래의 AC 결합 증폭기이다. 증폭기(30)의 이득은 저항기들(47 및 50)의 값들에 기초하여 변경될 수 있다. 검출기 회로(24)는 큰 신호의 변화들이 증폭기(30)를 포화시키는 것을 방지하는 데 조력하기 위해 안정(settling) 다이오드들(54, 56)을 포함할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 검출기 회로(24)는 증폭기(30)의 출력을 필터링하기 위한 필터(48)를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 필터(48)는 증폭기(30)의 출력에 존재할 수 있는 고주파수 잡음을 제거하도록 구성된 저역 통과 필터이다. 필터(48)는 도시된 바와 같이 2극 필터일 수 있다.
비교기(32)는 2개의 입력들을 포함하는데, 그 중 제1 입력은 필터(48)의 출력에 연결되며 그 중 제2 입력은 이 실시예에 있어서 증폭된 신호의 DC 성분보다 약간 낮도록 설정되는 참조 신호에 연결된다. 따라서, 비교기 출력은 어떤 통신도 신호에 존재하지 않을 때 하이로 유지될 것이다. 통신이 존재하면, 비교기 출력은 통신 신호들에 대응하여 하이와 로우 사이에서 토글링한다.
비교기(32)의 출력은 컨트롤러(18)에 공급되며, 그것은 신호들을 2진 데이터 스트림으로서 분석한다. 예시된 실시예에 있어서, 원격 전자 장치는 데이터 비트들을 전력 신호 상에 변조하기 위해 차분 2상 인코딩 방식을 이용한다. 이 방법에 있어서, 2진수 1은 클록 신호의 상승 에지와 일치하는 제1 전이 및 클록 신호의 하강 에지와 일치하는 제2 전이를 갖는 전력 신호의 2개의 전이를 이용하여 통신 스트림으로 표시된다. 2진수 0은 클록 신호의 상승 에지와 일치하는 전력 신호의 단일 전이에 의해 표현된다. 따라서, 컨트롤러(18)는 대응하는 방식을 이용하여 비교기(32)를 디코딩하도록 구성된다. 그러나, 본 발명은 차분 2상 인코딩과 관련하여 이용하는 데 제한되는 것이 아니라, 그 대신에 본질적으로 임의의 통신 방식 또는 방법을 이용하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 각종 증폭기 블록들을 갖는 검출기 회로(24) 및 신호가 컨트롤러(18)에 공급되기 전에 신호를 필터링 및 조절하기 위한 다른 아날로그 회로와 관련하여 설명되지만, 필터링, 조절 및/또는 비교기 기능들은 대안으로 DSP(digital signal processor)를 이용하여 수행될 수 있다. 이 대안에서, 증폭기(26)의 츨력은 DSP로 공급될 수 있다. DSP는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 다음에 디지털 신호를 처리하여, 상술한 회로를 이용하여 발생되었을 하이 및 로우 출력들과 일치하는 하이 및 로우 출력들을 발생시킨다. 예를 들어, DSP는 통신들에 이용되는 주파수 범위 밖에서 발생하는 신호 성분들을 제거하도록 입력 신호를 처리하고, 나머지 신호를 분석하여 통신 신호들을 식별한 다음에 그 통신 신호들에 따라 하이 및 로우 구동되는 출력 신호를 제공할 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명은 유도성 전원 시스템(10)의 1차측에서 데이터 통신들을 검출하기 위한 방법을 제공한다. 일반적으로, 방법은 (1) 스위칭 회로에 대한 입력(Ii)에서 전류를 나타내는 신호를 생성하는 단계(120), (2) 2차측 전자 장치에서 통신들이 생성되는 주파수 범위 밖의 변화들을 제거하기 위해 대역 통과 필터(28)를 통해 신호를 통과시키는 단계(122), (3) 필터링된 신호를 증폭하는 단계(124), (4) 잡음을 더 제거하고 신호를 분리하기 위해 증폭된 신호를 필터링하는 단계(126), (5) 통신 신호의 상태에 대응하는 하이 또는 로우 신호를 생성하기 위해 비교기(32)를 통해 필터링된 신호를 진행시키는 단계(128), 및 (6) 비교기(32) 출력을 하이/로우 신호들을 2진 데이터 스트림으로서 해석하도록 프로그램된 컨트롤러로 공급하는 단계(130)를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 스위칭 회로에 대한 입력 전력에서 전류를 나타내는 신호를 생성하는 단계는 스위칭 회로에 대한 입력(Ii)에 증폭기 블록(26)을 연결하는 단계를 포함한다. 