KR20180106217A - 무선 전력 송수신 장치 그리고 이를 구비하는 전자 단말기, 보조 배터리 및 전자단말 보조기기 - Google Patents

무선 전력 송수신 장치 그리고 이를 구비하는 전자 단말기, 보조 배터리 및 전자단말 보조기기 Download PDF

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KR20180106217A KR1020170034013A KR20170034013A KR20180106217A KR 20180106217 A KR20180106217 A KR 20180106217A KR 1020170034013 A KR1020170034013 A KR 1020170034013A KR 20170034013 A KR20170034013 A KR 20170034013A KR 20180106217 A KR20180106217 A KR 20180106217A
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Abstract

본 발명은 하나의 무선 충전 장치로 필요에 따라 무선 전력 송신 모드와 수신 모드를 선택적 전환 사용할 수 있는 무선 전력 송수신 장치 그리고 이를 구비하는 전자 단말기, 보조 배터리 및 전자단말 보조기기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 무선 전력 송수신 장치는, 전력 송신 모드시 무선으로 전력을 송신하고, 전력 수신 모드시 무선으로 전력을 수신하는 안테나; 상기 안테나에 연결되어 상기 안테나의 회로 경로를 절환하는 전환 스위치; 상기 안테나의 무선 전력 송신 또는 수신시 임피던스를 매칭시키기 위한 임피던스 매칭부; 상기 전환 스위치와 연결되는 증폭기; 상기 전환 스위치와 연결되는 정류기; 상기 전력 송신 모드와 상기 전력 수신 모드를 위한 처리를 수행하는 제어부;를 포함한다.

Description

무선 전력 송수신 장치 그리고 이를 구비하는 전자 단말기, 보조 배터리 및 전자단말 보조기기{DEVICE FOR TRANSMITTING AND RECEIVING WIRELESS POWER, AND ELECTRONIC TERMINAL, AUXILIARY BATTERY, AUXILIARY APPARATUS WITH THE SAME}
본 발명은 무선 전력 송수신 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 안테나를 통해 필요에 따라 무선으로 전력을 송신하거나 또는 수신할 수 있는 무선 전력 송수신 장치에 관한 것이다.
무선 충전 시스템은 전기 에너지를 무선으로 전송하는 무선전력 전송장치와 이 무선전력 전송장치로부터 전기에너지를 수신하는 무선전력 수신장치로 구분된다.
무선으로 전기 에너지를 전달하는 방식은, 전기 에너지를 전달하는 원리에 따라 자기 유도 방식, 자기 공진 방식 및 전자기파 방식으로 구분할 수 있다.
자기 유도 방식은 송신부 코일과 수신부 코일 사이에서 전기가 유도되는 현상을 이용하여 전기 에너지를 전달하는 방식이다.
자기 공진 방식은 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에 에너지가 집중적으로 전달되는 방식이다.
무선으로 에너지를 수신하는 무선 전력 수신장치는 상기 수신된 무선 전력에 의하여 직접 구동되거나, 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하고 상기 충전된 전력에 의하여 구동될 수 있다.
결국, 종래 무선 충전 시스템은 스마트폰 등의 전자기기에 무선 전력 수신 모듈(RX)이 탑재되고, 이와 별도의 무선 충전기에 무선 전력 송신 모듈(Tx)이 탑재되어, 전자기기는 전력을 수신하기만 하는 것이 통상적이다.
결국, 종래 무선 전력 송수신 시스템에 따르면, 전자기기가 무선 전력 수신이 가능하면서 필요시 무선 전력 송신 모드로 전환하여 또 다른 전자 기기(예컨대, 스마트폰, 웨어러블 디바이스 등)에 대하여 무선 충전기로 기능할 수 있는 무선 전력 송수신 통합 기능은 전무한 실정이다.
