KR20140064325A - 무선 전력 수신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 전력 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 무선 전력 수신기를 제공한다. 본 발명에 의한 무선 전력 수신기는, 상기 무선 전력 송신기로부터 상기 충전 전력을 수신하는 전력 수신부, 상기 전력 수신부로부터 입력된 충전 전력을 정류하여 직류 형태의 충전 전력을 출력하는 정류부, 충전 전력을 저장하는 충전부 및 상기 정류부 및 상기 충전부에 각각 연결되며, 상기 정류부로부터 입력되는 정류된 충전 전력의 전압 값을 상기 무선 전력 수신기의 동작에 요구되는 적어도 하나의 전압 값으로 변환하여 출력하는 전력 처리 IC(integrated chip)를 포함한다.

Description

무선 전력 수신기 { WIRELESS POWER RECEIVER }
본 발명은 무선 전력 수신기에 관한 것이다.
휴대전화 또는 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 이동 단말기는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리로 구동되며, 이러한 배터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전 장치를 이용하여 이동단말기의 배터리에 전기 에너지를 공급한다. 통상적으로 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서 이를 서로 접촉시킴으로 인하여 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.
하지만, 이와 같은 접촉식 충전방식은 접촉 단자가 외부에 돌출되어 있으므로, 이물질에 의한 오염이 쉽고 이러한 이유로 배터리 충전이 올바르게 수행되지 않는 문제점이 발생한다. 또한 접촉 단자가 습기에 노출되는 경우에도 충전이 올바르게 수행되지 않는다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자 기기에 활용되고 있다.
이러한 무선충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 일반적으로 무선 전동 칫솔이나 무선 전기 면도기 등으로 일반인들에게 알려져 있다. 이러한 무선충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 다가오는 전기차 시대에도 관련 기술이 크게 발전할 것으로 전망된다.
이러한 무선 충전 기술에는 크게 코일을 이용한 전자기 유도방식과, 공진(Resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation) 방식이 있다.
현재까지는 전자기 유도를 이용한 방식이 주류를 이루고 있으나, 최근 국내외에서 마이크로파를 이용하여 수십 미터 거리에서 무선으로 전력을 전송하는 실험에 성공하고 있어, 가까운 미래에는 언제 어디서나 전선 없이 모든 전자제품을 무선으로 충전하는 세상이 열릴 것으로 보인다.
전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 1차 코일과 2차 코일 간의 전력을 전송하는 방식이다. 코일에 자석을 움직이면 유도 전류가 발생하는데, 이를 이용하여 송신단에서 자기장을 발생시키고 수신단에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 낸다. 이러한 현상을 자기 유도 현상이라고 일컬으며 이를 이용한 전력 전송 방법은 에너지 전송 효율이 뛰어나다.
공진 방식은, 2005년 MIT의 Soljacic 교수가 Coupled Mode Theory로 공진 방식 전력 전송 원리를 사용하여 충전장치와 몇 미터(m)나 떨어져 있어도 전기가 무선으로 전달되는 시스템을 발표했다. MIT팀의 무선 충전시스템은 공명(resonance)이란 소리굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 물리학 개념을 이용한 것이다. 연구팀은 소리를 공명시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시켰다. 공명된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.
한편, 종래의 무선 전력 수신기는, 수신되어 정류된 충전 전력을 DC/DC 컨버팅을 하기 위한 DC/DC 컨버터를 포함한다. 아울러, 종래의 무선 전력 수신기는 DC/DC 컨버팅된 충전 전력을 충전부로 전달하기 위한 차저(charger)를 포함한다. 즉, 종래의 무선 전력 수신기는, 차저 및 DC/DC 컨버터를 독립적으로 포함하며, 이에 따라 실장 면적이 증가하는 문제점을 가진다. 뿐만 아니라, 두 개의 독립적인 소자의 구비로 인하여 전반적인 충전 효율이 감소되는 문제점이 발생하기도 한다. 더욱 상세하게는, 종래의 무선 전력 수신기의 충전 효율은 DC/DC 컨버터의 효율 및 차저의 효율의 곱에 의하여 결정되며, 이에 따라 전체 충전 효율이 감소한다. 이에 따라, 전체 충전 효율을 증가시키면서, 실장 면적을 축소할 수 있는 무선 전력 수신기의 개발이 요청된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하는 동시에 상술한 개발 요청에 응답하여 안출된 것으로, 본 발명은 DC/DC 컨버팅을 수행하면서, 동시에 차저(charger)의 기능을 수행하는 전력 처리 IC(integrated chip)를 포함하는 무선 전력 수신기 및 그 제어 방법을 제공하는 것에 있다.
