KR20200071286A - 무선 전력 수신기 - Google Patents

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KR20200071286A
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Abstract

일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 수신된 RF 입력을 기초로 생성된 RF 전압 신호를 DC 전압으로 변환하는 풀-브릿지 정류기 및 RF 전압 신호를 스위칭 신호로 이용하여 배터리 충전을 위한 전압을 생성하는 부스트 컨버터를 포함한다.

Description

무선 전력 수신기{WIRELESS POWER RECEIVER}
아래의 실시예들은 무선 전력 수신기에 관한 것이다.
일반적인 무선 전력 수신기에서는 배터리 충전을 위한 부스트 컨버터(boost converter)에 외장 인덕터(inductor)가 활용될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기 회로에서 사용되는 인덕터를 칩 안에 집적하는 경우, 인덕터와 스위치의 저항 성분에 의한 전도 손실과 스위치를 구동하기 위한 스위칭 손실이 발생할 수 있다. 이러한 스위칭 손실 및 전도 손실을 모두 줄이기 위해 인덕턴스가 크고 저항 성분이 낮은 외부 인덕터를 사용하여 동작 주파수를 낮출 수 있다. 하지만, 외장 인덕터는 무선 전력 수신 시스템의 크기 및 가격이 크게 증가시킬 수 있다.
일 측에 따르면, 무선 전력 수신기는 수신된 RF(Radio Frequency) 입력을 기초로 생성된 RF 전압 신호를 DC(Direct Current) 전압으로 변환하는 풀-브릿지 정류기(Full-Bridge Rectifier); 및 상기 RF 전압 신호를 스위칭 신호로 이용하여 배터리 충전을 위한 전압을 생성하는 부스트 컨버터(Boost Converter)를 포함한다.
상기 부스트 컨버터는 상기 DC 전압을 기초로, 상기 배터리 충전을 위한 제1 인덕터 전류(inductor current)를 생성하는 제1 인덕터(inductor); 상기 RF 전압 신호를 상기 스위칭 신호로 이용하여 상기 제1 인덕터의 제1 인덕터 전류를 형성하는 제1 스위치(switch); 및 상기 제1 인덕터 전류를 전달하는 제1 다이오드(diode)를 포함할 수 있다.
상기 RF 전압 신호는 제1 하프 사인 파형의 제1 RF 전압 신호 및 제2 하프 사인 파형의 제2 RF 전압 신호를 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치는 상기 제1 RF 전압 신호를 상기 스위칭 신호로 이용함으로써 상기 제1 인덕터 전류를 형성할 수 있다.
상기 부스트 컨버터는 상기 제2 RF 전압 신호를 수신하는 커패시터(capacitor)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치의 게이트 커패시터(gate capacitor)는 상기 RF 입력을 수신하는 안테나의 매칭 커패시터(matching capacitor)로 이용될 수 있다.
상기 부스트 컨버터는 상기 제1 스위치와 직렬로 연결되고, 상기 부스트 컨버터의 부스팅 동작을 인에이블(enable)할 지 여부를 결정하는 인에이블 스위치; 및 상기 인에이블 스위치를 제어하는 제어 로직(control logic)을 더 포함하고, 상기 제어 로직은 상기 부스트 컨버터의 입력 전압과 상기 부스트 컨버터의 출력 전압 각각과 상기 부스트 컨버터의 입력 전압 및 상기 부스터 컨버터의 출력 전압 각각을 위해 미리 설정된 임계 전압 간의 비교 결과에 기초하여 상기 인에이블 스위치의 온/오프를 제어 제어할 수 있다.
상기 제어 로직은 상기 부스트 컨버터의 입력 전압이 상기 부스트 컨버터의 입력 전압을 위해 미리 설정된 제1 임계 전압보다 크고, 상기 부스트 컨버터의 출력 전압이 상기 부스트 컨버터의 출력 전압을 위해 미리 설정된 제2 임계 전압보다 작은 경우, 상기 인에이블 스위치를 오프(off)시킴으로써 상기 부스트 컨버터를 온(on)시키고, 상기 부스트 컨버터의 입력 전압이 상기 제1 임계 전압보다 작거나 같고, 또는 상기 부스트 컨버터의 출력 전압이 상기 제2 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 상기 인에이블 스위치를 온(on)시킴으로써 상기 부스트 컨버터를 오프(off)시킬 수 있다.
