KR20240027409A - 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법 - Google Patents

임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법 Download PDF

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Abstract

실시 예들에 따라서, 무선 전력 송신 장치는, 전력 소스; 상기 전력 소스에서 제공되는 구동 전압에 기반하여 제 1 RF(radio frequency) 신호를 제공하도록 설정되는 제 1 전력 증폭기; 상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 외부로 전력을 송신하는 데 이용되는 송신 코일; 상기 송신 코일과 상기 제 1 전력 증폭기 사이에서 임피던스 매칭을 제공하는 매칭 회로; 및 상기 매칭 회로에 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는 바이어스 회로를 포함할 수 있다. 상기 바이어스 회로의 입력단은 상기 제 1 전력 증폭기에 포함되는 제 1 트랜지스터의 제 1 단에 연결될 수 있다. 상기 바이어스 회로의 출력단은 상기 매칭 회로에 포함되는 제 2 트랜지스터의 제 2 단에 연결될 수 있다. 상기 바이어스 회로는, 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제 1 단에서의 상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 상기 제 2 트랜지스터의 상기 제 2 단에 상기 바이어스 전압을 제공하도록 설정될 수 있다.

Description

임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법{WIRELESS POWER TRANSMITTER COMPRISING AN IMPEDANCE MATCHING CIRCUIT AND METHOD FOR TRANSMITTING A WIRELESS POWER}
본 발명의 실시 예들은, 임피던스 매칭 회로를 포함하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법에 관한 것이다.
무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 무선 전력 송신 장치(예: 충전 패드)에 올려놓거나 근처에 배치시키면 휴대폰의 배터리가 자동으로 충전될 수 있는 기술을 말한다. 이러한 무선 충전 기술은 전자 제품에 전력 공급을 위한 커넥터를 구비하지 않아도 되어 방수기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않게 되므로 전자 장치의 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있다.
무선 충전 기술이 발전하면서, 하나의 전자 장치(무선 전력 송신 장치)에서 다른 다양한 전자 장치(무선 전력 수신 장치)로 전력을 공급하여 충전하는 방법이 연구되고 있다. 예컨대, 무선 충전 기술에는 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진(resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/microwave radiation) 방식이 있다.
최근에는 예컨대 스마트폰과 같은 전자 장치를 중심으로 전자기 유도 방식 또는 공진 방식을 이용한 무선 충전 기술이 보급되고 있다. 예컨대, 무선 전력 송신기(power transmitting unit, PTU)(예: 무선 전력 송신 장치)와 무선 전력 수신기(power receiving unit, PRU)(예: 스마트폰 또는 웨어러블 전자 장치)가 접촉하거나 일정 거리 이내로 접근하면, 무선 전력 송신기의 전송 코일 또는 공진기와 무선 전력 수신기의 수신 코일 또는 공진기 사이의 전자기 유도 또는 전자기 공진 등의 방법에 의해 무선 전력 수신기로 전력이 전달될 수 있으며, 상기 전달된 전력에 의해 무선 전력 수신기에 포함된 배터리가 충전될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(또는 무선 전력 송신기)는 인버터(inverter)(예: 전력 증폭기)와 공진기를 포함할 수 있다. 인버터는, 직류(direct current, DC) 전력을 교류(alternating current, AC) 전력으로 변환하는 장치이다. 인버터의 효율을 높이기 위하여, 인버터의 출력단에는 다양한 매칭(matching) 회로가 연결될 수 있다.
인버터의 일 예로, 클래스(class) E 인버터(또는, 클래스 E 전력 증폭기(power amplifier, PA))가 있다. 이러한 클래스 E 인버터는, ZVS(zero-voltage switching) 조건 및 ZDS(zero-derivative voltage switching) 조건에서 동작하기 때문에, 높은(예: 1MHz 이상) 스위칭 주파수에서 효율적으로 동작이 가능하다는 이점이 있다.
실시예에 따라, 클래스 E 인버터의 효율을 높이기 위하여, 공진 네트워크(resonant network)를 로드 네트워크(load network)에 병렬로 추가한 클래스 EFn(여기서, n은 2 이상의 정수) 인버터 또는 클래스 E/Fn 인버터가 사용되고 있다.
실시 예에 따라서, 무선 전력 송신 장치는, 전력 소스; 상기 전력 소스에서 제공되는 구동 전압에 기반하여 제 1 RF(radio frequency) 신호를 제공하도록 설정되는 제 1 전력 증폭기; 상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 외부로 전력을 송신하는 데 이용되는 송신 코일; 상기 송신 코일과 상기 제 1 전력 증폭기 사이에서 임피던스 매칭을 제공하는 매칭 회로; 및 상기 매칭 회로에 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는 바이어스 회로를 포함할 수 있다. 상기 바이어스 회로의 입력단은 상기 제 1 전력 증폭기에 포함되는 제 1 트랜지스터의 제 1 단에 연결될 수 있다. 상기 바이어스 회로의 출력단은 상기 매칭 회로에 포함되는 제 2 트랜지스터의 제 2 단에 연결될 수 있다. 상기 바이어스 회로는, 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제 1 단에서의 상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 상기 제 2 트랜지스터의 상기 제 2 단에 상기 바이어스 전압을 제공하도록 설정될 수 있다.
실시 예에 따라서, 무선 전력 송신 장치는, 전력 소스; 상기 전력 소스에서 제공되는 구동 전압에 기반하여 제 1 RF(radio frequency) 신호를 제공하도록 설정되는 제 1 전력 증폭기; 상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 외부로 전력을 송신하는 데 이용되는 송신 코일; 상기 송신 코일과 상기 제 1 전력 증폭기 사이에서 임피던스 매칭을 제공하는 매칭 회로; 및 상기 매칭 회로에 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 컨버터의 입력단은, 상기 전력 소스에 연결될 수 있다. 상기 컨버터의 출력단은, 상기 매칭 회로에 포함되는 트랜지스터에 연결될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 2는 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 3은 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 4는 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 5는, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 6은, 스위치 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 스위치 전압과 기생 커패시턴스의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 실시예에 따른, 스위치 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 10은, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 11은, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 12는, 실시예에 따른 바이어스 회로의 회로도이다.
도 13은, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 14는, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 15는, 실시예에 따른, 바이어스 회로의 회로도이다.
도 16은, 실시예에 따른, 과전압 방지 회로 및 전압 센서를 설명하는 도면이다.
도 17은, 실시예에 따른, 과전압 방지 회로를 설명하는 도면이다.
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, 실시예에 따른, 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 1을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(예: 후술하는 무선 전력 송신 장치(500))는 전력 증폭기(10)(예컨대, EF2 인버터), 매칭 회로(15) 및 부하(17)를 포함할 수 있다. 본 문서에서 "전력 증폭기"와 "인버터"는 혼용될 수 있다.
실시예에 따라, 전력 증폭기(10)는, RF choke 인덕터(inductor)(Lf)(3), 게이트 드라이버(gate driver)(5), 트랜지스터(7), 션트 커패시터(shunt capacitor)(Cp)(9), 제1 LC 공진 회로(11), 및 제2 LC 공진 회로(13)를 포함할 수 있다.
트랜지스터(7)는, 입력 전원(1)으로부터 DC 전압(Vin)을 구동 전압으로 인가 받아 동작할 수 있다. 트랜지스터(7)는, 게이트 드라이버(5)로부터 입력단(예: 게이트(gate))을 통해, 펄스 형태(예: 구형파(square wave))의 입력 신호를 수신하여 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다. 트랜지스터(7)는, 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET)를 포함할 수 있다. 이하에서, "트랜지스터"는 MOSFET일 수 있으나, 그 제한은 없다.