증폭기(26)의 플러스 및 마이너스 입력들은 저항기(38)를 가로질러 입력 라인을 따라 접속된다. 저항기(38)는 플러스 및 마이너스 입력들 사이에서 전류 입력 전력에 비례하는 전압 차를 생성한다. 실제에 있어서, 저항기는 전류-전압 변환을 수행한다. 증폭기(26)는 플러스 및 마이너스 입력들 사이에서 전압 차를 나타내는 파형을 출력한다. 증폭기(26)의 이득은 변조된 통신 신호들의 진폭 및 신호 대 잡음비에 부분적으로 의존하여 응용에 따라 다를 수 있다. 이 단계는 대안으로 스위칭 회로에 대한 입력 전력에서 전류를 나타내는 파형을 생성할 수 있는 다른 회로에 의해 수행될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 2차측 전자 장치에서 통신들이 생성되는 주파수 범위 밖의 변화들을 제거하기 위해 대역 통과 필터를 통해 신호를 통과시키는 단계는 저역 통과 필터(46) 및 고역 통과 필터(47, 48)를 통해 파형을 통과시키는 단계들을 포함한다. 예시된 실시예에 있어서, 무선 전력 구동 신호는 통신들의 주파수보다 훨씬 높은 주파수에서 발생한다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 저역 통과 필터(46)는 파형으로부터 구동 신호 성분 및 다른 고주파수 잡음을 제거하도록 주로 구성된다. 예시된 실시예에 있어서, 전자 장치의 부하의 변화들은 통상 통신들의 주파수보다 훨씬 낮은 주파수에서 발생하는 것이 예상된다. 따라서, 이 실시예의 고역 통과 필터(47, 48)는 파형으로부터 부하 성분 및 저주파수 잡음을 제거하도록 주로 구성된다. 고역 통과 및 저역 통과 필터들은 대안으로 통신 신호를 분리할 수 있는 다른 회로에 의해 대체될 수 있다.
예시된 실시예에 있어서, 필터링된 신호를 증폭하는 단계는 AC 결합 증폭기(30)를 통해 신호를 통과시키는 단계들을 포함한다. 증폭기(30)는 응용에 따라 다를 수 있는 이득으로 파형을 증폭한다. 증폭은 파형에서 신호와 잡음 사이의 보다 큰 분리를 생성함으로써 파형을 개선한다. 이 단계가 AC 결합 증폭기에 의해 수행되고 있지만, 신호는 대안으로 다른 타입의 증폭기들에 의해 증폭될 수 있다.
예시된 실시예에 있어서, 증폭된 신호를 필터링하는 단계는 저역 통과 필터(48)를 통해 증폭된 신호를 통과시키는 단계를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 저역 통과 필터(48)는 파형으로부터 회로 잡음을 제거하는 데 주로 이용된다. 다른 응용들에서, 증폭된 신호는 추가적인 또는 선택적인 타입의 필터들을 통해 통과될 수 있다. 일부 응용들에서, 증폭된 파형은 필터링을 필요로 하지 않을 수 있고 따라서 비교기에 직접 전달될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 비교기를 통해 필터링된 신호를 진행시키는 단계는 비교기(32)의 한쪽 입력에 필터링된 신호를 연결하는 단계 및 비교기(32)의 다른 쪽 입력에 참조를 연결하는 단계를 포함한다. 필터링된 신호는 응용에 따라 다를 수 있는 작은 DC 전압 주위에 중심을 둘 수 있다. 참조는 필터링된 신호의 DC 성분과 대략 등가이지만, 약간 낮게 설정될 수 있다. 따라서, 비교기(32)의 출력은 어떤 통신도 존재하지 않을 때 하이이며, 통신이 존재할 때 적절하게 하이와 로우 사이에서 토글링한다. 어떤 통신도 존재하지 않을 때 비교기(32)의 출력이 로우인 것이 바람직한 응용에서, 참조는 필터링된 신호의 DC 성분보다 약간 높게 설정될 수 있다. 