상기 RF 전압 신호는 제1 하프 사인 파형의 제1 RF 전압 신호 및 제2 하프 사인 파형의 제2 RF 전압 신호를 포함하고, 상기 부스트 컨버터는 상기 제1 RF 전압 신호를 제1 스위치의 스위칭 신호로 이용함으로써 제1 인덕터의 제1 인덕터 전류를 형성 및 전달하는 제1 부스트 컨버터; 및 상기 제2 RF 전압 신호를 제2 스위치의 스위칭 신호로 활용함으로써 제2 인덕터의 제2 인덕터 전류를 형성 및 전달하는 제2 부스트 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 제2 부스트 컨버터는 상기 DC 전압을 기초로, 상기 배터리 충전을 위한 제2 인덕터 전류를 생성하는 제2 인덕터; 상기 제2 RF 전압 신호를 상기 스위칭 신호로 이용하여 상기 제2 인덕터의 제2 인덕터 전류를 형성하는 제2 스위치; 및 상기 제2 인덕터 전류를 전달하는 제2 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터 중 적어도 하나는 온-칩 인덕터(on-chip inductor) 일 수 있다.
일 측에 따르면, 무선 전력 수신기의 제어 방법은 안테나를 통해 RF 입력을 수신하는 단계; 상기 RF 입력을 기초로 제1 하프 사인 파형의 제1 RF 전압 신호 및 제2 하프 사인 파형의 제2 RF 전압 신호를 포함하는 RF 전압 신호를 생성하는 단계; 상기 RF 전압 신호를 DC 전압으로 변환하는 단계; 상기 RF 전압 신호에 따른 스위칭 신호에 따라, 상기 DC 전압을 기초로 배터리 충전을 위한 제1 인덕터 전류를 생성하는 단계; 및 상기 제1 인덕터 전류에 의해 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
상기 무선 전력 수신기의 제어 방법은 상기 DC 전압과 미리 설정된 제1 임계 전압 간의 비교 결과 및 상기 배터리의 충전 전압과 미리 설정된 제2 임계 전압 간의 비교 결과에 기초하여, 상기 스위칭 신호에 따른 부스팅 동작을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 부스팅 동작을 제어하는 단계는 상기 DC 전압이 상기 제1 임계 전압보다 작거나 같고, 또는 상기 배터리 충전 전압이 상기 제2 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 상기 부스팅 동작을 비활성화하는 단계; 및 상기 DC 전압이 상기 제1 임계 전압보다 크고, 상기 배터리 충전 전압이 상기 제2 임계 전압보다 작은 경우, 상기 부스팅 동작을 활성화하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 블록도.
도 2는 일 실시예에 따른 풀-브릿지 정류기의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 일 실시예에 따라 하나의 부스트 컨버터를 포함하는 무선 전력 수신기의 회로도.
도 4는 일 실시예에 따라 부스트 컨버터의 인에이블 스위치를 포함하는 무선 전력 수신기의 회로도.
도 5는 일 실시예에 따른 부스트 컨버터에서의 임피던스 매칭을 설명하기 위한 도면.
도 6은 일 실시예에 따라 두 개의 부스트 컨버터를 포함하는 무선 전력 수신기의 회로도.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 제어 방법을 나타낸 흐름도.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 파형에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(100)는 안테나(110), 풀-브릿지 정류기 (Full-Bridge Rectifier)(130), 부스트 컨버터(Boost Converter)(150), 및 인덕터(155)를 포함할 수 있다.
안테나(110)는 송신 측에서 전송한 RF (Radio Frequency) 신호를 수신할 수 있다. RF (Radio Frequency) 신호는 예를 들어, AC(Alternating Current) 전압일 수 있다.
풀-브릿지 정류기(130)는 안테나(110)를 통해 수신된 RF 입력을 기초로 생성된 하프 사인(Half-Sine) 파형의 RF 전압 신호를 DC(Direct Current) 전압으로 변환한다. RF 전압 신호는 예를 들어, 차등 하프 사인(Differential Half-Sine) 파형의 RF 전압 신호일 수 있다. RF 전압 신호는 DC 전압을 가질 수 있다. RF 전압 신호는 예를 들어, 제1 하프 사인 파형의 제1 RF 전압 신호 및 제2 하프 사인 파형의 제2 RF 전압 신호를 포함할 수 있다. 풀-브릿지 정류기(130)에서 하프 사인 파형의 RF 전압 신호가 생성되는 과정은 아래의 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
부스트 컨버터(150)는 풀-브릿지 정류기(130)에서 생성된 RF 전압 신호를 스위칭 신호로 이용하여 배터리(또는 배터리 충전기)(190)의 충전을 위한 전압을 생성할 수 있다. 이때, 인덕터(155)는 부스트 컨버터(150) 내에 포함될 수도 있다.