RF choke 인덕터(3)는, DC 전류만 트랜지스터(7)에 전달되도록, 입력 전원(1)으로부터 트랜지스터(7)에 RF 신호가 전달되는 것을 차단할 수 있다.
션트 커패시터(9)는, 트랜지스터(7)와 병렬로 연결되고, 트랜지스터(7)가 턴 온 또는 턴 오프되는 동안, 방전되거나(discharged) 충전될(charged) 수 있다. 션트 커패시터(9)는, 트랜지스터(7)와 병렬로 연결된 별도의 커패시터일 수 있으며, 트랜지스터(2)의 내부 커패시턴스(예: 드레인-소스 커패시턴스(Cds))를 포함하는 개념으로 설명될 수도 있다.
트랜지스터(7)가 게이트 드라이버(5)로부터 입력 신호를 수신하여 턴 온 또는 턴 오프됨에 기반하여, RF 신호(또는 RF 전력)가 생성될 수 있다. 상기 생성된 RF 신호는 게이트 드라이버(5)로부터 트랜지스터(7)의 게이트로 입력되는 입력 신호에 대응하는 동작 주파수를 갖는 신호일 수 있다. 예컨대, 무선 전력 송신 장치가 공진 방식의 표준에 따라 무선 전력을 전송하는 경우 상기 동작 주파수는 6.78MHz일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 RF 신호 또는 RF 전력은 트랜지스터(7)의 출력단을 통해 제1 LC 공진 회로(11) 및/또는 제2 LC 공진 회로(13)로 전달될 수 있다. 더욱 상세하게는, 트랜지스터(7)가 턴 온 되면(예: 트랜지스터(7)가 포화 상태가 되면), 트랜지스터(7)는 전기적으로 단락되어 소스(source)와 연결된 접지에 대한 단락 회로로 해석될 수 있으며, 출력단의 전압은 0으로 해석될 수 있다. 상기 트랜지스터(7)가 턴 온됨에 따라 RF choke 인덕터(3)를 통해 트랜지스터(7)로 흐르는 전류는 점차 증가할 수 있다. 이후, 트랜지스터(7)가 턴 오프 되면, RF choke 인덕터(3)를 통해 흐르는 전류는 션트 커패시터(9)로 향하게 되며, 션트 커패시터(9)가 점차 충전됨에 따라 트랜지스터(7)의 출력단의 전압(예: 션트 커패시터(9)의 양단 전압)은 최대값에 도달할 때까지 증가할 수 있다. 이후에, 션트 커패시터(9)가 점차 방전됨에 따라 션트 커패시터(9)로부터 트랜지스터(7)의 출력단을 통해 제1 LC 공진 회로(11) 및/또는 제2 LC 공진 회로(13)로 전류가 흐르면서 션트 커패시터(9)의 양단 전압이 점차 감소할 수 있다. 트랜지스터(7)가 턴 오프된 후 다시 턴 온되기 전에(예: RF choke 인덕터(3)를 통해 트랜지스터(7)로 전류가 다시 흐르기 시작하기 전에), 트랜지스터(7)의 출력단의 전압(예: 션트 커패시터(9)의 양단 전압 및 트랜지스터(7)의 드레인-소스 전압(drain-source voltage))이 점차 감소하여 0이 되고 트랜지스터(7)의 출력단의 전압이 감소하는 변화량이 0이 되도록, 트랜지스터(7), 션트 커패시터(9) 및 입력 신호가 설정될 수 있다. 이후에, 트랜지스터(7)가 다시 턴 온 되면, RF choke 인덕터(3)를 통해 흐르는 전류는 트랜지스터(7)로 향하게 되며, 트랜지스터(7)가 온 상태인 동안 트랜지스터(7)의 출력단의 전압은 0으로 유지될 수 있다. 상술한 바와 같이, 트랜지스터(7)가 온 상태인 동안에는 트랜지스터(7)의 출력단의 전압이 0이고, 오프 상태인 동안에는 RF choke 인덕터(3)를 통해 흐르는 전류가 션트 커패시터(9)를 향하게 됨에 따라 RF choke 인덕터(3)를 통해 트랜지스터(7)로 흐르는 전류가 0이기 때문에(다시 말해, 트랜지스터(7)의 출력단의 전압이 0이 아닌(non-zero)인 기간과 드레인-소스 전류가 0이 아닌 기간이 중첩되지 않기 때문에), 트랜지스터(7)에서 소모되는 전력은 이상적으로는 0일 수 있다. 하지만, 이상적이지 않은(non-ideal) 경우에 있어서는, 트랜지스터(7)가 턴 온 또는 턴 오프됨에 기반하여 RF 전력을 생성하기 때문에, 생성된 RF 전력은 원하는 주파수 성분(예: 동작 주파수의 기본 성분)뿐만 아니라, 2차 이상의 고조파 주파수(harmonic frequency) 성분을 포함할 수 있다. 트랜지스터(7)의 듀티 사이클(duty cycle)은, 입력 신호에 기반하여, 예를 들어, 50%로 설정될 수 있다.
제1 LC 공진 회로(11)는, 트랜지스터(7)와 병렬로 연결될 수 있다. 제1 LC 공진 회로(11)는, 서로 직렬로 연결된 제1 인덕터(Lmr)(11a)(예컨대, 코일(coil)) 및 제1 커패시터(Cmr)(11b)를 포함할 수 있다. 제1 인덕터(11a) 및 제1 커패시터(11b)는, 제1 LC 공진 회로(11)의 공진 주파수가 입력 신호의 동작 주파수(fs)의 2차 고조파 주파수(2fs)에 대응하도록 하는 적절한 소자값들을 가질 수 있다. 제1 LC 공진 회로(11)는, 2차 고조파 주파수(2fs)에서 전기적으로 단락 회로(short circuit)로 해석될 수 있다. 제1 LC 공진 회로(11)는, 2차 고조파 주파수(2fs)에서 전기적으로 단락됨에 기반하여 트랜지스터(7)로부터 생성된 RF 전력의 2차 고조파 성분이 제2 LC 공진 회로(13)로 전달되는 것을 방지하는 2차 하모닉 필터(2nd harmonic filter)(예: 밴드 스탑 필터(band-stop filter))로 동작할 수 있다.
제2 LC 공진 회로(13)는, 트랜지스터(7)의 출력단에 직렬로 연결될 수 있다. 제2 LC 공진 회로(13)는, 서로 직렬로 연결된 제2 커패시터(Co)(13a) 및 제2 인덕터(Lo)(13b)를 포함할 수 있다. 제2 커패시터(13a) 및 제2 인덕터(13b)는, 제2 LC 공진 회로(13)의 공진 주파수가 입력 신호의 동작 주파수(fs)에 대응(예: 기본 주파수(또는, 1차 고조파 주파수)(fs)에 대응)하도록 하는 적절한 소자값들을 가질 수 있다. 제2 LC 공진 회로(13)는, 1차 고조파 주파수(fs)에서 전기적으로 단락 회로로 해석될 수 있다. 제2 LC 공진 회로(13)는, 1차 고조파 주파수(fs)에서 전기적으로 단락됨에 기반하여 트랜지스터(7)로부터 생성된 RF 전력의 기본 성분(또는, 1차 고조파 성분)(예컨대, 동작 주파수에 대응하는 성분)을 통과시키는 밴드 패스 필터(band-pass filter)(또는, 저역 통과 필터(low-pass filter))로 동작할 수 있다.
