KR102353272B1 - 무선 전력 송수신기 - Google Patents

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Abstract

무선 전력 송수신기는 입력 생성기, 인버터, 배터리, 안테나, 임피던스 매칭 회로 및 모드 변환기를 포함한다. 입력 생성기는 전력 송신 모드에서 양성 전압 및 음성 전압으로서 입력 전압을 출력하고 전력 수신 모드에서 양성 전압으로서 전원 전압을 출력하고 음성 전압으로서 접지 전압을 출력한다. 인버터는 전력 송신 모드에서 입력 전압을 반전한 전압으로 제2 노드를 구동하고, 전력 수신 모드에서 제2 노드의 전압을 정류하여 전원 전압으로서 출력한다. 임피던스 매칭 회로는 제2 노드의 전압과 안테나 양단의 전압 간을 변환한다. 모드 변환기는 전력 송신 모드에서 배터리의 전압을 변환한 전압을 전원 전압으로서 출력하고, 전력 수신 모드에서 전원 전압을 변환하여 배터리를 충전한다.

Description

무선 전력 송수신기 {WIRELESS POWER TRANSCEIVER}
본 발명은 무선 전력 송수신기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적은 면적으로 구현이 가능한 무선 전력 송수신기에 관한 것이다.
기존의 무선 전력 송수신 시스템은 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기로 나뉘어져 있다. 무선 전력 송신 기능을 더한 무선 전력 수신기(e. g. 스마트폰)는 소형 웨어러블 기기(Wearable device)나 블루투스 헤드셋(Bluetooth headset)과 같은 소형 무선 기기의 간이 충전 시스템이 될 수 있기 때문에, 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기를 통합하려는 연구가 계속되어 오고 있다.
NFC(Near Field Communication) 장치는 리더 모드와 카드 모드로 모두 동작이 가능하기 때문에 무선 전력 송수신기로 사용될 수 있다. 다만, 무선 전력 수신을 위해서 안테나를 통해 수신된 교류 신호를 직류 신호로 변환해 주는 정류 회로(Rectifier)가 필요한데, 최근의 무선 기기에 요구되는 전력을 수신하기 위해서는 정류 회로의 크기가 커지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 무선 전력 송신에 사용되는 클래스 D 인버터를 무선 전력 수신 시 정류기(Rectifier)로 사용하는 무선 전력 송수신기를 제공하는데 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신기는 입력 생성기, 인버터, 배터리, 안테나, 임피던스 매칭 회로 및 모드 변환기를 포함한다. 상기 입력 생성기는 모드 신호가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 양성 전압 및 음성 전압으로서 입력 전압을 출력한다. 상기 입력 생성기는 상기 모드 신호가 활성화되는 전력 수신 모드에서 상기 양성 전압으로서 제1 노드의 전압인 전원 전압을 출력하고 상기 음성 전압으로서 접지 전압을 출력한다. 상기 인버터는 상기 전력 송신 모드에서 상기 입력 전압을 반전한 전압으로 제2 노드를 구동하고, 상기 전력 수신 모드에서 상기 제2 노드의 전압을 정류하여 상기 전원 전압으로서 출력한다. 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 제2 노드의 전압과 상기 안테나 양단의 전압 간을 변환한다. 상기 모드 변환기는 상기 전력 송신 모드에서 상기 배터리의 전압을 변환한 전압을 상기 전원 전압으로서 출력한다. 상기 모드 변환기는 상기 전력 수신 모드에서 상기 전원 전압을 변환하여 상기 배터리를 충전한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전력 송신 모드에서 상기 제2 노드의 전압은 상기 입력 전압에 상응하고, 상기 전력 수신 모드에서 상기 안테나 양단의 전압은 상기 안테나의 수신 신호의 강도에 상응할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 인버터는 제1 PMOS 트랜지스터 및 제1 NMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 양성 전압이 인가될 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인 및 기판이 상기 제1 노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소스가 제2 노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 상기 전력 수신 모드에서 제1 다이오드로 동작하여 상기 제2 노드의 전압의 정류 전압을 상기 전원 전압으로서 출력할 수 있다. 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 음성 전압이 인가될 수 있다. 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인이 상기 제2 노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 소스 및 기판에 상기 접지 전압이 인가될 수 있다. 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 전력 송신 모드에서 상기 안테나에 최대 전력이 공급되도록 임피던스 매칭하여 상기 제2 노드의 전압을 상기 안테나 양단의 전압으로 변환할 수 있다. 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 전력 수신 모드에서 상기 안테나 양단의 전압을 상기 제2 노드의 전압으로 변환할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전력 수신 모드에서, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소스는 상기 제1 다이오드의 p 터미널로서 동작하고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 기판은 상기 제1 다이오드의 n 터미널로서 동작하고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 기판은 제2 다이오드의 p 터미널로서 동작하고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 제2 다이오드의 n 터미널로서 동작할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 입력 생성부는 제1 PMOS 트랜지스터, 제2 PMOS 트랜지스터, 제1 NMOS 트랜지스터 및 제2 NMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인에 상기 입력 전압이 인가되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소스는 제3 노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인에 상기 전원 전압이 인가되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 소스는 상기 제3 노드와 연결되고, 상기 제3 노드의 전압이 상기 양성 전압일 수 있다. 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 드레인에 상기 입력 전압이 인가되고, 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 소스는 제4 노드와 연결될 수 있다. 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 드레인에 상기 접지 전압이 인가되고, 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 소스는 상기 제4 노드와 연결되고, 상기 제4 노드의 전압이 상기 음성 전압일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모드 변환기는 제1 DC-DC 컨버터, 제2 DC-DC 컨버터, 제1 PMOS 트랜지스터, 제1 NMOS 트랜지스터 및 충전기를 포함할 수 있다. 제3 노드에 상기 배터리의 전압이 인가될 수 있다. 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 소스는 제4 노드와 연결되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 제3 노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소스는 제5 노드와 연결되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 제3 노드와 연결될 수 있다. 상기 충전기의 일 말단은 상기 제4 노드와 연결되고, 상기 충전기의 타 말단은 제6 노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 DC-DC 컨버터의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 제1 DC-DC 컨버터의 타 말단은 상기 제5 노드와 연결될 수 있다. 상기 제2 DC-DC 컨버터의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 제2 DC-DC 컨버터의 타 말단은 상기 제6 노드와 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모드 신호가 비활성화된 경우, 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 턴-온되고 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 턴-오프되고 상기 제1 DC-DC 컨버터는 상기 제3 노드의 상기 배터리의 전압을 변환하여 상기 제1 노드의 상기 전원 전압을 생성할 수 있다. 상기 모드 신호가 활성화된 경우, 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 턴-오프되고 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 턴-온되고 상기 제2 DC-DC 컨버터는 상기 제1 노드의 상기 전원 전압을 변환하여 상기 제6 노드의 전압을 생성하고, 상기 충전기는 상기 제6 노드에서 상기 제3 노드로 흐르는 전류의 량을 상기 배터리의 입력 가능 전류량 범위 내로 조절하여 상기 배터리를 충전할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모드 변환기는 DC-DC 컨버터, 충전기, 제1 PMOS 트랜지스터, 제1 NMOS 트랜지스터 및 과전압 보호기를 포함할 수 있다. 제3 노드에 상기 배터리의 전압이 인가될 수 있다. 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 소스는 제4 노드와 연결되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 제3 노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소스는 제5 노드와 연결되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 제3 노드와 연결될 수 있다. 상기 DC-DC 컨버터의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 DC-DC 컨버터의 타 말단은 상기 제5 노드와 연결될 수 있다. 상기 충전기의 일 말단은 상기 제4 노드와 연결되고, 상기 충전기의 타 말단은 상기 제1 노드와 연결될 수 있다. 상기 과전압 보호기의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 과전압 보호기의 타 말단에 상기 접지 전압이 인가될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모드 신호가 비활성화된 경우, 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 턴-온되고 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 턴-오프되고 상기 DC-DC 컨버터는 상기 제5 노드의 상기 배터리의 전압을 변환하여 상기 제1 노드의 상기 전원 전압을 생성할 수 있다. 상기 모드 신호가 활성화된 경우, 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 턴-오프되고 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 턴-온되고 상기 충전기는 상기 제1 노드에서 상기 제3 노드로 흐르는 전류의 량을 상기 배터리의 입력 가능 전류량 범위 내로 조절하여 상기 배터리를 충전하고, 상기 과전압 보호기는 상기 제1 노드의 상기 전원 전압이 미리 정해진 전압을 초과하지 않도록 유지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모드 변환기는 역전압 방지 DC-DC 컨버터, 충전기 및 과전압 보호기를 포함할 수 있다. 제3 노드에 상기 배터리의 전압이 인가될 수 있다. 상기 역전압 방지 DC-DC 컨버터의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 역전압 방지 DC-DC 컨버터의 타 말단은 상기 제3 노드와 연결될 수 있다. 상기 충전기의 일 말단은 상기 제3 노드와 연결되고, 상기 충전기의 타 말단은 상기 제1 노드와 연결될 수 있다. 