상술한 바를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 무선 전력 수신기는, 상기 무선 전력 송신기로부터 상기 충전 전력을 수신하는 전력 수신부; 상기 전력 수신부로부터 입력된 충전 전력을 정류하여 직류 형태의 충전 전력을 출력하는 정류부; 충전 전력을 저장하는 충전부; 및 상기 정류부 및 상기 충전부에 각각 연결되며, 상기 정류부로부터 입력되는 정류된 충전 전력의 전압 값을 상기 무선 전력 수신기의 동작에 요구되는 적어도 하나의 전압 값으로 변환하여 출력하는 전력 처리 IC(integrated chip);을 포함한다.
아울러, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 무선 전력 수신기에 연결되는 전력 처리 IC(integrated chip)은, 무선으로 수신되는 충전 전력을 입력받는 무선 전력 입력 단자; 유선으로 수신되는 충전 전력을 입력받는 유선 전력 입력 단자; 상기 무선 전력 입력단자로부터 수신된 충전 전력의 전압 값을 상기 무선 전력 수신기의 동작에 요구되는 적어도 하나의 전압 값으로 변환하여 출력하는 무선 전력 처리 회로; 및 상기 무선 전력 입력단자로부터 수신된 충전 전력의 전압 값을 상기 무선 전력 수신기의 동작에 요구되는 적어도 하나의 전압 값으로 변환하여 출력하는 무선 전력 처리 회로;를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 의하여, DC/DC 컨버팅을 수행하면서, 동시에 차저(charger)의 기능을 수행하는 전력 처리 IC(integrated chip)를 포함하는 무선 전력 수신기 및 그 제어 방법이 제공된다. 아울러, DC/DC 컨버터 및 차저를 독립적인 소자로 포함하지 않고, 단일 전력 처리 IC를 포함함에 따라서 전체 충전 효율이 증가되는 효과가 창출된다. 또한, 단일 전력 처리 IC를 구비함에 따라서 전체 실장 면적이 감소하는 효과도 창출된다.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 비교 예에 대한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 처리 IC의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)를 포함한다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)에 무선으로 각각 전력(1-1,1-2,1-n)을 송신할 수 있다. 더욱 상세하게는, 무선 전력 송신기(100)는 소정의 인증절차를 수행한 인증된 무선 전력 수신기에 대하여서만 무선으로 전력(1-1,1-2,1-n)을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)로 전자기파 형태의 무선 전력을 송신할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 여기에서 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1,2-2,2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 상술한 프레임에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 무선 전력 수신기는 특히, 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰 등으로 구현될 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신기(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,1110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 30m 이하일 수 있다. 또한 무선 전력 송신기(100)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 전력제공장치(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다.
무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호나, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100) 제어 정보 등을 무선 전력 송신기(100)에 송신할 수 있다. 상기의 송신 신호의 정보에 관하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
또한 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 각각의 충전상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시수단을 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각에 무선 충전 기능을 디스에이블(disabled)하도록 하는 제어 신호를 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 충전 기능의 디스에이블 제어 신호를 수신한 무선 전력 수신기는 무선 충전 기능을 디스에이블할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212) 및 통신부(213)를 포함할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신부(253)를 포함할 수 있다.
전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 형태로 전력을 공급하면서 이를 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 형태로 공급할 수도 있다. 전력 송신부(211)는 내장된 배터리의 형태로 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하여 다른 구성 요소에 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. 전력 송신부(211)는 일정한 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.
아울러, 전력 송신부(211)는 교류 파형을 전자기파 형태로 무선 전력 수신기(250)로 제공할 수 있다. 전력 송신부(211)는 추가적으로 루프 코일을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 소정의 전자기파를 송신 또는 수신할 수 있다. 전력 송신부(211)가 루프 코일로 구현되는 경우, 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경가능할 수도 있다. 한편 전력 송신부(211)는 전자기파를 송수신할 수 있는 수단이라면 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다. 제어부(212)의 세부 동작과 관련하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 통신부(253)와 NFC(near field communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신, 블루투스 방식, 블루투스 저에너지(Bluetooth low energy) 방식 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 통신부(213)는 IEEE802.15.4 방식의 Zigbee 통신 방식 또는 블루투스 저에너지 방식을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 아울러, 통신부(213)는 CSMA/CA 알고리즘을 이용할 수 있다. 통신부(213)가 이용하는 주파수 및 채널 선택에 관한 구성은 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 한편, 상술한 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본원 발명은 통신부(213)에서 수행하는 특정 통신 방식에 의하여 그 권리범위가 한정되지 않는다.
