KR102037439B1 - 멀티 브리지 토폴로지 - Google Patents

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KR102037439B1
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벤자민 씨 모스
매튜 제이 노콘크
조슈아 비 테일러
콜린 제이 무어
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필립스 아이피 벤쳐스 비.브이.
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Abstract

동작 중에 다수의 상이한 브리지 토폴로지(bridge topology)를 제공하도록 구성된 멀티 브리지 토폴로지를 갖는 전원 장치가 제공된다. 상기 전원 장치는 제어기에 접속된 복수의 하프 브리지(half-bridge) 회로를 포함한다. 상기 제어기는 상기 하프 브리지 회로를 제어하여 동작 중에 상기 전원 장치를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 선택적으로 구성할 수 있다.

Description

멀티 브리지 토폴로지{MULTI-BRIDGE TOPOLOGY}
일부 전원 장치(power supply)는 인버터 브리지(bridge)를 가로질러 AC 전원을 인가함으로써 동작한다. 하프 브리지 토폴로지(half bridge topology) 및 풀 브리지 토폴로지(full bridge topology)는 두 가지 예시적인 브리지 토폴로지이다.
하프 브리지 토폴로지는 도 1의 유도성 전원 시스템의 일부로 예시된다. 하프 브리지 토폴로지는 제어기(102), 탱크 회로(104), 및 인버터(106)를 포함한다. 인버터(106)는 한 쌍의 스위치, 즉, 전계 효과 트랜지스터(FET)로 구현된다. 제어기(102)는 DC 전압원(V+) 또는 기준 전압(접지(ground))을 탱크 회로(104)에 선택적으로 결합하기 위해 두 스위치에 전기적으로 접속된다. 동작에 있어서, 이러한 스위치의 타이밍은 생성되는 AC 신호의 다양한 특성에 영향을 준다.
풀 브리지 토폴로지는 도 2의 유도성 전원 시스템의 일부로 예시된다. 풀 브리지 토폴로지는 제어기(202), 탱크 회로(204), 및 두 개의 인버터(206, 207)를 포함한다. 각 인버터는 한 쌍의 스위치, 즉, FET로 구현된다. 제어기는 DC 전압원(V+) 또는 기준 전압(접지)을 탱크 회로에 선택적으로 결합하기 위해 스위치 모두에 전기적으로 접속된다. 동작에 있어서, 이러한 스위치의 타이밍은 생성되는 AC 신호의 다양한 특성에 영향을 준다.
멀티 브리지 토폴로지(multi-bridge topology)를 갖는 전원 장치는 동작 중에 다수의 상이한 브리지 토폴로지를 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 전원 장치는 제어기, 상기 제어기에 전기적으로 접속된 제1 하프 브리지(half-bridge) 회로, 및 상기 제어기에 전기적으로 접속된 제2 하프 브리지 회로를 포함한다. 상기 제어기는 상기 제1 하프 브리지 회로 내의 스위치 및 상기 제2 하프 브리지 회로 내의 스위치를 제어하여 동작 중에 상기 전원 장치를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 선택적으로 구성할 수 있다.
상기 제어기에 의해 동작 중에 구성될 수 있는 토폴로지는 상기 하프 브리지 회로가 어떻게 전기적으로 접속되는지에 좌우된다. 일 실시예에서, 상기 제1 하프 브리지 회로는 제1 커패시터를 통해서 프라이머리(primary) 코일의 제1 단자에 전기적으로 접속되고 상기 제2 하프 브리지 회로는 제2 커패시터를 통해서 상기 프라이머리 인덕터의 제1 단자에 전기적으로 접속된다. 이러한 실시예에서, 상기 전원 장치의 제어기는 상기 스위치의 구동 방식을 변경함으로써 상기 멀티 브리지 토폴로지를 하프 브리지 또는 용량 분압기(capacitive divider)를 갖는 하프 브리지로 동작시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 제1 하프 브리지 회로는 제1 커패시터를 통해서 프라이머리 인덕터의 제1 단자에 전기적으로 접속되고 상기 제2 하프 브리지 회로는 상기 프라이머리 인덕터의 제2 단자에 전기적으로 접속된다. 이러한 실시예에서, 상기 전원 장치의 제어기는 상기 멀티 브리지 토폴로지를 풀 브리지(full bridge) 또는 하프 브리지로 동작시킬 수 있다.
상기 제어기는 상기 제1 하프 브리지 회로 및 상기 제2 하프 브리지 회로를 각각 스위칭 회로, DC 전원(source), 기준 전압(reference voltage), 또는 개방 회로(open circuit)로 구동함으로써 제어할 수 있다. 각 하프 브리지 회로의 스위치 구동 방식은 브리지 토폴로지를 결정한다. 그러므로, 상기 제어기가 동작 중에 스위치를 구동하는 방식을 변경함으로써, 상기 브리지 토폴로지는 동작 중에 변경될 수 있다.
추가적인 하프 브리지 회로를 이용하면, 추가적인 브리지 토폴로지 사이를 전환할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 전원 장치는 상기 제어기에 전기적으로 접속된 제3 하프 브리지 회로를 포함한다. 상기 제어기는 상기 제1 하프 브리지 회로, 상기 제2 하프 브리지 회로, 및 상기 제3 하프 브리지 회로를 제어하여 동작 중에 상기 전원 장치를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 선택적으로 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어기는 공진 주파수(resonant frequency)를 조정하도록 상기 하프 브리지 회로를 선택적으로 구성할 수 있다. 커패시터의 커패시턴스와 상기 하프 브리지 회로의 구동 방식에 따라, 커패시터는 상기 전원 장치에 미치는 효과를 다르게 할 수 있다. 두 개의 하프 브리지 회로가 모두 커패시터를 통해서 프라이머리 인덕터 단자에 전기적으로 접속된 경우, 만일 두 개의 하프 브리지 회로가 서로 동상(in phase)으로 스위칭 회로로 구동되면, 커패시터들은 본질적으로 병렬일 것이다. 만일 하프 브리지 회로들 중 하나가 기준 전압으로 구동되고 다른 하나가 스위칭 회로로 구동되면, 기준 전압으로 구동되는 하프 브리지에 전기적으로 접속된 커패시터는 분압기(voltage divider)로 작용할 것이다. 또한 이용가능한 다양한 브리지 토폴로지는 커패시터들이 균형을 이루는지 균형을 이루지 않은지에 따라 다르다. 균형을 이루는 커패시터들은 공통 공진 주파수를 갖는 추가적인 브리지 토폴로지를 제공한다. 균형을 이루지 못한 커패시터들은 상이한 공진 주파수를 갖는 추가적인 브리지 토폴로지를 제공한다. 구성된 탱크 회로의 공진 주파수를 조정하기 위해 다른 회로 컴포넌트도 역시 사용될 수 있다. 예를 들어, 이들 컴포넌트로는 커패시터, 인덕터, 비선형 반도체 컴포넌트 또는 저항기가 있을 수 있다. 이들 컴포넌트는 브리지 구성과 직렬 또는 병렬로 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전원 장치는 상기 제어기에 전기적으로 접속된 제4 하프 브리지 회로를 포함한다. 상기 제어기는 상기 제1 하프 브리지 회로, 상기 제2 하프 브리지 회로, 상기 제3 하프 브리지 회로, 및 상기 제4 하프 브리지 회로를 제어하여 동작 중에 상기 전원 장치를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 선택적으로 구성할 수 있다. 상기 제1 하프 브리지 및 상기 제2 하프 브리지 회로가 각각 별개의 커패시터를 통해서 프라이머리 인덕터의 일 단자에 전기적으로 접속되고 상기 제3 하프 브리지 및 상기 제4 하프 브리지 회로가 별개의 커패시터를 통해서 상기 프라이머리 인덕터의 다른 단자에 전기적으로 접속된 경우, 상기 복수의 상이한 브리지 토폴로지는 대칭적인 풀 브리지 및 용량 분압기를 갖는 대칭적인 풀 브리지를 포함한다.