실시예에 따라서, 무선 전력 수신기의 부스트 컨버터(150)는 하나의 부스트 컨버터로 구성될 수도 있고, 두 개의 부스트 컨버터들(제1 부스트 컨버터 및 제2 부스트 컨버터)로 구성될 수도 있다. 하나의 부스트 컨버터를 포함하는 무선 전력 수신기에 대하여는 아래의 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다. 또한, 두 개의 부스트 컨버터를 포함하는 무선 전력 수신기에 대하여는 아래의 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다.
일 실시예에서는 풀-브릿지 정류기(130) 자체의 특성을 활용하여 별도의 스위칭 신호 생성 회로가 없이도 RF 전압 신호를 바로 부스트 컨버터(150)의 스위칭 신호로 활용할 수 있다. 또한, RF 전압 신호를 스위칭 신호로 활용함으로써 고주파 신호를 전력 소모없이 부스트 컨버터(150)의 스위치에 전달할 수 있다. 뿐만 아니라, RF 전압 신호에 의한 스위칭을 통해 스위치의 크기를 줄임으로써 스위칭 손실(switching loss) 없이 부스트 컨버터(150)의 동작 주파수를 높이고, 인덕턴스 요구량을 줄여 인덕터(155)를 온-칩 인덕터(on chip inductor)로 구성할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 풀-브릿지 정류기의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 풀-브릿지 정류기(130)가 도시된다. 풀-브릿지 정류기(130)는 음전압과 양전압을 모두 가지는 AC 전압을 모두 한 방향(예를 들어, 양방향)의 DC 전압으로 변환할 수 있다. 풀-브릿지 정류기(130)는 RF 전압 신호를, 예를 들어, 차등 하프 사인 파형의 RF 전압 신호로 변환할 수 있다.
이때, 하프 사인 파형의 진폭은 항상 정류기(130)의 출력 전압(Vout), 다시 말해, 부스트 컨버터(150)의 입력 전압보다 크다. RF 전압 신호(115)는 제1 하프 사인 파형의 제1 RF 전압 신호(133) 및 제2 하프 사인 파형의 제2 RF 전압 신호(136)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 풀-브릿지 정류기(130)에서 생성된 하프 사인 파형의 RF 전압 신호를 그대로 부스트 컨버터(150)의 스위칭 신호로 사용함으로써 별도의 전력 소모 없이 매우 빠른 주파수로 부스트 컨버터(150)를 구동시킬 수 있다. 또한, 빠른 주파수로 부스트 컨버터(150)를 구동시킴으로써 인덕턴스를 줄이는 한편, 스위칭 손실 또한 줄일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따라 하나의 부스트 컨버터를 포함하는 무선 전력 수신기의 회로도이다.
일반적으로 부스트 컨버터는 DC-DC 승압 장치 중 하나로서, 출력 전압을 입력 전압보다 높이는 기능을 수행할 수 있다. 부스트 컨버터는 스위치를 이용하여 주기적으로 입력 측과 출력 측의 연결/끊어짐을 반복하여 출력 측에 0V와 부스트 컨버터의 입력 전압이 번갈아 나타나게 한다. 이때, 스위치의 온(on)/오프(off) 비율, 다시 말해 듀티비(duty ratio)를 조절하여 전류나 전압 펄스의 폭을 조정할 수 있다.
무선 전력 수신기에서는 배터리 충전을 위한 부스트 컨버터에 인덕터가 활용될 수 있다. 전술한 스위치의 스위칭 주파수에 의해 인덕터의 인덕턴스 값이 결정될 수 있다.