한편, 통신부(213)는 무선 전력 송신기(200)의 정보에 대한 신호를 송신할 수 있다. 여기에서, 통신부(213)는 상기 신호를 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다. 여기에서, 상기 신호는 예를 들어, 통신 방식의 프로토콜의 종류, 무선 전력 송신기(200)의 네트워크 식별자(network ID), 무선 전력 송신기(200)로 보고를 수행할 무선 전력 수신기들을 지시하는 정보 등을 포함할 수 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 여기에서 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 무선 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250) 뿐만 아니라, 다른 무선 전력 송신기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수도 있다.
한편, 도 2a에서는 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 상이한 하드웨어로 구성되어 무선 전력 송신기(200)가 아웃-밴드(out-band) 형식으로 통신되는 것과 같이 도시되었지만, 이는 예시적인 것이다. 본 발명은 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 하나의 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신기(200)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다.
무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)는 각종 신호를 송수신할 수 있으며, 이에 따라 무선 전력 송신기(200)가 관제하는 무선 전력 네트워크로의 무선 전력 수신기(250)의 가입과 무선 전력 송수신을 통한 충전 과정이 수행될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 비교 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252), 통신부(253), 정류부(254), DC/DC 컨버터부(255), 차저(charger)부(256) 및 충전부(257)를 포함할 수 있다.
전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신부(253)에 대한 설명은 여기에서는 생략하도록 한다. 정류부(254)는 전력 수신부(251)에 수신되는 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있으며, 예를 들어 브리지 다이오드의 형태로 구현될 수 있다. DC/DC 컨버터부(255)는 정류된 전력을 기설정된 이득으로 컨버팅할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(255)는 출력단(259)의 전압이 5V가 되도록 정류된 전력을 컨버팅할 수 있다. 한편, DC/DC 컨버터부(255)의 전단(258)에는 인가될 수 있는 전압의 최솟값 및 최댓값이 기설정될 수 있다.
차저부(256)는 DC/DC 컨버터부(255) 및 충전부(257)를 연결할 수 있다. 차저부(256)는 DC/DC 컨버터부(255)에서 출력된 전력의 전압을 충전부(257) 또는 무선 전력 수신기(250)의 다른 구성 요소에서 요구되는 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(255)가 입력된 전력을 5V로 컨버팅하여 출력하는 무선 전력 수신기(250)를 상정하도록 한다. 아울러 충전부(257)는 4V의 전압을 이용하며, 무선 전력 수신기(250)가 포함하는 카메라 모듈(미도시)은 3.5V의 전압을 이용하고, 발광 모듈(미도시)은 3V의 전압을 이용하는 것을 상정하도록 한다. 차저부(256)는 컨버팅된 5V의 전압 값을 가지는 전력을 충전부(257)로는 4V로 변환하여 출력하고, 카메라 모듈(미도시)로는 3.5V로 변환하여 출력하고, 발광 모듈(미도시)로는 3V로 변환하여 출력할 수 있다. 차저부(256)는 DC/DC 컨버터부(256)로부터 컨버팅된 전력을 수신하며, 이에 따라 일반적으로는 컨버팅된 전력의 전압 값을 최대 허용 전압 값으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 종래의 일반적인 DC/DC 컨버터부(256)의 출력 전력의 전압 값은 5V로 설정된다. 이에 따라, 차저부(256)의 일반적인 최대 허용 입력 전압 값은 5V로 설정된다.
충전부(257)는 변환된 전력을 저장할 수 있다.
상술한 바에서, 정류부(254)의 효율이 90%이며, DC/DC 컨버터부(255)의 효율이 90%인 경우에는, 전체 효율은 두 효율의 곱인 81%로 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 수신기(300)는 전력 수신부(310), 전력 처리 IC(320) 및 충전부(330)를 포함할 수 있다.
전력 수신부(310)는, 무선 전력 송신기(미도시)로부터 충전 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신부(310)는, 예를 들어 공진 회로 또는 코일을 포함할 수 있다. 전력 수신부(310)는, 예를 들어 27V의 전압 값을 가지는 충전 전력을 수신할 수 있다.