매칭 회로(15)는, 제2 LC 공진 회로(13)에 직렬로 연결될 수 있다. 매칭 회로(15)와 제2 LC 공진 회로(13) 사이에 고조파 성분의 필터링을 위한 고조파 필터가 배치될 수도 있다. 매칭 회로(15)는, 출력 임피던스(예: 제2 LC 공진 회로(13)를 바라본 임피던스)가 부하(ZL)(17)의 임피던스에 정합되도록 하는 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 매칭 회로(15)는, 예를 들어, 적어도 하나의 저역 통과 필터, 및/또는 밴드 스탑 필터를 포함할 수 있으며, 저역 통과 필터는, 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
부하(17)(또는 로드)는, EF2 인버터(10)에 의해 생성된 RF 전력을 수신하거나, 수신하여 동작하는 적어도 하나의 하드웨어 구성 요소(예: 회로 소자)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 부하(17)는, 전력 증폭기(10)를 포함하는 무선 전력 송신 장치(예: 전자 장치)의 하드웨어 구성 요소(예: 송신 코일) 및/또는 자기적으로 커플링된 전자 장치로부터 전력을 수신하는 수신 장치(예: 무선 전력 수신 장치 또는 무선 전력 수신기)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속(예: 무선 전력 수신기)이 전력 증폭기(10) 또는 전력 증폭기(10)를 포함하는 무선 전력 송신 장치에 가까워지면 서로 간의 커플링이 증가하고, 부하(17)를 바라본 임피던스(ZL)가 증가하여, EF2 인버터(10) 또는 무선 전력 송신 장치의 효율이 저하될 수 있다.
도 2는, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 3은, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 실시예에 따른 임피던스 보상 방법을 이해할 수 있다. 도 2는, 커패시터 뱅크(capacitor bank) 방식을 설명하는 도면이다. 도 3은, 보조 코일(auxiliary coil) 방식을 설명하는 도면이다. 도 2 및 도 3에 개시된 매칭 회로는 예시적인 것으로서 매칭 회로의 구성에는 제한이 없다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(예: 후술하는 무선 전력 송신 장치(500))는, 전력 증폭기(10), 매칭 회로(15), 및 부하(17)를 포함할 수 있다. 전력 증폭기(10)에 대한 설명은 도 1의 설명과 중복되는바 생략하도록 한다.
부하(17)는 공진기를 포함할 수 있다. 부하(17)는 송신 코일을 포함할 수 있다. 본 문서에서 부하(17), 공진기, 또는 송신 코일은 혼용될 수 있다.
매칭 회로(15)와 부하(17) 사이에는 고조파 필터(260)가 추가적으로 배치될 수도 있다. 고조파 필터(260)는, 고차수 고조파 성분(예: 3차, 5차, 7차 고조파 성분)이 부하(17)로 전달되는 것을 방지하는 밴드 스탑 필터로 동작할 수 있다.
매칭 회로(15)는, 복수 개의 커패시터를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 매칭 회로(15)는, 복수 개의 커패시터가 병렬 연결되고, 각각의 커패시터에 스위치(예: 트랜지스터)가 직렬 연결되는 커패시터 뱅크(capacitor bank) 구조를 포함할 수 있다. 매칭 회로(15)에 포함되는 가변 커패시터(250)는, 복수 개의 커패시터(예: 제 1 커패시터(251)를 포함하는 복수 개의 커패시터) 및 복수 개의 스위치(예: 제 1 스위치(252)(예: 트랜지스터)를 포함하는 복수 개의 스위치)를 포함할 수 있다. 가변 커패시터(250)에 포함되는 각각의 커패시터 및 각각의 스위치에 대한 설명은 유사한 바, 제 1 커패시터(251) 및 제 1 스위치(252)를 대표로 설명하도록 한다.
가변 커패시터(250)는, 제 1 스위치(252)의 온/오프에 따라 임피던스가 변경될 수 있다. 무선 전력 송신 장치는, 무선 전력 송신 장치의 매칭 회로(15)에 포함되는 스위치(예: 제 1 스위치(252))를 제어함으로써, 매칭 회로(15)를 통한 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(예: 후술하는 무선 전력 송신 장치(500))는, 전력 증폭기(10), 매칭 회로(15), 및 송신 코일(317)을 포함할 수 있다. 전력 증폭기(10) 및 매칭 회로(15)에 대한 설명은 도 1의 설명과 중복되는바 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 송신 코일(317)을 통해 외부로 전력을 무선으로 송신할 수 있다. 무선 전력 송신 장치는, 송신 코일과 자기적으로 결합할 수 있는 보조 코일(327)을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치는, 보조 매칭 회로(315)를 포함할 수 있다. 보조 매칭 회로(315)는, 보조 코일(327)에 연결되어 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 보조 매칭 회로(315)는, 복수 개의 커패시터(예: 제 2 커패시터(319)를 포함하는 복수 개의 커패시터) 및 복수 개의 스위치(예: 제 2 스위치(318)(예: 트랜지스터)를 포함하는 복수 개의 스위치)를 포함할 수 있다. 보조 매칭 회로(315)에 포함되는 각각의 커패시터 및 각각의 스위치에 대한 설명은 유사한 바, 제 2 커패시터(319) 및 제 2 스위치(318)를 대표로 설명하도록 한다.
보조 매칭 회로(315)는, 제 2 스위치(318)의 온/오프에 따라 임피던스가 변경될 수 있다. 무선 전력 송신 장치는, 무선 전력 송신 장치의 보조 매칭 회로(315)에 포함되는 스위치(예: 제 2 스위치(318))를 제어함으로써, 보조 매칭 회로(315)를 통한 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 2의 제 1 스위치(252), 및 도 3의 제 2 스위치(318)는, 트랜지스터(예: 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET))를 포함할 수 있다. 스위치(예: 트랜지스터) 내부의 기생 커패시터는, 스위치의 턴 오프시, 특정 범위의 전압에서 커패시턴스가 크게 가변할 수 있다. 도 2의 제 1 스위치(252), 또는 도 3의 제 2 스위치(318)가 트랜지스터를 포함하는 경우, 스위치의 턴 오프시, 제 1 스위치(252) 또는 제 2 스위치(318)의 내부 기생 커패시터(Coss)에 의해, 회로의 고조파(harmonic)가 증가할 수 있다. 기생 커패시터에 대해서는, 도 6 및 도 7에서 후술하도록 한다.
도 4는, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 5는, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 4는, 무선 전력 송신 장치(예: 도 5의 무선 전력 송신 장치(500))의 회로도의 예시일 뿐, 무선 전력 송신 장치의 회로도가 도 4에 한정되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(예: 도 5의 무선 전력 송신 장치(500))는, 전력 소스(410)(예: 도 1의 입력 전원(1)), 전력 증폭기(420)(예: 도 1의 전력 증폭기(10)), 고조파 필터(425), 매칭 회로(430), 및/또는 송신 코일(440)을 포함할 수 있다.
도 4의 고조파 필터(425)는, 무선 전력 송신 장치에 포함되지 않을 수도 있고, 도 4와 다른 위치에 연결될 수도 있다. 송신 코일(440)은, 송신 코일(440)을 포함하는 공진기(440), 또는 송신 코일(440)을 포함하는 부하(440)로 이해될 수 있다. 송신 코일(440)은, 도 1의 부하(17)에 포함되는 송신 코일일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 송신 코일(440)로 지칭하도록 한다. 매칭 회로(430)는, 출력 임피던스(예: 송신 코일(440)(예: 부하(440))에서 바라본 임피던스)가 송신 코일(440)(예: 부하(440))의 임피던스에 정합되도록 하는 임피던스 매칭을 제공할 수 있다.