파형이 예시된 실시예에 있어서는 비교기를 이용하여 하이/로우 스트림으로 변환되지만, 이 기능은 대안 실시예들에서 다른 회로에 의해 구현될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 제2 양상은 1차측 탱크 회로에서 전류 및 전압의 위상 관계를 이용하여 통신들을 검출하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 이제 도 4를 참조하면, 제2 양상의 일 실시예의 시스템(210)은 통상 AC 메인즈 입력(212), 정류기(214), DC-DC 컨버터(216), 컨트롤러(218), 스위칭 회로(220), 탱크 회로(223) 및 검출기 회로(224)를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 탱크 회로(223)는 1차 코일(215) 및 밸러스트 커패시터(262)를 포함하지만; 탱크 회로(223)의 구성은 응용에 따라 다를 수 있다. 이 실시예의 검출기 회로(224)는 탱크 회로(223)에서 전류에 비례하는 입력 신호를 생성하기 위해 탱크 회로(223)에 연결된다. 검출기 회로(224)는 입력 신호의 버퍼 카피 및 개별 반전된 버퍼 카피를 생성하기 위한 버퍼 회로(225)를 포함한다. 또한, 검출기 회로(224)는 스위칭 회로(20)의 타이밍에 따라 버퍼 카피 또는 반전된 버퍼 카피를 교대로 출력하기 위한 멀티플렉서(227)를 포함한다. 검출기 회로(224)는 멀티플렉서(227)의 출력의 이동 평균을 유지하는 평균화 회로(229)를 포함한다. 또한, 검출기 회로(224)는 통신 신호의 주파수 범위 이내에 있지 않은 신호의 변화들을 제거하기 위한 대역 통과 회로(228)를 포함한다. 검출기 회로(224)는 또한 필터링된 신호를 증폭하기 위한 증폭기(230), 및 증폭된 신호를 필터링하기 위한 필터(248)를 포함할 수 있다. 검출기 회로(224)는 또한 증폭기 출력을 하이 또는 로우 신호로 변환하기 위한 비교기(232)를 포함할 수 있다. 비교기 출력(232)은 컨트롤러(218)와 같은 컨트롤러에 제공되며, 그것은 하이 및 로우 신호들을 2진 데이터 스트림으로서 해석한다.
도 5는 일 실시예의 검출기 회로(224)를 나타내는 회로도이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예의 검출기 회로(224)는 밸러스트 커패시터들(262)을 가로질러 탱크 회로(223)로의 접속(C)을 통해 그의 입력 신호를 획득한다. 검출기 회로(224)는 입력 신호의 버퍼링된 카피를 제공하는 버퍼 증폭기(234), 및 입력 신호의 반전된 버퍼링된 카피를 제공하는 반전 버퍼 증폭기(236)를 포함한다. 검출기 회로(224)는 버퍼 증폭기(234) 및 반전 버퍼 증폭기(236)에 연결되는 2개의 입력들을 갖는 멀티플렉서(227)를 포함한다. 멀티플렉서(227)는 하이측 스위치(예를 들어 하이측 FET)의 드라이버에 대한 구동 신호들과 순차적으로 버퍼 증폭기(234) 또는 반전 버퍼 증폭기(236)로부터의 신호를 교대로 출력하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 하이측 FET 드라이버 신호가 하이일 때, 버퍼 증폭기(234)의 출력이 멀티플렉서 출력에 송신되며, 하이측 FET 드라이버 신호가 로우일 때, 반전 버퍼 증폭기(236)의 출력이 멀티플렉서 출력에 송신된다.
검출기 회로(224)는 멀티플렉서(227)로부터의 출력 신호의 이동 평균을 나타내는 출력 신호를 생성하기 위한 평균화 회로(237)를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 평균화 회로(237)는 2극 필터(246)로서 배열된 증폭기를 포함한다. 2극 필터(246)는 평균화 회로(237)로서 기능할 뿐만 아니라, 필터(46)과 관련하여 상술한 저역 통과 필터로도 기능한다. 이 실시예에 있어서, 필터(246)는 상술한 필터(46)와 본질적으로 동일하다. 따라서, 필터(246)는 상세히 설명되지 않을 것이다. 대안 실시예에 있어서, 검출기 회로(224)는 멀티플렉서 출력을 탱크 회로에서 전류의 위상에 따라 변경되는 신호로 변환하기 위한 평균화 회로보다는 적분기 회로(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이 대안 실시예에 있어서, 적분기 회로 출력은 시간에 걸친 멀티플렉서 출력 신호의 평균보다는 시간에 걸친 멀티플렉서 출력 신호의 합계를 나타낼 수 있다.