상기 전원 장치는 원격 장치에 전력을 무선으로 공급하는 무선 전원 장치 내에 구현될 수 있다. 상기 제어기는 새로운 원격 장치가 상기 무선 전원 장치 근처에 배치되거나, 원격 장치가 다소의 전력을 요하거나, 입력 전력이 변함에 응답하여, 상기 전원 장치를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 선택적으로 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 멀티 브리지 토폴로지는 프라이머리 인덕터, 제1 인버터, 제2 인버터, 및 제어기를 포함한다. 상기 제1 인버터는 제1 노드를 제1 전압원에 선택적으로 결합하는 제1 스위치 및 상기 제1 노드를 제1 기준 전압에 선택적으로 결합하는 제2 스위치를 포함한다. 상기 제1 노드는 제1 커패시터를 통해서 상기 프라이머리 인덕터의 제1 단자에 전기적으로 접속된다. 상기 제2 인버터는 제2 노드를 제2 전압원에 선택적으로 결합하는 제1 스위치 및 상기 제2 노드를 제2 기준 전압에 선택적으로 결합하는 제2 스위치를 포함한다. 상기 제2 노드는 제2 커패시터를 통해서 상기 프라이머리 인덕터의 제1 단자에 전기적으로 접속된다. 상기 제어기는 상기 제1 인버터의 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하고 상기 제2 인버터의 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 멀티 브리지 토폴로지를 다수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 구성할 수 있다.
상기 멀티 브리지 토폴로지는 제3 노드를 제3 전압원에 선택적으로 결합하는 제1 스위치 및 상기 제3 노드를 제3 기준 전압에 선택적으로 결합하는 제2 스위치를 갖는 제3 인버터를 포함할 수 있다. 상기 제3 노드는 상기 프라이머리 인덕터의 제2 단자에 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 제1 전압원, 상기 제2 전압원, 및 상기 제3 전압원은 동일한 전압원일 수 있고, 상기 제1 기준 전압, 상기 제2 기준 전압, 및 상기 제3 기준 전압은 접지와 같은 동일한 기준 전압일 수 있다.
상기 제어기는 상기 멀티 브리지 토폴로지를 등가의 풀 브리지 토폴로지, 등가의 하프 브리지 토폴로지, 용량 분압기를 갖는 풀 브리지 토폴로지, 및 용량 분압기를 갖는 하프 브리지 토폴로지 중 적어도 하나로 구성하도록 상기 제1 인버터의 제1 스위치, 상기 제1 인버터의 제2 스위치, 상기 제2 인버터의 제1 스위치, 상기 제2 인버터의 제2 스위치, 상기 제3 인버터의 제1 스위치, 및 상기 제3 인버터의 제2 스위치를 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 멀티 브리지 토폴로지를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 구성하도록 상기 제1 인버터의 제1 스위치, 상기 제1 인버터의 제2 스위치, 상기 제2 인버터의 제1 스위치, 상기 제2 인버터의 제2 스위치, 상기 제3 인버터의 제1 스위치, 및 상기 제3 인버터의 제2 스위치를 제어할 수 있으며, 상기 복수의 상이한 브리지 토폴로지 각각은 동일한 공진 주파수를 갖는다.
상기 제어기는 상기 제1 인버터의 제1 스위치 및 상기 제1 인버터의 제2 스위치를 교대로(alternately) 동작시켜 상기 제1 인버터를 스위칭 회로로 구동하고, 상기 제어기가 상기 제2 인버터의 제1 스위치 및 상기 제2 인버터의 제2 스위치를 상기 제1 인버터와 동상으로 교대로 동작시켜 상기 제2 인버터를 스위칭 회로로 구동하고, 상기 제어기가 상기 제3 인버터의 제1 스위치 및 상기 제3 인버터의 제2 스위치를 상기 제1 및 제2 인버터와 이상으로 교대로 동작시켜 상기 제3 인버터를 스위칭 회로로 구동함으로써 상기 멀티 브리지 토폴로지를 등가의 풀 브리지로 구성할 수 있다.
상기 제어기는 상기 제1 인버터의 제1 스위치 및 상기 제1 인버터의 제2 스위치를 교대로 동작시켜 상기 제1 인버터를 스위칭 회로로 구동하고, 상기 제어기가 상기 제2 인버터의 제1 스위치 및 상기 제2 인버터의 제2 스위치를 상기 제1 인버터와 동상으로 교대로 동작시켜 상기 제2 인버터를 스위칭 회로로 구동하고, 상기 제어기가 상기 제3 인버터의 제1 스위치를 개방되게 구동하고 상기 제3 인버터의 제2 스위치를 폐쇄되게 구동하여 DC 기준 전압을 제공함으로써 상기 제3 인버터를 기준 전압으로 구동함으로써 상기 멀티 브리지 토폴로지를 등가의 하프 브리지로 구성할 수 있다. 대안으로, 상기 제어기는 상기 제3 인버터의 제1 스위치를 폐쇄되게 그리고 상기 제3 인버터의 제2 스위치를 개방되게 구동하여 다른 DC 기준 전압을 제공할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제어기가 상기 제1 인버터의 제1 스위치 및 상기 제1 인버터의 제2 스위치를 교대로 동작시켜 상기 제1 인버터를 스위칭 회로로 구동하고, 상기 제어기가 상기 제2 인버터의 제1 스위치를 개방되게 구동하고 상기 제2 인버터의 제2 스위치를 폐쇄되게 구동하거나, 또는 상기 제2 인버터의 제1 스위치를 폐쇄되게 그리고 상기 제2 인버터의 제2 스위치를 개방되게 구동하여 상기 제2 인버터를 DC 기준으로 동작시켜 상기 멀티 브리지 토폴로지를 용량 분압기를 갖는 풀 브리지로 구성할 수 있다. 상기 제어기는 상기 제3 인버터의 제1 스위치 및 상기 제3 인버터의 제2 스위치를 상기 제1 인버터와 이상으로 교대로 동작시켜 상기 제3 인버터를 스위칭 회로로 구동한다.
상기 제어기는, 상기 제어기가 상기 제1 인버터의 제1 스위치 및 상기 제1 인버터의 제2 스위치를 교대로 동작시켜 상기 제1 인버터를 스위칭 회로로 구동하고, 상기 제어기가 상기 제2 인버터의 제1 스위치를 개방되게 구동하고 상기 제2 인버터의 제2 스위치를 폐쇄되게 구동하여 상기 제2 인버터를 DC 기준으로 동작하고, 상기 제어기가 상기 제3 인버터의 제1 스위치를 개방되게 구동하고 상기 제3 인버터의 제2 스위치를 폐쇄되게 구동하여 상기 제3 인버터를 DC 기준으로 구동함으로써 상기 멀티 브리지 토폴로지를 용량 분압기를 갖는 하프 브리지로 구성할 수 있다. 대안으로, 상기 제2 및 제3 인버터 둘 다의 제1 스위치는 폐쇄되게 구동될 수 있고, 상기 제2 및 제3 인버터 둘 다의 제2 스위치는 개방되게 구동될 수 있다.