도 4의 전력 증폭기(420)는, 도 1의 전력 증폭기(10)일 수 있다. 전력 증폭기(420)는, 제 1 트랜지스터(421)(예: 도 1의 트랜지스터(7)), 및 제 1 게이트 드라이버(422)(예: 도 1의 게이트 드라이버(5))를 포함할 수 있다. 트랜지스터 및 게이트 드라이버에 대한 설명은 도 1의 설명을 참조하여 이해할 수 있다. 제 1 트랜지스터(421)는, MOSFET일 수 있으나, 제 1 트랜지스터(421)의 종류에는 제한이 없다. 도 4를 참조하면, 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)(예: 제 1 단)의 전압을 제 1 드레인-소스 전압(drain-source voltage)(예: "Vds1")이라 할 수 있다. 도 4에서, 출력단(429)에 대응하는 기호는, 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)에 다른 회로가 연결될 수 있음을 설명하기 위한 것으로 이해될 수 있다. 전력 증폭기(420)에 포함되는 나머지 구성 요소들은, 도 1의 전력 증폭기(10)에 포함되는 구성 요소들과 유사하게 이해할 수 있다. 전력 증폭기(420)는, 전력 소스(410)에서 제공되는 구동 전압에 기반하여, RF(radio frequency) 신호를 제공할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(예: 도 5의 무선 전력 송신 장치(500))는, 전력 증폭기(420)로부터 제공되는 RF(radio frequency) 신호에 기반하여, 송신 코일(440)을 통해, 외부로 전력을 송신할 수 있다.
도 4의 매칭 회로(430)는, 송신 코일(440)과 전력 증폭기(420) 사이에서 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 매칭 회로(430)는, 제 2 트랜지스터(431) 및 제 2 게이트 드라이버(432)를 포함할 수 있다. 트랜지스터 및 게이트 드라이버에 대한 설명은 도 1의 설명을 참조하여 이해할 수 있다. 제 2 트랜지스터(431)는, MOSFET일 수 있으나, 제 2 트랜지스터(431)의 종류에는 제한이 없다. 도 4를 참조하면, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)(예: 제 2 단)의 전압(예: 드레인-소스 전압(drain-source voltage))을 스위치 전압(예: "Vsw")이라 할 수 있다. 도 4에서, 출력단(439)에 대응하는 기호는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 다른 회로가 연결될 수 있음을 설명하기 위한 것으로 이해될 수 있다. 도 4의 매칭 회로(430)는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)(예: 제 2 단)에 연결되는 션트 커패시터(433)를 포함할 수 있다. 션트 커패시터(433)는, 도 2의 제 1 커패시터(251)에 대응할 수 있다. 제 2 트랜지스터(431)는, 도 2의 제 1 스위치(252)에 대응할 수 있다. 션트 커패시터(433)는, 제 2 트랜지스터(431)에 따라 스위칭 될 수 있다. 션트 커패시터(433)에 의해, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공되는 직류 전압(예: 후술하는 바이어스 전압)의 효과가 차단될 수 있다. 예를 들어, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 연결된 다른 회로에 의해 바이어스 전압(예: 직류 전압)이 제공되더라도, 션트 커패시터(433)에 의해 바이어스 전압의 효과가 차단될 수 있다.
전력 소스(410)는, 전력 증폭기(420)에 구동 전압을 제공할 수 있다. 전력 소스(410)는, 전력 증폭기(420)에 구동 전압을 제공하는 구성으로서, 전력 소스(410)의 구현 방식에는 제한이 없다. 도 4에서, 전력 소스(410)의 일단(419)에 대응하는 기호는, 전력 소스(410)의 일단(419)에 다른 회로가 연결될 수 있음을 설명하기 위한 것으로 이해될 수 있다.
도 5의 무선 전력 송신 장치(500)는, 도 1의 무선 전력 송신 장치, 도 2의 무선 전력 송신 장치, 도 3의 무선 전력 송신 장치, 또는 도 4의 무선 전력 송신 장치일 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(500)는, 전력 소스(410), 전력 증폭기(420), 매칭 회로(430), 및 송신 코일(440)을 포함할 수 있다. 도 5에는, 전력 증폭기(420)에 포함되는 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)(예: 제 1 단), 매칭 회로(430)에 포함되는 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)(예: 제 2 단), 또는 전력 소스(410)의 일단(419)에 다른 회로가 연결될 수 있음을 설명하기 위한 기호들(419, 429, 439)이 도시되어 있다. 다른 회로의 연결 관계에 대해서는, 도 9 내지 도 17에서 설명하도록 한다.
도 6은, 스위치 전압을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은, 스위치 전압과 기생 커패시턴스의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 8은, 실시예에 따른, 스위치 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 스위치 전압(Vsw)는, 스위치(예: 도 2의 제 1 스위치(252), 도 3의 제 2 스위치(318), 또는 도 4 및 도 5의 제 2 트랜지스터(431))의 드레인-소스 전압(예: 도 4의 Vsw)일 수 있다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위치 전압(Vsw)은, 전력 증폭기(420)에서 제공되는 RF 신호의 주파수(예: 동작 주파수)에 따라 스윙(swing)할 수 있다. 도 6에서 스위치 전압의 크기가 변하는 것을 스위치 전압이 스윙한다고 표현할 수 있다. 스위치 전압(Vsw)의 평균은 평균 전압(Vavg)으로 나타낼 수 있다.
도 7은, 도 6의 스위치 전압(Vsw)이 스윙함에 따라, 스위치(예: 도 2의 제 1 스위치(252), 도 3의 제 2 스위치(318), 또는 도 4 및 도 5의 제 2 트랜지스터(431))의 기생 커패시터의 커패시턴스(Coss)의 변화를 나타내는 도면이다. 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위치 전압(Vsw)이 0[V] 근처일 때, 제 2 트랜지스터(431)의 내부 공핍 영역(depletion region)의 두께가 스위치 전압에 따라 급격히 변할 수 있다. 예를 들어, 도 7의 700을 참조하면, 스위치 전압(Vsw)이 0[V] 근처에서(예: 0~35[V]) 가변할 때, 제 2 트랜지스터(431)의 내부 공핍 영역(depletion region)의 두께가 스위치 전압에 따라 급격히 변함에 따라, 제 2 트랜지스터(431)의 기생 커패시터의 커패시턴스(Coss)가 급격히 변할 수 있다. 예를 들어, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위치 전압(Vsw)이 천이 전압(또는 문턱 전압(Vtr)) 보다 작은 범위에서 감소함에 따라, 제 2 트랜지스터(431)의 기생 커패시터의 커패시턴스(Coss)는 급격히 증가할 수 있다. 제 2 트랜지스터(431)의 기생 커패시터의 커패시턴스(Coss)가 증가함에 따라, 회로의 고조파(harmonic)가 증가할 수 있다. 따라서, 고조파 성분을 감소시키기 위해서는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위치 전압(Vsw)이 스윙 범위를 천이 전압(또는 문턱 전압(Vtr)) 보다 크게 유지할 필요가 있다.