또한 전력 수신부(310)는 유선 충전 인터페이스를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 전력 수신부(310)는 외부 전력 제공 수단으로부터 유선으로 충전 전력을 수신할 수 있는 인터페이스를 포함할 수도 있다. 즉, 전력 수신부(310)는 무선 또는 유선으로 충전 전력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 전력 수신부(310)는 코일 또는 공진 회로와 같은 무선으로 충전 전력을 수신할 수 있는 수단 및 유선으로 충전 전력을 수신할 수 있는 수단 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전력 수신부(310)는 유선 및 무선 중 적어도 하나에 의하여 충전 전력을 수신하며, 수신된 충전 전력을 전력 처리 IC(320)로 출력한다. 여기에서, 전력 수신부(310)는 수신된 충전 전력을 정류하여 출력할 수 있다. 또는 전력 수신부(310)는 수신된 충전 전력을 출력할 수 있으며, 정류부(미도시)가 출력된 충전 전력을 정류하여 전력 처리 IC(320)로 제공할 수도 있다.
전력 처리 IC(320)는 입력된 충전 전력을 충전부(330)가 이용하는 전압 값으로 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어 충전부(330)가 4V의 전압 값을 이용하는 경우에는, 전력 처리 IC(320)는 입력된 충전 전력을 4V로 변환하여 출력할 수 있다. 또는 전력 처리 IC(320)는 무선 전력 수신기(300)의 다른 구성 요소에서 요구되는 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 즉, 전력 처리 IC(320)는 입력된 충전 전력의 전압 값을 적어도 하나의 전압 값으로 변환한다. 예를 들어, 전력 처리 IC(320)는 충전 전력의 전압 값을, 각각 상이한 복수 개의 전압 값으로 변환하여 각각 상이한 경로로 출력할 수 있다.
예를 들어, 전력 수신부(310) 또는 정류부(미도시)로부터 입력된 전력이 27V의 전압 값을 가지는 것을 상정하도록 한다. 아울러 충전부(330)는 4V의 전압을 이용하며, 무선 전력 수신기(3000)가 포함하는 카메라 모듈(미도시)은 3.5V의 전압을 이용하고, 발광 모듈(미도시)은 3V의 전압을 이용하는 것을 상정하도록 한다. 전력 처리 IC(320)는 입력된 27V의 전압 값을 가지는 전력을 충전부(330)로는 4V로 변환하여 출력하고, 카메라 모듈(미도시)로는 3.5V로 변환하여 출력하고, 발광 모듈(미도시)로는 3V로 변환하여 출력할 수 있다. 충전부(330)는 4V로 변환된 전력을 저장할 수 있으며, 카메라 모듈(미도시)는 변환된 3.5V의 전력을 이용하여 구동되며, 발광 모듈(미도시)는 변환된 3V의 전력을 이용하여 구동될 수 있다. 상술한 바와 같이, 전력 처리 IC(320)는 전력 수신부(310) 또는 정류부(미도시)로부터 수신된 충전 전력을 DC/DC 컨버터부를 거치지 않고 직접적으로 수신한다. 아울러, 전력 처리 IC(320)는 직접적으로 입력된 충전 전력을 충전부(330)를 포함한 무선 전력 수신기(300)의 각각의 소자가 이용하는 전압으로 변환하여 출력한다. 전력 처리 IC(320)는 예를 들어, 30V의 전압 값을 최대 입력 값으로 설정할 수 있으며, 또한 27V 미만의 전압에서 작동되도록 설정될 수 있다.
본 발명에 의한 무선 전력 수신기(300)는 DC/DC 컨버터부를 포함하지 않기 때문에, 전체 충전 효율이 증대될 수 있다. 또한 실장 면적이 감소하는 효과가 창출될 수 있으며, 메인보드 또는 배터리가 아닌 후면 케이스(rear case)에 실장될 수 있다. 뿐만 아니라, 무선 및 유선으로 수신되는 충전 전력을 일괄적으로 처리할 수 있는 효과가 창출될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(400)는 유선 전력 수신부(410) 및 무선 전력 수신부(420)를 포함할 수 있다. 유선 전력 수신부(410)는 외부 전력 제공 수단으로부터 유선으로 충전 전력을 수신할 수 있는 인터페이스를 포함할 수 있다.
무선 전력 수신부(420)는 공진 회로 또는 코일을 포함할 수 있으며, 무선 전력 송신기(미도시)로부터 충전 전력을 무선으로 수신할 수 있다.
