KR20060061776A

KR20060061776A - Wireless power ic chip with an antenna for a receiver supplying the power in wireless transfer of electric power energy using the electromagnetic waves

Info

Publication number: KR20060061776A
Application number: KR1020060043838A
Authority: KR
Inventors: 손명식
Original assignee: 순천대학교 산학협력단
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2006-06-08
Also published as: KR100751875B1

Abstract

본 발명은 무선 공중파(RF파, 마이크로파 및 밀리미터파를 포함)를 통해 전력 에너지를 송수신하는 시스템(송신단과 수신단을 포함하는 시스템)의 수신단의 전력 공급 장치를 수행하기 위한 안테나 일체형 전력 공급 장치의 단일 IC칩 구조에 관한 것이다.

전력 에너지 무선 송수신 시스템은 송신단에서 안테나를 통해 특정 무선 주파수를 갖는 전자기파의 송신 안테나 출력을 조절하여 전력 에너지를 전자기파의 형태로 송신할 수 있으며 이 전자기파를 안테나를 통해 수신하여 수신 전자기파의 전력을 원하는 형태로 변환하고 이를 통해 수신부의 전력 에너지를 공급하는 시스템적 특징을 갖는다.

이러한 전력 공급선이나 접촉 없이 무선으로 전력을 공급하기 위한 시스템의 수신단에 필수적인 수신 전력 변환 및 이를 통한 수신부의 전력 공급 장치로서 안테나 일체형 단일 칩 구조를 찾는 IC칩 구조에 대한 발명이며 이러한 단일 IC칩 구조는 무선으로 전력을 공급받는 전기 및 전자 기기들과 이동 및 휴대용 전자/전기 기기 및 바이오-전자 센서들의 전원이 차지하는 공간을 극소화하며, 손쉽게 삽입 연결함으로써 전원 공급 주장치, 전원 공급 보조 장치 및 전원 공급 충전기 장치로서 사용될 수 있다. 또한 이러한 단위 IC칩 구조를 직·병렬연결을 통해 어레이(array) 형태로 구현하면 충분히 원하는 크기의 전력 형태를 공급 받을 수 있으며 이를 단일 ASIC칩 형태로 제작할 수 있다는 다른 구조적 특징을 가지고 있다.

전력 에너지, 전자기파, 무선 전송, 전력 에너지 무선 전송, 무선 전력 전송, 전파 송신기, 전파 수신기, IC칩, 전파 수신 IC칩, 무선 전원 IC칩

The present invention provides a single antenna integrated power supply for performing a power supply of a receiving end of a system (including a transmitting end and a receiving end) of transmitting and receiving power energy over wireless airwaves (including RF waves, microwaves, and millimeter waves). It relates to an IC chip structure.

The power energy transmission / reception system transmits power energy in the form of electromagnetic waves by adjusting the transmit antenna output of electromagnetic waves having a specific radio frequency through an antenna at a transmitting end, and receives the electromagnetic waves through the antenna to receive the power of the received electromagnetic waves. It is a system feature that converts to and supplies power energy to the receiver.

The invention relates to an IC chip structure that finds an antenna-integrated single chip structure as a receiving power conversion and a power supply of a receiving unit, which is essential for a receiving end of a system for wirelessly supplying power without such a power supply line or contact. Minimize the space occupied by the power of wirelessly powered electrical and electronic devices, mobile and portable electronics / electrical devices and bio-electronic sensors, and easily plug-in connections for power supply mains, power supply aids and power supply chargers Can be used as. In addition, if the unit IC chip structure is implemented in an array form through serial / parallel connection, it has another structural feature that it can be supplied with a power size of a desired size and can be manufactured in a single ASIC chip form.

Power energy, electromagnetic wave, wireless transmission, power energy wireless transmission, wireless power transmission, radio transmitter, radio receiver, IC chip, radio reception IC chip, wireless power IC chip

Description

전파를 이용한 전력 에너지 무선 전송을 위한 수신단의 안테나 일체형 무선 전원 공급 IC칩 {Wireless Power IC Chip with an Antenna for a Receiver Supplying the Power in Wireless Transfer of Electric Power Energy Using the Electromagnetic Waves}Wireless Power IC Chip with an Antenna for a Receiver Supplying the Power in Wireless Transfer of Electric Power Energy Using the Electromagnetic Waves}

도 1은 RF 전파를 이용한 전력 에너지 무전 전송 시스템 구성도.1 is a block diagram of a power energy wireless transmission system using RF radio waves.

도 2a는 본 발명의 따른 하나의 단위 셀로 단위 전력을 형성하는 안테나 일체형 무선 전원 IC칩의 기능 회로 작용 구성도.2A is a functional circuit diagram of an antenna integrated wireless power supply IC chip forming unit power with one unit cell according to the present invention;

도 2b는 본 발명을 위해 반도체 집적회로 공정으로 제작한 무선 전원 IC칩의 단면 기능 구성도.Figure 2b is a cross-sectional functional configuration of a wireless power supply IC chip fabricated in a semiconductor integrated circuit process for the present invention.

도 3은 본 발명의 무선 전원 IC칩을 단위 셀로 하여 어레이(arrary) 배열 형태로 연결하여 단위 셀 보다 큰 전력을 얻기 위한 어레이 배열형 무선 전원 IC칩의 기능 구성도.3 is a functional configuration diagram of an array array type wireless power supply IC chip for obtaining a larger power than the unit cell by connecting in an array form using the wireless power supply IC chip of the present invention as a unit cell.