선행특허 1. 한국공개특허 제2012-0134030호 (공개일: 2012.12.11) 선행특허 2. 한국공개특허 제2013-0087708호 (공개일: 2013.08.07)
본 발명은 상기와 같은 종래 무선 충전 시스템의 한계를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 무선 충전 장치로 필요에 따라 무선 전력 송신 모드와 수신 모드를 선택적 전환 사용할 수 있는 무선 전력 송수신 장치 그리고 이를 구비하는 전자 단말기, 보조 배터리 및 전자단말 보조기기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 전력 송수신 장치는, 전력 송신 모드시 무선으로 전력을 송신하고, 전력 수신 모드시 무선으로 전력을 수신하는 안테나; 상기 안테나에 연결되어 상기 안테나의 회로 경로를 절환하는 전환 스위치; 상기 안테나의 무선 전력 송신 또는 수신시 임피던스를 매칭시키기 위한 임피던스 매칭부; 상기 전환 스위치와 연결되는 증폭기; 상기 전환 스위치와 연결되는 정류기; 상기 전력 송신 모드와 상기 전력 수신 모드를 위한 처리를 수행하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 전력 송신 모드시, 전환 스위치를 제어하여 안테나가 증폭기와 전기적으로 연결되게 함으로써 안테나를 전력 송신 안테나로 기능시키고, 전력 수신 모드시, 전환 스위치를 제어하여 안테나가 정류기와 전기적으로 연결되도록 함으로써 안테나를 전력 수신 안테나로 기능시키도록 구성된다.
그리고, 제어부는 안테나를 통해 인식되는 임피던스, 유기전압, 무선충전 통신 및 무선충전 주파수 중 적어도 어느 하나를 피드백 신호로 사용하여, 상기 피드백 신호의 감지시 전력 송신 모드 또는 전력 수신 모드를 활성화시키도록 구성될 수 있다.
또한, 제어부는 상기 피드백 신호의 감지시 전력 수신 모드를 활성화하여 전기에너지의 유입 여부를 판별하고, 상기 판별 결과 전기에너지의 유입이 없을 시 전력 송신 모드를 활성화하여 전력을 송신하도록 처리하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어부는 전자 단말기에 탑재된 애플리케이션 프로그램에 의해 선택된 모드에 따라 전력 송신 모드와 전력 수신 모드 중 어느 하나를 활성화시키도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 송수신 장치에 의하면, 하나의 안테나와 칩 모듈로 무선 전력 송신 모드(Tx)와 수신 모드(Rx)를 함께 구현할 수 있게 되었다. 이에 따라 본 발명의 무선 전력 송수신 장치를 특히 스마트폰, 노트북 등의 전자 단말기에 탑재하게 되면, 전자 단말기 자체가 충전기 역할을 할 수 있게 되는 효과가 있다.
즉, 본 발명의 무선 전력 송수신 장치가 설치된 전자 단말기는 전력 수신 모드를 통해 무선 충전이 가능하면서 동시에 전력 송신 모드를 통해 또 다른 전자 기기(예컨대, 스마트워치와 같은 웨어러블 디바이스, 헤드셋, 스마트폰, 드론 등)에 대한 무선 충전기로 기능할 수 있게 되었다.
만약, 본 발명의 무선 전력 송수신 장치를 보조 배터리에 적용할 경우, 보조 배터리 자체의 무선 충전, 타 전자 단말로의 무선 전력 송신은 물론 다수 방향 무선 전력 송신 동작이 가능하게 되는 효과가 있다.
더 나아가, 멀티 안테나 코일 방식을 적용하게 되면, 무선 전력 수신 모드와 송신 모드를 동시에 수행하거나 또는 하나의 모드만을 수행하도록 제어할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 전력 송수신 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치의 회로구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치의 회로구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치의 회로구성을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치의 회로구성을 나타낸 블록도.
본 발명에서 사용하는 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 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.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 전력 송수신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 송수신 장치는 안테나(10), 전환 스위치(20), 임피던스 매칭부(30), 증폭기(40), 정류기(50), 및 제어부(70)를 포함하고, 전압 컨디셔닝부(60), 레귤레이터(80) 및 전력부(90)를 더 포함할 수 있다.
안테나(10)는 전력 송신 모드시 무선으로 전력을 송신하고, 전력 수신 모드시 무선으로 전력을 수신하는 구성으로서, 통상의 무선 충전 장치와 마찬가지로 코일 형태로 이루어질 수 있다.
전환 스위치(20)는 안테나(10)에 연결되어 안테나(10)의 회로 경로를 절환하기 위한 소자로서, 전력 수신 모드와 송신 모드에 따라 절환 동작이 제어된다. 전환 스위치(20)는 실시예에 따라 단일 또는 복수 개로 구성될 수 있다.