도 8의 (a)는, 스위칭 전압(Vsw)의 최소값이 천이 전압(또는 문턱 전압(Vtr)) 보다 작은 것을 나타내는 그래프이다. 도 8의 (b)는, 스위칭 전압(Vsw)의 최소값이 천이 전압(또는 문턱 전압(Vtr)) 보다 큰 것을 나타내는 도면이다. 스위치(예: 도 2의 제 1 스위치(252), 도 3의 제 2 스위치(318), 또는 도 4 및 도 5의 제 2 트랜지스터(431))의 출력단(예: 출력단(439))에 바이어스 전압(Vbias)을 인가함에 따라, 스위칭 전압(Vsw)의 최소값이 천이 전압(또는 문턱 전압(Vtr)) 보다 크게 유지될 수 있다. 스위칭 전압(Vsw)의 최소값이 천이 전압(또는 문턱 전압(Vtr)) 보다 크게 유지됨에 따라 회로의 고조파 성분이 감소할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(500)의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압이 인가됨에 따라, 회로의 고조파 성분이 감소할 수 있다. 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 인가되는 바이어스 전압의 크기는, 바이어스 전압이 인가되지 않을 때의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위칭 전압의 평균(Vavg) 보다 클 수 있다. 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 인가되는 바이어스 전압의 크기는, 바이어스 전압이 인가되었을 때 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위칭 전압(Vsw)의 최소값이 천이 전압(또는 문턱 전압(Vtr)) 보다 크게 유지되도록 결정될 수 있다.
도 9 내지 도 17을 참조하여, 스위치(예: 도 2의 제 1 스위치(252), 도 3의 제 2 스위치(318), 또는 도 4 및 도 5의 제 2 트랜지스터(431))의 출력단(예: 출력단(439))에 바이어스 전압을 인가하는 실시예를 설명하도록 한다.
도 9는, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다. 도 10은, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다. 도 11은, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다. 도 9, 도 10, 및 도 11은, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명할 수 있다.
도 4, 도 5, 도 9, 도 10, 및 도 11을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(500)는, 전력 소스(410), 전력 증폭기(420), 매칭 회로(430), 및 송신 코일(440)을 포함할 수 있다.
도 9에서, 무선 전력 송신 장치(500)는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 소스(900)를 포함할 수 있다. 바이어스 소스(900)는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 직류 전압을 제공할 수 있다. 바이어스 소스(900)는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 직류 전압을 제공하는 구성으로서, 바이어스 소스(900)의 구현 방식에는 제한이 없다.
도 10에서, 무선 전력 송신 장치(500)는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는 컨버터(1000)를 포함할 수 있다. 컨버터(1000)는, 직류-직류 변환 회로일 수 있다. 예를 들어, 컨버터(1000)는, 부스트 컨버터 회로일 수 있다. 컨버터(1000)의 구현 방식에는 제한이 없다. 컨버터(1000)의 입력단은, 전력 소스(410)에 연결될 수 있다. 컨버터(1000)의 출력단은, 매칭 회로(430)에 포함되는 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 연결될 수 있다. 컨버터(1000)는, 전력 소스(410)의 일단(419)에 연결되고, 전력 소스(410)로부터 제공되는 전력을 컨버팅 함으로써, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 컨버터(1000)를 제어함으로써, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(500)는, 컨버터(1000)를 제어함으로써, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공되는 바이어스 전압의 크기를 제어할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(500)는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 연결되는 전압 센서를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 전압 센서에 의해 센싱된 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위칭 전압의 평균에 기반하여, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공되는 바이어스 전압의 크기를 설정할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 전압 센서의 센싱값에 기반하여 컨버터(1000)를 제어함으로써, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공되는 바이어스 전압의 크기를 제어할 수 있다. 전압 센서에 대해서는, 도 16 및 도 17에서 후술하도록 한다.
도 11에서, 무선 전력 송신 장치(500)는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는 바이어스 회로(1100)를 포함할 수 있다. 바이어스 회로(1100)의 입력단은 전력 증폭기(410)에 포함되는 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)(예: 제 1 단)에 연결될 수 있다. 바이어스 회로(1100)의 출력단은 매칭 회로(430)에 포함되는 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)(예: 제 2 단)에 연결될 수 있다. 바이어스 회로(1100)는, 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)에서의 RF 신호에 기반하여, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 바이어스 회로(1100)는, 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)에서의 RF 신호를 정류하고, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 도 12를 참조하여 바이어스 회로(1100)를 이해할 수 있다.
도 12는, 실시예에 따른 바이어스 회로의 회로도이다.
도 12를 참조하면, 바이어스 회로(1100)는, 트랜스포머(1210), 더블러(1220), 레귤레이터(1230), 및/또는 스위치(1240)를 포함할 수 있다. 바이어스 회로(1100)는, 트랜스포머(1210), 더블러(1220), 레귤레이터(1230), 또는 스위치(1240) 중에서 적어도 하나를 포함하지 않을 수도 있다.
트랜스포머(1210)는, 전력 증폭기(420)의 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)에 연결될 수 있다. 트랜스포머(1210)는, 제 1 차 코일(1211), 및 제 1 차 코일(1211)과 자기 결합되는 제 2 차 코일(1212)을 포함할 수 있다. 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단은, 전력 증폭기(420)의 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)에 연결될 수 있다. 트랜스포머(1210)는, 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단을 통해, 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)으로부터 RF 신호를 제공받을 수 있다. 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단에는, 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)의 제 1 드레인-소스 전압(Vds1)이 인가될 수 있다.
트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211) 및 제 2 차 코일(1212)는, 지정된 범위의 권선수를 가질 수 있다. 제 1 차 코일(1211)의 권선수와 제 2 차 코일(1212)의 권선수의 비율에 따라, 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)의 제 1 드레인-소스 전압(Vds1)과 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공되는 바이어스 전압(Vbias)의 비율이 결정될 수 있다. 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211) 및 제 2 차 코일(1212)의 권선수는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공될 바이어스 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다. 트랜스포머(1210)는, 제 1 차 코일(1211) 및 제 2 차 코일(1212)를 통해, 제 1 차 코일(1211)에 제공되는 전력을 변환할 수 있다. 트랜스포머(1210)는, 제 1 차 코일(1211) 및 제 2 차 코일(1212)를 통해 변환된 전력을, 제 2 차 코일(1212)에 연결된 더블러(1220)로 전달할 수 있다.
더블러(1220)는, 트랜스포머(1210)의 제 2 차 코일(1212)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 12를 참조하면, 더블러(1220)는, 제 1 다이오드(1221), 제 2 다이오드(1222), 제 1 커패시터(1223), 및 제 2 커패시터(1224)를 포함할 수 있다. 더블러(1220)는, 교류를 직류로 정류할 수 있다. 더블러(1220)는 트랜스포머(1210)의 제 2 차 코일(1212)을 통해 전달되는 전력을 정류할 수 있다. 더블러(1220)의 출력단의 전압(Vd)은, 제 2 차 코일(1212)에 의해 인가되는 전압의 평균의 두 배일 수 있다.
레귤레이터(1230)는, 더블러(1220)에 연결될 수 있다. 레귤레이터(1230)는, 제너 다이오드(1231)를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 레귤레이터(1230)에 포함되는 제너 다이오드(1231)를 통해, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공되는 바이어스 전압의 크기를 지정된 범위로 유지할 수 있다. 제너 다이오드(1231)에 의해, 레귤레이터(1230)의 출력단의 전압(Vr)은 지정된 범위로 유지될 수 있다. 레귤레이터(1230)는, 제너 다이오드(1231)의 파손을 방지하는 저항(1232)을 포함할 수 있다.