전력 처리 IC(430)는 무선 전력 수신부(410)로부터 수신되는 충전 전력 및 유선 전력 수신부(420)로부터 수신되는 충전 전력을 처리할 수 있다. 예를 들어, 전력 처리 IC(430)는 수신된 충전 전력을 충전부(440) 또는 각각의 소자가 이용하는 전압으로 변환하여 출력할 수 있다.
전력 처리 IC(430)는 무선으로 수신되는 충전 전력 및 유선으로 수신되는 충전 전력을 동시에 처리할 수 있다. 또는 전력 처리 IC(430)는 무선으로 수신되는 충전 전력 또는 유선으로 수신되는 충전 전력 중 기설정된 우선 순위에 기초하여 하나의 충전 전력을 처리할 수도 있다. 제어부(450)는 예를 들어, 유선으로 수신되는 충전 전력을 우선적으로 처리하도록 전력 처리 IC(430)를 제어할 수 있다. 전력 처리 IC(430)는 제어부(450)의 제어에 기초하여, 유선으로 수신되는 충전 전력을 우선적으로 처리할 수 있다.
제어부(450)는 무선 전력 수신기(400)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(450)는 상술한 바와 같이, 전력 처리 IC(430)가 무선으로 수신된 충전 전력 및 유선으로 수신된 충전 전력을 동시에 입력받는 경우에 있어서, 유선으로 수신된 충전 전력을 우선적으로 처리하도록 전력 처리 IC(430)를 제어할 수 있다. 다만, 이는 단순한 예시일 뿐, 제어부(450)는 무선으로 수신된 전력을 우선적으로 처리하도록 제어하거나 또는 유선으로 수신된 전력 및 무선으로 수신된 전력을 동시에 처리하도록 전력 처리 IC(430)를 제어할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 무선 전력 수신기(400)는 유선으로 수신된 전력 및 무선으로 수신된 전력을 모두 처리하는 듀얼(dual) 모드를 채택한다. 아울러, 제어부(450)는 유선으로 수신된 전력 및 무선으로 수신된 전력을 전력 처리 IC(430)에서 일괄 처리할 수 있도록 제어할 수 있다. 아울러, 제어부(450)는 유선으로 수신된 전력 및 무선으로 수신된 전력 중 우선 순위를 설정하여 처리하도록 전력 처리 IC(430)를 제어할 수도 있다.
전력 처리 IC(430)는 설정된 우선 순위에 기초하여 예를 들어 유선으로 수신된 전력을 우선적으로 처리할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 처리 IC의 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전력 처리 IC(500)는 유선 전력 입력 단자(501), 유선 전력 처리 회로(502), 제 1 출력 단자(503), 무선 전력 입력 단자(504), 선택 회로(505), 무선 전력 처리 회로(506), 제 2 출력 단자(507), 제 3 출력 단자(508) 및 과전압 보호 회로(509)를 포함할 수 있다.
유선 전력 입력 단자(501)는 외부의 전원 공급원으로부터 유선으로 충전 전력을 입력받을 수 있다. 유선 전력 입력 단자(501)는, 예를 들어 전력 입출력을 위한 케이블을 인입 또는 인출할 수 있도록 구현된 인터페이스로 구현될 수 있다. 유선 전력 입력 단자(501)는 입력된 충전 전력을 유선 전력 처리 회로(502)로 출력할 수 있다.
유선 전력 처리 회로(502)는, 유선으로 수신된 충전 전력을 충전부, 예를 들어 배터리가 이용하는 전압으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 유선 전력 처리 회로(502)는 유선 전력 입력 단자(501)로부터 기설정된 전압 값을 가지는 충전 전력을 입력받을 수 있다. 유선 전력 처리 회로(502)는 기설정된 전압 값을 가지는 충전 전력을 충전부가 이용하는 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 충전부가 이용하는 전압으로 변환되어 출력된 전력은 제 1 출력 단자(503)를 통하여 충전부로 출력될 수 있다. 한편, 유선 전력 처리 회로(502)는 충전부 이외의 무선 전력 수신기의 다른 소자가 이용하는 전압으로도 전력을 변환할 수 있다.
무선 전력 입력 단자(504)는 무선 전력 수신부, 예를 들어 공진 회로 등으로부터 충전 전력을 입력받을 수 있다. 무선 전력 입력 단자(504)는 입력된 충전 전력을 무선 전력 처리 회로(506)로 출력할 수 있다.