〈주요 도면 부호에 대한 간단한 설명〉〈Summary of Major Reference Symbols〉

100 : 송신단 110 : 수신단100: transmitting end 110: receiving end

200 : 무선 전원 공급부 210 : 안테나200: wireless power supply 210: antenna

220 : 전력수신부/전력변환부 230 : 전력검출부/전력제어부220: power receiver / power converter 230: power detector / power controller

240 : 전력저장부240: power storage unit

400 : 베어칩 형태의 무선 전원 IC칩 410: 연결부 또는 연결단자400: bare chip type wireless power supply IC chip 410: connection part or connection terminal

420 : IC칩을 패키징에 고정 접합시키기 위한 패드 층(예 본드 접합)420: pad layer for bonding the IC chip to the packaging (eg bond bonding)

430 : IC칩 지지를 위한 유전기판 층430: dielectric layer for IC chip support

440 : 마이크로 스트립 회로나 마이크로 스트립 안테나 구성일 경우 공통 접지 역할의 금속 층440: metal layer serving as a common ground in the case of a micro strip circuit or a micro strip antenna configuration

450 : 반도체 기판 층(Si, SiGe, Ge, SOI, GaAs 등의 반도체 기판)450: semiconductor substrate layer (semiconductor substrates such as Si, SiGe, Ge, SOI, GaAs, etc.)

460 : IC칩 내부의 집적회로 공정상의 연결 도선(금속 배선)460: connecting lead in integrated circuit process inside IC chip (metal wiring)

465 : 외부 단자와의 와이어 본딩된 금속 배선465: wire bonded metal wiring with external terminals

470 : 전력저장소자470: power storage device

480 : 절연체인 IC 보호막 역할의 패시베이션(passivation) 층480: A passivation layer serving as an insulator IC protective film

490 : 마이크로 스트립 회로 구성이나 마이크로 스트립 안테나 구성시 공통 접지와의 배선 연결을 위한 비아홀(via hole)을 통한 금속 배선490: Metal wiring through via holes for wiring to common ground in microstrip circuit configuration or microstrip antenna configuration

500 : 반도체 기판상에 금속 패턴으로 구현된 안테나와 분포소자로 이루어진 전력수신부500: power receiver consisting of an antenna and a distribution element implemented in a metal pattern on a semiconductor substrate

510 : 반도체 기판상에 집적회로로 구현된 전력변환부/전력제어부510: power conversion unit / power control unit implemented as an integrated circuit on a semiconductor substrate

520 : 반도체 집적회로와 동시에 구현된 하나 이상의 전력저장소자로 이루어진 전력저장부520: a power storage unit consisting of at least one power storage device simultaneously implemented with a semiconductor integrated circuit

600 : 400으로 표기된 베어칩을 단위 셀로 하여 어레이 형태로 배열 연결하여 보다 더 큰 전력을 접속하기 위한 어레이 배열형 무선 전원 IC칩600: Array array type wireless power supply IC chip to connect more power by array connection of bare chip indicated as 400 as unit cell

610 : 무선 전원 단위셀 ON/OFF 제어 신호 발생부를 갖지 않고 Wired Logic 으로 연결된 형태의 어레이 배열형 무선 전원 IC칩610: Array array type wireless power supply IC chip connected by wired logic without wireless power unit cell ON / OFF control signal generator

620 : 전력집속부620: power focusing unit

630 : ROM, EPROM, 또는 EEPROM과 같은 메모리와 디지털 제어신호를 갖는 무선 전원 단위 셀 ON/OFF 제어 신호 발생부630: Wireless power unit cell ON / OFF control signal generator having a digital control signal and a memory such as ROM, EPROM, or EEPROM

640 : 무선 전원 단위 셀 ON/OFF 제어 신호 발생부에 프로그램을 위한 디지털 입력신호 연결640: Connect digital input signal for program to wireless power unit cell ON / OFF control signal generator

641 : 스위칭 소자를 가져 무선 전원 단위 셀 ON/OFF 제어 신호 발생부의 제어신호에 따라 단위 셀을 선택하는 가로줄 주소부641: a horizontal line address portion having a switching element to select the unit cell according to the control signal of the wireless power unit cell ON / OFF control signal generator

642 : 스위칭 소자를 가져 무선 전원 단위 셀 ON/OFF 제어 신호 발생부의 제어신호에 따라 단위 셀을 선택하는 세로줄 주소부642: vertical line address portion having a switching element to select the unit cell according to the control signal of the wireless power unit cell ON / OFF control signal generator

650 : 전력 공급 연결 배선650: power supply connection wiring

[문헌1] 윤동기, 능동안테나를 이용한 Microwave-DC 변환효율 분석에 관한연구, 박사학위논문, 경남대학교, 1999년 12월.[1] Dong-Kee Yoon, A Study on the Analysis of Microwave-DC Conversion Efficiency Using Active Antenna, Ph.D Thesis, Kyungnam University, December 1999.

[문헌2] US 6127799 A (Krishnan, Rajesh)) 2003.10.03[US 2] US 6127799 A (Krishnan, Rajesh) 2003.10.03

본 발명은 도 1에 보인 바와 같은 무선 공중파(RF) 전력 에너지를 안테나를 통해 공중으로 방사하고 그 전자기파를 수신하여 전력변환을 수행하여 수신단의 응 용회로에 전원을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 시스템(이하 무선 전력 전송 시스템)에 있어서 수신단의 전원 공급 장치로서의 안테나 일체형 IC칩(이하 무선 전원 IC칩)에 관한 것이다. 수신단에서 전자기파 전력을 수신 변환하면 수신단의 응용회로에 전원을 공급할 수 있다.The present invention relates to a wireless power transmission system capable of supplying power to an application circuit of a receiver by radiating wireless air power (RF) power energy to the air through an antenna as shown in FIG. The present invention relates to an integrated antenna IC chip (hereinafter referred to as a wireless power supply IC chip) as a power supply device of a receiving end in a wireless power transmission system). When the receiver receives and converts electromagnetic wave power, it is possible to supply power to the application circuit of the receiver.

이와 같이 전원 공급선을 사용하지 않는 무선 전력 전송 기술은 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 하나는 유도 코일 방식이며, 따른 하나는 공기 중을 통하는 전자기파 송수신에 의한 전력 에너지 전송 방식이다.As such, wireless power transmission technology that does not use a power supply line can be classified into two types. One is an induction coil method, and the other is a power energy transmission method by transmitting and receiving electromagnetic waves through air.