임피던스 매칭부(30)는 안테나(10)의 무선 전력 송신 또는 수신시, 입출력단 임피던스를 매칭시키기 위한 구성으로서, 구현예에 따라 단일 또는 복수 개로 구성될 수 있다.
임피던스 매칭부(30)는 타 장치와 무선 전력 송수신 시, 타 장치와의 거리 변화 등으로 인한 임피던스 변화에 따라 최적의 안테나 매칭값으로 변경함으로써 최대 효율값으로 조절하도록 기능한다.
일 실시예에 따르면, 임피던스 매칭부(30)는 가변 캐패시터부를 이용하여 임피던스를 산출하고, 산출된 임피던스에 따라 가변 캐패시터부의 캐패시턴스를 조절하여 임피던스 매칭을 수행하도록 구성될 수 있다.
증폭기(40)는 무선 전력 송신 모드시 입력전압을 증폭하여 출력시키고 직류(DC)를 교류(AC)로 역변환하기 위한 것으로서 전환 스위치(20)와 연결되도록 구성된다.
정류기(50)는 무선 전력 수신 모드시 안테나(10)를 통해 공급되는 교류(AC) 전력에서 직류(DC) 전력을 얻기 위해 수신 전력을 정류하는 구성으로서 전환 스위치(20)와 연결되도록 구성된다.
제어부(70)는 후술할 피드백 신호(15)의 감지 또는 애플리케이션 프로그램에 의한 명령을 조건으로 하여 전력 송신 모드와 전력 수신 모드 중 어느 하나를 결정하고 해당 모드를 실행하기 위한 처리를 수행한다.
전압 컨디셔닝부(60)는 안테나(10)를 통해 수신되는 전력의 전압을 변환하여 필요전압에 적합하도록 조정하는 구성이다. 참고로, 상기 필요전압이란 전자 단말기의 충전전압 내지 구동전압(사용전압)이거나, 또는 보조 배터리의 충전전압일 수 있다. 예컨대 상기 필요전압이 스마트폰 또는 보조 배터리의 충전전압이라면 전압 컨디셔닝부(60)는 수신 전력의 전압을 5V로 맞춰주도록 구성될 수 있다.
레귤레이터(80)는 제어부(70)로 공급되는 전력을 변환하기 위한 구성으로서, 예컨대 배터리셀 또는 어댑터로부터 입력되는 직류전압을 강압하여 제어부(70) 측으로 출력하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 레귤레이터(80)는 LDO(Low Drop Output Regulator) 또는 DC-DC 컨버터(Conveter)로 구성하여 안정적인 출력 전압을 유지하도록 구성할 수 있다.
전력부(90)는 배터리셀, 어댑터 또는 전자 단말기 로드(Load) 중 어느 하나일 수 있다. 배터리셀은 전력 수신 모드시 안테나(10)를 통해 공급되는 전력을 저장하고, 전력 송신 모드시 외부로 전송할 전력을 제공하는 구성이다. 또한, 배터리셀은 제어부(70)의 구동에 필요한 전원을 제공할 수도 있다.
한편, 전술한 배터리셀 대신 어댑터를 통해 공급되는 가정용 전원이 전력 송신 내지 제어부(70) 구동을 위한 전력 공급원으로 기능할 수도 있다. 상기 경우 무선 전력 송수신 장치는 어댑터와 연결된다.
이하에서는, 전술한 구성을 갖는 무선 전력 송수신 장치의 사용 양태에 따른 구체적인 구현예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치의 회로구성을 나타낸 블록도이다. 참고로, 제1 실시예는 본 발명의 무선 전력 송수신 장치를 전자 단말기 또는 보조 배터리에 적용시의 사용양태일 수 있다. 여기서, 상기 전자 단말기란 예컨대 스마트폰, 태블릿PC 등과 같은 휴대 단말기 내지 노트북 등의 전자기기일 수 있고, 상기 보조 배터리란 전자 단말기와 별개로 구비되어 해당 전자 단말기에 전력을 공급해주는 휴대용 충전기일 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치는 안테나(10), 임피던스 매칭부(30), 전환 스위치(20), 증폭기(40), 정류기(50), 제어부(70), 전압 컨디셔닝부(60), 레귤레이터(80), 및 전력부(90)를 포함하고, 안테나(10), 전환 스위치(20), 임피던스 매칭부(30)는 단일 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 안테나(10)는 임피던스 매칭부(30)와 연결되고, 임피던스 매칭부(30)는 전환 스위치(20)와 연결되어, 안테나(10)와 전환 스위치(20) 사이에 임피던스 매칭부(30)가 개재되어 있는 회로 구조로 구성된다.