일 실시예에서, 무선 전원 장치용 멀티 브리지 토폴로지는 프라이머리 인덕터, 제1 인버터, 제2 인버터, 및 제어기를 포함한다. 상기 제1 인버터는 제1 노드를 전압원에 선택적으로 결합하는 제1 스위치 및 상기 제1 노드를 기준 전압에 선택적으로 결합하는 제2 스위치를 포함하고, 상기 제1 노드는 제1 커패시터를 통해서 상기 프라이머리 인덕터의 제1 단자에 전기적으로 접속된다. 상기 제2 인버터는 제2 노드를 전압원에 선택적으로 결합하는 제1 스위치 및 상기 제2 노드를 기준 전압에 선택적으로 결합하는 제2 스위치를 포함하고, 상기 제2 노드는 상기 프라이머리 인덕터의 제2 단자에 전기적으로 접속된다. 상기 제어기는 상기 제1 인버터의 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하고 상기 제2 인버터의 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하여 상기 멀티 브리지 토폴로지를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 구성할 수 있다.
멀티 브리지 토폴로지를 이용함으로써, 송신기는 다양한 상이한 브리지 토폴로지를 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 풀 브리지 토폴로지와 하프 브리지 토폴로지 사이를 전환할 수 있다. 일부 실시예는 용량 분압기를 포함하는 토폴로지와 용량 분압기를 포함하지 않는 토폴로지 사이를 전환할 수 있다. 다수의 브리지 토폴로지 사이를 전환하는 능력에 따라 전원 장치는 동작 중에 다른 레벨의 전력을 신속히 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 전원 장치는 풀 브리지 토폴로지에서 소정 범위의 전력, 및 하프 브리지 토폴로지, 또는 용량 분압기를 갖는 풀 브리지 토폴로지에서 다른 범위의 전력을 제공할 수 있다. 추가로, 특정 구성에서, 상기 전원 장치는 상기 전원 장치에 대해 일정한 공진 주파수를 유지하면서 이러한 다양한 전력 범위를 제공할 수 있다.
본 발명의 이러한 목적, 이점, 및 특징, 및 다른 목적, 이점, 및 특징은 현재의 실시예 및 도면의 설명을 참조하면 좀 더 충분히 이해되고 인식될 것이다.
본 발명의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명이 후술하는 설명에 기술되거나 도면에 예시된 구성 요소의 동작의 세부 사항이나 그의 구성 및 배치의 세부 사항으로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 본 발명은 다양한 다른 실시예로 구현되고 본 명세서에 명백히 개시되지 않은 다른 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 문구 및 용어는 설명 목적이며 제한적인 것으로 간주되지 않아야 함이 이해될 것이다. "구비하는" 및 "포함하는" 및 이들의 파생어는 이하에 열거된 항목들 및 이들의 등가물은 물론 추가 항목들 및 이들의 등가물을 망라하는 것으로 의도된다. 또한, 다양한 실시예의 설명에서 열거가 사용될 수 있다. 명백히 달리 언급되지 않는 한, 열거의 사용은 본 발명을 어떤 특정한 순서 또는 개수의 구성 요소들로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 열거의 사용은 열거된 단계들 또는 구성 요소들과 결합되거나 그 단계들 또는 구성 요소들로 결합될 수 있는 어떤 추가적인 단계들 또는 구성 요소들을 본 발명의 범주로부터 배제하는 것으로 해석되어서도 안된다.
도 1은 하프 브리지 회로 토폴로지를 이용하는 무선 전원 장치를 예시한다.
도 2는 풀 브리지 회로 토폴로지를 이용하는 무선 전원 장치를 예시한다.
도 3은 멀티 브리지 회로 토폴로지를 갖는 무선 전원 장치의 일 실시예를 예시한다.
도 4는 멀티 브리지 회로 토폴로지의 등가의 풀 브리지 토폴로지 구성을 예시한다.
도 5는 멀티 브리지 회로 토폴로지의 등가의 하프 브리지 토폴로지 구성을 예시한다.
도 6은 멀티 브리지 회로 토폴로지의 용량 분압기(capacitive divider) 구성을 갖는 등가의 풀 브리지 토폴로지를 예시한다.
도 7은 멀티 브리지 회로 토폴로지의 용량 분압기 구성을 갖는 등가의 하프 브리지 토폴로지를 예시한다.
도 8은 멀티 브리지 토폴로지의 네 가지 구성을 예시한다.
도 9는 도 8에 예시된 각 개개의 구성의 수신 전력 및 코일 전류를 예시한다.
도 10은 대칭적인 구동 멀티 브리지 회로 토폴로지를 갖는 무선 전원 장치의 일 실시예를 예시한다.
도 11은 용량 분압기를 갖는 대칭적인 구동 멀티 브리지 회로 토폴로지를 갖는 무선 전원 장치의 일 실시예를 예시한다.
도 12는 각 인버터의 커패시터가 균형을 이루지 못한 세 가지 풀 브리지 구성을 예시한다.
도 13은 도 12에 예시된 각 개개의 구성의 수신 전력 및 코일 전류를 예시한다. 각 구성이 상이한 유효 커패시턴스를 갖기 때문에 각 구성은 상이한 공진점(resonant point)을 갖는다.
도 14는 각 인버팅 "스위치" 위치에 대한 백투백(back to back) FET를 예시한다.
도 15는 단지 하측(low side) 스위칭 위치에 대한 백투백 FET를 예시한다.
본 발명은 동작 중에 다수의 상이한 브리지 토폴로지를 제공하도록 구성될 수 있는 멀티 브리지 토폴로지를 갖는 전원 장치에 관한 것이다. 멀티 브리지 토폴로지 및 세컨더리(secondary)(301)를 갖는 전원 장치(300)의 일 실시예가 도 3에 예시된다. 전원 장치(300)는 제어기(302), 세 개의 하프 브리지 회로(306, 307, 308) 또는 인버터, 및 프라이머리 인덕터(304)를 포함한다. 세 개의 하프 브리지 회로는 모두 제어기(302)와 전기적으로 통신한다. 제어기(302)는 각 하프 브리지 회로(306, 307, 308) 내의 스위치를 제어하여 동작 중에 전원 장치를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 선택적으로 구성할 수 있다.
다수의 브리지 토폴로지 사이를 스와핑함으로써, 전원 장치는 다양한 범위의 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전원 장치가 어떻게 구성되는지에 따라, 도 3의 전원 장치는 네 개의 다른 레벨의 전력을 제공할 수 있다. 도 8에는 도 3의 전원 장치를 이용하여 구성될 수 있는 네 가지 상이한 브리지 토폴로지를 보여주는 네 개의 다른 등가 회로(802, 804, 806, 808)가 예시된다. 도시된 브리지 토폴로지는 풀 브리지(802), 용량 분압기를 갖는 풀 브리지(804), 하프 브리지(806), 및 용량 분압기를 갖는 하프 브리지(808)를 포함한다. 각 브리지 토폴로지에 대한 상세한 설명은 아래에서 도 4 내지 도 7과 관련하여 기술된다.
이제 도 4에 대해 상세히 설명될 것이다. 도 4는 제1 인버터(306)(Q1, Q2) 및 제2 인버터(307)(Q3, Q4)가 동상으로 구동되고 제3 인버터(308)(Q5, Q6)가 180°이상으로 구동될 때 도 3의 전원 장치에 의해 형성되는 효율적인 회로(400)를 도시한다. 이는 풀 브리지 토폴로지를 효율적으로 형성한다.