첫 번째 방식인 코일을 이용하는 전자기 유도 결합 방식은 접촉 없이 무선으로 전력을 전송할 수 있으나 수신단 구조의 크기 및 전송 거리가 30cm 이내로 짧다는 단점을 갖는다. 두 번째 방식의 전자기파를 이용한 전력 에너지 무선 전송 방식은 수 km의 원거리에서도 전력 송수신을 할 수 있다는 장점을 갖지만 전력 변환 효율이 낮고 높은 전력을 송신하는 경우에는 인체에 미칠 전자기파의 유해성에 대한 전파전계 강도에 대한 제한 규약을 갖고 있어 주로 인공위성에서 태양 전지로 전기를 발생 저장한 후 마이크로파를 이용해 무인도나 사람의 인체 유해성이 없는 곳에서 전기를 수집하여 전기 에너지를 공급하려는 대형 및 대전력 에너지 공급 시스템 사업에 관련된 것이 대부분이었다.The first method, the electromagnetic inductive coupling method using the coil, can transmit power wirelessly without contact, but has a disadvantage that the size and transmission distance of the receiver structure are short within 30 cm. The second type of energy energy transmission using electromagnetic waves has the advantage of being able to transmit and receive power at a distance of several kilometers, but the electric field strength for the harmfulness of electromagnetic waves on the human body when the power conversion efficiency is low and high power is transmitted. It has restrictions on large-scale and large-power energy supply systems that want to generate electricity from satellites and store electricity from solar cells, and then use microwaves to collect electricity on uninhabited islands or in places where there are no human health hazards. Most involved.

그러나 근래에는 휴대폰이나 멀티미디어 플레이어, 노트북 등 많은 휴대기기들과 유비쿼터스 센서 네트워크의 각종 센서기기, 홈 네트워크의 각종 클라이언트 기기들이 전력 공급선 없이 이동성 및 편리성을 강조한 휴대용으로 사용될 필요성이 크게 대두되고 있다. 충전 건전지 기술의 발달로 어느 정도는 휴대성 및 이동성 의 편리함을 확보하였기만 여전히 충전기를 통해 충전을 하여야 하며, 휴대하여 기기를 사용하는 시간의 제약을 받는다.However, in recent years, many portable devices such as mobile phones, multimedia players, and laptops, various sensor devices of ubiquitous sensor networks, and various client devices of home networks have been required to be used as portable devices that emphasize mobility and convenience without power supply lines. Although the development of rechargeable battery technology has secured the convenience of portability and mobility to some extent, it still needs to be charged through a charger and is limited by the time it takes to use the device.

본 발명은 위에서 언급한 두 번째 방식의 전자기파 전력 에너지 전송 방식으로시 특정 주파수를 갖는 전자기파(RF파 또는 마이크로파, 혹은 밀리미터파)를 이용한 원거리에서의 전력 에너지 무선 송수신 시스템에서의 수신단 전력 에너지 수신 변환장치로서의 안테나 일체형 수신 전력 변환 IC칩 구조에 관한 것이다. 이를 통해 미소한 전력 에너지를 전자기파를 통해 수신하여 충전 변환함으로써 수신단의 전원 공급 장치로서 사용하는 수신 안테나를 포함하는 전력 변환 단일 IC칩인 무선 전원 IC칩 구조에 관한 것이다.The present invention is a receiver of the power energy receiving conversion apparatus in a wireless power transmission system for transmitting and receiving a long distance using electromagnetic waves (RF wave, microwave, or millimeter wave) having a specific frequency as the electromagnetic wave power energy transmission method of the second method mentioned above. The present invention relates to an antenna integrated reception power conversion IC chip structure. The present invention relates to a structure of a wireless power supply IC chip, which is a power conversion single IC chip including a receiving antenna used as a power supply device of a receiving end by charging and converting minute power energy through electromagnetic waves.

종래의 관련 기술들은 송신된 전자기파를 수신하는 안테나와 PCB에 제작된 수신 전력 변환 회로 장치들이 단일 칩 형태의 일체형이 아니라 분리되어 있어 안테나와 전력 변환 모듈(IC칩이거나 PCB 기판에 구현된 RF 칩 모듈) 중간에 안테나와의 임피던스 매칭 회로를 삽입 구성해야 하는 기술적 어려움과 번거로움이 있고, 그 수신단의 크기에 있어 차지하는 공간이 커서 휴대용 전자기기 등에 간단히 삽입 연결하여 전원 장치로 사용하기가 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 제약들로 인해 전자기파를 이용한 무선 전력 전송 송수신 장치는 실험실 등에서 주로 실험용으로 구현되어 이루어졌으며 상용화되어 판매되어지는 무선 전원 IC칩 형태는 없었다. 또한 이러한 단점을 갖는 수신단은 충전기를 충전하기 위한 장치로서만 활용되었다.The related arts of the related art are that the antenna for receiving the transmitted electromagnetic waves and the receiving power conversion circuit devices fabricated on the PCB are separated from each other, instead of a single chip type, so that the antenna and the power conversion module (IC chip or RF chip module implemented on the PCB board) are separated. ) There is a technical difficulty and troublesome to insert the impedance matching circuit with the antenna in the middle, and because the space occupied in the size of the receiver is large, it is difficult to use simply as a power supply device by simply inserting and connecting to a portable electronic device. have. Due to these limitations, the wireless power transmission and reception device using electromagnetic waves was mainly implemented for experiments in a laboratory, and there was no commercially available wireless power IC chip type. In addition, the receiving end having this disadvantage was used only as a device for charging the charger.

상기와 같은 문제점들을 해결하여 휴대기기들의 휴대성을 극대화하고 무선 전력 전송이라는 전력산업의 새로운 수익 모델을 창출 구현하기 위해 원거리 무선 전력 전송 시스템에서 수신단의 전자 및 전기 기기의 상시 전원 공급 장치 및 충전을 위한 전원 공급 장치로서의 안테나 일체형 단일 ASIC칩 구조 형태의 무선 전원 IC칩 형태(베어 칩) 및 패키징된 모듈 형태(무선 전원 IC칩을 내장하고 패키징된 개별 IC 부품)로 제공하고자 한다.In order to solve the above problems and maximize the portability of mobile devices and create a new revenue model of the power industry, wireless power transmission, the continuous power supply and charging of the electronic and electrical equipment of the receiving end in the remote wireless power transmission system It is intended to provide a wireless power supply IC chip (bare chip) in the form of an antenna integrated single ASIC chip structure as a power supply device and a packaged module form (individual IC components incorporating a wireless power supply IC chip).