검출기 회로(224)의 나머지 필터링 및 조건 구성요소들은 검출기 회로(24)와 관련하여 상술한 것들과 본질적으로 동일하다. 따라서, 그 구성요소들은 본 발명의 이 양상과 관련하여 상세히 설명되지 않을 것이다. 또한, 검출기 회로(224)는 저항기(247)와 커패시터(248)를 갖는 고역 통과 필터, 필터링된 신호를 증폭하도록 구성된 AC 결합 증폭기(230), 증폭된 신호를 필터링하도록 구성된 저역 통과 필터(248) 및 파형을 하이 및 로우 신호들의 스트림으로 변환하도록 구성된 비교기(232)를 포함하는 것이라고 말하면 충분하다.
상술한 입력 전력 검출 시스템들과 같이, 위상 변화 검출 실시예들과 관련하여 예시된 아날로그 회로에 의해 수행되는 각종 기능들은 대안으로 DSP(digital signal processor)를 이용하여 수행될 수 있다. 이 대안에서, 탱크 회로로부터 취해진 입력 신호는 처리를 위해 DSP로 공급될 수 있다. 이 대안의 다른 실시예에 있어서, 멀티플렉서(227)의 출력은 DSP로 공급될 수 있다. 입력 전력 실시예들과 같이, DSP는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 다음에 디지털 신호를 처리하여, 상술한 회로를 이용하여 발생되었을 하이 및 로우 출력들과 일치하는 하이 및 로우 출력들을 발생시킨다. 내부 아날로그-디지털 컨버터 없이 DSP를 이용하는 응용들에서, 아날로그 신호들은 DSP로 전달되기 전에 개별 아날로그-디지털 컨버터를 통해 공급될 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 본 발명은 유도성 전원 시스템(210)의 1차측에서 데이터 통신들을 검출하기 위한 방법을 제공한다. 통상, 방법은 (1) 탱크 회로에서 전류의 위상의 변화들에 따라 변경되는 신호를 발생시키는 단계(600), (2) 통신들의 주파수 범위 밖의 변화들을 제거하기 위해 대역 통과 필터로 신호를 필터링하는 단계(602), (3) 필터링된 신호를 증폭하는 단계(604), (4) 잡음을 더 제거하고 신호를 분리하기 위해 증폭된 신호를 필터링하는 단계(606), (5) 필터링된 신호를 비교기를 이용하여 통신들에 대응하는 하이 및 로우 신호들의 스트림으로 변환하는 단계(608), 및 (6) 변환된 신호들을 하이/로우 신호들을 2진 데이터 스트림으로서 해석하도록 프로그램된 컨트롤러로 공급하는 단계(610)를 포함한다. 알 수 있는 바와 같이, 단계들 (2)-(6)은 본 발명의 제1 양상과 관련하여 상술한 것과 본질적으로 동일하다. 따라서, 단계들 (2)-(6)은 본 발명의 제2 양상과 관련하여 상세히 설명되지 않을 것이다.
탱크 회로에서 전류의 위상의 변화들에 따라 변경되는 신호를 발생시키는 단계는 (1) 탱크 회로에서 전류를 나타내는 신호를 제공하는 단계(612), (2) 신호의 버퍼 카피를 생성하는 단계(614), (3) 신호의 반전된 버퍼 카피를 생성하는 단계(616), (4) 버퍼 카피 및 반전된 버퍼 카피를 스위칭 회로의 타이밍에 기초하여 비반전된 카피와 반전된 카피 사이에서 교대하는 시간 분할된 파형으로 결합하는 단계(618), 및 (5) 시간 분할된 파형의 이동 평균을 나타내는 신호를 생성하는 단계(620)를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 탱크 회로에서 전류를 나타내는 신호를 제공하는 단계는 밸러스트 커패시터들(262)을 가로질러 탱크 회로(223)에 한 쌍의 버퍼 회로들을 결합하는 단계를 포함한다. 이 배열에서, 밸러스트 커패시터들(262)은 버퍼 회로들(234, 236)의 쌍에 대한 신호 입력이 탱크 회로(223)에서 전류에 비례하는 전압이도록 전류-전압 컨버터로서 기능한다. 전류를 나타내는 신호를 획득하기 위한 상이한 기술들이 대안 실시예들에서 이용될 수 있다.