상기 과전압 보호기의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 과전압 보호기의 타 말단에 상기 접지 전압이 인가될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모드 신호가 비활성화된 경우, 상기 역전압 방지 DC-DC 컨버터는 상기 제3 노드의 상기 배터리의 전압을 변환하여 상기 제1 노드의 상기 전원 전압을 생성할 수 있다. 상기 모드 신호가 활성화된 경우, 상기 충전기는 상기 제1 노드에서 상기 제3 노드로 흐르는 전류의 량을 상기 배터리의 입력 가능 전류량 범위 내로 조절하여 상기 배터리를 충전하고, 상기 과전압 보호기는 상기 제1 노드의 전압이 미리 정해진 전압을 초과하지 않도록 유지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 역전압 방지 DC-DC 컨버터는 상기 제1 노드의 상기 전원 전압이 상기 제3 노드의 상기 배터리의 전압보다 큰 경우, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드를 전기적으로 분리시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 역전압 방지 DC-DC 컨버터는 DC-DC 컨버터 및 내부 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 DC-DC 컨버터의 일 말단은 상기 제1 노드에 연결되고, 상기 DC-DC 컨버터의 타 말단은 상기 내부 다이오드의 n 터미널에 연결되고, 상기 내부 다이오드의 p 터미널은 상기 제3 노드와 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전력 송신 모드에서 상기 전원 전압이 상기 미리 정해진 전압보다 낮은 전압으로 유지될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 제2 노드의 전압의 고주파 성분을 필터링하여 상기 안테나 양단의 전압을 생성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 입력 전압의 주파수가 13.65MHz인 경우, 상기 무선 전력 송수신기는 NFC (Near Field Communication) 송수신기로 사용될 수 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신기는 제1 입력 생성기, 제2 입력 생성기, 제1 인버터, 제2 인버터, 배터리, 안테나, 임피던스 매칭 회로 및 모드 변환기를 포함한다. 상기 제1 입력 생성기는 모드 신호가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 제1 양성 전압 및 제1 음성 전압으로서 입력 전압을 출력한다. 상기 제1 입력 생성기는 상기 모드 신호가 활성화되는 전력 수신 모드에서 상기 제1 양성 전압으로서 제1 노드의 전압인 전원 전압을 출력하고 상기 제1 음성 전압으로서 접지 전압을 출력한다. 상기 제2 입력 생성기는 상기 전력 송신 모드에서 제2 양성 전압 및 제2 음성 전압으로서 상기 입력 전압을 논리 반전한 전압을 출력한다. 상기 제2 입력 생성기는 상기 전력 수신 모드에서 상기 제2 양성 전압으로서 상기 전원 전압을 출력하고 상기 제2 음성 전압으로서 상기 접지 전압을 출력한다. 상기 제1 인버터는 상기 전력 송신 모드에서 상기 입력 전압을 반전한 전압으로 제2 노드를 구동한다. 상기 제1 인버터는 상기 전력 수신 모드에서 상기 제2 노드의 전압을 정류하여 상기 전원 전압으로 출력한다. 상기 제2 인버터는 상기 전력 송신 모드에서 상기 입력 전압을 논리 반전한 전압을 다시 반전한 전압으로 제3 노드를 구동한다. 상기 제2 인버터는 상기 전력 수신 모드에서 상기 제3 노드의 전압을 정류하여 상기 전원 전압으로 출력한다. 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 간의 제1 전압 차와 상기 안테나 양단의 제2 전압 차 간을 변환한다. 상기 모드 변환기는 상기 전력 송신 모드에서 상기 배터리의 전압을 변환한 전압을 상기 전원 전압으로서 출력한다. 상기 모드 변환기는 상기 전력 수신 모드에서 상기 전원 전압을 변환하여 상기 배터리를 충전한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 인버터는 제1 PMOS 트랜지스터 및 제1 NMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2 인버터는 제2 PMOS 트랜지스터 및 제2 NMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 제1 양성 전압이 인가될 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인 및 기판이 상기 제1 노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소스가 제2 노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 상기 전력 수신 모드에서 제1 다이오드로 동작하여 상기 제2 노드의 전압의 정류 전압을 상기 전원 전압으로서 출력할 수 있다. 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 제1 음성 전압이 인가될 수 있다. 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인이 상기 제2 노드와 연결될 수 있다. 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 소스 및 기판에 상기 접지 전압이 인가될 수 있다. 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 제2 양성 전압이 인가될 수 있다. 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 드레인 및 기판이 상기 제1 노드와 연결될 수 있다. 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 소스가 제3 노드와 연결될 수 있다. 상기 제2 PMOS 트랜지스터는 상기 전력 수신 모드에서 제2 다이오드로 동작하여 상기 제3 노드의 전압의 정류 전압을 상기 전원 전압으로서 출력할 수 있다. 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 제2 음성 전압이 인가될 수 있다. 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 드레인이 상기 제3 노드와 연결될 수 있다. 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 소스 및 기판에 상기 접지 전압이 인가될 수 있다. 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 전력 송신 모드에서 상기 안테나에 최대 전력이 공급되도록 임피던스 매칭하여 상기 제1 전압 차를 상기 제2 전압 차로 변환할 수 있다. 상기 임피던스 매칭 회로는 상기 전력 수신 모드에서 상기 제2 전압 차를 상기 제1 전압 차로 변환할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 무선 전력 송수신기는, 무선 전력 수신 시, 무선 전력 송신에 사용되는 클래스 D 인버터에 포함되는 트랜지스터들의 게이트 입력을 조절하여 상기 클래스 D 인버터를 정류기로 사용하여 배터리를 충전할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 무선 전력 송수신기는 클래스 D 인버터와 정류기를 별도로 포함하는 종래의 무선 전력 송수신기에 비교하여 적은 면적으로 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신기를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 무선 전력 송수신기에 포함되는 입력 생성기를 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 1의 무선 전력 송수신기에 포함되는 모드 변환기의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 송신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 3의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 수신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 1의 무선 전력 송수신기에 포함되는 모드 변환기의 다른 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 송신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 6의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 수신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 1의 무선 전력 송수신기에 포함되는 모드 변환기의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 송신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 11은 도 9의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 수신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 12 및 13은 도 1의 무선 전력 송수신기에 포함되는 임피던스 매칭 회로의 실시예들을 나타내는 회로도들이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신기를 나타내는 블록도이다.
도 15 및 16은 도 14의 무선 전력 송수신기에 포함되는 임피던스 매칭 회로의 실시예들을 나타내는 회로도들이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신기를 나타내는 블록도이다.
도 18은 도 17의 무선 전력 송수신기에 포함되는 안테나 양단 전압을 나타내는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 기기를 나타내는 블록도이다.
도 21은 도 20의 웨어러블 기기가 스마트워치(smart watch)로 구현된 일 실시예를 나타내는 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신기를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 송수신기(100)는 입력 생성기(INPUT GENERATOR; 110), 인버터(INV1), 배터리(BAT; 130), 안테나(ANTENNA1), 임피던스 매칭 회로(RFMN1; 140) 및 모드 변환기(MODE CHANGER; 120)를 포함한다. 인버터(INV1)는 제1 PMOS 트랜지스터(T11) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T12)를 포함한다.
입력 생성기(110)는 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 양성 전압(V11P) 및 음성 전압(V11N)으로서 입력 전압(VIN1)을 출력한다. 입력 생성기(110)는 모드 신호(SIGMODE)가 활성화되는 전력 수신 모드에서 양성 전압(V11P)으로서 제1 노드(N11)의 전압인 전원 전압(TVDD)을 출력하고 음성 전압(V11N)으로서 접지 전압(GND)을 출력한다. 입력 생성기(110)의 구조 및 동작에 대하여 도 2를 참조하여 후술한다.
인버터(INV1)는 상기 전력 송신 모드에서 입력 전압(VIN1)을 반전한 전압으로 제2 노드(N12)를 구동하고, 상기 전력 수신 모드에서 제2 노드(N12)의 전압(V12)을 정류하여 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다. 자세하게는, 제1 PMOS 트랜지스터(T11)의 게이트에 양성 전압(V11P)이 인가된다. 제1 PMOS 트랜지스터(T11)의 드레인 및 기판이 제1 노드(N11)와 연결된다. 제1 PMOS 트랜지스터(T11)의 소스가 제2 노드(N12)와 연결된다. 제1 PMOS 트랜지스터(T11)는 전력 수신 모드에서 제1 다이오드로 동작하여 제2 노드(N12)의 전압(V12)의 정류 전압을 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다. 제1 NMOS 트랜지스터(T12)의 게이트에 음성 전압(V11N)이 인가된다. 제1 NMOS 트랜지스터(T12)의 드레인이 제2 노드(N12)와 연결된다. 제1 NMOS 트랜지스터(T12)의 소스 및 기판에 접지 전압(GND)이 인가된다.
전력 송신 모드에서 제1 PMOS 트랜지스터(T11) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T12)는 입력 전압(VIN1)을 입력 받아 제2 노드(N12)의 전압(V12)을 생성하는 클래스 D 인버터(Class-D inverter)로서 동작한다.
임피던스 매칭 회로(140)는 제2 노드(N12)의 전압(V12)과 안테나(ANTENNA1) 양단의 전압(V13) 간을 변환한다. 자세하게는, 임피던스 매칭 회로(140)는 전력 송신 모드에서 안테나(ANTENNA1)에 최대 전력이 공급되도록 임피던스 매칭하여 제2 노드(N12)의 전압(V12)을 안테나(ANTENNA1) 양단의 전압(V13)으로 변환한다. 임피던스 매칭 회로(140)는 전력 수신 모드에서 안테나(ANTENNA1) 양단의 전압(V13)을 제2 노드(V12)의 전압으로 변환한다. 임피던스 매칭 회로(140)의 실시예들을 도 12 및 13을 참조하여 후술한다.
