KR20110067612A - 공진 전력 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

공진 전력 발생 장치가 개시된다. 본 발명의 일측에 따른 공진 전력 발생 장치는, 상용 교류 전압 입력 신호를 정류하는 AC/DC 정류기; 상기 AC/DC 정류기의 출력에 대응하여 AC 신호를 생성하는 AC 발생부; 상기 AC 신호의 주파수를 제어하는 제어 유닛; 상기 AC 신호에 포함된 불요(spurious) 신호 또는 하모닉 성분을 제거하는 필터부; 상기 AC 신호를 증폭하는 전압/전류 증폭부; 및 대상 공진기로 전력을 전송하는 전원 공진기를 포함한다.
Figure P1020090124271
무선 전력 전송, AC, 제어, 주파수, 스위칭

Description

공진 전력 발생 장치{Resonance Power Generator}
공진 전력 발생 장치가 개시된다. 보다 구체적으로, 공진 전력 발생 장치에서 RF 전력 증폭기와 같은 능동 소자로 인해 발생되는 손실을 최소화할 수 있는 공진 전력 발생 장치가 개시된다.
IT 기술 발전과 함께 다양한 휴대용 전자제품이 출시되었고, 이들의 보급도 늘고 있다. 휴대용 전자제품의 특성 상, 해당 휴대용 전자제품의 배터리 성능이 중요한 문제로 대두되고 있다. 휴대용 전자제품뿐 아니라 생활가전제품에서 데이터를 무선으로 전송하는 기능이 제공되고 있으나, 전력(power)은 전력선(power line)을 통하여 제공 받는다.
최근 들어 무선으로 전력을 공급할 수 있는 무선 전력 전송 기술 (wireless power transmission)이 연구되고 있다. 특히 공진 전력 발생 장치는 전원 공진기를 통해 무선으로 전송되는 전력을 부스트(boost)하기 위하여 RF 전력 증폭기 등의 능동 소자를 이용한다. 능동 소자의 특성 상 전력 소모가 크므로, 무선 전송 전력 장치 시스템 단에서 전력 소모가 증가되고, 전체 시스템의 전력 효율이 열화될 수 있다. 또한, RF 전력 증폭기를 포함하는 시스템의 경우, 추가적인 RF 디바이스가 포함되어야 하므로 소모 전력이 더 커지고 전체 시스템의 크기가 늘어 날 수 있다.
본 명세서에서는 공진 전력 발생 장치에서 전력 증폭기와 같은 능동 소자로 인해 발생되는 손실을 최소화할 수 있는 공진 전력 발생 장치가 제안된다.
본 발명의 일측에 따른 공진 전력 발생 장치는, 상용 교류 전압 입력 신호를 정류하는 AC/DC 정류기; 상기 AC/DC 정류기의 출력에 대응하여 AC 신호를 생성하는 AC 발생부; 상기 AC 신호의 주파수를 제어하는 제어 유닛; 상기 AC 신호에 포함된 불요(spurious) 신호 또는 하모닉 성분을 제거하는 필터부; 상기 AC 신호를 증폭하는 전압/전류 증폭부; 및 대상 공진기로 전력을 전송하는 전원 공진기를 포함한다.
전력 효율을 높일 수 있는 공진 전력 발생 장치가 제공된다.
전력 증폭기 등의 능동 소자를 사용하지 않음으로써, 시스템 단의 전력 손실을 줄이고 시스템을 소형화할 수 있는 공진 전력 발생 장치가 제공된다.
입력 전압/입력 전류의 레벨 제어를 통해 무선 전송되는 전력의 양을 제어할 수 있는 공진 전력 발생 장치가 제공된다.
전원 공진기 단에 입력되는 입력 신호의 주파수를 피드백 루프를 통해 튜닝할 수 있는 공진 전력 발생 장치가 제공된다.
이하에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치가 적용되는 환경을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치(110)는 타겟 장치(120)에게 전력을 무선 전송한다. 공진 전력 발생 장치(110)는 전원 공진기(source resonator)(111)를 포함하며, 대상 장치(120)는 대상 공진기(target resonator)(121)를 포함한다. 공진 전력 발생 장치(110)는 휴대용 단말기에 일 모듈의 형태로 삽입되도록 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 다른 공진 전력 발생 장치(200)는 AC/DC 정류기(rectifier)(201), AC 발생부(generator)(203), 제어 유닛(204), 필터부(206), 전압/전류 증폭부(209), 및 전원 공진기(207)를 포함한다. 또한, 도 2에 도시된 일례에 따르면, 공진 전력 발생 장치(200)는 전압/전류 제어부(202), AC 주파수 튜닝(tuning)부(205), 및 궤환 제어 회로/보호 회로(208)를 더 포함할 수 있다.
AC/DC 정류기(201)는 상용 교류 전압 입력 신호(AC(60Hz)/85~256V)를 DC 신호로 정류한다.
전압/전류 제어부(202)는 전압/전류를 제어하여 대상 공진기로 전송되는 전 력 양을 제어한다. 전압/전류 제어부(202)에서 전압/전류를 제어하는 제어 신호는 대상 공진기로부터 피드백 된 신호일 수 있고, 사용자의 입력 신호일 수 있다. 즉, 대상 공진기 측에서 소요 전력이 더 요구되는 경우 이를 공진 전력 발생 장치(200)로 피드백할 수 있고, 상기 피드백된 신호가 전압/전류 제어부(202)의 제어 신호로 동작하여 전송되는 전력 양을 더 크게 하도록 제어할 수 있다.
AC 발생부(203)는 제어 유닛(204)의 제어에 따라 전력 전송에 필요한 소정의 주파수를 갖는 반송파(carrier)을 발생시킨다. AC 발생부(203)에서 발생되는 AC 신호의 주파수는 제어 유닛(204)의 제어에 의해 결정된다. 본 발명의 일측에 따른 AC 발생부(203)는 아래의 두 가지 방식 중 어느 하나의 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 AC 발생부(203)의 구현예는 예시일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다.