부스트 컨버터의 효율 저하 요인으로는 인덕터와 스위치의 저항 성분에 의한 전도 손실과 파워 스위치를 구동하기 위한 스위칭 손실을 예로 들 수 있다. 전도 손실을 줄이기 위해서는 인덕터 및 스위치의 저항 성분을 줄여야 하므로 인덕터 및 스위치의 물리적인 크기가 커져야 한다. 이때, 물리적인 크기를 크게 하면 저항 성분은 줄일 수 있으나 스위칭 손실이 커질 수 있다. 인덕터의 저항 성분은 예를 들어, 인덕터의 Q 값을 증가 시킴으로써 줄일 수 있다. 또한, 스위치의 저항 성분은 예를 들어, 스위치의 크기를 줄여 커패시턴스를 감소시킴으로써 줄일 수 있다. 또한, 스위칭 손실을 줄이기 위해서는 스위치의 동작 주파수를 낮춰야 하지만, 이 경우, 인덕터의 동작을 위한 필요 인덕턴스가 증가할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전도 손실과 스위칭 소실 간에는 트레이드 오프(trade-off)가 존재할 수 있다. 따라서, 전도 손실, 및 스위칭 손실을 모두 줄이기 위해 인덕턴스가 크고 저항 성분이 작은 외장 인덕터를 사용하고, 부스트 컨버터의 동작 주파수를 낮추는 것이 일반적이다. 외장 인덕터는 무선 전력 수신 시스템의 크기 및 가격의 증가 원인이 될 수 있다.
일 실시예에서는 RF 전압 신호를 부스트 컨버터의 스위칭 신호로 이용함으로써 온-칩 인덕터를 사용함으로써 발생하는 높은 주파수에 의한 스위칭 손실의 증가를 해소할 수 있다. 또한, 부스트 컨버터의 인덕터를 온-칩 형태로 구성함으로써 무선 전력 수신 시스템의 크기, 및 가격 또한 절감시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 제1 부스트 컨버터(150)의 회로가 도시된다. 제1 부스트 컨버터(150)는 제1 인덕터(inductor)(155), 제1 스위치(switch)(310), 제1 다이오드(diode)(330) 및 커패시터(capacitor)(350)를 포함할 수 있다. 이 밖에도, 제1 부스트 컨버터(150)는 디커플링 커패시터(305)를 더 포함할 수 있다.
디커플링 커패시터(305)는 제1 부스트 컨버터(150)의 입력 전압에 병렬로 연결되며, 입력 전압에 노이즈가 포함되거나, 입력 전압이 불안정할 때에 안정된 직류 전압을 출력단에 공급할 수 있게 합니다.
제1 인덕터(155)는 풀-브릿지 정류기(130)에서 변환된 DC 전압을 기초로, 배터리(190)의 충전을 위한 제1 인덕터 전류(inductor current)를 생성할 수 있다.
제1 스위치(310)는 풀-브릿지 정류기(130)에서 생성된 RF 전압 신호(예를 들어, 제1 하프 사인 파형의 제1 RF 전압 신호)를 스위칭 신호로 이용하여 제1 인덕터(155)의 제1 인덕터 전류를 형성할 수 있다. 제1 스위치(310)에 인가되는 RF 전압 신호는 제1 스위치(310)의 온(on)/오프(off)를 제어하여 인덕터 전류를 형성할 수 있다.
제1 스위치(310)가 온(연결)된 경우, 제1 스위치(310)의 이론상 저항은 0이 된다. 때문에, 제1 스위치(310)를 통과한 전류는 폐회로를 돌아 제1 인덕터(155)를 충전할 수 있다.
제1 스위치(310)가 오프(차단)된 경우, 디커플링 커패시터(305)를 통해 제1 인덕터(155)에 충전된 전류가 방전될 수 있다. 이 경우, 제1 인덕터(155)에서 제1 스위치(310)로 흐르던 전류는 제1 다이오드(330)로 향하게 되고, 배터리(190)를 충전할 수 있다.
제1 스위치(310)는 예를 들어, 모스펫(MOSFET) 스위치일 수 있다. 일 실시예에서는 RF 전압 신호를 스위칭 신호로 이용함으로써 제1 스위치(310)를 구동하는 버퍼(buffer)가 없이도 인덕터 전류를 형성할 수 있다.
이때, 제1 스위치(310)의 게이트 커패시터(gate capacitor)는 제1 RF 입력을 수신하는 안테나(110)의 매칭 커패시터(matching capacitor)로 이용될 수 있다. 일반적으로 무선 전력 수신기는 안테나(110)의 뒤에 커패시터를 달아 임피던스 매칭을 수행한다. 일 실시예에서는 부스트 컨버터(150)의 제1 스위치(310)의 게이터 커패시턴스를 매칭 커패시터로 활용할 수 있다. 매칭 커패시터에 대하여는 아래의 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.