모드 변환기(120)는 전력 송신 모드에서 배터리(130)의 전압(VBAT)을 변환한 전압을 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다. 모드 변환기(120)는 전력 수신 모드에서 전원 전압(TVDD)을 변환하여 배터리(130)를 충전한다. 모드 변환기(120)의 실시예들의 구조 및 동작 대하여 도 3 내지 11을 참조하여 후술한다.
전력 송신 모드에서 제2 노드(N12)의 전압(V12)은 입력 전압(VIN1)에 상응할 수 있다. 전력 수신 모드에서 안테나(ANTENNA1) 양단의 전압(V13)은 안테나(ANTENNA1)의 수신 신호의 강도에 상응할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 입력 전압(VIN1)의 주파수가 13.65MHz인 경우, 무선 전력 송수신기(100)는 NFC (Near Field Communication) 송수신기로 사용될 수 있다.
도 2는 도 1의 무선 전력 송수신기에 포함되는 입력 생성기를 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 입력 생성부(110)는 제2 PMOS 트랜지스터(T13), 제3 PMOS 트랜지스터(T15), 제2 NMOS 트랜지스터(T14) 및 제3 NMOS 트랜지스터(T16)를 포함할 수 있다.
제2 PMOS 트랜지스터(T13)의 드레인에 입력 전압(VIN1)이 인가되고, 제2 PMOS 트랜지스터(T13)의 게이트에 모드 신호(SIGMOD)가 인가되고, 제2 PMOS 트랜지스터(T13)의 소스는 제4 노드(N14)와 연결될 수 있다. 제2 NMOS 트랜지스터(T14)의 드레인에 전원 전압(TVDD)이 인가되고, 제2 NMOS 트랜지스터(T14)의 게이트에 모드 신호(SIGMOD)가 인가되고, 제2 NMOS 트랜지스터(T14)의 소스는 제4 노드(N14)와 연결되고, 제4 노드(N14)의 전압이 양성 전압(V11P)일 수 있다. 제3 PMOS 트랜지스터(T15)의 드레인에 입력 전압(VIN1)이 인가되고, 제3 PMOS 트랜지스터(T15)의 게이트에 모드 신호(SIGMOD)가 인가되고, 제3 PMOS 트랜지스터(T15)의 소스는 제5 노드(N15)와 연결될 수 있다. 제3 NMOS 트랜지스터(T16)의 드레인에 접지 전압(GND)이 인가되고, 제3 NMOS 트랜지스터(T16)의 게이트에 모드 신호(SIGMOD)가 인가되고, 제3 NMOS 트랜지스터(T16)의 소스는 제5 노드(N15)와 연결되고, 제5 노드(N15)의 전압이 음성 전압(V11N)일 수 있다.
모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되는 경우, 제2 PMOS 트랜지스터(T13) 및 제3 PMOS 트랜지스터(T15)는 턴-온되고 제2 NMOS 트랜지스터(T14) 및 제3 NMOS 트랜지스터(T16)는 턴-오프되어, 양성 전압(V11P) 및 음성 전압(V11N)으로서 입력 전압(VIN1)이 출력된다.
모드 신호(SIGMOD)가 활성화되는 경우, 제2 PMOS 트랜지스터(T13) 및 제3 PMOS 트랜지스터(T15)는 턴-온되고 제2 NMOS 트랜지스터(T14) 및 제3 NMOS 트랜지스터(T16)는 턴-오프되어, 양성 전압(V11P)으로서 전원 전압(TVDD)이 출력되고 음성 전압(V11N)으로서 접지 전압(GND)이 출력된다.
입력 생성기(110)는 도 2에 도시된 구조 외 다른 구조로 구현될 수도 있다.
도 3은 도 1의 무선 전력 송수신기에 포함되는 모드 변환기의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 모드 변환기(120A)는 제1 DC-DC 컨버터(DDC1A), 제2 DC-DC 컨버터(DDC2A), 제4 PMOS 트랜지스터(T18A), 제4 NMOS 트랜지스터(T17A) 및 충전기(CHARGERA)를 포함할 수 있다.
제6 노드(N16)에 배터리(130)의 전압(VBAT)이 인가될 수 있다. 제4 NMOS 트랜지스터(T17A)의 소스는 제7 노드(N17A)와 연결되고, 제4 NMOS 트랜지스터(T17A)의 게이트에 모드 신호(SIGMOD)가 인가되고, 제4 NMOS 트랜지스터(T17A)의 드레인은 제6 노드(N16)와 연결될 수 있다. 제4 PMOS 트랜지스터(T18A)의 소스는 제8 노드(N18A)와 연결되고, 제4 PMOS 트랜지스터(T18A)의 게이트에 모드 신호(SIGMOD)가 인가되고, 제4 PMOS 트랜지스터(T18A)의 드레인은 제6 노드(N16)와 연결될 수 있다. 충전기(CHARGERA)의 일 말단은 제7 노드(N17A)와 연결되고, 충전기(CHARGERA)의 타 말단은 제9 노드(N19A)와 연결될 수 있다. 제1 DC-DC 컨버터(DDC1A)의 일 말단은 제1 노드(N11)와 연결되고, 제1 DC-DC 컨버터(DDC1A)의 타 말단은 제8 노드(N18A)와 연결될 수 있다. 제2 DC-DC 컨버터(DDC2A)의 일 말단은 제1 노드(N11)와 연결되고, 제2 DC-DC 컨버터(DDC2A)의 타 말단은 제9 노드(N19A)와 연결될 수 있다.
제1 및 제2 DC-DC 컨버터(DDC1A, DDC2A) 및 충전기(CHARGERA)는 통상의 기술자가 이해할 수 있는 일반적인 전자 회로들이므로 자세한 설명은 생략한다.
도 4는 도 3의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 송신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화된 경우, 제4 PMOS 트랜지스터(T18A)는 턴-온되고 제4 NMOS 트랜지스터(T17A)는 턴-오프되고 제1 DC-DC 컨버터(DDC1A)는 제6 노드(N16)의 배터리(130)의 전압(VBAT)을 변환하여 제1 노드(N11)의 전원 전압(TVDD)을 생성할 수 있다.
제1 PMOS 트랜지스터(T11) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T12)는 전원 전압(TVDD)을 사용하는 클래스 D 인버터로 동작하여 입력 전압(VIN1)을 논리 반전하여 제2 노드(N12)의 전압(V12)을 생성한다. 제2 노드(N12)의 전압(V12)은 임피던스 매칭 회로(140)를 통해 안테나(ANTENNA1)의 양단 전압(V13)으로 변환된다. 안테나(ANTENNA1)는 안테나(ANTENNA1)의 양단 전압(V13)에 상응하는 무선 신호를 출력한다.
도 5는 도 3의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 수신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 모드 신호(SIGMOD)가 활성화된 경우, 제1 PMOS 트랜지스터(T11)의 소스는 제1 다이오드(D11)의 p 터미널로서 동작하고, 제1 PMOS 트랜지스터(T11)의 기판은 제1 다이오드(D11)의 n 터미널로서 동작할 수 있고, 제1 NMOS 트랜지스터(T12)의 기판은 제2 다이오드(D12)의 p 터미널로서 동작하고, 제1 NMOS 트랜지스터(T12)의 드레인은 제2 다이오드(D12)의 n 터미널로서 동작할 수 있다. 안테나(ANTENNA1)를 통해 수신된 신호에 상응하는 안테나(ANTENNA1) 양단의 전압(V13)은 임피던스 매칭 회로(140)를 통해 제2 노드(N12)의 전압(V12)으로 변환된다. 제1 PMOS 트랜지스터(T11)는 제1 다이오드(D11)로 동작하여 제2 노드(N12)의 전압(V12)의 정류 전압을 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다. 제4 PMOS 트랜지스터(T18A)는 턴-오프되고 제4 NMOS 트랜지스터(T17A)는 턴-온되고 제2 DC-DC 컨버터(DDC2A)는 제1 노드(N11)의 전원 전압(TVDD)을 변환하여 제9 노드(N19)의 전압을 생성하고, 충전기(CHARGERA)는 제9 노드(N19A)에서 제6 노드(N16A)로 흐르는 전류의 량을 배터리(130)의 입력 가능 전류량 범위 내로 조절하여 배터리(130)를 충전할 수 있다.
도 6은 도 1의 무선 전력 송수신기에 포함되는 모드 변환기의 다른 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 모드 변환기(120B)는 DC-DC 컨버터(DDCB), 충전기(CHARGERB), 제4 PMOS 트랜지스터(T18B), 제4 NMOS 트랜지스터(T17B) 및 과전압 보호기(OVPB)를 포함할 수 있다.