신호의 버퍼 카피를 생성하는 단계는 신호를 1의 이득을 갖는 버퍼 증폭기(234)로 공급하는 단계를 포함한다. 구체적인 버퍼 증폭기 배열은 응용에 따라 다를 수 있다.
신호의 반전된 버퍼 카피를 생성하는 단계는 신호를 마이너스 1의 이득을 갖는 반전 버퍼 증폭기(236)로 공급하는 단계를 포함한다. 구체적인 버퍼 증폭기 배열은 응용에 따라 다를 수 있다.
버퍼 카피 및 반전된 버퍼 카피를 결합하는 단계는 2개의 버퍼 증폭기들(234, 236)의 출력을 멀티플렉서(227)로 전달하는 단계 및 동기 시간 분할들로 비반전된 카피 또는 반전된 카피를 교대로 출력하도록 멀티플렉서(227)를 제어하는 단계를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 멀티플렉서(227)의 제어 입력은 스위칭 회로 드라이버들 중 하나-이 경우에 하이측 스위치(22)에 대한 드라이버에 대한 컨트롤러(218)로부터의 제어 신호에 결합된다. 이 실시예에 있어서, 제어 신호는 멀티플렉서(227)의 동작을 직접 구동하는 데 적당한 컨트롤러(218)로부터의 논리 출력이다. 그 결과, 멀티플렉서(227)는 탱크 회로(223)에서 전류의 위상의 변화들에 따라 변경되는 신호를 제공하도록 평균화 또는 적분될 수 있는 파형을 출력한다. 예시된 실시예는 멀티플렉서(227)를 포함하고 있지만, 멀티플렉서의 기능은 대안으로 스위칭 회로의 타이밍과 동기적으로 버퍼링된 카피 및 반전된 버퍼 카피의 시간 분할된 조합을 나타내는 파형을 생성할 수 있는 다른 회로에 의해 수행될 수 있다.
도 7 및 8은 위상 관계가 2개의 상이한 포인트들에 있을 때 멀티플렉서의 입력 파형 및 시간 분할된 출력을 나타낸다. 이 도면들에서, 상부 정현파 파형들(W1i, W2i)은 반전 및 비반전 버퍼에 진입하는 전압 파형을 나타낸다. 도면들에서의 수직 블랙 라인들(T)은 하이측 스위치의 타이밍을 나타낸다. 보다 구체적으로, 각 블랙 라인은 하이측 스위치의 드라이버에 대한 제어 신호가 논리 값들 사이에서 전이되는 시간을 나타낸다. 이제 도 7을 참조하면, 파형(W1O)은 멀티플렉서에 의해 전압 파형 출력의 시간 분할된 조합을 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 두 시간 분할마다 하나씩 반전되어 조합된 파형의 이동 평균(또는 대안으로 파형의 적분)이 전류의 위상에 따라 변화할 것이다. 이제 도 8을 참조하면, 입력 파형(W2i)의 위상은 입력 파형(W1i)보다 공진에 더 가까운 것(즉 파형의 제로 크로싱들은 구동 제어에서의 전이들에 더 가까운 것)을 알 수 있다. 예시된 실시예에 있어서, 시스템(10)은 통상 공진보다 위에서 동작하며 부하의 증가는 공진에 더 가까운 전류의 시프트가 된다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 파형(W1i)은 2차측에서 통신 부하가 적용되지 않고 있는 기간을 나타내며 파형(W2i)은 통신 부하가 적용되고 있는 기간을 나타낸다. 대안 실시예들에 있어서, 통신 부하의 적용은 공진으로부터 더 멀리 입력 파형을 이동시킬 수 있다(예를 들어, 시스템이 통상 공진에서 동작할 때). 그러한 대안 응용들에서, 비교기의 출력을 반전시키거나 이 차이를 다르게 수용하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 선택으로서, 컨트롤러는 반대 극성의 데이터를 판독하도록 구성될 수 있으며, 그것은 데이터가 레벨들보다는 전이들에서 유지되기 때문에 2상 인코딩의 컨텍스트에서 용이하게 구현될 수 있다. 예시된 실시예에 있어서, 파형(W2O)은 멀티플렉서에 의한 시간 분할된 파형 출력을 나타낸다. 파형(W2O)의 마이너스 부분이 파형(W1O)의 마이너스 부분보다 더 작다면, 파형(W2O)의 이동 평균은 파형(W1O)의 이동 평균보다 더 클 것이다.