상기와 같은 문제를 해결하고 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전파를 이용한 전력 에너지 무선 전송 시스템에서 송신기에서 공중 방사된 RF 전파 전력을 원거리에서 수신하여 수신단 전기/전자기기의 전원 공급 장치로 처리하기 위한 안테나 일체형 무선 전원 IC칩을 제공하는 것이다.The present invention for solving the above problems and to achieve the object is to receive the RF radio wave power radiated from the transmitter in a long distance in the power energy wireless transmission system using the radio wave to process the power supply of the receiving end electric / electronic device An antenna integrated wireless power supply IC chip is provided.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 무선 전원 공급 기능(상시 주전원, 보조전원 및 충전 전원 공급)을 제공하는 무선 전원 IC칩의 형태는 필요한 전원을 공급하기 위해 무선 전원 IC칩을 하나의 단위 셀로 하여 하나 이상 연결 조합하여 어레이(array) 형태로 배열한 패키징이 되지 않은 베어 칩(이하 무선 전원 베어 칩)이거나 이러한 무선 전원 베어 칩을 단위로 하여 하나 이상 PCB 기판위에 금속 배선을 통해 연결 조합하여 패키징이 되지 않은 일체형으로 만든 형태(이하 무선 전원 모듈)이거나 하나의 단위 셀 무선 전원 베어 칩이나 무선 전원 모듈을 어레이 배열 형태로 반도체 기판 상에 집적한 원칩 형태의 어레이 배열 IC칩 형태(이하 어레이형 무선 전원 베어 칩)이거나 이들 각각을 내장하여 패키징한 개별 IC 부 품 형태들(위의 서술된 순서대로 각각 무선 전원 IC 부품, 무선 전원 모듈 부품, 어레이형 전원 IC 부품)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention for achieving the above object is a form of a wireless power supply IC chip that provides a wireless power supply function (always main power supply, auxiliary power supply and charging power supply) is a unit of a wireless power supply IC chip to supply the necessary power Unpackaged bare chips (hereinafter referred to as a wireless power bare chip) arranged in an array form by combining one or more cells as a cell, or a combination of these wireless power bare chips connected to one or more PCB boards through metal wiring. An unpacked package (hereinafter referred to as a wireless power module) or a one-cell wireless power bare chip or wireless power module integrated on a semiconductor substrate in the form of an array array. Wireless power bare chip) or individual IC component types packaged inside each of them (in the order described above). Respectively, it characterized by including a wireless power IC components, the wireless power module component, the array type power IC part).

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 전원을 공급 하는 장치로서의 각각의 IC칩, 모듈, IC 부품, 모듈 부품을 하나의 단위 전원 장치로 하여 하나 이상의 어레이 배열을 통해 새로운 대전력 장치(칩, 모듈, 부품 형태)를 구성하는 것을 포함한다. 여기서 칩과 모듈은 패키징이 되지 않은 베어 칩이나 베어 모듈 형태를 말하며 이들을 내장하여 패키징한 형태를 부품으로 구분하여 서술하였으며 이하에서는 이 구분을 사용하여 서술한다.In addition, each of the IC chip, module, IC component, module component as a device for supplying a wireless power according to the present invention for achieving the above object as a unit power supply unit through a new high power device through one or more array arrangement ( Chip, module, component form). Herein, the chip and the module refer to a bare chip or a bare module type, which are not packaged, and the packaged and embedded modules are divided into parts and described below.

또한, 상기 서술한 원거리로부터 송신된 무선 공중파 전력 에너지를 수신하여 전력변환을 통해 수신단 기기의 전원 장치로 사용하고, 일체형 집적회로 칩 형태의 미세 장치를 구현하기 위한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 하나의 단위 무전 전원 IC칩(이하 단위 셀)의 연속 기능 구성은; 안테나; 전력수신부; 전력변환부; 전력검출부; 전력제어부; 전력저장부; 연결부; 기능 구성들을 포함하며 상기 서술한 연속 기능을 일체형 집적회로로 구현한 단위 ASIC 원칩이나 그 단위 ASIC 원칩을 하나 이상 PCB 금속 배선이나 집적회로 배선을 통해 연결 조합하고 패키징한 부품의 형태로 제공된다는 데 그 특징을 갖는다.In addition, in order to achieve the object of the present invention for receiving a wireless airwave power energy transmitted from the above-mentioned distance and using it as a power supply device of the receiving end device through power conversion, to implement a micro device in the form of an integrated integrated circuit chip. A continuous function configuration of one unit radio power supply IC chip (hereinafter, unit cell) according to the present invention; antenna; Power receiver; Power conversion unit; A power detector; A power control unit; A power storage unit; Connection; It is provided in the form of a package that includes functional components and connects and packages a unit ASIC one chip or a unit ASIC one chip which implements the above-described continuous function as an integrated integrated circuit through one or more PCB metal wiring or integrated circuit wiring. Has characteristics.