이러한 브리지 토폴로지를 구성하기 위해, 제어기(302)는 제1 인버터의 제1 스위치(Q1) 및 제1 인버터의 제2 스위치(Q2)를 교대로 동작시켜 제1 인버터(306)(Q1, Q2)를 스위칭 회로로 구동한다. 제어기(302)는 또한 제2 인버터의 제1 스위치(Q3) 및 제2 인버터의 제2 스위치(Q4)를 제1 인버터와 동상으로 교대로 동작시켜 제2 인버터(307)(Q3, Q4)를 스위칭 회로로 구동한다. 마지막으로, 제어기는 제3 인버터의 제1 스위치(Q5) 및 제3 인버터의 제2 스위치(Q6)를 제1 및 제2 인버터와 이상으로 교대로 동작시켜 제3 인버터(308)(Q5, Q6)를 스위칭 회로로 구동한다. 명확성을 기하기 위해, 도 4에는 제2 인버터가 도시되지 않지만, 오히려 이 구성에서 등가 회로(400)가 도시된다.
이제 도 5에 대해 상세히 설명될 것이다. 도 5는 제1 인버터(306)(Q1, Q2) 및 제2 인버터(307)(Q3, Q4)가 동상으로 구동되고 제3 인버터(308)(Q5, Q6)가 기준 전압에 연결될 때 도 3의 전원 장치에 의해 형성되는 효율적인 회로(500)를 도시한다. 이는 하프 브리지 토폴로지를 효율적으로 형성한다. 이러한 브리지 토폴로지를 구성하기 위해, 제어기(302)는 제1 인버터의 제1 스위치(Q1) 및 제1 인버터의 제2 스위치(Q2)를 교대로 동작시켜 제1 인버터(306)(Q1, Q2)를 스위칭 회로로 구동한다. 제어기는 또한 제2 인버터의 제1 스위치(Q3) 및 제2 인버터의 제2 스위치(Q4)를 제1 인버터와 동상으로 교대로 동작시켜 제2 인버터(307)(Q3, Q4)를 스위칭 회로로 구동한다. 마지막으로, 제어기(302)는 제3 인버터의 제1 스위치(Q5)를 개방되게 구동하고 제3 인버터의 제2 스위치(Q6)를 폐쇄되게 구동하여 DC 기준 전압을 제공함으로써 제3 인버터(308)(Q5, Q6)를 기준 전압으로 구동한다. 대안으로, 제어기는 제3 인버터의 제1 스위치(Q5)를 폐쇄되게 구동하고 제3 인버터의 제2 스위치(Q6)를 개방되게 구동하여 DC 기준 전압을 제공할 수 있다. 명확성을 기하기 위해, 도 5에는 제2 및 제3 인버터가 도시되지 않지만, 오히려 이 구성에서 등가 회로(500)가 도시된다.
구동하는(driving)이라는 용어는 제어기가 동작할 스위치에게 어떻게 말하는지를 나타내는데 사용된다. 어떤 상황에서, 스위치는 신호의 존재라기보다 신호의 부재에 의해 구동될 수 있다. 예를 들어, 0V 신호가 스위치에 인가된 경우 그것은 스위치를 개방되게 "구동"할 수 있다. 서로 다른 스위치 또는 트랜지스터는 상이한 제어 신호에 다르게 반응할 수 있다.
이제 도 6에 대해 상세히 설명될 것이다. 도 6은 제1 인버터(306)(Q1, Q2) 및 제3 인버터(308)(Q5, Q6)가 서로 180도 이상으로 구동되고, 제2 인버터(307)가 기준 전압으로 구동될 때 도 3의 전원 장치에 의해 형성되는 효율적인 회로를 도시한다. 이는 상측(high side)에서 사용되는 용량 분압기를 갖는 풀 브리지 구동 시스템을 형성한다. 이러한 브리지 토폴로지를 구성하기 위해, 제어기(302)는 제1 인버터(306)의 제1 스위치(Q1) 및 제1 인버터(306)의 제2 스위치(Q2)를 교대로 동작시키고 제3 인버터(308)의 제1 스위치(Q5) 및 제3 인버터(308)의 제2 스위치(Q6)를 교대로, 하지만 제1 인버터(306)와 180도 이상으로 동작시켜 제1 인버터(306)(Q1, Q2) 및 제3 인버터(308)(Q5, Q6)를 스위칭 회로로 구동한다. 마지막으로, 제어기(302)는 제2 인버터(307)의 제1 스위치(Q3)를 개방되게 그리고 제2 인버터(308)의 제2 스위치(Q4)를 폐쇄되게 구동함으로써 제2 인버터(307)(Q3, Q4)를 기준 전압으로 구동한다. 대안으로, 제어기(302)는 제2 인버터(307)의 제1 스위치(Q3)를 폐쇄되게 그리고 제2 인버터(307)의 제2 스위치(Q4)를 개방되게 구동하여 기준 전압을 제공할 수 있다. 명확성을 기하기 위해, 도 6에는 제2 인버터(307)가 도시되지 않지만, 오히려 이 구성에서 등가 회로(600)가 도시된다.
이제 도 7에 대해 상세히 설명될 것이다. 도 7은 제1 인버터(306)(Q1, Q2)가 스위칭 회로로 구동되고 반면에 제2 인버터(307) 및 제3 인버터(308)가 기준 전압으로 구동될 때 도 3의 전원 장치에 의해 형성되는 효율적인 회로(700)를 도시한다. 이는 상측에서 사용되는 용량 분압기를 갖는 하프 브리지 회로를 형성한다. 이러한 브리지 토폴로지를 구성하기 위해, 제어기(302)는 제1 인버터의 제1 스위치(Q1) 및 제1 인버터의 제2 스위치(Q2)를 교대로 동작시켜 제1 인버터(306)(Q1, Q2)를 스위칭 회로로 구동한다. 제어기(302)는 또한 제2 인버터(307) 및 제3 인버터(308)의 제1 스위치(Q3, Q5)를 개방되게 구동하고 제2 인버터(307) 및 제3 인버터(308)의 제2 스위치(Q4, Q6)를 폐쇄되게 구동하여 기준 전압과의 접속이 이루어지도록 함으로써 제2 인버터(307)(Q3, Q4) 및 제3 인버터(308)(Q5, Q6)를 기준 전압으로 구동한다. 대안으로, 제어기(302)는 제2 인버터(307) 및 제3 인버터(308)의 제1 스위치(Q3, Q5)를 폐쇄되게 그리고 제2 인버터(307) 및 제3 인버터(308)의 제2 스위치(Q4, Q6)를 개방되게 구동하여 기준 전압과의 접속이 이루어지게 할 수 있다. 명확성을 기하기 위해, 도 7에는 제2 인버터(307) 및 제3 인버터(308)가 도시되지 않지만, 오히려 이 구성에서 등가 회로(700)가 도시된다.
도 9는 이들 브리지 토폴로지 각각에 대해 프라이머리 인덕터를 통과하는 전류 및 원격 장치의 부하로 전달되는 전력을 예시한다. 풀 브리지(902)의 그래프는 약 10암페어 전류가 프라이머리 코일을 통과함에 따라 전원 장치가 약 200와트 범위의 전력을 공급할 수 있음을 예시한다. 용량 분압기(904)를 갖는 풀 브리지의 그래프는 약 7암페어 전류가 프라이머리 인덕터를 통과함에 따라 전원 장치가 약 100와트 범위의 전력을 공급할 수 있음을 보여준다. 하프 브리지(906)의 그래프는 약 5암페어 전류가 프라이머리 인덕터를 통과함에 따라 전원 장치가 약 50와트의 전력을 부하로 전달할 수 있음을 보여준다. 분압기(908)를 갖는 하프 브리지의 그래프는 약 3암페어 전류가 프라이머리 인덕터를 통과함에 따라 전원 장치가 약 10와트의 전력을 부하로 전달할 수 있음을 보여준다.