제6 노드(N16)에 배터리(130)의 전압(VBAT)이 인가될 수 있다. 제4 NMOS 트랜지스터(T17B)의 소스는 제7 노드(N17B)와 연결되고, 제4 NMOS 트랜지스터(T17B)의 게이트에 모드 신호(SIGMOD)가 인가되고, 제4 NMOS 트랜지스터(T17B)의 드레인은 제6 노드(N16)와 연결될 수 있다. 제4 PMOS 트랜지스터(T18B)의 소스는 제8 노드(N18B)와 연결되고, 제4 PMOS 트랜지스터(T18B)의 게이트에 모드 신호(SIGMOD)가 인가되고, 제4 PMOS 트랜지스터(T18B)의 드레인은 제6 노드(N16)와 연결될 수 있다. DC-DC 컨버터(DDCB)의 일 말단은 제1 노드(N11)와 연결되고, DC-DC 컨버터(DDCB)의 타 말단은 제8 노드(N18B)와 연결될 수 있다. 충전기(CHARGERB)의 일 말단은 제7 노드(N17B)와 연결되고, 충전기(CHARGERB)의 타 말단은 제1 노드(N11)와 연결될 수 있다. 과전압 보호기(OVPB))의 일 말단은 제1 노드(N11)와 연결되고, 과전압 보호기(OVPB)의 타 말단에 접지 전압(GND)이 인가될 수 있다.
DC-DC 컨버터(DDC1B) 및 충전기(CHARGERB)는 통상의 기술자가 이해할 수 있는 일반적인 전자 회로들이므로 자세한 설명은 생략한다. 과전압 보호기(OVPB)는 일반적으로 제너 다이오드(Zener diode)를 이용하여 구현될 수 있는 공지의 회로이므로 자세한 설명은 생략한다.
도 7은 도 6의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 송신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화된 경우, 제4 PMOS 트랜지스터(T18B)는 턴-온되고 제4 NMOS 트랜지스터(T17B)는 턴-오프되고 DC-DC 컨버터(DDCB)는 제6 노드(N16)의 배터리(130)의 전압(VBAT)을 변환하여 제1 노드(N11)의 전원 전압(TVDD)을 생성할 수 있다.
제1 PMOS 트랜지스터(T11) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T12)는 전원 전압(TVDD)을 사용하는 클래스 D 인버터로 동작하여 입력 전압(VIN1)을 논리 반전하여 제2 노드(N12)의 전압(V12)을 생성한다. 제2 노드(N12)의 전압(V12)은 임피던스 매칭 회로(140)를 통해 안테나(ANTENNA1)의 양단 전압(V13)으로 변환된다. 안테나(ANTENNA1)는 안테나(ANTENNA1)의 양단 전압(V13)에 상응하는 무선 신호를 출력한다.
도 8은 도 6의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 수신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 모드 신호(SIGMOD)가 활성화된 경우, 제1 PMOS 트랜지스터(T11)의 소스는 제1 다이오드(D11)의 p 터미널로서 동작하고, 제1 PMOS 트랜지스터(T11)의 기판은 제1 다이오드(D11)의 n 터미널로서 동작할 수 있고, 제1 NMOS 트랜지스터(T12)의 기판은 제2 다이오드(D12)의 p 터미널로서 동작하고, 제1 NMOS 트랜지스터(T12)의 드레인은 제2 다이오드(D12)의 n 터미널로서 동작할 수 있다. 안테나(ANTENNA1)를 통해 수신된 신호에 상응하는 안테나(ANTENNA1) 양단의 전압(V13)은 임피던스 매칭 회로(140)를 통해 제2 노드(N12)의 전압(V12)으로 변환된다. 제1 PMOS 트랜지스터(T11)는 제1 다이오드(D11)로 동작하여 제2 노드(N12)의 전압(V12)의 정류 전압을 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다. 제4 PMOS 트랜지스터(T18B)는 턴-오프되고 제4 NMOS 트랜지스터(T17A)는 턴-온되고 충전기(CHARGERB)는 제1 노드(N11)에서 제6 노드(N16)로 흐르는 전류의 량을 배터리(130)의 입력 가능 전류량 범위 내로 조절하여 배터리(130)를 충전하고, 과전압 보호기(OVPB)는 제1 노드(N11)의 전원 전압(TVDD)이 미리 정해진 전압을 초과하지 않도록 유지할 수 있다.
도 9는 도 1의 무선 전력 송수신기에 포함되는 모드 변환기의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 모드 변환기(120C)는 역전압 방지 DC-DC 컨버터(RPDDC), 충전기(CHARGERC) 및 과전압 보호기(OVPC)를 포함할 수 있다.
제6 노드(N16)에 배터리(130)의 전압(VBAT)이 인가될 수 있다. 역전압 방지 DC-DC 컨버터(RPDDC)의 일 말단은 제1 노드(N11)와 연결되고, 역전압 방지 DC-DC 컨버터(RPDDC)의 타 말단은 제6 노드(N16)와 연결될 수 있다. 충전기(CHARGERC)의 일 말단은 제6 노드(N16)와 연결되고, 충전기(CHARGERC)의 타 말단은 제1 노드(N11)와 연결될 수 있다. 과전압 보호기(OVPC)의 일 말단은 제1 노드(N11)와 연결되고, 과전압 보호기(OVPC)의 타 말단에 접지 전압(GND)이 인가될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 역전압 방지 DC-DC 컨버터(RPDDC)는 DC-DC 컨버터(DDC; 121C) 및 내부 다이오드(122C)를 포함할 수 있다. DC-DC 컨버터(121C)의 일 말단은 제1 노드(N11)에 연결되고, DC-DC 컨버터(121C)의 타 말단은 내부 다이오드(122C)의 n 터미널에 연결되고, 내부 다이오드(122C)의 p 터미널은 제6 노드(N16)와 연결될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 역전압 방지 DC-DC 컨버터(RPDDC)는 제1 노드(N11)의 전원 전압(TVDD)이 제6 노드(N16)의 배터리(130)의 전압(VBAT)보다 큰 경우, 제1 노드(N11)와 제3 노드(N16)를 전기적으로 분리시킬 수 있다(도 9 상 미도시).
DC-DC 컨버터(121C), 충전기(CHARGERC) 및 내부 다이오드(122C)는 통상의 기술자가 이해할 수 있는 일반적인 전자 회로들이므로 자세한 설명은 생략한다. 과전압 보호기(OVPC)는 일반적으로 제너 다이오드를 통해 구현될 수 있는 공지의 회로이므로 자세한 설명은 생략한다.
전원 전압(TVDD)이 상기 미리 정해진 전압보다 낮은 전압으로 유지되어야 무선 전력 송수신기(100)는 전력 송신 모드에서 효율적으로 동작할 수 있다.
도 10은 도 9의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 송신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화된 경우, 역전압 방지 DC-DC 컨버터(RPDDC)는 제6 노드(N16)의 배터리(130)의 전압(VBAT)을 변환하여 제1 노드(N11)의 전원 전압(TVDD)을 생성할 수 있다.
제1 PMOS 트랜지스터(T11) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T12)는 전원 전압(TVDD)을 사용하는 클래스 D 인버터로 동작하여 입력 전압(VIN1)을 논리 반전하여 제2 노드(N12)의 전압(V12)을 생성한다. 제2 노드(N12)의 전압(V12)은 임피던스 매칭 회로(140)를 통해 안테나(ANTENNA1)의 양단 전압(V13)으로 변환된다. 안테나(ANTENNA1)는 안테나(ANTENNA1)의 양단 전압(V13)에 상응하는 무선 신호를 출력한다.
도 11은 도 9의 모드 변환기가 도 1의 무선 전력 송수신기에 적용된 경우 전력 수신 모드에서 도 1의 무선 전력 송수신기의 등가 회로를 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 모드 신호(SIGMOD)가 활성화된 경우, 제1 PMOS 트랜지스터(T11)의 소스는 제1 다이오드(D11)의 p 터미널로서 동작하고, 제1 PMOS 트랜지스터(T11)의 기판은 제1 다이오드(D11)의 n 터미널로서 동작할 수 있고, 제1 NMOS 트랜지스터(T12)의 기판은 제2 다이오드(D12)의 p 터미널로서 동작하고, 제1 NMOS 트랜지스터(T12)의 드레인은 제2 다이오드(D12)의 n 터미널로서 동작할 수 있다. 안테나(ANTENNA1)를 통해 수신된 신호에 상응하는 안테나(ANTENNA1) 양단의 전압(V13)은 임피던스 매칭 회로(140)를 통해 제2 노드(N12)의 전압(V12)으로 변환된다. 제1 PMOS 트랜지스터(T11)는 제1 다이오드(D11)로 동작하여 제2 노드(N12)의 전압(V12)의 정류 전압을 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다. 충전기(CHARGERC)는 제1 노드(N11)에서 제6 노드(N16)로 흐르는 전류의 량을 배터리(130)의 입력 가능 전류량 범위 내로 조절하여 배터리(130)를 충전하고, 과전압 보호기(OVPC)는 제1 노드(N11)의 전압이 미리 정해진 전압을 초과하지 않도록 유지할 수 있다.
도 12 및 13은 도 1의 무선 전력 송수신기에 포함되는 임피던스 매칭 회로의 실시예들을 나타내는 회로도들이다.