또한, 상기 서술한 본 발명의 단위 무선 전원 장치 셀의 연속 기능부들은 원거리에서 공중 방사된 전자기파의 전력 에너지를 수신하는 작용을 하는 안테나; 특정 주파수를 선택 통과시키고 반사파로 인한 주변 전자파 간섭을 최소화하기 위한 주파수필터 작용을 하는 전력수신부; 과전압을 제한하여 이후 IC 회로를 보호하기 위한 전압제한 기능과 정류 기능을 갖는 소자를 통해 DC 전력으로 변환하는 작용을 하는 전력변환부; DC 전력변환 출력을 검출 비교하여 전압 또는 전류로 인한 과충전 및 전력신호가 없을 시에 안테나 쪽으로의 역방전을 막아서 이어지는 전력저장부의 전력충전 보호 회로로 작용하는 전력제어부; 연속파로 전송되는 전자기파 전력신호가 상시 전원으로 기능하기 위해 전력을 일시 저장하여 디지털 데이터 전송의 버퍼처럼 사용하기 위한 전력 에너지 임시 저장 버퍼로 작용하는 전력저장부; 외부 회로에 전원을 공급하기 위한 컨넥터 단자 작용의 연결부를 포함한다.In addition, the above-described continuous functional units of the unit wireless power supply cell of the present invention includes an antenna that serves to receive power energy of electromagnetic waves radiated in air from a distance; A power receiver for selecting and passing a specific frequency and acting as a frequency filter to minimize the interference of surrounding electromagnetic waves due to reflected waves; A power conversion unit for converting the DC voltage into the DC power through an element having a voltage limiting function and a rectifying function for limiting the overvoltage; A power control unit which detects and compares the DC power conversion output and acts as a power charge protection circuit of the power storage unit to prevent reverse discharge due to voltage or current and prevent reverse discharge toward the antenna when there is no power signal; A power storage unit which temporarily stores power so that the electromagnetic wave power signal transmitted as a continuous wave functions as a constant power source and serves as a temporary storage energy buffer for use as a buffer of digital data transmission; It includes a connector terminal function for supplying power to an external circuit.

또한 상기 본 발명의 목적은 달성하기 위한 무선 전원 IC칩의 사용 즉, 전력 에너지 무선 수신 후 원하는 형태의 전력변환을 통해 수신단의 응용회로나 충전 건전지에 DC 전원을 공급하는 전원 공급 장치로서의 기능 작용을 구현하기 위해서는 상기 시술한 각 기능들을 다음 순서로 연속 처리하여 얻어진다. 각 기능의 연속 순서는 안테나부→전력수신부→전력변환부→전력제어부→전력저장부→연결부의 순으로 전력에너지를 변환/처리/제어하고 연결부를 통해 외부 회로나 충전장치에 연결된다.In addition, the object of the present invention is the use of a wireless power supply IC chip to achieve the function, that is, a function of a power supply for supplying DC power to the application circuit of the receiving end or the rechargeable battery through the power conversion of the desired form after the power energy wireless reception. In order to implement, the above-described functions are obtained by successive processing in the following order. The sequential order of each function is to convert / process / control the power energy in the order of antenna part → power receiver → power converter → power control part → power storage part → connection part and is connected to an external circuit or charging device through the connection part.

또한, 본 발명에 따른 상기 연속 구성으로 구현된 무선 전원 IC칩의 작용은 위에서 언급한 연속 처리 순서대로 전력저장부를 포함하는 연결부를 통한 외부 응용회로에 연결하는 연속 구성에서는 상시 전원을 외부 응용회로에 공급하는 작용이거나 위에서 언급한 연속 구성 중에서 연결부를 통해 충전장치에 연결되는 다른 하나의 연속 구성은 전력저장부를 생략하고 전력제어부에서 연결부를 통해 충전 장치에 바로 연결하는 구성은 충전기장치에 충전 전원 공급 장치로서 작용을 포함한다.In addition, the operation of the wireless power supply IC chip implemented in the continuous configuration according to the present invention in the continuous configuration to connect to the external application circuit through the connection including the power storage unit in the above-described continuous processing sequence, the continuous power supply to the external application circuit The other continuous configuration of supplying or connecting to the charging device through the connection among the above-mentioned continuous configuration omits the power storage unit, and the configuration of directly connecting to the charging device through the connection in the power control unit is a charging power supply to the charger device. As acts as.

또한, 본 발명에 따른 무선 전원 IC칩의 두 가지 구성에 따른 무선 전원 IC칩의 작용에 따른 용도들은, 즉 위에서 언급한 연속 구성 작용에 따라 상시 전원 공급용과 충전기 전원 공급용으로 구분된 무선 전원 IC칩 제작 실시예를 포함하며 다른 또 하나의 실시예는 집적회로 제작 시 전력저장부 구성 회로는 그대로 연결부에 연결하여 외부 장치에 접속 구성하고 전력제어부와 전력저장부 사이의 연결선에서 병렬 바이패스 연결 선로를 만들어 연결부에 이 연결에 의해 생긴 상시 전원용 병렬 단자 두개를 추가 제작 구성하여 상시 전원 용도와 충전 전원 용도를 동시에 구현하는 연결 구성 또한 포함한다.In addition, the uses according to the action of the wireless power supply IC chip according to the two configurations of the wireless power supply IC chip according to the present invention, that is, the wireless power supply IC divided into a regular power supply and a charger power supply according to the above-described continuous configuration action Another embodiment includes a chip fabrication embodiment and another embodiment of the integrated circuit fabrication circuit is configured to connect a power storage unit circuit as a connection unit to an external device and to connect a parallel bypass connection line at a connection line between the power control unit and the power storage unit. It also includes a connection configuration that implements both a regular power supply and a charge power supply at the same time by constructing two parallel terminals for continuous power generated by the connection at the connection part.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 전원 공급 IC칩 장치의 상세한 기능 작용을 설명한다.Hereinafter, a detailed functional operation of a wireless power supply IC chip device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 전력 에너지 무선 전송 시스템을 보이는 RF 전파(RF파, 마이크로파, 밀리미터파를 포함하는 전자기파) 방식의 전력 에너지 무선 전송 시스템이며 무선 전원 공급부에서 전력을 수신/변환/제어하여 수신단의 응용회로나 충전장치의 충전용 건전지와 연결된다.1 is a power energy wireless transmission system of the RF radio wave (electromagnetic wave including RF waves, microwaves, millimeter waves) showing a power energy wireless transmission system, and receives / converts / controls power from a wireless power supply unit, It is connected to the rechargeable battery of the charging device.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 무선 전원 공급 IC칩의 구성을 보이는 기능블록도로서, 외부에서 공중파를 통해 방사된 전자기파를 수신하는 안테나(210), 안테나에 수신된 특정 주파수를 선택하기 위한 전력수신부(220)와 전력을 원하는 형태로 변환하기 위한 전력변환부(220), 그리고 전력 변환된 전력을 검출하기 위한 전력검출부(230), 검출된 전력을 비교하여 제어하기 위한 검출 제어부(230), 그리고 전력을 저장하기 위한 전력저장부(240), 그리고 외부 응용회로나 충전용 건전지 에 연결하기 위한 연결부(410)로 구성되어 있고 이들을 일체화한 베어칩(400)이나 이것을 패키징한 개별 부품(400과 410을 포함하여 컨넥터 단자를 갖는 개별 단품)으로 구성할 수 있다.Figure 2a is a functional block diagram showing the configuration of a wireless power supply IC chip according to an embodiment of the present invention, the antenna 210 for receiving electromagnetic waves radiated through the air from the outside, for selecting a specific frequency received by the antenna The power receiver 220, a power converter 220 for converting power into a desired form, a power detector 230 for detecting power converted power, and a detection controller 230 for comparing and controlling the detected power. , And a power storage unit 240 for storing electric power, and a connection unit 410 for connecting to an external application circuit or a rechargeable battery, and a bare chip 400 integrating them or an individual component 400 packaged therein. And individual parts having connector terminals, including 410).