도 9는 또한 전원 장치의 공진 주파수가 이들 네 개의 구성 각각에서 동일한 약 100KHz임을 보여준다. 이러한 형태의 멀티 브리지 토폴로지가 무선 전원 장치로 구현되면, 동일한 공진점에서 다양한 범위의 전력을 제공하는 다수의 토폴로지를 제공하는 것이 유용할 수 있다.
다양한 브리지 토폴로지 사이를 전환하면 전원 장치는 다양한 레벨의 전력을 제공할 수 있다. 전력은 이들 레벨에서 더 조정될 수 있다. 즉, 브리지 토폴로지는 전원 장치가 일정 범위의 전력을 제공하는 것을 가능하게 하는 매크로 조정일 수 있고, 추가 조정은 미세 조정, 또는 마이크로 조정으로 이용될 수 있다. 각 브리지 토폴로지는 소정의 입력 신호(즉, 소정의 동작 주파수, 듀티 사이클, 및 레일(rail) 전압)에 대해 부하로 전달될 수 있는 최대 전력량을 갖는다. 그러한 양은 다양한 다른 방식으로 하향 조정될 수 있다. 브리지 토폴로지가 선택된 후 미세 조정을 하는데 사용될 수 있는 특성의 일부 예는 하프 브리지의 동작 주파수, 레일 전압, 듀티 사이클, 또는 위상을 포함한다. 예를 들어, 도 9에서 만일 적절한 인버터가 약 90KHz에서 구동되면, 더 적은 전력이 부하로 전달될 것이다.
그러한 조정의 스텝 크기(즉, 특성 변화에 대한 출력 전력의 변화)는 각 특성마다 그리고 각 브리지 토폴로지마다 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 풀 브리지 구성에서 동작 주파수를 약간의 헤르쯔(hertz)만큼 조정하면 하프 브리지 토폴로지에서 동일한 약간의 헤르쯔 조정이 이루어진 경우보다 출력 전력을 더 크게 조정할 수 있다.
동작 중에 다양한 브리지 토폴로지를 신속히 제공하는 능력은 턴(turn) 또는 탭(tap)을 변경함으로써 프라이머리 인덕터의 값비싼 재구성에 대한 대안일 수 있다. 또한, 일부 전원 장치에서 출력 전력의 범위를 조정하는데 사용되는 인덕터 및/또는 커패시터의 뱅크의 값비싼 추가 비용에 대한 대안일 수 있다.
용량 분압기를 이용하는 능력은 전원 장치가 추가적인 전력 범위를 제공하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 소정의 동작 주파수, 레일 전압, 듀티 사이클에 대해 풀 브리지 토폴로지와 하프 브리지 토폴로지 사이를 전환하면, 전력은 약 4배 줄어든다. 그러나, 풀 브리지와 함께 용량 분압기를 이용하면, 전력은 약 두 배 줄어든다. 추가로, 하프 브리지와 함께 용량 분압기를 이용하면, 전력은 (풀 브리지와 비교할 때) 약 10배 줄어들 수 있다. 추가의 하프 브리지 회로를 이용하면 전원 장치에게 추가의 범위의 전력을 제공하는 능력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 만일 각각이 별개의 커패시터를 통해서 프라이머리 인덕터의 단자에 전기적으로 접속된 세 개의 하프 브리지 회로가 존재할 경우, 하프 브리지 회로들 중 하나 또는 두 개가 각각 기준 전압으로 구동되는지 여부에 따라 최대 전력 출력이 1/3 또는 2/3만큼 줄어들 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 현재의 실시예는 세 개의 하프 브리지 회로가 무선 전원 시스템을 구동하는데 사용되는 멀티 브리지 인버팅 토폴로지이다. 제1 인버터(306)(Q1, Q2) 및 제3 인버터(308)(Q5, Q6)는 함께 풀 브리지 시스템을 구성할 수 있다. 제2 인버터(307)(Q3, Q4)는 전원 장치에게 풀 브리지 토폴로지, 하프 브리지 토폴로지에서 구성되는 옵션을 제공하고, 또한 용량 분압기를 포함하여 전송되는 전력을 저감하는 능력을 제공한다.
용어 하프 브리지 회로 및 인버터는 본 명세서 전체에 걸쳐 공통 노드를 공유하는 한 쌍의 스위치를 나타내는데 상호 교환적으로 사용되며, 여기서 각 스위치는 제어 신호에 의해 구동된다. 이러한 스위치는 MOSFET와 같은 전계 효과 트랜지스터, BJT, 또는 다른 형태의 트랜지스터 또는 스위치일 수 있다.
하프 브리지 회로는 전압원 또는 기준 전압을 공통 노드에 선택적으로 결합할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상측 스위치(Q1, Q3, Q5)는 모두 도시된 실시예에서 전압원, 즉 V+에 연결되고, 하측 스위치(Q2, Q4, Q6)는 모두 도시된 실시예에서 기준 전압, 즉 접지와 연결된다. 각 하프 브리지 회로는 적어도 네 가지 방식, 즉 스위칭 회로, DC 기준 전압, DC 전압원, 또는 개방 회로로 구성될 수 있다. 하프 브리지를 스위칭 회로로 동작시키기 위해, 하측 FET 및 상측 FET가 교대로 구동된다. 하프 브리지를 DC 전압원으로 동작시키기 위해, 하측 FET가 구동되지 않아 공통 노드와 기준 전압 사이에 개방 회로를 형성하고 상측 FET가 구동되어 DC 레일 전압, 즉 V+와의 접속을 형성한다. 하프 브리지를 기준 전압으로 동작시키기 위해, 하측 FET는 구동되어 기준 전압과의 접속을 형성하고 상측 FET는 구동되지 않아 그 노드와 전압원 사이에 개방 회로를 형성한다. 하프 브리지 회로를 개방 회로로 동작시키기 위해, 두 FET가 구동되지 않아 공통 노드와 전압원 및 기준 전압 둘 다 사이에 개방 회로를 형성한다. 하프 브리지 회로를 구성함으로써, 풀 브리지 토폴로지(도 4 참조), 용량 분압기를 갖는 풀 브리지 토폴로지(도 6), 하프 브리지 토폴로지(도 5), 및 용량 분압기를 갖는 하프 브리지 토폴로지(도 7)를 포함하여 다양한 상이한 브리지 토폴로지가 구현될 수 있다. 하프 브리지 회로를 추가하면 대칭적인 풀 브리지 및 용량 분압기를 갖는 대칭적인 풀 브리지와 같은 브리지 토폴로지를 추가시킬 수 있다.
도 4 내지 도 7은 특정 구성의 등가 회로를 예시한다. 명확성을 기하기 위해, 이들 도면에서 여분의 인버터 컴포넌트가 적절한 곳에서 제거되었다. 예를 들어, 도 7에서, 인버터(미도시)가 기준 전압과의 접속을 형성하도록 구동되는 하나의 FET 및 인버터 노드와 전압원 사이에 개방 회로를 형성하도록 구동되는 다른 하나의 FET를 갖기 때문에 C2로 형성된 용량 분압기가 형성된다.