전환 스위치(20)는 절환동작에 의해 증폭기(40)와 정류기(50) 간에 선택적 연결될 수 있도록 구성된다. 그리고 제어부(70)에 의한 절환 제어를 통해, 전력 송신 모드시에는 증폭기(40)와 연결되고, 전력 수신 모드시에는 정류기(50)와 연결되도록 구성된다.
제어부(70)는 전환 스위치(20), 증폭기(40), 정류기(50), 전압 컨디셔닝부(60)와 연결되어, 전력 수신 모드와 전력 송신 모드에 필요한 처리를 수행하도록 구성되며, 이는 전환 스위치(20)의 절환동작 및 이에 따른 증폭기(40) 내지 정류기(50)의 동작 제어를 통해 이루어진다.
또한, 제어부(70)는 피드백 신호(15)로 이용하여 전력 송신 모드 또는 상기 전력 수신 모드를 활성화시키는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 '피드백 신호(15)'란 본 발명의 무선 전력 송수신 장치에 또 다른 장치(리시버(Receiver) 또는 트랜스미터 (Trandsmitter))가 접근시 유발되는 신호를 의미한다.
피드백 신호(15)는 안테나(10)의 임피던스 변화, 안테나(10)에 유기되는 파워(전압/전류)량, 상기 리시버 또는 트랜스미터와의 무선충전 통신 및 무선충전 주파수 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 피드백 신호(15) 중 주파수의 경우, 무선 전력 송수신 방식이 WPC (Wireless Power Consortium) 방식일 경우 100 ~ 200 KHz 대역 주파수를 의미하고, 자기공명 방식일 경우 수 MHz에서 수집 MHz 대역의 주파수를 의미한다.
전력부(90)는 전력 수신 모드시 안테나(10)를 통해 공급되는 전력을 저장하고, 전력 송신 모드시 외부로 전송할 전력을 제공하는 구성으로서, 배터리셀 및(또는) 어댑터를 포함할 수 있다. 무선 전력 송수신 장치가 전자 단말기에 탑재된 경우라면, 전력부(90)는 전력 수신 모드에서 리시버(즉, 전자 단말기)의 로드(Load)일 수 있고, 상기 로드는 전자 단말기의 충전전압 내지 구동전압일 수 있다.
한편, 제어부(70)는 전력부(90)의 배터리셀 또는 어댑터로부터 전원을 공급받도록 구성되고, 이때 배터리셀 또는 어댑터로부터 공급되는 직류전류는 레귤레이터(80)를 통해 적정 전압으로 변환된 후 제어부(70) 측으로 출력된다.
전압 컨디셔닝부(60)는 안테나(10)를 통해 수신된 후 정류기(50)를 통해 정류 과정을 거친 수신 전력의 전압을 조정하여 전력부(90)에 적합한 전압으로 맞춰주는 기능을 한다.
이하에서는 전술한 제1 실시예의 구성을 통해, 무선 전력 송신 모드와 수신 모드를 모두 수행하기 위한 구체적 처리 과정에 대하여 설명하도록 한다.
무선 전력의 송신 또는 수신이 없는 대기 상태에서, 제어부(70)가 임피던스, 유기전압, 무선충전 통신 및 무선충전 주파수 중 적어도 어느 하나의 피드백 신호(15)를 인식하면, 전력 송신 모드와 전력 수신 모드 중 어느 하나를 결정한다.
일 실시예에 따르면, 제어부(70)가 피드백 신호(15)를 감지하면, 전환 스위치(20)를 제어하여 안테나(10)가 정류기(50)와 전기적으로 연결되도록 함으로써 안테나(10)를 전력 수신 안테나(10)로 기능시키는 전력 수신 모드를 활성화시킨다.
그리고 전력 수신 모드가 활성화된 상태에서, 제어부(70)는 전압 및 전류 등의 전기 에너지가 유입되는지 여부를 판별한다.