전력수신부는 안테나와 주파수필터 회로로 동시에 구성될 수 있으며, 전력변환부는 전압제한회로와 정류회로로 구성된다. 또한 전력 검출부는 전압, 전류, 전력저장부의 온도를 검출하며, 이들을 설정된 비교 전압이나 전류, 온도와 증폭 비교하여 전압/전류/온도를 전력제어부에서 제어한다. 이러한 제어 작용이외에 전력 제어부의 방전 방지회로는 전자기파가 더 이상 수신 안테나를 통해 수신되지 않는 경우에 전력저장부의 전력저장 소자로부터 안테나 쪽으로 전류가 방전될 수 있으므로 다이오드와 같은 소자를 이용해 역방전을 막는 회로를 포함한다. 전력저장부는 전력을 저장할 수 있는 소자로 이루어지고 재충전용 소자로 구성되며 연결부의 단자들을 통해 외부 응용회로나 충전용 건전지에 연결된다.The power receiver may be composed of an antenna and a frequency filter circuit at the same time, and the power converter is composed of a voltage limiting circuit and a rectifying circuit. In addition, the power detector detects a voltage, a current, and a temperature of the power storage unit, and amplifies and compares them with a set comparison voltage, current, and temperature, and controls the voltage / current / temperature in the power controller. In addition to this control action, the discharge prevention circuit of the power control circuit prevents reverse discharge by using a device such as a diode because current may be discharged from the power storage device of the power storage unit to the antenna when electromagnetic waves are no longer received through the receiving antenna. It includes. The power storage unit is composed of a device capable of storing power, is composed of a rechargeable device, and is connected to an external application circuit or a rechargeable battery through the terminals of the connection unit.

수신 안테나는 특정 주파수를 선택하기 위한 인덕터와 커패시터의 구성으로 이루어진 분포소자들과 집적되어 안테나에 임피던스 매칭을 완료한 금속 패턴으로 동시에 구현 가능하며 이것을 담당하는 것이 주파수 필터 회로이다. 주파수 필터링에 의해 특정 주파수를 갖는 전자기파의 전력은 이어지는 IC칩을 파괴할 수 있는 큰 전압을 유기할 수도 있으므로 이러한 과전압으로부터 IC칩을 보호하기 위해 전압제한 회로가 필요하며 전압제한 회로에 의해 제한된 전압이 정류소자를 거쳐 DC전압으로 정류된다. 이러한 회로를 정류 회로에서 담당하게 된다.The receiving antenna is integrated with a distribution element consisting of an inductor and a capacitor for selecting a specific frequency, and can be simultaneously implemented in a metal pattern in which the impedance matching is completed on the antenna, which is responsible for the frequency filter circuit. Because of the frequency filtering, the power of an electromagnetic wave with a certain frequency may induce a large voltage that can destroy the following IC chip. Therefore, a voltage limiting circuit is required to protect the IC chip from such overvoltage. Rectified to DC voltage via the rectifier element. These circuits are in charge of the rectifier circuit.

본 발명의 무선 전원 IC칩이 상시 전원을 공급하는 경우에 전력저장부의 전 력저장버퍼는 하나이상의 전력을 충전하는 소자로 구현되며 전력 충전을 통해 일시적으로 안테나로부터 전력을 공급받지 못하는 경우에도 기기를 계속 동작시키고 전원이 공급되지 않음을 경고 안내하는 기능을 갖는 회로를 포함한다.In the case where the wireless power IC chip of the present invention supplies power at all times, the power storage buffer of the power storage unit is implemented as a device for charging one or more electric power, and even when the device is temporarily not powered from the antenna through power charging, And a circuit having a function of continually operating and guiding a warning that power is not supplied.

연결부는 외부 회로와 연결하기 위한 단자들이며, 이들이 칩의 형태인 경우에는 PCB나 집적회로상의 금속 배선일 수 있으며, 패키징된 경우에는 금속배선과 연결된 단자들을 포함하는 패키징된 커넥터 형태이다.The connection parts are terminals for connecting to an external circuit, and in the case of chips, they may be metal wires on a PCB or integrated circuit, and when packaged, they are packaged connectors including terminals connected to metal wires.