도 12를 참조하면, 임피던스 매칭 회로(140A)는 제1 커패시터(C11A) 및 제1 인덕터(L11A)를 포함할 수 있다. 제1 커패시터(C11A)의 일 말단은 제2 노드(N12)에 연결되고, 제1 커패시터(C11A)의 타 말단은 제6 노드(N16)에 연결될 수 있다. 제1 인덕터(L11A)의 일 말단은 제6 노드(N16)에 연결되고, 제1 인덕터(L11A)의 타 말단에 접지 전압(GND)이 인가될 수 있다. 제1 커패시터(C11A)의 커패시턴스는 안테나(ANTENNA1)에 최대 전력을 전달하기 위해 임의로 조절될 수 있다. 도 12의 임피던스 매칭 회로(140A)는 안테나(ANTENNA1)의 Q 지수가 높은 경우 사용될 수 있다.
도 13을 참조하면, 임피던스 매칭 회로(140B)는 제2 커패시터(C11B), 제3 커패시터(C12B), 제4 커패시터(C13B), 제2 인덕터(L11B) 및 제3 인덕터(L12B)를 포함할 수 있다. 제2 인덕터(L11B)의 일 말단은 제2 노드(N12)에 연결되고, 제2 인덕터(L11B)의 타 말단은 내부 노드(NINT)에 연결될 수 있다. 제3 커패시터(C12B)의 일 말단은 내부 노드(NINT)에 연결되고, 제3 커패시터(C12B)의 타 말단에 접지 전압(GND)이 인가될 수 있다. 제2 커패시터(C11B)의 일 말단은 내부 노드(NINT)에 연결되고, 제2 커패시터(C11B)의 타 말단은 제6 노드(N16)에 연결될 수 있다. 제4 커패시터(C13B)의 일 말단은 제6 노드(N16)에 연결되고, 제4 커패시터(C13B)의 타 말단에 접지 전압(GND)이 인가될 수 있다. 제3 인덕터(L12B)의 일 말단은 제6 노드(N16)에 연결되고 제3 인덕터(L12B)의 타 말단에 접지 전압(GND)이 인가될 수 있다.
커패시터들(C11B, C12B, C13B)의 커패시턴스들은 안테나(ANTENNA1)에 최대 전력을 전달하기 위해 임의로 조절될 수 있다. 제2 인덕터(L11B) 및 제3 커패시터(C12B)는 저역 통과 필터(141B)로 동작할 수 있다. 저역 통과 필터(141B)는 안테나(ANTENNA1)의 Q 지수가 낮은 경우 제2 노드(N12)의 전압(V12)의 고주파 성분을 필터링하여 안테나(ANTENNA1)의 양단 전압(V13)에 상응하는 안테나(ANTENNA1) 출력 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신기를 나타내는 블록도이다.
도 14를 참조하면, 무선 전력 송수신기(200)는 제1 입력 생성기(IG1; 221), 제2 입력 생성기(IG2; 222), 제1 및 제2 인버터들(INV21 및 INV22), 제3 인버터(250), 배터리(BAT; 230), 안테나(ANTENNA2), 임피던스 매칭 회로(RFMN2; 240) 및 모드 변환기(MODE CHANGER; 220)를 포함한다. 제1 인버터(INV21)는 제1 PMOS 트랜지스터(T21) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T22)를 포함한다. 제2 인버터(INV22)는 제2 PMOS 트랜지스터(T23) 및 제2 NMOS 트랜지스터(T24)를 포함한다.
제1 입력 생성기(211)는 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 제1 양성 전압(V21P) 및 제1 음성 전압(V21N)으로서 입력 전압(VIN2)을 출력한다. 제1 입력 생성기(IG1)는 모드 신호(SIGMOD)가 활성화되는 전력 수신 모드에서 제1 양성 전압(V21P)으로서 제1 노드(N21)의 전압인 전원 전압(TVDD)을 출력하고 제1 음성 전압(V21N)으로서 접지 전압(GND)을 출력한다. 제3 인버터(250)는 입력 전압(VIN2)을 논리 반전하여 반전된 입력 전압(/VIN2)을 생성한다. 제2 입력 생성기(212)는 전력 송신 모드에서 제2 양성 전압(V22P) 및 제2 음성 전압(V22N)으로서 반전된 입력 전압(/VIN2)을 출력한다. 제2 입력 생성기(212)는 전력 수신 모드에서 제2 양성 전압(V22P)으로서 전원 전압(TVDD)을 출력하고 제2 음성 전압(V22N)으로서 접지 전압(GND)을 출력한다.
제1 인버터(INV21)는 상기 전력 송신 모드에서 입력 전압(VIN2)을 반전한 전압으로 제2 노드(N22)를 구동한다. 제1 인버터(INV21)는 상기 전력 수신 모드에서 제2 노드(N22)의 전압을 정류하여 전원 전압(TVDD)으로 출력한다. 제2 인버터(INV22)는 상기 전력 송신 모드에서 입력 전압(VIN2)을 논리 반전한 전압을 다시 반전한 전압으로 제3 노드(N23)를 구동한다. 제2 인버터(INV22)는 상기 전력 수신 모드에서 제3 노드(N23)의 전압을 정류하여 전원 전압(TVDD)으로 출력한다. 제1 PMOS 트랜지스터(T21)의 게이트에 제1 양성 전압(V21P)이 인가된다. 제1 PMOS 트랜지스터(T21)의 드레인 및 기판이 제1 노드(N21)와 연결된다. 제1 PMOS 트랜지스터(T21)의 소스가 제2 노드(N22)와 연결된다. 제1 PMOS 트랜지스터(T21)는 전력 수신 모드에서 제1 다이오드로 동작하여 제2 노드(N22)의 전압의 정류 전압을 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다. 제1 NMOS 트랜지스터(T22)의 게이트에 제1 음성 전압(V21N)이 인가된다. 제1 NMOS 트랜지스터(T22)의 드레인이 제2 노드(N22)와 연결된다. 제1 NMOS 트랜지스터(T22)의 소스 및 기판에 접지 전압(GND)이 인가된다. 제2 PMOS 트랜지스터(T23)의 게이트에 제2 양성 전압(V22P)이 인가된다. 제2 PMOS 트랜지스터(T23)의 드레인 및 기판이 제1 노드(N21)와 연결된다. 제2 PMOS 트랜지스터(T23)의 소스가 제3 노드(N23)와 연결된다. 제2 PMOS 트랜지스터(T23)는 전력 수신 모드에서 제2 다이오드로 동작하여 제3 노드(N23)의 전압의 정류 전압을 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다. 제2 NMOS 트랜지스터(T24)의 게이트에 제2 음성 전압(V22N)이 인가된다. 제2 NMOS 트랜지스터(T24)의 드레인이 제3 노드(N23)와 연결된다. 제2 NMOS 트랜지스터(T24)의 소스 및 기판에 접지 전압(GND)이 인가된다.
전력 송신 모드에서, 제1 PMOS 트랜지스터(T21) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T22)는 입력 전압(VIN2)을 입력 받아 제2 노드(N22)의 전압을 생성하는 제1 클래스 D 인버터로서 동작하고, 제2 PMOS 트랜지스터(T23) 및 제2 NMOS 트랜지스터(T24)는 반전된 입력 전압(/VIN2)을 입력 받아 제3 노드(N23)의 전압을 생성하는 제2 클래스 D 인버터로서 동작한다.
임피던스 매칭 회로(240)는 제2 노드(N22)와 제3 노드(N23) 간의 제1 전압 차(V22)와 안테나(ANTENNA2) 양단의 제2 전압 차(V23) 간을 변환한다. 자세하게는, 임피던스 매칭 회로(240)는 전력 송신 모드에서 안테나(ANTENNA2)에 최대 전력이 공급되도록 임피던스 매칭하여 제2 노드(N22)와 제3 노드(N23) 간의 제1 전압 차(V22)를 안테나(ANTENNA2) 양단의 제2 전압 차(V23)로 변환한다. 임피던스 매칭 회로(240)는 전력 수신 모드에서 제2 전압 차(V23)를 제1 전압 차(V22)로 변환한다.
모드 변환기(220)는 전력 송신 모드에서 배터리(230)의 전압(VBAT)을 변환한 전압을 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다. 모드 변환기(220)는 전력 수신 모드에서 전원 전압(TVDD)을 변환하여 배터리(230)를 충전한다.
도 14에 도시된 무선 전력 송수신기(200)는 도 1의 무선 전력 송수신기(100)와 도 1의 무선 전력 송수신기(100)에서 입력 전압을 반전시킨 무선 전력 송수신기를 합한 차동 구조(Differential structure)를 가지고 있으므로, 도 14의 무선 전력 송수신기(200)에 포함된 안테나(ANTENNA2)는 도 1의 무선 전력 송수신기(100)에 포함된 안테나(ANTENNA1)에 비해 2배의 세기를 가지는 출력 신호를 출력할 수 있다.
무선 전력 송수신기(200)의 구성 요소들의 구조 및 동작은 도 1 내지 도 13을 참조하여 이해할 수 있으므로 설명을 생략한다.
도 15 및 16은 도 14의 무선 전력 송수신기에 포함되는 임피던스 매칭 회로의 실시예들을 나타내는 회로도들이다.