이 실시예에 있어서, 시간 분할된 파형의 이동 평균을 나타내는 신호를 생성하는 단계는 신호를 증폭기 배열에 전달하는 단계를 포함한다. 예시된 실시예는 2개의 기능들을 수행하는 증폭기 배열을 통합한다. 보다 구체적으로, 필터(246)는 저역 통과 필터 및 평균화 회로 둘 다로서 기능한다. 따라서, 필터(246)는 멀티플렉서에 의한 파형 출력의 저역 통과 필터링된 이동 평균을 출력한다. 대안 실시예들에 있어서, 이 기능들은 개별 회로 부품들에 의해 수행될 수 있다.
상술한 설명은 본 발명의 현재의 실시예들에 대한 것이다. 각종 변경 및 변화들이 첨부된 청구항들에 정의된 본 발명의 정신 및 광범위한 양상들로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있으며, 첨부된 청구항들은 균등물들의 원칙을 포함하는 특허법의 원리들에 따라 해석되어야 한다. 본 명세서는 예시적인 목적들을 위해 제공되며 본 발명의 모든 실시예들의 총망라한 설명으로서 또는 이 실시예들과 관련하여 예시 및 설명된 특정 요소들에 청구항들의 범위를 제한하도록 해석되지 않아야 한다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 설명된 본 발명의 임의의 개별 요소(들)은 실질적으로 유사한 기능성을 제공하거나 적당한 동작을 다르게 제공하는 대안 요소들에 의해 대체될 수 있다. 이것은 예를 들어 당업자에게 현재 알려져 있을 수 있는 것들과 같은 현재 알려진 대체 요소들, 및 당업자가 개발에 따라 대안으로서 인식할 수 있는 것들과 같은 장래에 개발될 수 있는 대안 요소들을 포함한다. 더욱이, 개시된 실시예들은 동시에 설명되며 이익들의 수집을 협력적으로 제공할 수 있는 복수의 특징들을 포함한다. 본 발명은 발행된 청구항들에 다르게 명백히 설명되는 것을 제외하고, 이 특징들 모두를 포함하거나 지정된 이익들 모두를 제공하는 실시예들에만 제한되지 않는다. 예를 들어 관사 "하나(a, an)", "그(the)", 또는 "상기(said)"를 이용한 단수로 된 청구항 요소들에 대한 임의의 참조는 그 구성요소를 단수로 제한하는 것으로 해석해서는 안 된다.

Claims (25)

  1. 입력의 공급에 응답하여 전자기장을 발생시키도록 구성된 탱크 회로;
    상기 탱크 회로에 연결된 스위칭 회로 - 상기 스위칭 회로는 전기장을 발생시키도록 상기 탱크 회로에 대한 상기 입력의 공급을 제어함 -;
    상기 탱크 회로 및 상기 스위칭 회로에 동작가능하게 연결된 전원 - 상기 전원은 상기 스위칭 회로를 통해 상기 탱크 회로에 입력 전력을 공급하고, 상기 입력 전력은 상기 탱크 회로에 상기 스위칭 회로에 의해 제공됨 -;
    상기 탱크 회로 외측에서 상기 스위칭 회로에 연결되는 검출기 - 상기 검출기는 상기 스위칭 회로를 통해 상기 탱크 회로에 공급되는 상기 입력 전력의 양을 검출하기 위한 것이고, 상기 검출기는 상기 양을 나타내는 신호를 발생시킴 -; 및
    상기 발생된 신호 상에 반송되는 데이터 통신들을 추출하기 위해 상기 발생된 신호를 해석하기 위한 컨트롤러 - 상기 데이터 통신들은 전자 장치로부터 상기 탱크 회로와 전자 장치의 세컨더리(secondary) 사이의 유도성 결합을 통해 송신되고, 상기 전자 장치는 무선 전원으로부터 전력을 인출하도록 구성됨 -
    를 포함하는 무선 전원 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검출기는 상기 입력 전력에 동작가능하게 연결된 증폭기를 포함하며, 상기 증폭기는 저항기를 가로질러 상기 입력 전력에 접속된 2개의 입력들을 포함하며, 그것에 의해 상기 발생된 신호는 상기 입력 전력에서 전류를 나타내는 무선 전원 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 검출기와 상기 컨트롤러 사이에 배치된 필터링 회로를 더 포함하며, 상기 필터링 회로는 상기 발생된 신호에서 반송되는 통신 신호들의 구별을 개선하기 위해 상기 신호를 필터링하는 무선 전원 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 필터링 회로는 대역 통과 필터링 회로로서 더 정의되는 무선 전원 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 대역 통과 필터링 회로는 개별 저역 통과 필터링 회로 및 고역 통과 필터링 회로를 포함하는 무선 전원 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 검출기와 상기 컨트롤러 사이에 배치된 비교기를 더 포함하며, 상기 비교기는 상기 발생된 신호를 상기 발생된 신호 상에 반송되는 통신들에 대응하는 하이 및 로우 신호들로 변환하도록 구성된 무선 전원 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 필터링 회로 및 상기 비교기는 디지털 신호 프로세서에서 구현되는 무선 전원 시스템.