무선 전력 처리 회로(506)는, 무선으로 수신된 충전 전력을 충전부, 예를 들어 배터리가 이용하는 전압으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 유선 전력 처리 회로(506)는 무선 전력 입력 단자(504)로부터 27V의 전압 값을 가지는 충전 전력을 입력받을 수 있다. 무선 전력 처리 회로(506)는 27V의 전압 값을 가지는 충전 전력을 충전부가 이용하는 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 충전부가 이용하는 전압으로 변환되어 출력된 전력은 제 2 출력 단자(507)를 통하여 충전부로 출력될 수 있다. 한편, 무선 전력 처리 회로(506)는 충전부 이외의 무선 전력 수신기의 다른 소자가 이용하는 전압으로도 전력을 변환할 수 있다.
한편, 유선 전력 처리 회로(502) 및 무선 전력 입력 단자(504)는 선택 회로(505)로 연결될 수 있다. 여기에서, 선택 회로(505)는 제어부(미도시)의 제어에 기초하여 무선으로 수신된 전력 또는 유선으로 수신된 전력 중 처리할 전력을 결정한다. 무선으로 수신되는 전력 및 유선으로 수신되는 전력이 동시에 수신되는 경우에, 선택 회로(505)는 양 전력 중 처리할 전력을 결정할 수 있다. 예를 들어, 유선으로 수신되는 전력이 무선으로 수신되는 전력보다 우선하여 처리되는 것으로 설정된 경우에는, 선택 회로(505)는 유선으로 수신되는 전력을 처리하도록 제어할 수 있다. 이러한 경우, 무선으로 수신되는 전력은 처리가 보류될 수 있다.
한편, 과전압 보호 회로(509)는 전력 처리 IC(500) 전반에 과전압이 인가되지 않도록 보호할 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호 회로(509)는 전력 처리 IC(500)의 특정 부분의 전압을 모니터링할 수 있으며, 특정 부분의 전압이 기설정된 임계치를 초과하면 전력 처리 IC(500)에 인가되는 전압을 차단 또는 강하시킬 수 있다. 예를 들어, 과전압 보호 회로(509)는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 코일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 과전압 보호 회로(509)는 과전압 인가시, 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 코일 중 적어도 하나를 전력 처리 IC(500)의 소자 중 적어도 하나에 연결할 수 있다. 과전압 보호 회로(509)가 전력 처리 IC(500)의 소자 중 적어도 하나에 연결되면, 임피던스 변경에 의하여 과전압이 인가되지 않을 수 있다.
제 3 출력 단자는 제어부(미도시)와의 교신을 위한 신호를 입출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(600)는 공진부(601), 정류부(602), 제 1 과전압 보호(over voltage protection)(OVP)부(603), 전련 관리 IC(604), 충전부(605), 제어부(606), 통신부(607) 및 제 2 과전압 보호(over voltage protection)(OVP)부(608)를 포함할 수 있다.
공진부(601)는 무선 전력 송신기(미도시)로부터 무선으로 충전 전력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 공진부(601)는 공진 방식에 기초하여 무선으로 충전 전력을 수신할 수 있다.
정류부(602)는 입력된 교류 형태의 충전 전력을 직류 형태로 정류하여 출력할 수 있다. 정류부(602)는, 적어도 하나의 다이오드를 포함할 수 있으며, 예를 들어 풀-브리지 다이오드로 구현될 수 있다.
제 1 OVP부(603)는 정류부(602)의 후단에 과전압이 인가되지 않도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제 1 OVP(603)는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 코일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부(606)는 정류부(602)의 후단에 인가되는 전압을 모니터링할 수 있다. 정류부(602)의 후단에 인가되는 전압이 기설정된 임계치를 초과하면, 제 1 OVP부(603)를 정류부(602)에 연결되도록 제어할 수 있다. 제 1 OVP부(603)가 정류부(602)에 연결되어 무선 전력 수신기(600)의 임피던스가 변경될 수 있다. 임피던스가 변경되면, 정류부(602)의 후단에 과전압이 인가되지 않을 수 있다.
전력 관리 IC(604)는 정류부(602)로부터 입력되는 정류된 전력을 충전부(605)에서 이용하는 전압 값으로 변환할 수 있다. 또는 전력 관리 IC(604)는 정류부(602)로부터 입력되는 정류된 전력을 충전부(605) 이외의 나머지 소자 각각에서 이용하는 전압 값으로 각각 변환하여 출력할 수 있다. 충전부(605)는 입력되는 전력을 저장할 수 있다.