도 15를 참조하면, 임피던스 매칭 회로(240A)는 제1 커패시터(C21A), 제2 커패시터(C22A) 및 제1 인덕터(L21A)를 포함할 수 있다. 제1 커패시터(C21A)의 일 말단은 제2 노드(N22)에 연결되고, 제1 커패시터(C21A)의 타 말단은 제4 노드(N24)에 연결될 수 있다. 제2 커패시터(C22A)의 일 말단은 제3 노드(N23)에 연결되고, 제2 커패시터(C22A)의 타 말단은 제5 노드(N25)에 연결될 수 있다. 제1 인덕터(L21A)의 일 말단은 제4 노드(N24)에 연결되고, 제1 인덕터(L21A)의 타 말단은 제5 노드(N25)에 연결될 수 있다. 커패시터들(C21A, C22A)의 커패시턴스들은 안테나(ANTENNA2)에 최대 전력을 전달하기 위해 임의로 조절될 수 있다. 도 15의 임피던스 매칭 회로(240A)는 안테나(ANTENNA2)의 Q 지수가 높은 경우 사용될 수 있다.
도 16을 참조하면, 임피던스 매칭 회로(240B)는 제2 커패시터(C21B), 제3 커패시터(C22B), 제4 커패시터(C23B), 제5 커패시터(C24B), 제2 인덕터(L21B), 제3 인덕터(L22B) 및 제4 인덕터(L23B)를 포함할 수 있다. 제2 인덕터(L21B)의 일 말단은 제2 노드(N22)에 연결되고, 제2 인덕터(L21B)의 타 말단은 제1 내부 노드(NINT1)에 연결될 수 있다. 제3 인덕터(L22B)의 일 말단은 제3 노드(N23)에 연결되고, 제3 인덕터(L22B)의 타 말단은 제2 내부 노드(NINT2)에 연결될 수 있다. 제3 커패시터(C22B)의 일 말단은 제1 내부 노드(NINT1)에 연결되고, 제3 커패시터(C22B)의 타 말단은 제2 내부 노드(NINT2)에 연결될 수 있다. 제2 커패시터(C21B)의 일 말단은 제1 내부 노드(NINT1)에 연결되고, 제2 커패시터(C21B)의 타 말단은 제4 노드(N24)에 연결될 수 있다. 제4 커패시터(C23B)의 일 말단은 제2 내부 노드(NINT2)에 연결되고, 제4 커패시터(C23B)의 타 말단은 제5 노드(N25)에 연결될 수 있다. 제5 커패시터(C24B)의 일 말단은 제4 노드(N24)에 연결되고, 제5 커패시터(C24B)의 타 말단은 제5 노드(N25)에 연결될 수 있다. 제4 인덕터(L23B)의 일 말단은 제4 노드(N24)에 연결되고 제4 인덕터(L23B)의 타 말단은 제5 노드(N25)에 연결될 수 있다.
커패시터들(C21B, C22B, C23B, C24B)의 커패시턴스들은 안테나(ANTENNA1)에 최대 전력을 전달하기 위해 임의로 조절될 수 있다.
제2 및 제3 인덕터들(L21B, L22B) 및 제3 커패시터(C22B)는 저역 통과 필터(241B)로 동작할 수 있다. 저역 통과 필터(241B)는 안테나(ANTENNA2)의 Q 지수가 낮은 경우 제2 노드(N22)와 제3 노드(N23) 간의 제1 전압 차(V22)의 고주파 성분을 필터링하여 안테나(ANTENNA2)의 양단 전압(V23)에 상응하는 안테나(ANTENNA2) 출력 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신기를 나타내는 블록도이다.
도 17을 참조하면, 무선 전력 송수신기(300)는 제1 내지 제N 입력 생성기들(311, 312, 313) (N은 자연수), 제1 내지 제3 인버터들(INV31, INV32 및 INV33), 배터리(BAT; 330), 안테나(ANTENNA3), 임피던스 매칭 회로(RFMN3; 340) 및 모드 변환기(MODE CHANGER; 320)를 포함한다. 제1 인버터(INV31)는 제1 PMOS 트랜지스터(T31) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T32)를 포함한다. 제2 인버터(INV32)는 제2 PMOS 트랜지스터(T33) 및 제2 NMOS 트랜지스터(T34)를 포함한다. 제3 인버터(INV33)는 제3 PMOS 트랜지스터(T35) 및 제3 NMOS 트랜지스터(T36)를 포함한다.
제1 입력 생성기(311)는 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 제1 ASK(Amplitude Shift Keying) 변조 신호(S1)가 활성화된 경우 제1 양성 전압(V31P) 및 제1 음성 전압(V31N)으로서 입력 전압(VIN3)을 출력한다. 제1 입력 생성기(311)는 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 제1 ASK 변조 신호(S1)가 비활성화된 경우 제1 양성 전압(V31P) 및 제1 음성 전압(V31N)을 플로팅(Floating)시킨다. 제1 입력 생성기(311)는 모드 신호(SIGMODE)가 활성화되는 전력 수신 모드에서 제1 양성 전압(V31P)으로서 제1 노드(N31)의 전압인 전원 전압(TVDD)을 출력하고 제1 음성 전압(V31N)으로서 접지 전압(GND)을 출력한다.
제2 입력 생성기(312)는 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 제2 ASK 변조 신호(S2)가 활성화된 경우 제2 양성 전압(V32P) 및 제2 음성 전압(V32N)으로서 입력 전압(VIN3)을 출력한다. 제2 입력 생성기(312)는 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 제2 ASK 변조 신호(S2)가 비활성화된 경우 제2 양성 전압(V32P) 및 제2 음성 전압(V32N)을 플로팅(Floating)시킨다. 제2 입력 생성기(312)는 모드 신호(SIGMODE)가 활성화되는 전력 수신 모드에서 제2 양성 전압(V32P)으로서 제1 노드(N31)의 전압인 전원 전압(TVDD)을 출력하고 제2 음성 전압(V32N)으로서 접지 전압(GND)을 출력한다.
제N 입력 생성기(313)는 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 제N ASK 변조 신호(SN)가 활성화된 경우 제N 양성 전압(V3NP) 및 제N 음성 전압(V3NN)으로서 입력 전압(VIN3)을 출력한다. 제N 입력 생성기(313)는 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 제N ASK 변조 신호(SN)가 비활성화된 경우 제N 양성 전압(V3NP) 및 제N 음성 전압(V3NN)을 플로팅(Floating)시킨다. 제N 입력 생성기(313)는 모드 신호(SIGMODE)가 활성화되는 전력 수신 모드에서 제N 양성 전압(V3NP)으로서 제1 노드(N31)의 전압인 전원 전압(TVDD)을 출력하고 제N 음성 전압(V3NN)으로서 접지 전압(GND)을 출력한다.
모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되고 제1 ASK 변조 신호(S1)가 활성화된 경우 제1 PMOS 트랜지스터(T31) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T32)는 입력 전압(VIN3)을 논리 반전한 전압으로 제2 노드(N32)를 구동한다. 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되고 제1 ASK 변조 신호(S1)가 비활성화된 경우 제1 PMOS 트랜지스터(T31) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T32)는 제2 노드(N32)를 구동하지 않는다. 모드 신호(SIGMOD)가 활성화된 경우 제1 PMOS 트랜지스터(T31)는 다이오드로 동작하여 제2 노드(N32)의 전압(V32)의 정류 전압을 제1 노드(N31)의 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다.
모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되고 제2 ASK 변조 신호(S2)가 활성화된 경우 제2 PMOS 트랜지스터(T33) 및 제2 NMOS 트랜지스터(T34)는 입력 전압(VIN3)을 논리 반전한 전압으로 제2 노드(N32)를 구동한다. 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되고 제2 ASK 변조 신호(S2)가 비활성화된 경우 제2 PMOS 트랜지스터(T33) 및 제2 NMOS 트랜지스터(T34)는 제2 노드(N32)를 구동하지 않는다. 모드 신호(SIGMOD)가 활성화된 경우 제2 PMOS 트랜지스터(T33)는 다이오드로 동작하여 제2 노드(N32)의 전압(V32)의 정류 전압을 제1 노드(N31)의 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다.
모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되고 제N ASK 변조 신호(SN)가 활성화된 경우 제N PMOS 트랜지스터(T35) 및 제N NMOS 트랜지스터(T36)는 입력 전압(VIN3)을 논리 반전한 전압으로 제2 노드(N32)를 구동한다. 모드 신호(SIGMOD)가 비활성화되고 제N ASK 변조 신호(SN)가 비활성화된 경우 제N PMOS 트랜지스터(T35) 및 제N NMOS 트랜지스터(T36)는 제2 노드(N32)를 구동하지 않는다. 모드 신호(SIGMOD)가 활성화된 경우 제N PMOS 트랜지스터(T35)는 다이오드로 동작하여 제2 노드(N32)의 전압(V32)의 정류 전압을 제1 노드(N31)의 전원 전압(TVDD)으로서 출력한다.
전력 송신 모드에서, 제1 PMOS 트랜지스터(T31) 및 제1 NMOS 트랜지스터(T32)는 입력 전압(VIN3)을 입력 받아 제2 노드(N32)의 전압(V32)을 생성하는 제1 클래스 D 인버터로서 동작하고, 제2 PMOS 트랜지스터(T33) 및 제2 NMOS 트랜지스터(T34)는 입력 전압(VIN3)을 입력 받아 제2 노드(N32)의 전압(V32)을 생성하는 제2 클래스 D 인버터로서 동작하고, 제3 PMOS 트랜지스터(T35) 및 제3 NMOS 트랜지스터(T36)는 입력 전압(VIN3)을 입력 받아 제2 노드(N32)의 전압(N32)을 생성하는 제3 클래스 D 인버터로서 동작한다.