각 구성에서, 전원 장치의 공진 주파수(F)는 일반적으로 다음과 같이 정의된다.
Figure 112014049798152-pct00001
커패시터들이 균형을 이루는 실시예에서, C1 및 C2는 대략 동일하다. 커패시터들이 균형을 이루지 않은 실시예에서, C1 및 C2는 동일하지 않다.
일 실시예에서, 커패시터 C1 및 C2는 균형을 이룬다. 따라서, 다음과 같은 브리지 토폴리지, 즉 풀 브리지, 용량 분압기를 갖는 풀 브리지, 하프 브리지, 및 용량 분압기를 갖는 하프 브리지 사이를 전환할 때, 전원 장치는 그의 공진 주파수를 유지한다.
도 3에 도시된 동일한 멀티 브리지 토폴로지를 이용하는 다른 실시예에서, 시스템은 하프 브리지 회로들 중 하나를 개방 회로 구성으로 구성하여 그의 공진 주파수를 변경할 수 있다. 이러한 실시예에서, 전원 회로는 본질적으로 도 2처럼 보일 것이며, 이 경우 C2는 그 회로에 포함되지 않는다. 즉, 제2 인버터는 개방 회로로 구성되므로, 제2 인버터의 두 스위치(Q3, Q4)는 구동되지 않고 전압원이나 기준 전압 어느 것도 커패시터 C2 바로 옆에 있는 공통 노드에 접속되지 않는다. 그렇게 함으로써, C2는 더 이상 회로에 있지 않고, 시스템의 공진 주파수는 (C1+C2) 및 Lcoil 대신 단지 C1 및 Lcoil에 의해서만 정의된다.
전원 장치가 하프 브리지 회로를 개방 회로 구성으로 구성하는 실시예에서, 바디 다이오드 전도(body diode conduction)를 막기 위해 추가 FET가 구현될 수 있다. 도 14는 상측 및 하측 스위치에 대한 백투백 FET를 도시한다. 도 15는 단지 하측 스위치에만 백투백 FET가 포함되는 대안의 구성을 도시한다. 이들 구성은 바디 다이오드 전도를 막는데 도움을 준다.
일부 실시예는 추가의 하프 브리지 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예는 두 개가 프라이머리 인덕터의 각 측에 있는 네 개의 하프 브리지 회로를 포함한다. 이는 코일 구동을 효율적으로 대칭적으로 만들어, 전자파 간섭을 감소하고, 전자파 적합성 우려를 감소하고, 통신 신호 강도의 이익을 가질 수 있다. 대칭적인 구동의 이익을 주장하기 위해, 프라이머리 인덕터는 풀 브리지 또는 용량 분압기를 갖는 풀 브리지에서 구동될 수 있다. 즉, 하나의 전력 레벨은 도 10에 도시된 바와 같이 네 개의 하프 브리지 회로(1002, 1004, 1006, 1008)를 모두 구동함으로써 달성될 수 있다. 대안으로, 제2 전력 레벨은 도 11에 도시된 바와 같이 프라이머리 인덕터의 각 측 상의 한 세트의 FET(1104, 1108)를 접지하고, 다른 FET(1002, 1006)를 구동함으로써 달성될 수 있다. 이러한 구성은 또한 일정한 공진 주파수를 유지한다.
다른 대안의 실시예에서 네 개보다 많은 하프 브리지 회로가 이용될 수 있다. 각각의 예시된 실시예는 프라이머리 인덕터 단자에 접속된 하나 또는 두 개의 하프 브리지 회로를 나타내지만, 본질적으로 몇 개의 하프 브리지 회로라도 별개의 커패시터를 통해서 프라이머리 인덕터 단자에 접속될 수 있다. 커패시터 값은 원하는 공진 주파수를 유지하도록 조정될 수 있다. 커패시터 값은 또한 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 배가(doubling) 또는 반감(halving)과 다른 특정 전력 단계들을 허용하도록 균형을 이루지 못하거나 정합되지 못할 수 있다.
도 12는 각 인버터의 커패시터가 균형을 이루지 못한 세 가지 풀 브리지 구성(1220, 1222, 1224)을 도시한다. 이들 구성에서, 송신기 또는 전원 장치는 두 인버터(1202, 1204)(1220)를 구동하여 두 커패시터를 선택할 수 있거나 제1 인버터(1202)(1222) 또는 제2 인버터(1204)(1224)를 구동하고, (하나를 온으로 하나를 오프 상태로 하기보다) 비구동(non-driven) 인버터의 두 FET를 오프로 유지하여 어느 하나를 선택할 수 있다.
도 13은 세 개의 다른 유효 커패시턴스 값이 선택될 수 있기 때문에 세 개의 다른 공진점이 어떻게 존재하는지를 보여준다. 풀 브리지 구성(1220)은 그래프(1320)에 해당하고, 풀 브리지 구성(1222)은 그래프(1322)에 해당하고, 풀 브리지 구성(1224)은 그래프(1324)에 해당한다. 송신기의 공진 주파수가 수신기의 공진 주파수(이 경우 100kHz)에서 더 멀리 이동함에 따라 효율적인 전력 전달이 저감된다. 일부 실시예에서, 수신기의 공진 주파수는 달라질 수 있거나, 또는 서로 다른 수신기는 상이한 공진 주파수를 가질 수 있다.
EMC, EMI 문제와 관련하여, 공진에 가깝게 동작하고 상측 및 하측 스위치 둘 다가 50% 듀티 사이클로 동작하면 간섭을 저감하는 경향이 있다. 이는 충전을 완료하거나 대기 상태에 있는 장치에 의해 전력을 감소시키는 문제로 이어질 수 있다. 구동 토폴로지를 전환함으로써, 공진 근처에 머무르고 더 높은 듀티 사이클로 동작하는 동안 출력 전력이 감소될 수 있어, 간섭 특성을 향상시킬 수 있다.
"수직", "수평", "상부", "저부", "상측", "하측", "내부", "내부로", "외부" 및 "외부로"와 같은 방향성 용어는 예시에 제시된 실시예의 배향에 따라 본 발명을 설명할 때 도움을 주기 위해 사용된다. 방향성 용어의 사용은 본 발명을 어떤 특정한 배향(들)으로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
전술한 설명은 본 발명의 현재의 실시예에 대한 설명이다. 균등론을 포함하여 특허법의 원리에 따라 해석될 첨부의 특허청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 정신 및 광범위한 양태로부터 벗어남이 없이 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다. 본 발명은 예시 목적으로 제시되며 본 발명의 모든 실시예에 대한 완전한 설명으로 또는 청구항들의 범주를 이러한 실시예와 관련하여 예시되거나 설명된 특정 구성 요소들로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 예를 들어, 제한 없이, 설명된 발명의 어떤 개개의 구성 요소(들)는 실질적으로 유사한 기능을 제공하거나 그렇지 않고 적절한 동작을 제공하는 대안의 구성 요소로 대체될 수 있다. 이는, 예를 들어, 당업자에게 현재 알려져 있을 수 있는 것들과 같은 현재 알려진 대안의 구성 요소들, 및 당업자가 개발시 대안적인 것으로 인식할 수 있는 것들과 같이 미래에 개발될 수 있는 대안의 구성 요소들을 포함한다. 또한, 개시된 실시예는 구체적으로 설명되고 이익들의 집합체를 협력하여 제공할 수 있는 복수의 특징을 포함한다. 본 발명은 단지 모든 이러한 특징을 포함하거나 언급된 모든 이익을 제공하는 그러한 실시예들로만 제한되지 않고, 다만 그렇지 않고 등록된 청구항들에 명백히 기술된 범위로 제한된다. 예를 들어, 관사 "하나", "하나의", "그" 또는 "상기"를 이용하는 단수의 청구항 구성 요소에 대한 모든 언급은 구성 요소를 단수로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 할 것이다.