상기 판별 결과 전기 에너지의 유입이 있으면, 전력 수신 모드를 유지시킨다. 전력 수신 모드가 활성 및 진행되면, 안테나(10)를 통해 수신되는 전기에너지는 임피던스 매칭부(30)에 의한 매칭값 변경을 통해 최대 효율값으로 전력을 수신하게 된다. 그리고, 수신 전력은 정류기(50)를 통해 AC-DC 변환 과정을 거치며 정류되고, 전압 컨디셔닝부(60)에 의해 필요전압에 적합한 전압으로 조정된 후 전력부(90) 측으로 출력된다. 전력부(90)가 배터리셀이라면 수신 전력은 충전전압 레벨로 조정된 후 배터리셀에 입력 저장되고, 전력부(90)가 전자단말의 사용전압 로드라면 사용전압 레벨로 조정된 후 로드 측에 제공될 수 있다.
한편, 상기 판별 결과 전기 에너지의 유입이 없으면, 제어부(70)는 전환 스위치(20)를 절환동작시켜 안테나(10)가 증폭기(40)와 전기적으로 연결되게 함으로써 안테나(10)를 전력 송신 안테나로 기능시키는 전력 송신 모드를 활성화시킨다.
전력 송신 모드가 활성 및 진행되면, 배터리셀 또는 어댑터로부터 공급되는 전력은 증폭기(40)를 통해 증폭 및 DC-AC 역변환 과정을 거친 후, 임피던스 매칭부(30)에 의한 임피던스 매칭 변경을 통해 최대 효율값으로 전력을 무선 송신하게 된다.
더불어, 무선 전력 송신 모드 진행시, 제어부(70)는 송신 전압, 전류 및 주파수를 모니터링하여 전력이 정상적으로 전송되는지 여부를 감시하도록 구성될 수 있다.
상기에서는 제어부(70)의 피드백 신호(15)의 감지시, 전력 수신 모드를 먼저 활성화한 후 전기에너지의 유입 여부에 따라 전력 송신 모드로 전환하도록 구성하였으나, 이와 반대로 구성하여도 동일한 목적을 달성할 수 있음은 물론이다. 즉, 제어부(70)의 피드백 신호(15)의 감지시, 전력 송신 모드를 먼저 활성화한 후 전기에너지의 유출 여부에 따라 전력 수신 모드로 전환하도록 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치의 회로구성을 나타낸 블록도이다. 참고로, 제2 실시예는 본 발명의 무선 전력 송수신 장치를 전자 단말기 또는 보조 배터리에 적용시의 사용양태일 수 있다.
제2 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치는 제1 실시예와 기본적으로 동일하게 이루어지되 임피던스 매칭부(30)와 전환 스위치 구성에 있어 다소 차이가 있다. 이하에서는 그 차이점 위주로 설명하도록 한다.
제2 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치는 안테나(10)는 전환 스위치(20)와 연결되고, 전환 스위치(20)는 임피던스 매칭부(30)와 연결되어, 안테나(10)와 임피던스 매칭부(30) 사이에 전환 스위치(20)가 개재되어 있는 회로 구조로 구성된다.
그리고, 임피던스 매칭부는 제1 임피던스 매칭부(30a)와 제2 임피던스 매칭부(30b)로 분리 구성되는 것을 특징으로 한다. 제1 임피던스 매칭부(30a)는 전환 스위치(20)와 증폭기(40) 사이에서 이들과 각각 연결되어 전력 송신 모드시 송신 전력의 임피던스 매칭을 수행한다. 그리고 제2 임피던스 매칭부(30b)는 전환 스위치(20)와 정류기(50) 사이에서 이들과 각각 연결되어 전력 수신 모드시 수신 전력의 임피던스 매칭을 수행한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치의 회로구성을 나타낸 블록도이다. 참고로, 제3 실시예는 본 발명의 무선 전력 송수신 장치를 전자 단말기 또는 보조 배터리에 적용시의 사용양태일 수 있다.
제3 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치는 제1 실시예와 기본적으로 동일하게 이루어지되 임피던스 매칭부와 전환 스위치 구성에 있어 다소 차이가 있다. 이하에서는 그 차이점 위주로 설명하도록 한다.
제3 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치는 안테나는 전환 스위치와 연결되고, 전환 스위치는 임피던스 매칭부와 연결되어, 안테나와 임피던스 매칭부 사이에 전환 스위치가 개재되어 있는 회로 구조로 구성된다.