무선 전력 송수신기(300)의 나머지 구성 요소들은 도 1 내지 16을 참조하여 이해할 수 있으므로 설명을 생략한다.
도 18은 도 17의 무선 전력 송수신기에 포함되는 안테나 양단 전압을 나타내는 그래프이다.
도 18을 참조하면, ASK 변조 신호들(S1, S2 내지 SN)이 변화하는 경우, 안테나(ANTENNA3)의 양단 전압인 제3 전압(V33)의 진폭(Amplitude)이 변화하는 것을 알 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 19를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(400)은 이미지 센서(410), 저장 장치(430), 프로세서(420), 메모리 장치(MEMORY DEVICE)(440), 입출력 장치(450), 네트워크 장치(470) 및 전원 장치(460)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(410)는 입사광에 상응하는 디지털 신호를 생성한다. 저장 장치(430)는 상기 디지털 신호를 저장한다. 프로세서(420)는 이미지 센서(410), 네트워크 장치(470) 및 저장 장치(430)의 동작을 제어한다.
도 19에는 도시되지 않았지만, 컴퓨팅 시스템(400)은 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 전자 기기들과 통신할 수 있는 포트(port)들을 더 포함할 수 있다.
프로세서(420)는 특정 계산들 또는 태스크(task)들을 수행할 수 있다. 실시예에 따라서, 프로세서(420)는 마이크로프로세서 (microprocessor), 중앙 처리 장치(CPU, Central Processing Unit)일 수 있다. 프로세서(420)는 어드레스 버스(address bus), 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus)를 통하여 저장 장치(430), 메모리 장치(440), 네트워크 장치(470) 및 입출력 장치(450)에 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 실시예에 따라서, 프로세서(420)는 주변 구성요소 상호연결(Peripheral Component Interconnect; PCI) 버스와 같은 확장 버스에도 연결될 수 있다.
저장 장치(430)는 플래시 메모리 장치(flash memory device), 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive; HDD), 씨디롬(CD-ROM) 및 모든 형태의 비휘발성 메모리 장치 등을 포함할 수 있다.
메모리 장치(440)는 컴퓨팅 시스템(400)의 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(440)는 동적 랜덤 액세스 메모리(Dynamic Random Access Memory; DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(Static Random Access Memory; SRAM) 등과 같은 휘발성 메모리 장치 및 이피롬(Erasable Programmable Read-Only Memory; EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory; EEPROM) 및 플래시 메모리 장치(flash memory device) 등과 같은 비휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다.
입출력 장치(450)는 키보드, 키패드, 마우스 등과 같은 입력 수단 및 프린터, 디스플레이 등과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 전원 장치(460)는 컴퓨팅 시스템(400)의 동작에 필요한 동작 전압을 공급할 수 있다. 전원 장치(460)는 배터리를 포함할 수 있고, 외부로부터 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전하거나 상기 배터리로부터 무선 전력을 생성하여 외부로 송신하는 무선 전력 송수신기를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 송수신기는 도 1, 14, 17의 무선 전력 송수신기들(100, 200, 300) 중 하나로 구현될 수 있다.
이미지 센서(410)는 상기 버스들 또는 다른 통신 링크를 통해서 프로세서(420)와 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
이미지 센서(410)는 입사광을 감지하여 아날로그 신호를 생성하는 픽셀 어레이 및 제1 동작 모드에서 상기 아날로그 신호에 대해 시그마-델타(sigma-delta) 아날로그-디지털 변환 및 순환(cyclic) 아날로그-디지털 변환을 수행하여 상기 디지털 신호를 생성하고, 제2 동작 모드에서 상기 아날로그 신호에 대해 단일 기울기(single slope) 아날로그-디지털 변환을 수행하여 상기 디지털 신호를 생성하는 아날로그-디지털 변환부를 포함한다.
이미지 센서(410)는 다양한 형태들의 패키지로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(410)의 적어도 일부의 구성들은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.
네트워크 장치(470)는 프로세서(420), 이미지 센서(410), 저장 장치(430), 메모리 장치(440) 및 입출력 장치(450)의 정보를 컴퓨팅 시스템(400) 외부에 존재하는 타 컴퓨팅 시스템에 송수신 할 수 있다.
실시예에 따라서, 이미지 센서(410)는 프로세서(420)와 함께 하나의 칩에 집적될 수도 있고, 서로 다른 칩에 각각 집적될 수도 있다.
한편, 컴퓨팅 시스템(400)은 이미지 센서(410)를 이용하는 모든 컴퓨팅 시스템으로 해석되어야 할 것이다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(400)은 디지털 카메라, 이동 전화기, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 스마트폰 등을 포함할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 기기를 나타내는 블록도이고, 도 21은 도 20의 웨어러블 기기가 스마트워치(smart watch)로 구현된 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 웨어러블 기기(500)는 프로세서(510), 메모리 장치(520), 저장 장치(530), 입출력 장치(540), 파워 서플라이(550) 및 무선 전력 송수신기(560)를 포함할 수 있다. 나아가, 웨어러블 기기(500)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 전자 기기들과 통신할 수 있는 여러 포트(port)들을 더 포함할 수 있다. 한편, 도 21에 도시된 바와 같이, 웨어러블 기기(500)는 사용자의 손목에 착용되는 스마트워치(500)일 수 있다. 다만, 이것은 예시적인 것으로서 웨어러블 기기(500)가 그에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 웨어러블 기기(500)는 손목시계 형태뿐 만 아니라 헤드셋 형태, 안경 형태 등으로 구현되어 사용자의 몸에 착용되는 모든 휴대용 전자 기기로 해석되어야 할 것이다.
프로세서(510)는 특정 계산들 또는 태스크(task)들을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(510)는 마이크로프로세서(micro processor), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP) 등일 수 있다. 프로세서(510)는 어드레스 버스(address bus), 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus) 등을 통하여 다른 구성 요소들에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(510)는 주변 구성 요소 상호 연결(Peripheral Component Interconnect; PCI) 버스와 같은 확장 버스에도 연결될 수 있다.
메모리 장치(520)는 웨어러블 기기(500)의 동작에 필요한 데이터들을 저장할 수 있다. 입출력 장치(540)는 키보드, 키패드, 터치패드, 터치스크린, 마우스 등과 같은 입력 수단, 및 디스플레이 장치, 스피커, 프린터 등과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다.
파워 서플라이(550)는 웨어러블 기기(500)의 동작에 필요한 파워를 공급할 수 있다. 이 때, 파워 서플라이(550)는 배터리를 포함할 수 있다. 배터리는 도 1, 14, 17의 무선 전력 송수신기들(100, 200, 300)에 포함되는 배터리(130, 230, 330)일 수 있다.
무선 전력 송수신기(560)는 상기 버스들 또는 다른 통신 링크를 통해서 다른 구성 요소들에 연결될 수 있다. 무선 전력 송수신기(560)는 전력 수신 모드로 동작하는 경우 무선 전력 신호를 무선으로 수신하여 파워 서플라이(550)의 배터리에 충전할 수 있다. 무선 전력 송수신기(560)는 전력 송신 모드로 동작하는 경우 파워 서플라이(550)의 배터리로부터 무선 전력 신호를 생성하여 외부의 무선 전력 수신기로 송신할 수 있다. 무선 전력 송수신기(560)는 도 1, 14, 17의 무선 전력 송수신기들(100, 200, 300)로 구현될 수 있다. 무선 전력 송수신기(560)는 도 1 내지 19를 참조하여 이해할 수 있으므로 자세한 설명을 생략한다.