스위치(1240)는, 레귤레이터(1230)에 연결될 수 있다. 스위치(1240)는, 트랜지스터를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 게이트 드라이버(1241)를 제어함으로써, 스위치(1240)의 온/오프를 제어할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 스위치(1240)를 턴 온 함으로써, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 스위치(1240)의 온 상태에서, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압이 전달될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공하지 않도록, 스위치(1240)를 턴 오프 할 수 있다. 스위치(1240)의 오프 상태에서, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압이 전달되지 않을 수 있다. 후술하는 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(500)는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 연결되는 전압 센서를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 전압 센서의 센싱값에 기반하여 스위치(1240)를 제어할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 전압 센서의 센싱값이 기준값을 초과하는 경우, 스위치(1240)를 오프 상태로 제어할 수 있다. 전압 센서에 대해서는, 도 16 및 도 17에서 후술하도록 한다.
스위치(1240)의 온 상태에서 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 전달되는 바이어스 전압의 크기는, 스위치(1240)의 오프 상태에서의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위치 전압의 평균 보다 클 수 있다. 스위치(1240)의 온 상태에서 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 전달되는 바이어스 전압의 크기가, 스위치(1240)의 오프 상태에서의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위치 전압의 평균 보다 크게 유지됨에 따라, 스위치(1240)의 온 상태에서 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위칭 전압의 최소값이 천이 전압(또는 문턱 전압(Vtr)) 보다 크게 유지될 수 있다. 스위치(1240)의 온 상태에서 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위칭 전압의 최소값이 천이 전압(또는 문턱 전압(Vtr)) 보다 크게 유지되도록, 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211) 및 제 2 차 코일(1212)의 권선수가 결정될 수 있다.
바이어스 회로(1100)의 출력단(1290)는, 매칭 회로(430)의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 연결될 수 있다. 바이어스 회로(1100)의 출력단(1290)을 통해, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)으로 바이어스 전압이 전달 될 수 있다.
바이어스 회로(1100)는, 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단을 통해 제공되는, 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)의 RF 신호에 기반하여, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)에, 복수의 전력 증폭기를 통해 RF 신호가 제공되는 경우, 바이어스 회로(1100)는, 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)에 제공되는 복수의 RF 신호에 기반하여, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공할 수 있다.
도 13은, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 회로도이다. 도 14는, 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 블록도이다.
도 13 및 도 14는, 무선 전력 송신 장치에 복수 개의 전력 증폭기가 포함되는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14의 무선 전력 송신 장치(500)에는, 도 11의 무선 전력 송신 장치(500)의 구성에 더하여 제 2 전력 증폭기(1320)가 추가로 포함되어 있다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(500)는, 전력 소스(410), 전력 증폭기(420)(예: 제 1 전력 증폭기), 제 2 전력 증폭기(1320), 매칭 회로(430), 송신 코일(440), 및 바이어스 회로(1100)를 포함할 수 있다. 도 13을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(500)는, 고조파 필터(425)를 포함할 수도 있다.
제 2 전력 증폭기(1320)는, 전력 증폭기(420)(예: 제 1 전력 증폭기)와 유사하게 이해할 수 있다. 제 2 전력 증폭기(1320)는, 제 3 트랜지스터(1321)를 포함할 수 있다. 제 2 전력 증폭기(1320)는, 전력 소스(410)로부터 제공되는 구동 전압, 및 제 3 게이트 드라이버(1322)를 통해 제 3 트랜지스터(1321)에 제공되는 입력 신호에 기반하여, RF 신호(예: 제 2 RF 신호)를 제공할 수 있다. 제 2 전력 증폭기(1320)는, 전력 소스(410)와는 다른 전력 소스로부터 구동 전압을 제공 받을 수도 있다.
도 13을 참조하면, 제 3 트랜지스터(1321)의 출력단(1329)(예: 제 3 단)의 전압을 제 2 드레인-소스 전압(drain-source voltage)(예: "Vds2")이라 할 수 있다. 도 13에서, 제 3 트랜지스터(1321)의 출력단(1329)에 대응하는 기호는, 제 3 트랜지스터(1321)의 출력단(1329)에 다른 회로가 연결될 수 있음을 설명하기 위한 것으로 이해될 수 있다.
매칭 회로(430)는, 송신 코일(440), 제 1 전력 증폭기(420), 및 제 2 전력 증폭기(1320) 사이에서 임피던스 매칭을 제공할 수 있다.
바이어스 회로(1100)는, 제 1 전력 증폭기(420), 및 제 2 전력 증폭기(1320)에 연결될 수 있다. 바이어스 회로(1100)는, 제 1 전력 증폭기(420)에서 제공되는 제 1 RF 신호, 및 제 2 전력 증폭기(1320)에서 제공되는 제 2 RF 신호에 기반하여, 매칭 회로(430)의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공할 수 있다.
도 15는, 실시예에 따른, 바이어스 회로의 회로도이다. 도 15는, 도 13 및 도 14를 참조하여 설명될 수 있다.
도 15를 참조하여, 도 13 및 도 14의 무선 전력 송신 장치(500)에서, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압이 전달되는 과정을 이해할 수 있다.
도 12에서는, 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단에만, 전력 증폭기(420)(예: 제 1 전력 증폭기)의 RF 신호(예: 제 1 RF 신호)가 제공될 수 있다. 도 15에서는, 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단에는, 전력 증폭기(420)(예: 제 1 전력 증폭기)의 RF 신호(예: 제 1 RF 신호)가 제공되고, 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 제 2 단에는, 제 2 전력 증폭기(1320)의 제 2 RF 신호가 제공될 수 있다.
도 15를 참조하면, 바이어스 회로(1100)의 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단은, 제 1 전력 증폭기(420)의 제 1 트랜지스터(421)의 출력단(429)에 연결될 수 있다. 바이어스 회로(1100)의 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 제 2 단은, 제 2 전력 증폭기(1320)의 제 3 트랜지스터(1321)의 출력단(1329)(예: 제 3 단)에 연결될 수 있다. 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단과 제 2 단에는, 제 1 전력 증폭기(420)의 제 1 RF 신호와 제 2 전력 증폭기(1320)의 제 2 RF 신호가 교번하여 제공될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단과 제 2 단에, 제 1 전력 증폭기(420)의 제 1 RF 신호와 제 2 전력 증폭기(1320)의 제 2 RF 신호가 교번하여 제공되도록, 무선 전력 송신 장치(500)의 구성 요소를 제어할 수 있다.
도 12에서 살펴본 것과 같이, 도 15의 바이어스 회로(1100)는, 제 1 전력 증폭기(420)의 제 1 RF 신호와 제 2 전력 증폭기(1320)의 제 2 RF 신호에 기반하여, 트랜스포머(1210), 더블러(1220), 레귤레이터(1230), 및/또는 스위치(1240)를 통해, 매칭 회로(430)의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 도 15는 도 12와 유사하게 이해할 수 있다. 따라서, 도 15에서, 도 12의 동작과 중복되는 설명은 생략하도록 한다. 바이어스 회로(1100)에 연결되는 전력 증폭기의 개수가 증가함에 따라, 매칭 회로(430)의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공되는 바이어스 전압이 증가할 수 있다. 제 1 전력 증폭기(420)와 제 2 전력 증폭기(1320)가 트랜스포머(1210)의 제 1 차 코일(1211)의 서로 다른 단에 연결되고, 서로 교번하여 RF 신호를 제공함에 따라, 매칭 회로(430)의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공되는 바이어스 전압이 증가할 수 있다.
도 16은, 실시예에 따른, 과전압 방지 회로 및 전압 센서를 설명하는 도면이다. 도 17은, 실시예에 따른, 과전압 방지 회로를 설명하는 도면이다. 도 16 및 도 17은, 도 4, 도 5, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13, 및 도 14를 참조하여 설명할 수 있다.