  8. 무선 전원에서 전력 신호에 변조된 통신들을 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 무선 전원은 탱크 회로에 대한 입력을 제어하도록 구성된 스위칭 회로를 가지고, 상기 탱크 회로는 스위칭 회로로부터의 입력에 응답하여 전자기장을 발생시키도록 구성되며,
    스위칭 회로를 통한 탱크 회로에 대한 입력 전력에서 전류를 검출하는 단계 - 상기 입력 전력에서 전류는 탱크 회로 외측에서 검출됨 -;
    스위칭 회로를 통한 탱크 회로에 대한 입력 전력에서 전류를 나타내는 신호를 생성하는 단계;
    필터링 회로로 상기 생성된 신호를 필터링하는 단계;
    증폭기로 상기 필터링된 신호를 증폭하는 단계;
    상기 필터링된 신호를 상기 전력 신호에 변조된 통신들에 대응하는 하이 및 로우 신호들로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 신호를 하이 및 로우 신호들을 2진 데이터 스트림으로서 해석하도록 구성된 컨트롤러에 공급하는 단계
    를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 필터링 단계는 상기 전력 신호에 변조된 통신들의 주파수 범위 밖의 고조파를 감소시키기 위해 상기 생성된 신호를 필터링하는 것으로 더 정의되는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 변환 단계는 비교기에 의해 수행되는 방법.
  11. 입력의 공급에 응답하여 전자기장을 발생시키도록 구성된 탱크 회로;
    상기 탱크 회로에 동작가능하게 연결된 전원 - 상기 전원은 상기 탱크 회로에 입력 전력을 공급함 -;
    상기 탱크 회로에서 전류와 전압 사이의 위상 관계를 나타내는 신호를 발생시키기 위한 검출기; 및
    상기 발생된 신호의 이동 평균의 함수로서 상기 발생된 신호 상에 반송되는 데이터 통신들을 추출하기 위해 상기 발생된 신호를 해석하기 위한 컨트롤러
    를 포함하는 무선 전원 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 검출기는 밸러스트 커패시터를 가로질러 상기 탱크 회로로부터 취해진 입력 및 입력 신호를 상기 탱크 회로에서 상기 전류의 위상에 따라 변화되는 신호로 변환하기 위한 위상 변환 회로를 포함하는 무선 전원 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 위상 변환 회로는 입력 신호의 버퍼 카피를 생성하기 위한 버퍼 및 입력 신호의 반전된 버퍼 카피를 생성하기 위한 반전 버퍼를 포함하는 무선 전원 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 위상 변환 회로는 상기 버퍼 카피 및 상기 반전된 버퍼 카피의 시간 분할된 조합(time-sliced combination)인 출력 신호를 발생시키기 위한 멀티플렉서를 포함하는 무선 전원 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전원은 스위칭 회로를 포함하며,
    상기 멀티플렉서는 상기 멀티플렉서의 타이밍을 제어하기 위한 입력을 포함하며, 상기 입력은 상기 출력 신호가 상기 스위칭 회로의 타이밍과 실질적으로 동기해서 상기 버퍼 카피와 상기 반전된 버퍼 카피 사이에서 교대하도록 상기 스위칭 회로에 대한 구동 신호에 동작가능하게 연결되는 무선 전원 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 검출기는 상기 출력 신호가 상기 멀티플렉서에서 상기 전압의 이동 평균을 나타내도록 구성된 평균화 회로를 포함하는 무선 전원 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 하이측 스위치 구동 신호에 의해 제어되는 하이측 스위치를 포함하고,
    상기 멀티플렉서의 상기 타이밍은 상기 하이측 스위치 구동 신호가 하이일 때 상기 출력 신호가 상기 버퍼 카피를 포함하며 상기 하이측 스위치 구동 신호가 로우일 때 상기 반전된 버퍼 카피를 포함하도록 상기 하이측 스위치 구동 신호에 의해 제어되는 무선 전원 시스템.