그리고, 전환 스위치는 안테나(10)에 각각 독립적으로 연결되는 제1 전환 스위치(20a)와 제2 전환 스위치(20a)로 분리 구성되고, 임피던스 매칭부는 제1 임피던스 매칭부(30a)와 제2 임피던스 매칭부(30b)로 분리 구성되는 것을 특징으로 한다.
제1 전환 스위치(20a)는 제1 임피던스 매칭부(30a)를 경유하여 증폭기(40)와 연결되고, 제2 전환 스위치(20b)는 제2 임피던스 매칭부(30b)를 경유하여 정류기(50)와 연결된다.
제1 임피던스 매칭부(30a)는 제1 전환 스위치(20a)와 증폭기(40) 사이에서 이들과 각각 연결되어 전력 송신 모드시 송신 전력의 임피던스 매칭을 수행한다. 그리고 제2 임피던스 매칭부(30b)는 제2 전환 스위치(20b)와 정류기(50) 사이에서 이들과 각각 연결되어 전력 수신 모드시 수신 전력의 임피던스 매칭을 수행한다.
제3 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 모드시, 제어부(70)는 제1 전환 스위치 (20a)는 온(On)시키고 제2 전환 스위치(20b)는 오프(Off)시킨 후 증폭기(40)를 제어함으로써, 제1 전환 스위치(20a)를 통해 연결되는 안테나(10)를 전력 송신용 안테나로 기능시킨다.
그리고, 무선 전력 수신 모드시, 제어부(70)는 제1 전환 스위치(20a)는 오프 (Off)시키고, 제2 전환 스위치(20b)는 온(On)시킨 후 정류기(50)를 제어함으로써, 제2 전환 스위치(20b)를 통해 연결되는 안테나(10)를 전력 수신용 안테나로 기능시킨다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치의 회로구성을 나타낸 블록도로서, 동시에 다수 모드를 진행할 수 있는 멀티 코일 방식에 관한 것이다.
제4 실시예의 무선 전력 송수신 장치는 제1 실시예와 기본적으로 동일하게 이루어지되 안테나, 임피던스 매칭부 및 전환 스위치 구성에 있어 다소 차이가 있다. 이하에서는 그 차이점 위주로 설명하도록 한다.
제4 실시예의 안테나는 상호 물리적으로 구분되는 제1 안테나(10a)와 제2 안테나(10b)로 구성된다.
제4 실시예의 임피던스 매칭부는 제1 임피던스 매칭부(30c)와 제2 임피던스 매칭부(30d)로 분리 구성된다. 제1 임피던스 매칭부(30c)는 제1 안테나(10a)와 연결되어 제1 안테나(10a)를 통해 수신 또는 송신되는 전력의 임피던스를 매칭시키도록 구성된다.
그리고 제2 임피던스 매칭부(30d)는 제2 안테나(10b)와 연결되어 제2 안테나(10a)를 통해 수신 또는 송신되는 전력의 임피던스를 매칭시키도록 구성된다.
제4 실시예의 전환 스위치는 제1 전환 스위치(20c)와 제2 전환 스위치(20d)로 분리 구성된다. 제1 전환 스위치(20c)는 제1 안테나(10a) 및 제1 임피던스 매칭부(30c)와 연결되고, 제2 전환 스위치(20d)는 제2 안테나(10b) 및 제2 임피던스 매칭부(30d)와 연결된다.
제4 실시예의 경우, 제1 전환 스위치(20c)와 제1 안테나(10a) 간의 회로경로 상에 제1 임피던스 매칭부(30c)가 개재되고, 제2 전환 스위치(20d)와 제2 안테나 (10b)간의 회로경로 상에 제2 임피던스 매칭부(30d)가 개재되게 구성하였다.
그리고, 제1 전환 스위치(20c)와 제2 전환 스위치(20d)는 동일한 정류기(50)와 증폭기(40)에 각각 연결되고, 각각 독립적인 절환 동작을 통해 정류기(50)와 증폭기(40) 중 어느 하나에 선택적 연결될 수 있도록 구성된다.
예컨대, 제1 전환 스위치(20c)는 증폭기(40) 측으로 절환되어 제1 안테나(10a)는 전력 송신 모드를 수행하도록 제어되고, 동시에 제2 전환 스위치(20d)는 정류기(50) 측으로 절환되어 제2 안테나(10b)는 전력 수신 모드를 수행하도록 제어될 수 있다.