도 2b는 반도체 공정 및 MEMS(microeletromechanical system) 공정을 이용해 집적회로로 구현된 본 발명의 무선 전원 IC칩을 절단한 후 절단면을 본 측면도이다. 본 실시예에서는 안테나가 마이크로 스트립의 예를 들어 설명한다. 아래로부터 칩을 지지하기 위한 유전체 기판(430); 마이크로 스트립의 공통 접지 금속(440), 반도체기판(450); 금속 패턴을 갖는 안테나 금속(210); 전력저장 소자를 구현하기 위한 전력저장 층(470); 반도체 집적회로 및 전력저장 소자를 보호하기 위한 패시베이션(passivation) 절연층(480); 이들을 연결하기 위한 반도체 공정을 위한 금속 배선(460); 신호 안테나와 접지 금속과의 연결을 보여주는 비아홀(via hole) 금속 배선(490); 외부 단자와의 연결을 위한 와이어 본딩(465); 그리고 외부 단자와 연결하기 위한 금속 배선 단자(410)들을 보여 주고 있다.FIG. 2B is a side view of the wireless power IC chip of the present invention cut into an integrated circuit by using a semiconductor process and a microeletromechanical system (MEMS) process. In this embodiment, the antenna is described by taking an example of a microstrip. A dielectric substrate 430 for supporting the chip from below; A common ground metal 440 and a semiconductor substrate 450 of the micro strip; An antenna metal 210 having a metal pattern; A power storage layer 470 for implementing a power storage device; A passivation insulating layer 480 for protecting the semiconductor integrated circuit and the power storage device; A metal wiring 460 for a semiconductor process for connecting them; Via hole metal wiring 490 showing the connection of the signal antenna to the ground metal; Wire bonding 465 for connection with external terminals; In addition, metal wiring terminals 410 for connecting to an external terminal are shown.

본 발명의 무선 전원 칩은 위에서 언급한 반도체 공정이나 MEMS 공정으로 이루어지고 또한 PCB에 구현 일체화된 형태, 즉 통상적 모듈 타입으로 구현된 것을 포함한다.The wireless power chip of the present invention comprises the above-mentioned semiconductor process or MEMS process and also includes an implementation integrated form in a PCB, that is, a conventional module type.

도 3은 상기 언급한 본 발명에 따른 단위 무선 전원 IC칩을 이용해 필요한 전력을 칩셋의 직·병렬접속 형태로 얻을 수 있는 방법에 대한 도면이다. 직·병렬접속은 다양한 어레이 배열 형태로 이루어지며, 이는 단위 칩셋의 기본적인 출력을 직·병렬접속에 의해 다양한 전력으로 변환하여 집속하고 원하는 전력을 얻을 수 있다.FIG. 3 is a diagram illustrating a method for obtaining necessary power in a serial / parallel connection form of a chipset using a unit wireless power supply IC chip according to the present invention mentioned above. Serial / parallel connection is made in a variety of array arrangements, which convert the basic output of the unit chipset into various powers by serial / parallel connection to focus and obtain desired power.

단위 무선 전원 IC칩을 구동시키기 위한 무선 전원 단위 셀 ON/OFF 제어 신호 발생부(630); 이들을 Wired Logic으로 연결 배열하는 금속 배선(612); 이들의 연결로 원하는 전력 출력을 만들기 위한 전력집속부(620); 이들 전력 집속 결합을 외부와 연결하는 연결부(410)로 이루어진다.A wireless power unit cell ON / OFF control signal generator 630 for driving the unit wireless power IC chip; Metal wires 612 for connecting and arranging them by wired logic; A power concentrator 620 for making a desired power output with these connections; It consists of a connection portion 410 for connecting these power focus coupling to the outside.

무선 전원 단위 셀 ON/OFF 제어 신호 발생부는 디지털제어 신호를 발생하는 제어신호 발생기와 메모리로 구성되며 이 메모리는 ROM, EPROM, EEPROM 등의 형태를 갖는다. 무선 전원 단위셀 ON/OFF 제어 신호부가 생략된 형태인 경우에는 단위 셀인 무선 전원 IC칩은 Wired Logic 연결을 통해 집속되어 전력 결합부에서 원하는 전력을 연결부 단자를 통해 전원을 공급한다.The wireless power supply unit cell ON / OFF control signal generator includes a control signal generator and a memory for generating a digital control signal. The memory has a form of a ROM, an EPROM, and an EEPROM. In the case of omitting the wireless power unit cell ON / OFF control signal unit, the wireless power IC chip, which is a unit cell, is focused through a wired logic connection to supply power to a power combiner through a connection terminal.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정된 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have knowledge.

본 발명의 장점은 안테나를 포함하는 일체형 IC칩으로 구현되어 무선 전원 공급 미세장치로 작용하므로 수신단의 휴대기기/전자기기/전기기기의 전원 부가 차 지하는 공간을 최소화하여 이에 따른 기기 장치들의 집적도를 높이는 장점을 가지며, 또한 송수신 거리를 늘리기 위해 충전 전원을 필요로 하는 RFID 및 RFIC나 무선 전력 전송기가 설치되어 있는 원격 근거리 지역 내에서의 휴대폰, 노트북 컴퓨터, PDA, 휴대용 멀티미디어 플레이어 등의 휴대기기/전자기기/전기기기들의 원격 무선 상시 전원 공급 장치로 구현 실시될 수 있으므로 무선 전원을 사용하는 각 기기들의 전원 장치를 없애 부피 및 무게를 줄이는 장점과 본 발명에 따른 무선 전송 IC칩을 충전 장치에 여분의 보조 장치로 연결하면 공중파 RF 전력을 수신 받아 충전기 장치를 계속 충전하면서 휴대기기는 충전건전지로부터 전원을 공급 받아 동작하면 되므로 충전기를 이용해 충전하지 않아도 장시간 휴대기기/전자기기/전기기기 등을 사용할 수 있다는 장점들을 갖는 효과를 제공한다.Advantage of the present invention is implemented as an integrated IC chip including an antenna to act as a wireless power supply micro device, thereby minimizing the space occupied by the power supply of the portable device / electronic device / electrical device of the receiving end to reduce the integration of the device devices accordingly It has the advantage of being high, and is also used for mobile devices / electronics such as mobile phones, notebook computers, PDAs, and portable multimedia players in remote short-range areas where RFID and RFICs or wireless power transmitters are required to increase charging distance. Since it can be implemented as a remote wireless constant power supply of devices / electrical devices, the advantage of reducing the volume and weight by eliminating the power supply of each device using wireless power, and the wireless transmission IC chip according to the present invention can be added to the charging device. When connected as an auxiliary device, it will receive over-the-air RF power and continue charging the charger unit. Since the portable device operates by receiving power from a rechargeable battery, the portable device provides an advantage that the portable device / electronic device / electric device can be used for a long time without using a charger.