제1 다이오드(330)는 제1 인덕터(155)에서 형성된 제1 인덕터 전류를 배터리(190)로 전달할 수 있다.
커패시터(350)는 풀-브릿지 정류기(130)에서 생성된 제2 RF 전압 신호를 수신할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따라 부스트 컨버터의 인에이블 스위치를 포함하는 무선 전력 수신기의 회로도이다. 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 인에이블 스위치(Enable switch)(410) 및 인에이블 스위치(430)를 제어하는 결정하는 제어 로직(control logic)(430)을 더 포함할 수 있다.
인에이블 스위치(410)는 부스트 컨버터(150)의 부스팅 동작을 인에이블(enable)할 지 여부를 결정할 수 있다. 인에이블 스위치(410)는 제1 스위치(310)와 직렬로 연결될 수 있다.
제어 로직(430)은 인에이블 스위치(410)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다. 제어 로직(430)은 부스트 컨버터(150)의 입력 전압(VBin)과 부스트 컨버터(150)의 출력 전압(VBout) 각각과 부스트 컨버터(150)의 입력 전압 및 부스터 컨버터(150)의 출력 전압 각각을 위해 미리 설정된 임계 전압(예를 들어, Vth1 및 Vth2) 간의 비교 결과에 기초하여 인에이블 스위치(410)의 온/오프를 결정할 수 있다. 제어 로직(430)은 예를 들어, 부스트 컨버터(150)의 입력 전압(VBin)이 부스트 컨버터(150)의 입력 전압을 위해 미리 설정된 제1 임계 전압(Vth1)보다 크고, 부스트 컨버터(150)의 출력 전압(VBout)이 부스트 컨버터(150)의 출력 전압을 위해 미리 설정된 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 경우, 인에이블 스위치(410)를 오프(off)시킴으로써 부스팅 동작을 활성화할 수 있다.
또한, 제어 로직(430)은 부스트 컨버터(150)의 입력 전압(VBin)이 제1 임계 전압(Vth1)보다 작거나 같고, 또는 부스트 컨버터(150)의 출력 전압(VBout)이 제2 임계 전압(Vth2)보다 크거나 같은 경우, 인에이블 스위치(410)를 온(on)시킴으로써 부스팅 동작을 비활성화할 수 있다. 이때, 부스트 컨버터(150)의 입력 전압(VBin)은 정류기(130)에서 출력되는 DC 전압에 해당하고, 부스트 컨버터(150)의 출력 전압(VBout)은 배터리(190)의 입력 전압에 해당할 수 있다.
제1 임계 전압(Vth1)은 예를 들어, 부스트 컨버터(150)를 작동시킬 수 있는 최소 입력 전압 값에 해당할 수 있다. 제2 임계 전압(Vth2)은 예를 들어, 부스트 컨버터에서 요구하는 출력 전압 값에 해당할 수 있다.
제어 로직(430)은 인에이블 스위치(410)의 온/오프를 제어하여 부스트 컨버터(150)의 입력 전압(VBin)과 입력 전압(VBin)에 대응하여 미리 설정된 임계 전압(Vth1)을 비교하고, 부스트 컨버터(150)의 출력 전압(VBout)과 출력 전압(VBout)에 대응하여 미리 설정된 임계 전압(Vth2)을 비교하여 전압이 배터리를 충전하기에 충분한 경우에만 부스트 컨버터(150)가 동작하도록 할 수 있다.
예를 들어, 부스트 컨버터(150)의 입력 전압(VBin)이 부스트 컨버터(150)의 입력 전압을 위해 미리 설정된 제1 임계 전압(Vth1)보다 크고, 부스트 컨버터(150)의 출력 전압(VBout)이 부스트 컨버터(150)의 출력 전압을 위해 미리 설정된 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 경우, 제어 로직(430)은 인에이블 스위치(410)를 오프(off)시킴으로써 부스트 컨버터(150)를 온(on) 시킬 수 있다. 부스트 컨버터(150)가 온(on) 됨에 따라 배터리(190)는 충전될 수 있다.