제어부(606)는 공진부(601) 및 정류부(602)에 인가되는 전압을 모니터링할 수 있다. 제어부(606)는 공진부(601)에 인가되는 전압이 기설정된 임계치를 도과하는 경우에 제 2 OVP부(608)를 제어하여 인가 전압이 임계치 미만이 되도록 제어할 수 있다. 제어부(606)는 정류부(602)에 인가되는 전압이 기설정된 임계치를 도과하는 경우에 제 1 OVP부(603)를 제어하여 인가 전압이 임계치 미만이 되도록 제어할 수 있다.
제어부(606)는 전력 관리 IC(604)의 전단에 인가되는 전압을 모니터링할 수 있다. 제어부(606)는 전력 관리 IC(604)의 전단에 인가되는 전압 결과를 포함하는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어부(606)는 생성된 신호를 통신부(607)로 출력하며, 통신부(607)가 신호를 무선 전력 송신기로 송신하도록 제어할 수 있다. 통신부(607)는 Zig-bee 방식, 블루투스 방식, 블루투스 저에너지 방식, 근거리 통신 방식 등과 같은 방법으로 무선 전력 송신기와 통신을 수행할 수 있다.
무선 전력 송신기는 전력 관리 IC(604)의 전단에 인가되는 전압에 따라서 전력의 크기를 조정하여 무선 전력 수신기(600)로 송신할 수 있다. 여기에서, 제어부(606)가 생성하는 신호는 예를 들어 보고 신호라 명명할 수 있다. 보고 신호는 예를 들어 표 1과 같은 데이터 구조를 가질 수 있다.
frame type session ID sequence number network ID input voltage output voltage output current reserved
report 4bit 1byte 1byte 1byte 1byte 1byte 1byte
표 1에서의 frame type은 신호의 타입을 지시하는 필드로, 표 1에서는 해당 신호가 보고 신호임을 지시한다. Session ID는 무선 전력 송신기가 무선 전력 네트워크의 제어를 위하여 무선 전력 수신기에 부가하는 session ID를 지시하는 필드일 수 있다. Session ID 필드에는 예를 들어 4 bit가 부가될 수 있다. sequence number 필드는, 해당 신호의 순차적인 순서를 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 할당될 수 있다. sequence number는, 예를 들어 신호의 송수신 단계에 대응하여 1씩 증가될 수 있다. network ID 필드는, 무선 전력 송신기의 네트워크 식별자(network ID)를 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 할당될 수 있다. Input Voltage 필드는, 무선 전력 수신기(600)의 전력 관리 IC(604)의 전단에 인가되는 전압 값을 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 인가될 수 있다. Output Voltage 필드는, 무선 전력 수신기의 전력 관리 IC(604)의 후단에 인가되는 전압 값을 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 인가될 수 있다. Output Current 필드는, 무선 전력 수신기의 전력 관리 IC(604)의 후단에 도통되는 정격 전류 값을 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 인가될 수 있다.