  18. 탱크 회로를 갖는 무선 전원에서 전력 신호에 변조된 통신들을 검출하기 위한 방법으로서,
    탱크 회로에서 전압에 대한 탱크 회로에서 전류의 위상의 변화들에 따라 변경되는 신호를 생성하는 단계;
    필터링 회로로 상기 생성된 신호를 필터링하는 단계;
    증폭기로 상기 필터링된 신호를 증폭하는 단계;
    상기 필터링된 신호를 상기 전력 신호에 변조된 통신들에 대응하는 하이 및 로우 신호들로 변환하는 단계 - 상기 하이 및 로우 신호들은 상기 필터링된 신호의 이동 평균에 기초하여 변환됨 -; 및
    상기 변환된 신호를 하이 및 로우 신호들을 2진 데이터 스트림으로서 해석하도록 구성된 컨트롤러에 공급하는 단계
    를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 필터링 단계는 상기 전력 신호에 변조된 통신들의 주파수 범위 밖의 고조파를 감소시키기 위해 대역 통과 필터로 상기 생성된 신호를 필터링하는 것으로 더 정의되는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 생성 단계는,
    상기 탱크 회로에서 상기 전류를 나타내는 신호를 제공하는 단계;
    상기 신호의 버퍼 카피를 생성하는 단계;
    상기 신호의 반전된 버퍼 카피를 생성하는 단계; 및
    상기 버퍼 카피 및 상기 반전된 버퍼 카피를 상기 버퍼 카피와 상기 반전된 버퍼 카피 사이에서 교대하는 시간 분할된 파형으로 결합하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 생성 단계는 상기 시간 분할된 파형의 이동 평균을 나타내는 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 결합 단계는 상기 버퍼 카피 및 상기 반전된 버퍼 카피를 상기 탱크 회로에의 전력 공급을 제어하는 스위칭 회로의 타이밍에 기초하여 상기 버퍼 카피와 상기 반전된 버퍼 카피 사이에서 교대하는 시간 분할된 파형으로 결합하는 것으로 더 정의되는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 결합 단계는 상기 버퍼 카피 및 상기 반전된 버퍼 카피를 하이측 스위치 및 로우측 스위치를 갖는 스위칭 회로에 대한 하이측 스위치 구동 신호에 기초하여 상기 버퍼 카피와 상기 반전된 버퍼 카피 사이에서 교대하는 시간 분할된 파형으로 결합하는 것으로 더 정의되는 방법.
  24. 제19항에 있어서, 상기 생성 단계는,
    상기 탱크 회로에서 상기 전류를 나타내는 신호를 제공하는 단계;
    버퍼 증폭기를 이용하여 상기 신호의 버퍼 카피를 생성하는 단계;
    반전 버퍼 증폭기를 이용하여 상기 신호의 반전된 버퍼 카피를 생성하는 단계;
    상기 버퍼 카피 및 상기 반전된 버퍼 카피를 상기 버퍼 카피와 상기 반전된 버퍼 카피 사이에서 교대하는 시간 분할된 파형으로 결합하는 단계; 및
    2극 필터를 이용하여 상기 시간 분할된 파형의 평균을 나타내는 신호를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제11항에 있어서,
    통신들의 주파수 범위 밖의 고조파를 감소시키기 위해 상기 발생된 신호를 필터링하는 대역 통과 필터링 회로를 더 포함하는 무선 전원 시스템.
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