또는 부스트 컨버터(150)의 입력 전압(VBin)이 제1 임계 전압(Vth1)보다 작거나 같고, 또는 부스트 컨버터의 출력 전압(VBout)이 제2 임계 전압(Vth2)보다 크거나 같은 경우, 제어 로직(430)은 인에이블 스위치(410)를 온(on)시킴으로써 부스트 컨버터(150)를 오프(off)시킬 수 있다. 부스트 컨버터(150)가 오프(off) 됨에 따라 배터리(190)는 충전되지 않을 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 부스트 컨버터에서의 임피던스 매칭을 설명하기 위한 도면이다. 도 5(a)를 참조하면, 안테나(110)와 정류기(541) 사이의 임피던스 매칭을 위하여 매칭 커패시터(510)가 요구된다. 임피던스 매칭(impedance matching)은 RF 소자와 회로 간 전력 전달을 최적화 하기 위한 것으로서, 예를 들어, 안테나(110)와 정류기(541) 간의 전력 전달 손실을 줄이는 데에 이용될 수 있다. 컨버터(542)에서 임피던스 매칭을 수행하지 않는 경우, 안테나(110)에서 정류기(541)로 전달하는 전력이 줄어들 수 있고, 이에 따라 부스트 컨버터(150)의 입력 전력도 줄어들 수 있다. 정류기(541)는 예를 들어, 풀-브릿지 정류기(130)이고, 컨버터(542)는 예를 들어, 부스트 컨버터(150)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, RF 전압 신호가 바로 부스트 컨버터의 제1 스위치로 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 스위치의 게이트 커패시터(gate capacitor)로 인한 기생 커패시턴스(520, 530)가 발생할 수 있다. 이때, 기생 커패시턴스(520, 530)는 안테나(110)의 커패시턴스(510)와의 임피던스 매칭을 위한 매칭 커패시터(matching capacitor)로 이용됨으로써 무선 전력 수신기의 동작에 영향을 주지 않는다.
예를 들어, 도 5(a)를 참조하면, 임피던스 매칭을 통하여, 임피던스의 허수부를 실질적으로 0에 가깝게 만들고, 임피던스의 실수부를 미리 정해진 수치(예를 들어, 50 옴)로 만드는 것이 요구될 수 있다. 안테나(110)의 인덕턴스로 인하여 발생하는 임피던스의 허수부를 상쇄시킬 수 있도록, 매칭 커패시터(510)의 매칭 커패시턴스가 결정될 수 있다.
도 5(b)를 참조하면, 일 실시예에 따라 안테나(110)와 컨버터(542) 사이의 라인(543)이 추가되면, 안테나(110) 단은 기생 커패시터(520, 530)의 영향을 받을 수 있다.
도 5(c)를 참조하면, 기생 커패시터(520, 530)는 등가 커패시터(525)로 전환될 수 있으며, 등가 커패시터(525)는 매칭 커패시터의 일부로 활용될 수 있다. 예를 들어, 등가 커패시터(525)와 매칭 커패시터(515)의 조합으로 인한 커패시턴스가 도 5(a)의 매칭 커패시터(510)의 매칭 커패시턴스와 동일해지도록, 등가 커패시터(525)의 등가 커패시턴스에 따라 매칭 커패시터(515)의 매칭 커패시턴스가 결정될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따라 두 개의 부스트 컨버터를 포함하는 무선 전력 수신기의 회로도이다. 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(600)는 제1 부스트 컨버터(610) 및 제2 부스트 컨버터(630)를 포함할 수 있다.
제1 부스트 컨버터(610)는 풀-브릿지 정류기(130)에서 생성된 제1 RF 전압 신호를 제1 스위치(310)의 스위칭 신호로 이용함으로써 제1 인덕터(155)의 제1 인덕터 전류를 형성하여 배터리(190)로 전달할 수 있다. 제1 부스트 컨버터(610)의 구체적인 구성 및 동작은 전술한 도 3을 참조할 수 있다.
제2 부스트 컨버터(630)는 풀-브릿지 정류기(130)에서 생성된 제2 RF 전압 신호를 제2 스위치(633)의 스위칭 신호로 활용함으로써 제2 인덕터(631)의 제2 인덕터 전류를 형성하여 배터리(190)로 전달할 수 있다.
제2 부스트 컨버터(630)는 제2 인덕터(631), 제2 스위치(633), 및 제2 다이오드(635)를 포함할 수 있다.