Claims (30)

  1. 전원 장치(power supply)로서,
    제어기;
    제어기에 전기적으로 접속된 제1 하프 브리지(half-bridge) 회로;
    제어기에 전기적으로 접속된 제2 하프 브리지 회로를 포함하고,
    제1 하프 브리지 회로는 제1 커패시터를 통해서 프라이머리 코일(primary coil)의 제1 단자에 전기적으로 접속되고, 제2 하프 브리지 회로는 제2 커패시터를 통해서 프라이머리 코일의 제1 단자에 전기적으로 접속되고, 제1 하프 브리지 회로는 프라이머리 코일의 제2 단자에 대해서는 직접적인 전기적 접속이 없고, 제2 하프 브리지 회로는 프라이머리 코일의 제2 단자에 대해서는 직접적인 전기적 접속이 없고,
    제어기는 공진 주파수를 조정하도록 제1 하프 브리지 회로 및 제2 하프 브리지 회로를 제어하여 동작 중에 전원 장치를 복수의 상이한 브리지 토폴로지(topology) 사이에서 선택적으로 구성하는 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제어기는, 제1 하프 브리지 회로를 스위칭 회로로 구동하는 것, 제1 하프 브리지 회로를 DC 전원(source)으로 구동하는 것, 제1 하프 브리지 회로를 기준 전압(reference voltage)으로 구동하는 것, 및 제1 하프 브리지 회로를 개방 회로(open circuit)로 구동하는 것 중 적어도 하나에 의해 제1 하프 브리지 회로를 제어하고,
    제어기는, 제2 하프 브리지 회로를 스위칭 회로로 구동하는 것, 제2 하프 브리지 회로를 DC 전원으로 구동하는 것, 제2 하프 브리지 회로를 기준 전압으로 구동하는 것, 및 제1 하프 브리지 회로를 개방 회로로 구동하는 것 중 적어도 하나에 의해 제2 하프 브리지 회로를 제어하는 전원 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상이한 브리지 토폴로지는 하프 브리지 및 용량 분압기(capacitive divider)를 갖는 하프 브리지를 포함하는 전원 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상이한 브리지 토폴로지는 풀 브리지(full bridge) 및 하프 브리지를 포함하는 전원 장치.
  5. 제1항에 있어서, 제어기에 전기적으로 접속된 제3 하프 브리지 회로를 포함하고, 제어기는 제1 하프 브리지 회로, 제2 하프 브리지 회로, 및 제3 하프 브리지 회로를 제어하여 동작 중에 전원 장치를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 선택적으로 구성하는 전원 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 제1 커패시터의 커패시턴스 및 제2 커패시터의 커패시턴스는 균형을 이루는 전원 장치.
  8. 제1항에 있어서, 제1 커패시터 및 제2 커패시터의 커패시턴스가 균형을 이루지 않은 전원 장치.
  9. 제1항에 있어서, 제어기는 제1 커패시터 및 제2 커패시터 중 적어도 하나를 분압기(voltage divider)로 사용하도록 전원 장치를 선택적으로 구성하는 전원 장치.
  10. 삭제
  11. 제5항에 있어서, 제3 하프 브리지 회로는 프라이머리 코일의 제2 단자에 전기적으로 접속되는 전원 장치.
  12. 제1항에 있어서, 제어기에 전기적으로 접속된 제3 하프 브리지 회로 및 제어기에 전기적으로 접속된 제4 하프 브리지 회로를 포함하고, 제어기는 제1 하프 브리지 회로, 제2 하프 브리지 회로, 제3 하프 브리지 회로, 및 제4 하프 브리지 회로를 제어하여 동작 중에 전원 장치를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 선택적으로 구성하고, 복수의 상이한 브리지 토폴로지는 대칭적인 풀 브리지 및 용량 분압기를 갖는 대칭적인 풀 브리지를 포함하는 전원 장치.
  13. 제1항에 있어서, 전원 장치는 원격 장치에 전력을 무선으로 공급하는 무선 전원 장치 내에 구현되고, 제어기는, 새로운 원격 장치가 전원 장치 근처에 배치되고 전력을 요하는 것, 원격 장치가 전력을 요하는 것, 및 입력 전력의 변화 중 적어도 하나에 응답하여 전원 장치를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 선택적으로 구성하는 전원 장치.
  14. 원격 장치에 전력을 무선으로 공급하는 무선 전원 장치용 멀티 브리지 토폴로지(multi-bridge topology)로서,
    제1 단자 및 제2 단자를 갖는 프라이머리(primary) 인덕터;
    제1 노드를 제1 전압원(voltage source)에 선택적으로 결합하는 제1 스위치 및 제1 노드를 제1 기준 전압에 선택적으로 결합하는 제2 스위치를 포함하는 제1 인버터 - 제1 노드는 제1 커패시터를 통해서 프라이머리 인덕터의 제1 단자에 전기적으로 접속되고, 제1 노드는 프라이머리 인덕터의 제2 단자에 대해서는 직접적인 전기적 접속이 없음 - ;
    제2 노드를 제2 전압원에 선택적으로 결합하는 제1 스위치 및 제2 노드를 제2 기준 전압에 선택적으로 결합하는 제2 스위치를 포함하는 제2 인버터 - 제2 노드는 제2 커패시터를 통해서 프라이머리 인덕터의 제1 단자에 전기적으로 접속되고, 제2 노드는 프라이머리 인덕터의 제2 단자에 대해서는 직접적인 전기적 접속이 없음 - ; 및
    제1 인버터의 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하여 멀티 브리지 토폴로지를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 구성하고 공진 주파수를 조정하도록 제2 인버터의 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하는 제어기
    를 포함하는 멀티 브리지 토폴로지.
  15. 제14항에 있어서, 제3 노드를 제3 전압원에 선택적으로 결합하기 위한 제1 스위치 및 제3 노드를 제3 기준 전압에 선택적으로 결합하기 위한 제2 스위치를 포함하는 제3 인버터를 포함하고, 제3 노드는 프라이머리 인덕터의 제2 단자에 전기적으로 접속되는 멀티 브리지 토폴로지.
  16. 제15항에 있어서, 제1 전압원, 제2 전압원, 및 제3 전압원은 동일한 전압원이고, 제1 기준 전압, 제2 기준 전압, 및 제3 기준 전압은 동일한 기준 전압인 멀티 브리지 토폴로지.
  17. 제15항에 있어서, 제어기는, 멀티 브리지 토폴로지를 등가의 풀 브리지 토폴로지, 등가의 하프 브리지 토폴로지, 용량 분압기를 갖는 풀 브리지 토폴로지, 및 용량 분압기를 갖는 하프 브리지 토폴로지 중 적어도 하나로 구성하도록 제1 인버터의 제1 스위치, 제1 인버터의 제2 스위치, 제2 인버터의 제1 스위치, 제2 인버터의 제2 스위치, 제3 인버터의 제1 스위치, 및 제3 인버터의 제2 스위치를 제어하는 멀티 브리지 토폴로지.