상술한 바에 따라서, 무선 전력 수신기(600)는 무선 충전시 과전압을 방지할 수 있다. 아울러, 무선 전력 수신기(600)는 인가 전압 정보를 무선 전력 송신기로 송신할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 무선 전력 송신기 110 : 무선 전력 수신기
200 : 무선 전력 송신기 211 : 전력 송신부
212 : 제어부 213 : 통신부
250 : 무선 전력 수신기 251 : 전력 수신부
252 : 제어부 253 : 통신부
300 : 무선 전력 수신기 310 : 전력 수신부
320 : 전력 처리 IC 330 : 충전부
410 : 유선 전력 수신부 420 : 무선 전력 수신부
430 : 전력 처리 IC 440 : 충전부
450 : 제어부 501 : 유선 전력 입력 단자
502 : 유선 전력 처리 회로 503 : 제 1 출력 단자
504 : 무선 전력 입력 단자 505 : 선택 회로
506 : 무선 전력 처리 회로 507 : 제 2 출력 단자
508 : 제 3 출력 단자 509 : 과전압 보호 회로
601 : 공진부 602 : 정류부
603 : 제 1 과전압 보호부 604 : 전력 관리 IC
605 : 충전부 606 : 제어부
607 : 통신부 608 : 제 2 과전압 보호부

Claims (15)

  1. 무선 전력 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 무선 전력 수신기에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기로부터 상기 충전 전력을 수신하는 전력 수신부;
    상기 전력 수신부로부터 입력된 충전 전력을 정류하여 직류 형태의 충전 전력을 출력하는 정류부;
    충전 전력을 저장하는 충전부; 및
    상기 정류부 및 상기 충전부에 각각 연결되며, 상기 정류부로부터 입력되는 정류된 충전 전력의 전압 값을 상기 무선 전력 수신기의 동작에 요구되는 적어도 하나의 전압 값으로 변환하여 출력하는 전력 처리 IC(integrated chip);을 포함하는 무선 전력 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 처리 IC는, 정류된 충전 전력의 전압 값을 각각 상이한 복수 개의 전압 값으로 변환하여 각각 상이한 경로로 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 처리 IC는 30V의 제한 전압 값을 가지며, 27V 미만의 전압 값에서 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 전력의 전압 값이 기설정된 임계값 이상이 되지 않도록 상기 무선 전력 수신기의 임피던스를 변경하는 과전류 보호부; 및
    상기 충전 전력의 크기가 상기 기설정된 임계값 이상인지를 판단하고, 상기 충전 전력의 크기가 상기 기설정된 임계값 이상이면 상기 과전류 보호부를 상기 전력 송신부에 연결하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 과전류 보호부는, 커패시터 및 코일 중 적어도 하나의 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 관리 IC에 인가되는 전압을 모니터링하고, 모니터링 결과를 포함하는 보고 신호를 생성하는 제어부;를 더 포함하는 무선 전력 수신기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기와 기설정된 통신 방식에 기초하여 통신을 수행하는 통신부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 생성된 상기 보고 신호를 상기 무선 전력 송신기로 송신하도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전력 수신부에 연결되어, 상기 전력 수신부에 과전압이 인가되지 않도록 방지하는 제 1 과전압 방지부; 및
    상기 정류부에 연결되어, 상기 전력 수신부에 과전압이 인가되지 않도록 방지하는 제 2 과전압 방지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전력 수신부에 인가되는 전압이 기설정된 제 1 임계치보다 크면 상기 제 1 과전압 방지부를 상기 전력 수신부에 연결시키고, 상기 정류부에 인가되는 전압이 기설정된 제 2 임계치보다 크면 상기 제 2 과전압 방지부를 상기 전력 수신부에 연결시켜 과전압이 인가되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    유선으로 충전 전력을 수신하는 유선 전력 수신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유선 전력 수신부로 수신되는 충전 전력 및 상기 무선 전력 수신부로 수신되는 충전 전력이 동시에 수신되는 경우, 우선하여 처리할 충전 전력을 선택하는 선택 회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 선택 회로는, 상기 유선 전력 수신부로 수신되는 충전 전력 및 상기 무선 전력 수신부로 수신되는 충전 전력이 동시에 수신되는 경우에 상기 유선 전력 수신부로 수신되는 충전 전력을 우선하여 처리하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
  13. 무선 전력 송신기로부터 충전 전력을 수신하는 무선 전력 수신기에 연결되는 전력 처리 IC(integrated chip)에 있어서,
    무선으로 수신되는 충전 전력을 입력받는 무선 전력 입력 단자;
    유선으로 수신되는 충전 전력을 입력받는 유선 전력 입력 단자;
    상기 무선 전력 입력단자로부터 수신된 충전 전력의 전압 값을 상기 무선 전력 수신기의 동작에 요구되는 적어도 하나의 전압 값으로 변환하여 출력하는 무선 전력 처리 회로; 및
    상기 무선 전력 입력단자로부터 수신된 충전 전력의 전압 값을 상기 무선 전력 수신기의 동작에 요구되는 적어도 하나의 전압 값으로 변환하여 출력하는 무선 전력 처리 회로;를 포함하는 전력 처리 IC.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유선 전력 단자로 수신되는 충전 전력 및 상기 무선 전력 단자로 수신되는 충전 전력이 동시에 수신되는 경우, 우선하여 처리할 충전 전력을 선택하는 선택 회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 처리 IC.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 전력 처리 IC의 특정 부분의 전압을 모니터링하며, 상기 특정 부분의 전압이 기설정된 임계치를 초과하면 상기 전력 처리 IC에 인가되는 전압을 차단 또는 강하하는 과전압 보호 회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 처리 IC.

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