제2 인덕터(631)는 풀-브릿지 정류기(130)에서 변환된 DC 전압을 기초로, 배터리(190) 충전을 위한 제2 인덕터 전류를 생성할 수 있다.
제2 스위치(633)는 제2 RF 전압 신호를 스위칭 신호로 이용하여 제2 인덕터(631)의 제2 인덕터 전류를 형성할 수 있다.
제2 다이오드(635)는 제2 인덕터 전류를 배터리(190)로 전달할 수 있다.
예를 들어, 제1 인덕터(155) 및 제2 인덕터(631) 중 적어도 하나는 온-칩 인덕터(on-chip inductor)일 수 있다.
일 실시예에서는 차등 하프 사인 파형의 RF 전압 신호를 이용하여 2개의 온-칩 인덕터(예를 들어, 제1 인덕터(155) 및 제2 인덕터(631))를 각각 제어하여 전력 변환 효율을 증진하고, 임피던스 매칭의 비대칭성 또한 제거할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기는 안테나를 통해 RF 입력을 수신한다(710).
무선 전력 수신기는 단계(710)에서 수신한 RF 입력을 기초로, 제1 하프 사인 파형의 제1 RF 전압 신호 및 제2 하프 사인 파형의 제2 RF 전압 신호를 포함하는 RF 전압 신호를 생성한다(720).
무선 전력 수신기는 단계(720)에서 생성한 RF 전압 신호를 DC 전압으로 변환한다(730).
무선 전력 수신기는 단계(720)에서 생성한 RF 전압 신호에 따른 스위칭 신호에 따라, DC 전압을 기초로 배터리 충전을 위한 제1 인덕터 전류를 생성한다(740).
무선 전력 수신기는 단계(740)에서 생성한 제1 인덕터 전류에 의해 배터리를 충전한다(750).
실시예에 따라서, 무선 전력 수신기는 DC 전압과 미리 설정된 제1 임계 전압 간의 비교 결과 및 배터리의 충전 전압과 미리 설정된 제2 임계 전압 간의 비교 결과에 기초하여, 스위칭 신호에 따른 부스팅 동작을 제어할 수 있다. 무선 전력 수신기는 예를 들어, DC 전압이 제1 임계 전압보다 작거나 같고, 또는 배터리 충전 전압이 제2 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 부스팅 동작을 비활성화할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기는 DC 전압이 제1 임계 전압보다 크고, 배터리 충전 전압이 제2 임계 전압보다 작은 경우, 부스팅 동작을 활성화할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 파형으로로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 파형으로로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 수신된 RF(Radio Frequency) 입력을 기초로 생성된 RF 전압 신호를 DC(Direct Current) 전압으로 변환하는 풀-브릿지 정류기(Full-Bridge Rectifier); 및
    상기 RF 전압 신호를 스위칭 신호로 이용하여 배터리 충전을 위한 전압을 생성하는 부스트 컨버터(Boost Converter)
    를 포함하는, 무선 전력 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터는
    상기 DC 전압을 기초로, 상기 배터리 충전을 위한 제1 인덕터 전류(inductor current)를 생성하는 제1 인덕터(inductor);
    상기 RF 전압 신호를 상기 스위칭 신호로 이용하여 상기 제1 인덕터의 제1 인덕터 전류를 형성하는 제1 스위치(switch); 및
    상기 제1 인덕터 전류를 전달하는 제1 다이오드(diode)
    를 포함하는, 무선 전력 수신기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 RF 전압 신호는
    제1 하프 사인 파형의 제1 RF 전압 신호 및 제2 하프 사인 파형의 제2 RF 전압 신호를 포함하는, 무선 전력 수신기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위치는
    상기 제1 RF 전압 신호를 상기 스위칭 신호로 이용함으로써 상기 제1 인덕터 전류를 형성하는, 무선 전력 수신기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터는
    상기 제2 RF 전압 신호를 수신하는 커패시터(capacitor)를 더 포함하는, 무선 전력 수신기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 스위치의 게이트 커패시터(gate capacitor)는
    상기 RF 입력을 수신하는 안테나의 매칭 커패시터(matching capacitor)로 이용되는, 무선 전력 수신기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부스트 컨버터는