도 16 및 도 17를 참조하면, 도 4, 도 5, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13, 및 도 14의 무선 전력 송신 장치(500)는, 과전압 방지 회로(1610) 및 전압 센서(1620)를 포함할 수 있다.
과전압 방지 회로(1610)(overvoltage protection circuit, OVP circuit)는, 매칭 회로(430)의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 연결될 수 있다. 과전압 방지 회로(1610)는, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 전압이 일정 범위로 유지되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 17을 참조하면, 과전압 방지 회로(1610)는, 제너 다이오드(1701) 및 제너 다이오드(1701)의 파손을 방지하기 위한 저항(1702)를 포함할 수 있다. 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 전압은, 과전압 방지 회로(1610)에 포함되는 제너 다이오드(1701)의 용량 범위 내로 제한 될 수 있다. 도 17의 과전압 방지 회로(1610)는 예시적인 것으로서, 무선 전력 송신 장치(500)에 포함되는 과전압 방지 회로(1610)의 구현 방식에는 제한이 없다.
전압 센서(1620)는, 매칭 회로(430)의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 연결될 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 전압 센서(1620)를 통해, 매칭 회로(430)의 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 전압(예: 스위칭 전압)을 확인할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(500)는, 전압 센서(1620)에 의해 센싱된 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위칭 전압의 평균에 기반하여, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공되는 바이어스 전압의 크기를 설정할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(500)는, 전압 센서(1620)의 센싱값에 기반하여 도 10의 컨버터(1000)를 제어함으로써, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 제공되는 바이어스 전압의 크기를 제어할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(500)는, 전압 센서(1620)에 의해 센싱된 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)의 스위칭 전압의 최대값(또는 평균값)이 기준 전압을 초과하는 것에 기반하여, 제 2 트랜지스터(431)의 출력단(439)에 바이어스 전압이 제공되지 않도록 무선 전력 송신 장치(500)의 구성 요소를 제어할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(500)는, 전압 센서(1620)의 센싱값에 기반하여 도 12 및 도 도 15의 스위치(1240)를 제어할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(500)는, 전압 센서(1620)의 센싱값(예: 최대값 또는 평균값)이 기준값을 초과하는 경우, 스위치(1240)를 오프 상태로 제어할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시 예들은, 적용 가능한 범위 내에서, 상호 유기적으로 적용될 수 있음을 당업자는 이해할 수 있다. 본 명세서에 기재된 실시 예들의 적어도 일부는, 상호간의 결합이 명백한 기술적 충돌을 초래하지 않는 한 서로 모순되지 않는 범위에서 각각의 특징들의 결합/조합이 가능하다. 본 명세서에 기재된 일 실시 예의 적어도 일부 동작이 생략되어 적용될 수도 있고, 일 실시 예의 적어도 일부 동작과 다른 실시 예의 적어도 일부 동작이 유기적으로 연결되어 적용될 수도 있음을 당업자는 이해할 수 있다. 본 명세서에 기재된 실시 예의 적어도 일부 동작의 순서가 변경될 수도 있다.
실시 예에 따라서, 무선 전력 송신 장치(500)는, 전력 소스(410); 상기 전력 소스(410)에서 제공되는 구동 전압에 기반하여 제 1 RF(radio frequency) 신호를 제공하도록 설정되는 제 1 전력 증폭기(420); 상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 외부로 전력을 송신하는 데 이용되는 송신 코일(440); 상기 송신 코일(440)과 상기 제 1 전력 증폭기(420) 사이에서 임피던스 매칭을 제공하는 매칭 회로(430); 및 상기 매칭 회로(430)에 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는 바이어스 회로(1100)를 포함할 수 있다. 상기 바이어스 회로(1100)의 입력단은 상기 제 1 전력 증폭기(420)에 포함되는 제 1 트랜지스터(421)의 제 1 단(429)에 연결될 수 있다. 상기 바이어스 회로(1100)의 출력단(1290)은 상기 매칭 회로(430)에 포함되는 제 2 트랜지스터(431)의 제 2 단(439)에 연결될 수 있다. 상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 제 1 트랜지스터(421)의 상기 제 1 단(429)에서의 상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에 상기 바이어스 전압을 제공하도록 설정될 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 제 1 트랜지스터(421)의 상기 제 1 단(429)에 연결되는 트랜스포머(1210)를 포함할 수 있다. 상기 트랜스포머(1210)는, 제 1 차 코일(1211), 및 상기 제 1 차 코일(1211)과 자기 결합되는 제 2 차 코일(1212)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 트랜스포머(1210)의 상기 제 1 차 코일(1211) 및 상기 제 2 차 코일(1212)은 지정된 범위의 권선수를 가질 수 있다.
실시 예에 따라서, 무선 전력 송신 장치(500)는, 제 2 전력 증폭기(1320)를 포함할 수 있다. 상기 트랜스포머(1210)의 상기 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단은 상기 제 1 전력 증폭기(420)의 상기 제 1 트랜지스터(421)의 상기 제 1 단(429)에 연결될 수 있다. 상기 트랜스포머(1210)의 상기 제 1 차 코일(1211)의 제 2 단은 상기 제 2 전력 증폭기(1320)에 포함되는 제 3 트랜지스터(1321)의 제 3 단(1329)에 연결될 수 있다. 상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 제 1 트랜지스터(421)의 상기 제 1 단(429)에서의 상기 제 1 RF 신호, 및 상기 제 3 트랜지스터(1321)의 상기 제 3 단(1329)에서의 제 2 RF 신호에 기반하여, 상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에 상기 바이어스 전압을 제공하도록 설정될 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 트랜스포머(1210)의 상기 제 2 차 코일(1212)에 연결되는 더블러(1220)를 포함할 수 있다. 상기 더블러(1220)는, 상기 제 2 차 코일(1212)을 통해 전달되는 전력을 정류하도록 설정될 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 더블러(1220)에 연결되는 레귤레이터(1230)를 포함할 수 있다. 상기 레귤레이터(1230)는, 상기 바이어스 전압의 크기를 지정된 범위으로 유지하도록 설정되는 제 1 제너 다이오드(1231)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 레귤레이터(1230)에 연결되는 스위치(1240)를 포함할 수 있다. 상기 스위치(1240)의 온 상태에서, 상기 바이어스 전압이 제공될 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 스위치(1240)의 상기 온 상태에서, 상기 바이어스 회로(1100)를 통해 제공되는 상기 바이어스 전압의 크기는, 상기 스위치(1240)의 오프 상태에서, 상기 매칭 회로(430)의 상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에서의 전압의 평균 보다 클 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 매칭 회로(430)는, 상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에 연결되는 션트 커패시터(433)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라서, 무선 전력 송신 장치(500)는, 상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에 연결되는 과전압 방지 회로(1610)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 과전압 방지 회로(1610)는 제 2 제너 다이오드(1701)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라서, 무선 전력 송신 장치(500)는, 상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에 연결되는 전압 센서(1620)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 바이어스 회로(1100)는, 스위치(1240)를 포함할 수 있다. 상기 스위치(1240)는 상기 전압 센서(1620)에 의해 센싱된 전압에 기반하여 제어되도록 설정될 수 있다. 상기 스위치(1240)의 오프 상태에서, 상기 바이어스 전압은 제공되지 않을 수 있다.