  18. 제15항에 있어서, 제어기는, 멀티 브리지 토폴로지를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 구성하도록 제1 인버터의 제1 스위치, 제1 인버터의 제2 스위치, 제2 인버터의 제1 스위치, 제2 인버터의 제2 스위치, 제3 인버터의 제1 스위치, 및 제3 인버터의 제2 스위치를 제어하고, 복수의 상이한 브리지 토폴로지 각각은 동일한 공진 주파수를 갖는 멀티 브리지 토폴로지.
  19. 제15항에 있어서, 제어기는,
    제1 인버터의 제1 스위치 및 제1 인버터의 제2 스위치를 교대로(alternately) 동작시켜 제어기가 제1 인버터를 스위칭 회로(switching circuit)로 구동하고;
    제2 인버터의 제1 스위치 및 제2 인버터의 제2 스위치를 제1 인버터와 동상(in phase)으로 교대로 동작시켜 제어기가 제2 인버터를 스위칭 회로로 구동하고;
    제3 인버터의 제1 스위치 및 제3 인버터의 제2 스위치를 제1 및 제2 인버터와 이상(out of phase)으로 교대로 동작시켜 제어기가 제3 인버터를 스위칭 회로로 구동함으로써,
    멀티 브리지 토폴로지를 등가의 풀 브리지로 구성하는 멀티 브리지 토폴로지.
  20. 제15항에 있어서, 제어기는,
    제1 인버터의 제1 스위치 및 제1 인버터의 제2 스위치를 교대로 동작시켜 제어기가 제1 인버터를 스위칭 회로로 구동하고;
    제2 인버터의 제1 스위치 및 제2 인버터의 제2 스위치를 제1 인버터와 동상으로 교대로 동작시켜 제어기가 제2 인버터를 스위칭 회로로 구동하고;
    제3 인버터의 제1 스위치를 개방되게 구동하고 제3 인버터의 제2 스위치를 폐쇄되게 구동하여 DC 기준 전압을 제공함으로써 제어기가 제3 인버터를 기준 전압으로 구동함으로써,
    멀티 브리지 토폴로지를 등가의 하프 브리지로 구성하는 멀티 브리지 토폴로지.
  21. 제15항에 있어서, 제어기는,
    제1 인버터의 제1 스위치 및 제1 인버터의 제2 스위치를 교대로 동작시켜 제어기가 제1 인버터를 스위칭 회로로 구동하고;
    제2 인버터의 제1 스위치를 개방되게 구동하고 제2 인버터의 제2 스위치를 폐쇄되게 구동하여 제어기가 제2 인버터를 DC 기준으로 구동하고;
    제3 인버터의 제1 스위치 및 제3 인버터의 제2 스위치를 제1 인버터와 이상으로 교대로 동작시켜 제어기가 제3 인버터를 스위칭 회로로 구동함으로써,
    멀티 브리지 토폴로지를 용량 분압기를 갖는 풀 브리지로 구성하는 멀티 브리지 토폴로지.
  22. 제15항에 있어서, 제어기는,
    제1 인버터의 제1 스위치 및 제1 인버터의 제2 스위치를 교대로 동작시켜 제어기가 제1 인버터를 스위칭 회로로 구동하고;
    제2 인버터의 제1 스위치를 개방되게 구동하고 제2 인버터의 제2 스위치를 폐쇄되게 구동함으로써 제어기가 제2 인버터를 DC 기준으로 구동하고;
    제3 인버터의 제1 스위치를 개방되게 구동하고 제3 인버터의 제2 스위치를 폐쇄되게 구동하여 제어기가 제3 인버터를 DC 기준으로 구동함으로써,
    멀티 브리지 토폴로지를 용량 분압기를 갖는 하프 브리지로 구성하는 멀티 브리지 토폴로지.
  23. 제15항에 있어서, 제어기는, 멀티 브리지 토폴로지를 복수의 상이한 브리지 토폴로지 사이에서 구성하도록 제1 인버터의 제1 스위치, 제1 인버터의 제2 스위치, 제2 인버터의 제1 스위치, 제2 인버터의 제2 스위치, 제3 인버터의 제1 스위치, 및 제3 인버터의 제2 스위치를 제어하고, 복수의 상이한 브리지 토폴로지의 서브세트는 상이한 공진 주파수를 갖는 멀티 브리지 토폴로지.
  24. 제15항에 있어서, 제3 노드를 제4 전압원에 선택적으로 결합하는 제1 스위치 및 제4 노드를 제4 기준 전압에 선택적으로 결합하는 제2 스위치를 포함하는 제4 인버터를 포함하고, 제4 노드는 프라이머리 인덕터의 제2 단자에 전기적으로 접속되는 멀티 브리지 토폴로지.
  25. 제24항에 있어서, 제1 인버터, 제2 인버터, 제3 인버터, 및 제4 인버터는 대칭적인 풀 브리지 및 용량 분압기를 갖는 대칭적인 풀 브리지 중 적어도 하나로 동작하는 멀티 브리지 토폴로지.
  26. 제14항에 있어서, 제1 커패시터의 커패시턴스 및 제2 커패시터의 커패시턴스는 균형을 이루는 멀티 브리지 토폴로지.
  27. 제14항에 있어서, 제1 커패시터 및 제2 커패시터의 커패시턴스가 균형을 이루지 않은 멀티 브리지 토폴로지.
  28. 무선 전원 장치용 멀티 브리지 토폴로지로서,
    제1 단자 및 제2 단자를 갖는 프라이머리 인덕터;
    제1 노드를 전압원에 선택적으로 결합하는 제1 스위치 및 제1 노드를 기준 전압에 선택적으로 결합하는 제2 스위치를 포함하는 제1 인버터 - 제1 노드는 제1 커패시터를 통해서 프라이머리 인덕터의 제1 단자에 전기적으로 접속되고, 제1 노드는 프라이머리 인덕터의 제2 단자에 대해서는 직접적인 전기적 접속이 없음 - ;
    제2 노드를 전압원에 선택적으로 결합하는 제1 스위치 및 제2 노드를 기준 전압에 선택적으로 결합하는 제2 스위치를 포함하는 제2 인버터 - 제2 노드는 제2 커패시터를 통해서 프라이머리 인덕터의 제1 단자에 전기적으로 접속되고, 제2 노드는 프라이머리 인덕터의 제2 단자에 대해서는 직접적인 전기적 접속이 없음 - ; 및
    제1 인버터의 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하여 멀티 브리지 토폴로지를 복수의 상이한 브리지 토폴리지 사이에서 구성하고 공진 주파수를 조정하도록 제2 인버터의 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하는 제어기
    를 포함하는 멀티 브리지 토폴로지.
  29. 제28항에 있어서, 제어기는,
    제1 인버터의 제1 스위치 및 제1 인버터의 제2 스위치를 교대로 동작시켜 제어기가 제1 인버터를 스위칭 회로로 구동하고;
    제2 인버터의 제1 스위치 및 제2 인버터의 제2 스위치를 제1 인버터와 동상으로 교대로 동작시켜 제어기가 제2 인버터를 스위칭 회로로 구동함으로써,
    멀티 브리지 토폴로지를 풀 브리지로 구성하는 멀티 브리지 토폴로지.
  30. 제28항에 있어서, 제어기는,
    제1 인버터의 제1 스위치 및 제1 인버터의 제2 스위치를 교대로 동작시켜 제어기가 제1 인버터를 스위칭 회로로 구동하고;
    제2 인버터의 제1 스위치를 개방되게 구동하고 제2 인버터의 제2 스위치를 폐쇄되게 구동하여 제어기가 제2 인버터를 기준 전압으로 구동함으로써,
    멀티 브리지 토폴로지를 하프 브리지로 구성하는 멀티 브리지 토폴로지.
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