또한, 상기에서 서술한 본 발명의 무선 전원 IC칩의 장점 중에서 휴대기기나 바이오-전자 센서 등의 상시 전원 장치로 사용할 수 있게 무선 전원 IC칩을 베어 칩 형태로 휴대기기/전자기기/전기기기 업체에 공급하여 이 기기들에 내장 장착토록 한다면 접촉에 의한 유선 충전 장치를 없애고 무선 전력 송신기를 각 가정이나 사무실 및 옥외 장소에 설치하는 실시예 또한 가능하다. 휴대/전자/전기 기기들에 내장하지 않는 경우에는 동글 타입의 모듈 부품으로 제공하여 각 기기의 전원 컨넥터 연결부에 접촉 연결한다면 무선 전력 송신기에서 보내는 연속파 형태의 공중파 전력 에너지를 받아 상시 전원 장치의 기능과 충전 보조 장치 기능을 동시에 수행하므로 장시간 기기를 무선으로 작동할 수 있어 휴대성, 이동성 및 편리성을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다,In addition, among the advantages of the wireless power supply IC chip of the present invention described above, the wireless power supply IC chip in the form of a bare chip to be used as a constant power supply device such as a portable device or a bio-electronic sensor, etc. It is also possible to remove the wired charging device by contact and install the wireless power transmitter in each home, office, and outdoor location if it is supplied to the device and installed in the device. If it is not embedded in portable / electronic / electric devices, it is provided as a dongle type module part and if it is connected to the power connector connection of each device, it receives continuous wave power energy transmitted from the wireless power transmitter and receives the function of the power supply device. Simultaneously works as a charging assistant, allowing you to operate your device wirelessly for extended periods of time, maximizing portability, mobility and convenience.

Claims

공중파를 통해 전력 에너지를 송수신 하는 시스템에 있어서 수신측에서 공중으로 방사된 전자기파를 수신하여 전력을 변환하여 수신단의 휴대기기/전자기기/전기기기의 전원으로 사용하려는 목적으로 안테나를 가지고 무선 전자기파 전력 변환 회로를 포함하여 수신단에 전원을 공급하려는 안테나 일체형 집적 미세 장치.In the system for transmitting and receiving power energy through air waves, receiving electromagnetic waves radiated to the air from the receiving side to convert the power to convert the wireless electromagnetic wave power with an antenna for the purpose of using it as a power source for the portable device / electronic device / electrical equipment of the receiving end. Integrated micro-integrated device to supply power to the receiving end including the circuit.

제1항에 있어서 무선 전자기파 전력 변환 회로는The method of claim 1 wherein the wireless electromagnetic wave power conversion circuit

안테나와 전력수신 회로, 전력 변환 회로, 전력 제어 회로, 연결부를 포함하여 구성된 일체형 미세장치; 및 안테나와 전력수신 회로, 전력변환회로, 전력제어회로, 전력저장부, 연결부들로 구성된 일체형 집적 미세장치를 포함.An integrated micro device comprising an antenna, a power receiving circuit, a power conversion circuit, a power control circuit, and a connection portion; And an integrated integrated micro device composed of an antenna, a power receiving circuit, a power conversion circuit, a power control circuit, a power storage unit, and a connection unit.

제 2항에 있어서의 일체형 미세장치는The integrated micro device of claim 2

안테나와 전력 변환 회로를 포함하여 무선 전력 수신 기능과 수신단 기기의 전원 공급 기능을 갖기 위해 안테나부와 청구항 제 2항에서 요구하는 전력변환회로를 반도체 집적회로 공정이나 MEMS 공정을 사용해 제작한 ASIC칩 형태의 IC칩; 및 PCB에 연결 집적한 모듈 형태의 일체형 집적 미세장치.ASIC chip type manufactured by using semiconductor integrated circuit process or MEMS process for power conversion circuit required by claim 2 to have wireless power reception function and power supply function of receiver equipment including antenna and power conversion circuit. IC chip; And modular integrated microdevices integrated in a PCB.

제 3항에 있어서 일체형 미세장치는The method of claim 3, wherein the integrated micro device

상기 언급된 도 3에서의 어레이 배열형 무선 IC칩과 같이 하나 이상의 기본 단위 무선 전원 IC칩을 직·병렬로 Wired Logic 으로 연결한 전력집속부 및 디지털제어회로에 의해 스위칭되는 배열 구성에 의해 전력을 결합 집속하는 전력집속부를 포함하여 처리하는 형태로 원하는 전력을 얻을 수 있는 구조의 ASIC 칩; 및 PCB에 직·병렬로 연결 배열 구성한 모듈 형태의 일체형 집적 미세장치를 포함.As mentioned in the array array type wireless IC chip of FIG. 3 mentioned above, power is supplied by an array configuration in which one or more basic unit wireless power supply IC chips are connected by wired logic in series or in parallel and connected by a digital control circuit. An ASIC chip having a structure capable of obtaining desired power in a form of processing, including a power focusing unit for coupling focusing; And an integrated integrated micro device in the form of a module configured to be connected to the PCB in series and in parallel.

청구항 제 3항이나 제 4항에서의 일체형 미세장치로서As the integrated micro device according to claim 3 or 4

주장한 IC칩이나 모듈은 베어 칩 형태; 및 이들을 내장하여 원하는 무선 전원 공급을 실현하기 위해 원하는 기기와의 접속을 용이하게 하기 위한 외부 단자 커넥터를 포함하여 이들을 패키징한 형태의 전자 부품으로서의 개별 부품; 및 이를 내장 연결하여 전원으로 구동되어 다른 응용 기능을 구현하는 휴대기기/전자기기/전기기기를 포함.The claimed IC chip or module is a bare chip type; And individual components as electronic components in a form of packaging therein, including external terminal connectors for facilitating connection with a desired device in order to realize the desired wireless power supply by embedding them; And a mobile device, an electronic device, or an electric device, which is driven by a power source by connecting the built-in device to implement other application functions.