또는, 제1 전환 스위치(20c)와 제2 전환 스위치(20d) 모두 증폭기(40) 측으로 절환되어 제1 안테나(10a)와 제2 안테나(10b) 모두가 전력 송신 모드를 수행하도록 제어하거나, 제1 전환 스위치(20c)와 제2 전환 스위치(20d) 모두 정류기(50) 측으로 절환되어 제1 안테나(10a)와 제2 안테나(10b) 모두가 전력 수신 모드를 수행하도록 제어될 수 있다.
즉, 제4 실시예에 따른 무선 전력 송수신 장치에 의하면, 무선 전력 수신 모드와 송신 모드를 동시에 수행하거나 또는 동일한 모드를 같이 수행하도록 제어할 수 있게 된다.
전술한 제1 내지 제4 실시예의 무선 전력 송수신 장치는 제어부(70)가 임피던스, 유기전압, 무선충전 통신 및 무선충전 주파수 중 적어도 어느 하나의 피드백 신호(15)를 인식하면, 전력 송신 모드와 전력 수신 모드 중 어느 하나를 결정하고 이를 수행하도록 구성하였으나, 피드백 신호(15) 대신 애플리케이션 프로그램에 의한 명령을 조건으로 하여 전력 송신 모드와 전력 수신 모드 중 어느 하나를 결정 및 수행하도록 구성할 수도 있다.
즉, 본 발명의 무선 전력 송수신 장치가 전자 단말에 내장될 경우, 해당 전자 단말에는 무선 전력의 수신 또는 송신을 위한 모드 선택 기능을 실현시키기 위한 애플리케이션 프로그램이 탑재될 수 있다. 예컨대, 모드 선택 기능을 갖는 애플리케이션 프로그램은 전자 단말의 메모리에 기록된 형태로 구비될 수 있다.
상기 경우, 사용자가 해당 전자 단말에 탑재된 애플리케이션 프로그램을 구동시킨 후 전력 송신 모드를 선택하면, 해당 모드 선택 정보는 무선 전력 송수신 장치의 제어부(70)로 전달되고, 이를 수신한 제어부(70)는 전술한 무선 전력 송신 모드를 활성화시키기 위한 처리를 수행하도록 구성할 수 있다.
마찬가지로, 애플리케이션 프로그램을 통해 전력 수신 모드를 선택하게 되면, 해당 모드 선택 정보는 무선 전력 송수신 장치의 제어부(70)로 전달되고, 이를 수신한 제어부(70)는 전술한 무선 전력 수신 모드를 활성화시키기 위한 처리를 수행하도록 구성할 수 있다.
한편, 본 발명의 무선 전력 송수신 장치가 보조 배터리에 적용될 경우, 해당 보조 배터리는 전자 단말기 케이스(예컨대, 스마트폰에 착탈 가능한 외부 케이스)에 설치되어 전자 단말 보조 기기 형태로 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성할 경우, 무선 전력 송신 모드시 해당 전자 단말기 케이스의 전면에 결합되어 있는 전자 단말기를 충전하면서 동시에 전자 단말기 케이스의 후면에 배치되어 있는 또 다른 전기 전자 장치를 함께 충전할 수 있게 된다. 즉, 안테나(10) 코일의 페라이트 시트를 제거하여 다수 방향 무선 전력 송신 동작이 가능하도록 구성할 수 있다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 안테나 15: 피드백 신호
20: 전환 스위치 30: 임피던스 매칭부
40: 증폭기 50: 정류기
60: 전압 컨디셔닝부 70: 제어부
80: 레귤레이터 90: 전력부

Claims (12)

  1. 전력 송신 모드시 무선으로 전력을 송신하고, 전력 수신 모드시 무선으로 전력을 수신하는 안테나; 상기 안테나에 연결되어 상기 안테나의 회로 경로를 절환하는 전환 스위치; 상기 안테나의 무선 전력 송신 또는 수신시 임피던스를 매칭시키기 위한 임피던스 매칭부; 상기 전환 스위치와 연결되는 증폭기; 상기 전환 스위치와 연결되는 정류기; 상기 전력 송신 모드와 상기 전력 수신 모드를 위한 처리를 수행하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전력 송신 모드시, 상기 전환 스위치를 제어하여 상기 안테나가 상기 증폭기와 전기적으로 연결되게 함으로써 상기 안테나를 전력 송신 안테나로 기능시키고,