본 발명은 무선 전력 송수신 기술을 채용한 휴대용 전자 기기에 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 스마트워치, 휴대폰, 스마트폰, 스마트패드, 타블렛PC, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 차량용 네비게이션, MP3 플레이어, 컴퓨터, 노트북, 디지털 카메라 등에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 모드 신호가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 양성 전압 및 음성 전압으로서 입력 전압을 출력하고, 상기 모드 신호가 활성화되는 전력 수신 모드에서 상기 양성 전압으로서 제1 노드의 전압인 전원 전압을 출력하고 상기 음성 전압으로서 접지 전압을 출력하는 입력 생성기;
    상기 전력 송신 모드에서 상기 입력 전압을 반전한 전압으로 제2 노드를 구동하고, 상기 전력 수신 모드에서 상기 제2 노드의 전압을 정류하여 상기 전원 전압으로서 출력하는 인버터;
    배터리 및 안테나;
    상기 제2 노드의 전압과 상기 안테나 양단의 전압 간을 변환하는 임피던스 매칭 회로; 및
    상기 전력 송신 모드에서 상기 배터리의 전압을 변환한 전압을 상기 전원 전압으로서 출력하고, 상기 전력 수신 모드에서 상기 전원 전압을 변환하여 상기 배터리를 충전하는 모드 변환기를 포함하는 무선 전력 송수신기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 인버터는 제1 PMOS 트랜지스터 및 제1 NMOS 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 PMOS 트랜지스터는 상기 양성 전압이 인가되는 게이트, 상기 제1 노드와 연결되는 드레인 및 기판, 상기 제2 노드와 연결되는 소스를 포함하고, 상기 전력 수신 모드에서 제1 다이오드로 동작하여 상기 제2 노드의 전압의 정류 전압을 상기 전원 전압으로서 출력하고,
    상기 제1 NMOS 트랜지스터는 상기 음성 전압이 인가된 게이트, 상기 제2 노드와 연결된 드레인, 상기 접지 전압이 인가되는 소스 및 기판을 포함하고,
    상기 임피던스 매칭 회로는 상기 전력 송신 모드에서 상기 안테나에 최대 전력이 공급되도록 임피던스 매칭하여 상기 제2 노드의 전압을 상기 안테나 양단의 전압으로 변환하고, 상기 전력 수신 모드에서 상기 안테나 양단의 전압을 상기 제2 노드의 전압으로 변환하고,
    상기 전력 수신 모드에서, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소스는 상기 제1 다이오드의 p 터미널로서 동작하고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 기판은 상기 제1 다이오드의 n 터미널로서 동작하고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 기판은 제2 다이오드의 p 터미널로서 동작하고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 제2 다이오드의 n 터미널로서 동작하는 무선 전력 송수신기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 입력 생성부는 제1 PMOS 트랜지스터, 제2 PMOS 트랜지스터, 제1 NMOS 트랜지스터 및 제2 NMOS 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인에 상기 입력 전압이 인가되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소스는 제3 노드와 연결되고,
    상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인에 상기 전원 전압이 인가되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 소스는 상기 제3 노드와 연결되고, 상기 제3 노드의 전압이 상기 양성 전압이고,
    상기 제2 PMOS 트랜지스터의 드레인에 상기 입력 전압이 인가되고, 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 소스는 제4 노드와 연결되고,
    상기 제2 NMOS 트랜지스터의 드레인에 상기 접지 전압이 인가되고, 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 소스는 상기 제4 노드와 연결되고, 상기 제4 노드의 전압이 상기 음성 전압인 무선 전력 송수신기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 모드 변환기는 제1 DC-DC 컨버터, 제2 DC-DC 컨버터, 제1 PMOS 트랜지스터, 제1 NMOS 트랜지스터 및 충전기를 포함하고,
    제3 노드에 상기 배터리의 전압이 인가되고,
    상기 제1 NMOS 트랜지스터의 소스는 제4 노드와 연결되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 제3 노드와 연결되고,
    상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소스는 제5 노드와 연결되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 제3 노드와 연결되고,
    상기 충전기의 일 말단은 상기 제4 노드와 연결되고, 상기 충전기의 타 말단은 제6 노드와 연결되고,
    상기 제1 DC-DC 컨버터의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 제1 DC-DC 컨버터의 타 말단은 상기 제5 노드와 연결되고,
    상기 제2 DC-DC 컨버터의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 제2 DC-DC 컨버터의 타 말단은 상기 제6 노드와 연결되는 무선 전력 송수신기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 모드 신호가 비활성화된 경우, 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 턴-온되고 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 턴-오프되고 상기 제1 DC-DC 컨버터는 상기 제3 노드의 상기 배터리의 전압을 변환하여 상기 제1 노드의 상기 전원 전압을 생성하고,
    상기 모드 신호가 활성화된 경우, 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 턴-오프되고 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 턴-온되고 상기 제2 DC-DC 컨버터는 상기 제1 노드의 상기 전원 전압을 변환하여 상기 제6 노드의 전압을 생성하고, 상기 충전기는 상기 제6 노드에서 상기 제3 노드로 흐르는 전류의 량을 상기 배터리의 입력 가능 전류량 범위 내로 조절하여 상기 배터리를 충전하는 무선 전력 송수신기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 모드 변환기는 DC-DC 컨버터, 충전기, 제1 PMOS 트랜지스터, 제1 NMOS 트랜지스터 및 과전압 보호기를 포함하고,
    제3 노드에 상기 배터리의 전압이 인가되고,
    상기 제1 NMOS 트랜지스터의 소스는 제4 노드와 연결되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 제3 노드와 연결되고,
    상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소스는 제5 노드와 연결되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 게이트에 상기 모드 신호가 인가되고, 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인은 상기 제3 노드와 연결되고,
    상기 DC-DC 컨버터의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 DC-DC 컨버터의 타 말단은 상기 제5 노드와 연결되고,
    상기 충전기의 일 말단은 상기 제4 노드와 연결되고, 상기 충전기의 타 말단은 상기 제1 노드와 연결되고,
    상기 과전압 보호기의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 과전압 보호기의 타 말단에 상기 접지 전압이 인가되는 무선 전력 송수신기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 모드 신호가 비활성화된 경우, 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 턴-온되고 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 턴-오프되고 상기 DC-DC 컨버터는 상기 제5 노드의 상기 배터리의 전압을 변환하여 상기 제1 노드의 상기 전원 전압을 생성하고,
    상기 모드 신호가 활성화된 경우, 상기 제1 PMOS 트랜지스터는 턴-오프되고 상기 제1 NMOS 트랜지스터는 턴-온되고 상기 충전기는 상기 제1 노드에서 상기 제3 노드로 흐르는 전류의 량을 상기 배터리의 입력 가능 전류량 범위 내로 조절하여 상기 배터리를 충전하고, 상기 과전압 보호기는 상기 제1 노드의 상기 전원 전압이 미리 정해진 전압을 초과하지 않도록 유지하는 무선 전력 송수신기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 모드 변환기는 역전압 방지 DC-DC 컨버터, 충전기 및 과전압 보호기를 포함하고,
    제3 노드에 상기 배터리의 전압이 인가되고,
    상기 역전압 방지 DC-DC 컨버터의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 역전압 방지 DC-DC 컨버터의 타 말단은 상기 제3 노드와 연결되고,
    상기 충전기의 일 말단은 상기 제3 노드와 연결되고, 상기 충전기의 타 말단은 상기 제1 노드와 연결되고,
    상기 과전압 보호기의 일 말단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 과전압 보호기의 타 말단에 상기 접지 전압이 인가되는 무선 전력 송수신기.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 모드 신호가 비활성화된 경우, 상기 역전압 방지 DC-DC 컨버터는 상기 제3 노드의 상기 배터리의 전압을 변환하여 상기 제1 노드의 상기 전원 전압을 생성하고,
    상기 모드 신호가 활성화된 경우, 상기 충전기는 상기 제1 노드에서 상기 제3 노드로 흐르는 전류의 량을 상기 배터리의 입력 가능 전류량 범위 내로 조절하여 상기 배터리를 충전하고, 상기 과전압 보호기는 상기 제1 노드의 전압이 미리 정해진 전압을 초과하지 않도록 유지하고,
    상기 역전압 방지 DC-DC 컨버터는 DC-DC 컨버터 및 내부 다이오드를 포함하고,
    상기 DC-DC 컨버터의 일 말단은 상기 제1 노드에 연결되고, 상기 DC-DC 컨버터의 타 말단은 상기 내부 다이오드의 n 터미널에 연결되고, 상기 내부 다이오드의 p 터미널은 상기 제3 노드와 연결되고,
    상기 전력 송신 모드에서 상기 전원 전압이 상기 미리 정해진 전압보다 낮은 전압으로 유지되는 무선 전력 송수신기.
  10. 모드 신호가 비활성화되는 전력 송신 모드에서 제1 양성 전압 및 제1 음성 전압으로서 입력 전압을 출력하고, 상기 모드 신호가 활성화되는 전력 수신 모드에서 상기 제1 양성 전압으로서 제1 노드의 전압인 전원 전압을 출력하고 상기 제1 음성 전압으로서 접지 전압을 출력하는 제1 입력 생성기;
    상기 전력 송신 모드에서 제2 양성 전압 및 제2 음성 전압으로서 상기 입력 전압을 논리 반전한 전압을 출력하고, 상기 전력 수신 모드에서 상기 제2 양성 전압으로서 상기 전원 전압을 출력하고 상기 제2 음성 전압으로서 상기 접지 전압을 출력하는 제2 입력 생성기;
    상기 전력 송신 모드에서 상기 입력 전압을 반전한 전압으로 제2 노드를 구동하고, 상기 전력 수신 모드에서 상기 제2 노드의 전압을 정류하여 상기 전원 전압으로 출력하는 제1 인버터;
    상기 전력 송신 모드에서 상기 입력 전압을 논리 반전한 전압을 다시 반전한 전압으로 제3 노드를 구동하고, 상기 전력 수신 모드에서 상기 제3 노드의 전압을 정류하여 상기 전원 전압으로 출력하는 제2 인버터;
    배터리 및 안테나;
    상기 제2 노드와 상기 제3 노드 간의 제1 전압 차와 상기 안테나 양단의 제2 전압 차 간을 변환하는 임피던스 매칭 회로; 및
    상기 전력 송신 모드에서 상기 배터리의 전압을 변환한 전압을 상기 전원 전압으로서 출력하고, 상기 전력 수신 모드에서 상기 전원 전압을 변환하여 상기 배터리를 충전하는 모드 변환기를 포함하는 무선 전력 송수신기.
KR1020150081760A 2015-06-10 2015-06-10 무선 전력 송수신기 KR102353272B1 (ko)

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