    상기 제1 스위치와 직렬로 연결되고, 상기 부스트 컨버터의 부스팅 동작을 인에이블(enable)할 지 여부를 결정하는 인에이블 스위치; 및
    상기 인에이블 스위치를 제어하는 제어 로직(control logic)
    을 더 포함하고,
    상기 제어 로직은
    상기 부스트 컨버터의 입력 전압과 상기 부스트 컨버터의 출력 전압 각각과 상기 부스트 컨버터의 입력 전압 및 상기 부스트 컨버터의 출력 전압 각각을 위해 미리 설정된 임계 전압 간의 비교 결과에 기초하여 상기 인에이블 스위치의 온/오프를 제어하는, 무선 전력 수신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 로직은
    상기 부스트 컨버터의 입력 전압이 상기 부스트 컨버터의 입력 전압을 위해 미리 설정된 제1 임계 전압보다 크고, 상기 부스트 컨버터의 출력 전압이 상기 부스트 컨버터의 출력 전압을 위해 미리 설정된 제2 임계 전압보다 작은 경우, 상기 인에이블 스위치를 오프(off)시킴으로써 상기 부스트 컨버터를 온(on)시키고,
    상기 부스트 컨버터의 입력 전압이 상기 제1 임계 전압보다 작거나 같고, 또는 상기 부스트 컨버터의 출력 전압이 상기 제2 임계 전압보다 크거나 같은 경우, 상기 인에이블 스위치를 온(on)시킴으로써 상기 부스트 컨버터를 오프(off)시키는, 무선 전력 수신기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 RF 전압 신호는
    제1 하프 사인 파형의 제1 RF 전압 신호 및 제2 하프 사인 파형의 제2 RF 전압 신호를 포함하고,
    상기 부스트 컨버터는
    상기 제1 RF 전압 신호를 제1 스위치의 스위칭 신호로 이용함으로써 제1 인덕터의 제1 인덕터 전류를 형성 및 전달하는 제1 부스트 컨버터; 및
    상기 제2 RF 전압 신호를 제2 스위치의 스위칭 신호로 활용함으로써 제2 인덕터의 제2 인덕터 전류를 형성 및 전달하는 제2 부스트 컨버터
    를 포함하는, 무선 전력 수신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 부스트 컨버터는
    상기 DC 전압을 기초로, 상기 배터리 충전을 위한 제2 인덕터 전류를 생성하는 제2 인덕터;
    상기 제2 RF 전압 신호를 상기 스위칭 신호로 이용하여 상기 제2 인덕터의 제2 인덕터 전류를 형성하는 제2 스위치; 및
    상기 제2 인덕터 전류를 전달하는 제2 다이오드
    를 포함하는, 무선 전력 수신기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터 중 적어도 하나는 온-칩 인덕터(on-chip inductor) 인, 무선 전력 수신기.
  12. 안테나를 통해 RF 입력을 수신하는 단계;
    상기 RF 입력을 기초로 제1 하프 사인 파형의 제1 RF 전압 신호 및 제2 하프 사인 파형의 제2 RF 전압 신호를 포함하는 RF 전압 신호를 생성하는 단계;
    상기 RF 전압 신호를 DC 전압으로 변환하는 단계;
    상기 RF 전압 신호에 따른 스위칭 신호에 따라, 상기 DC 전압을 기초로 배터리 충전을 위한 제1 인덕터 전류를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 인덕터 전류에 의해 배터리를 충전하는 단계
    를 포함하는, 무선 전력 수신기의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 DC 전압과 미리 설정된 제1 임계 전압 간의 비교 결과 및 상기 배터리의 충전 전압과 미리 설정된 제2 임계 전압 간의 비교 결과에 기초하여, 상기 스위칭 신호에 따른 부스팅 동작을 제어하는 단계
    를 더 포함하는, 무선 전력 수신기의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 부스팅 동작을 제어하는 단계는
    상기 DC 전압이 상기 제1 임계 전압보다 작거나 같고, 또는 상기 배터리 충전 전압이 상기 제2 임계 전압보다 크거나 같은 경우,
    상기 부스팅 동작을 비활성화하는 단계; 및
    상기 DC 전압이 상기 제1 임계 전압보다 크고, 상기 배터리 충전 전압이 상기 제2 임계 전압보다 작은 경우, 상기 부스팅 동작을 활성화하는 단계
    를 포함하는, 무선 전력 수신기의 제어 방법.
  15. 하드웨어와 결합되어 제12항 내지 제15항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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