실시 예에 따라서, 무선 전력 송신 장치(500)는, 전력 소스(410); 상기 전력 소스(410)에서 제공되는 구동 전압에 기반하여 제 1 RF(radio frequency) 신호를 제공하도록 설정되는 제 1 전력 증폭기(420); 상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 외부로 전력을 송신하는 데 이용되는 송신 코일(440); 상기 송신 코일(440)과 상기 제 1 전력 증폭기(420) 사이에서 임피던스 매칭을 제공하는 매칭 회로(430); 및 상기 매칭 회로(430)에 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는 컨버터(1000)를 포함할 수 있다. 상기 컨버터(1000)의 입력단은, 상기 전력 소스(410)에 연결될 수 있다. 상기 컨버터(1000)의 출력단은, 상기 매칭 회로(430)에 포함되는 트랜지스터(431)에 연결될 수 있다.
실시 예에 따라서, 상기 무선 전력 송신 장치(500)는, 상기 트랜지스터(431)의 제 1 단(439)의 전압을 측정하도록 설정되는 전압 센서(1620)를 포함할 수 있다. 상기 컨버터(1000)에 의해 제공되는 상기 바이어스 전압의 크기는, 상기 전압 센서(1620)에 의해 센싱된 상기 트랜지스터(431)의 상기 제 1 단(439)의 평균 전압에 기반하여 설정될 수 있다.
본 문서의 실시 예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시 예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다. 실시 예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 실시 예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 실시 예들에 따르면, 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (15)

  1. 무선 전력 송신 장치(500)에 있어서,
    전력 소스(410);
    상기 전력 소스(410)에서 제공되는 구동 전압에 기반하여 제 1 RF(radio frequency) 신호를 제공하도록 설정되는 제 1 전력 증폭기(420);
    상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 외부로 전력을 송신하는 데 이용되는 송신 코일(440);
    상기 송신 코일(440)과 상기 제 1 전력 증폭기(420) 사이에서 임피던스 매칭을 제공하는 매칭 회로(430); 및
    상기 매칭 회로(430)에 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는 바이어스 회로(1100)를 포함하고,
    상기 바이어스 회로(1100)의 입력단은 상기 제 1 전력 증폭기(420)에 포함되는 제 1 트랜지스터(421)의 제 1 단(429)에 연결되고,
    상기 바이어스 회로(1100)의 출력단(1290)은 상기 매칭 회로(430)에 포함되는 제 2 트랜지스터(431)의 제 2 단(439)에 연결되고,
    상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 제 1 트랜지스터(421)의 상기 제 1 단(429)에서의 상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에 상기 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 제 1 트랜지스터(421)의 상기 제 1 단(429)에 연결되는 트랜스포머(1210)를 포함하고,
    상기 트랜스포머(1210)는, 제 1 차 코일(1211), 및 상기 제 1 차 코일(1211)과 자기 결합되는 제 2 차 코일(1212)을 포함하는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 트랜스포머(1210)의 상기 제 1 차 코일(1211) 및 상기 제 2 차 코일(1212)은 지정된 범위의 권선수를 가지는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    제 2 전력 증폭기(1320)를 더 포함하고,
    상기 트랜스포머(1210)의 상기 제 1 차 코일(1211)의 제 1 단은 상기 제 1 전력 증폭기(420)의 상기 제 1 트랜지스터(421)의 상기 제 1 단(429)에 연결되고,
    상기 트랜스포머(1210)의 상기 제 1 차 코일(1211)의 제 2 단은 상기 제 2 전력 증폭기(1320)에 포함되는 제 3 트랜지스터(1321)의 제 3 단(1329)에 연결되고,
    상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 제 1 트랜지스터(421)의 상기 제 1 단(429)에서의 상기 제 1 RF 신호, 및 상기 제 3 트랜지스터(1321)의 상기 제 3 단(1329)에서의 제 2 RF 신호에 기반하여, 상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에 상기 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 트랜스포머(1210)의 상기 제 2 차 코일(1212)에 연결되는 더블러(1220)를 더 포함하고,
    상기 더블러(1220)는, 상기 제 2 차 코일(1212)을 통해 전달되는 전력을 정류하도록 설정되는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 더블러(1220)에 연결되는 레귤레이터(1230)를 더 포함하고,
    상기 레귤레이터(1230)는, 상기 바이어스 전압의 크기를 지정된 범위으로 유지하도록 설정되는 제 1 제너 다이오드(1231)를 포함하는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 바이어스 회로(1100)는, 상기 레귤레이터(1230)에 연결되는 스위치(1240)를 더 포함하고,
    상기 스위치(1240)의 온 상태에서, 상기 바이어스 전압이 제공되는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 스위치(1240)의 상기 온 상태에서, 상기 바이어스 회로(1100)를 통해 제공되는 상기 바이어스 전압의 크기는,
    상기 스위치(1240)의 오프 상태에서, 상기 매칭 회로(430)의 상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에서의 전압의 평균 보다 큰,
    무선 전력 송신 장치(500).

  9. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 매칭 회로(430)는, 상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에 연결되는 션트 커패시터(433)를 더 포함하는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에 연결되는 과전압 방지 회로(1610)를 더 포함하는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 과전압 방지 회로(1610)는 제 2 제너 다이오드(1701)를 포함하는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터(431)의 상기 제 2 단(439)에 연결되는 전압 센서(1620)를 더 포함하는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 바이어스 회로(1100)는, 스위치(1240)를 포함하고,
    상기 스위치(1240)는 상기 전압 센서(1620)에 의해 센싱된 전압에 기반하여 제어되도록 설정되고,
    상기 스위치(1240)의 오프 상태에서, 상기 바이어스 전압은 제공되지 않는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  14. 무선 전력 송신 장치(500)에 있어서,
    전력 소스(410);
    상기 전력 소스(410)에서 제공되는 구동 전압에 기반하여 제 1 RF(radio frequency) 신호를 제공하도록 설정되는 제 1 전력 증폭기(420);
    상기 제 1 RF 신호에 기반하여, 외부로 전력을 송신하는 데 이용되는 송신 코일(440);
    상기 송신 코일(440)과 상기 제 1 전력 증폭기(420) 사이에서 임피던스 매칭을 제공하는 매칭 회로(430); 및
    상기 매칭 회로(430)에 바이어스 전압을 제공하도록 설정되는 컨버터(1000)를 포함하고,
    상기 컨버터(1000)의 입력단은, 상기 전력 소스(410)에 연결되고,
    상기 컨버터(1000)의 출력단은, 상기 매칭 회로(430)에 포함되는 트랜지스터(431)에 연결되는,
    무선 전력 송신 장치(500).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 트랜지스터(431)의 제 1 단(439)의 전압을 측정하도록 설정되는 전압 센서(1620)를 더 포함하고,
    상기 컨버터(1000)에 의해 제공되는 상기 바이어스 전압의 크기는, 상기 전압 센서(1620)에 의해 센싱된 상기 트랜지스터(431)의 상기 제 1 단(439)의 평균 전압에 기반하여 설정되는,
    무선 전력 송신 장치(500).
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US8980174B2 (en) * 2011-05-13 2015-03-17 Bactriblue, Ltd. Methods and apparatus for reducing count of infectious agents in intravenous access system
US9368975B2 (en) * 2012-11-30 2016-06-14 Qualcomm Incorporated High power RF field effect transistor switching using DC biases
KR101467211B1 (ko) * 2013-02-25 2014-12-01 홍익대학교 산학협력단 무선 전력 전송장치, 무선 전력 전송 송신장치 및 그것의 데이터 전송방법
WO2015023899A2 (en) * 2013-08-14 2015-02-19 Witricity Corporation Impedance tuning
US9991779B2 (en) * 2014-01-07 2018-06-05 NuVolta Technologies Harmonic reduction apparatus for wireless power transfer systems

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