    상기 전력 수신 모드시, 상기 전환 스위치를 제어하여 상기 안테나가 상기 정류기와 전기적으로 연결되도록 함으로써 상기 안테나를 전력 수신 안테나로 기능시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 안테나를 통해 인식되는 임피던스, 유기전압, 무선충전 통신 및 무선충전 주파수 중 적어도 어느 하나를 피드백 신호로 사용하여, 상기 피드백 신호의 감지시 상기 전력 송신 모드 또는 상기 전력 수신 모드를 활성화시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 피드백 신호의 감지시 상기 전력 수신 모드를 활성화하여 전기에너지의 유입 여부를 판별하고, 상기 판별 결과 전기에너지의 유입이 없을 시 상기 전력 송신 모드를 활성화하여 전력을 송신하도록 처리하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭부는 가변 캐패시터부를 이용하여 임피던스를 산출하고, 산출된 임피던스에 따라 가변 캐패시터부의 캐패시턴스를 조절하여 임피던스 매칭을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭부는 상기 전환 스위치와 상기 안테나 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭부는 상기 전환 스위치와 상기 증폭기 사이에 개재되어 송신 전력의 임피던스를 매칭시키는 제1 임피던스 매칭부; 및 상기 전환 스위치와 상기 정류기 사이에 개재되어 수신 전력의 임피던스를 매칭시키는 제2 임피던스 매칭부로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전환 스위치는 상기 안테나에 각각 독립적으로 연결되는 제1 전환스위치와 제2 전환스위치로 구성되고,
    상기 임피던스 매칭부는 상기 제1 전환스위치와 상기 증폭기 사이에 개재되어 송신 전력의 임피던스를 매칭시키는 제1 임피던스 매칭부; 및 상기 제2 전환스위치와 상기 정류기 사이에 개재되어 수신 전력의 임피던스를 매칭시키는 제2 임피던스 매칭부로 구성되고,
    상가 제어부는,
    상기 전력 송신 모드시, 상기 제1 전환스위치는 온(On)시키고 상기 제2 스위치는 오프(Off)시켜, 상기 안테나가 상기 증폭기와 전기적으로 연결되게 함으로써 상기 안테나를 전력 송신 안테나로 기능시키고,
    상기 전력 수신 모드시, 상기 제1 스위치는 오프(Off)시키고, 상기 제2 스위치는 온(On)시켜, 상기 안테나가 상기 정류기와 전기적으로 연결되도록 함으로써 상기 안테나를 전력 수신 안테나로 기능시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 송신 모드시 송신용 전력을 공급하거나 또는 상기 전력 수신 모드시 수신되는 전력을 저장하는 배터리셀을 더 포함하고,
    상기 배터리셀은 상기 증폭기 또는 상기 정류기와 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나와 구분되는 또 다른 하나의 안테나(이하, '제2 안테나'라 함);
    상기 제2 안테나에 의한 무선 전력 송신 또는 수신시 임피던스를 매칭시키기 위한 또 다른 하나의 임피던스 매칭부; 및
    상기 제2 안테나에 연결되어 상기 제2 안테나의 회로 경로를 전환하는 또 다른 하나의 전환 스위치(이하, '제2 전환스위치'라 함)를 더 포함하고,
    상기 증폭기는 상기 제2 전환스위치와 더 연결되고, 상기 정류기는 상기 제2 전환스위치와 더 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 송수신 장치.
  10. 전자 단말기로서,
    제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 무선 전력 송수신 장치; 및 무선 전력 수신 또는 송신을 위한 모드 선택 기능을 실현시키기 위한 애플리케이션 프로그램이 기록된 메모리를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 애플리케이션 프로그램을 통해 선택된 모드에 따라 상기 전력 송신 모드와 상기 전력 수신 모드 중 어느 하나를 활성화시키는 것을 특징으로 하는 전자 단말기.
  11. 보조 배터리로서,
    제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 무선 전력 송수신 장치; 및 배터리셀을 포함하는 전자 단말기용 보조 배터리.
  12. 전자단말 보조 기기로서,
    상기 전자단말에 결합되는 외부 케이스; 상기 외부 케이스에 설치되는 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항의 무선 전력 송수신 장치; 및 배터리셀을 포함하는 전자단말 보조 기기.
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