(1) 스위칭(switching) 방식
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 AC 발생부의 일례를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, AC 발생부(203)는 스위칭 회로부(301)를 포함한다. 스위칭 회로부(301)은 제어 유닛(204)에 의해 제어된 스위칭 주파수로 동작한다. 스위칭 회로부(301)의 스위칭 주파수에 따라 AC 발생부(203)에서 출력되는 AC 신호의 주파수가 결정된다. 본 발명의 일측에 따르면, 스위칭 회로부(301)는 고속 스위칭 소자일 수 있고, 전계효과트랜지스터(FET)를 이용하여 구현될 수 있다. 도 3에 도 시된 스위칭 회로부(301)를 이용한 AC 발생부(203)의 출력 파형이 도 5에 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 AC 발생부의 출력 파형을 도시한 도면이다. 스위칭 회로부(203)의 출력 파형(501)은 제어 유닛(204)의 제어에 따라 발생된 소정의 스위칭 주파수(502)를 갖는 스위칭 신호에 의해 생성될 수 있다.
(2) 발진(oscillation) 방식
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 AC 발생부의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, AC 발생부(203)는 오실레이터(oscillator)(401) 및 펄스 샤프너(402)를 포함할 수 있다. 오실레이터(401)는 제어 유닛(204)의 제어에 따라 소정의 발진 주파수를 갖는 AC 신호를 출력한다. 펄스 샤프너(402)는 오실레이터(401)에서 생성된 AC 신호를 샤프닝(sharpening) 한다. 오실레이터(401)의 발진 주파수에 따라 AC 발생부(203)에서 출력되는 AC 신호의 주파수가 결정된다.
제어 유닛(204)은 (1) 도 3에 도시된 스위칭 회로부(301)의 스위칭 주파수를 제어하거나, (2) 도 4에 도시된 오실레이터(401)의 발진 주파수를 제어한다. 또한, 전원 공진기(207)에서 출력되는 전력에 대한 정보(전력 양, 주파수, 위상 등)를 후술하는 궤환 제어 회로/보호 회로(208)로 전달할 수 있다.
필터부(206)는 AC 발생부(203)에서 생성된 AC 신호에 포함된 불요(spurious) 신호 또는 하모닉(harmonic) 성분을 제거한다. 필터부(206)는 저대역 통과 필터/고대역 통과 필터/대역 통과 필터/이미지 필터 등의 하나 이상의 조합으로 구현될 수 있다.
전압/전류 증폭부(209)는 필터부(206)을 경유한 AC 신호의 전압 또는/및 전류 성분을 증폭한다. 통상 쓰이는 RF 전력 증폭기 등의 능동 소자를 사용하지 않고, 코일 및 트랜스포머 등의 수동 소자를 이용하여 구현될 수 있다.
궤환 제어 회로/보호 회로(208)는 주파수/위상/파워 검출기 중 적어도 하나 이상으로 구성될 수 있다. 궤환 제어 회로/보호 회로(208)는 전원 공진기의 출력 전력 양, 주파수, 위상 중 적어도 하나 이상을 검출하고, 검출 값을 AC 주파수 튜닝부(205)로 전달한다. 상술한 바와 같이, 제어 유닛(204)로부터 출력 전력에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보를 상기 검출 값과 함께 AC 주파수 튜닝부(205)로 전달할 수 있다. 궤환 제어 회로/보호 회로(208)는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치(200) 운용 중 외부 환경에 기인하거나, 초기 세팅(setting) 단계에서 발생될 수 있는 출력 주파수 변화, 출력 전력 양 변화, 위상 변화의 영향을 최소화하고, 안정적인 주파수 발생을 할 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 궤환 제어 회로/보호 회로(208)는 전압/전류 증폭부(209)를 경유한 상기 AC 신호의 전력 변화 양을 검출하고, 검출 값을 전압/전류 제어부(202)로 피드백 함으로써, 출력되는 전력 양을 크게 하거나 작게 하도록 동작할 수 있다.
AC 튜닝부(205)는 상술한 궤환 제어 회로/보호 회로(208)에서 피드백 된 정보, 즉 궤환 제어 회로/보호 회로(208)의 검출 값 및 제어 유닛(204)으로부터 제공된 출력 전력에 대한 정보를 수신하고, 이를 이용하여 제어 유닛(204)으로 AC 발생부(203)에서 출력되는 AC 신호의 주파수 및 전력을 보상(compensate)한다.
전원 공진기(207)는 필터부(206)를 통과한 상기 AC 신호를 이용하여 대상 공진기(도시되지 아니함)로 전력을 전송한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치가 적용되는 환경을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 AC 발생부의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공진 전력 발생 장치의 AC 발생부의 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 AC 발생부의 출력 파형을 도시한 도면이다.

Claims (8)

  1. 상용 교류 전압 입력 신호를 정류하는 AC/DC 정류기;
    상기 AC/DC 정류기의 출력에 대응하여 AC 신호를 생성하는 AC 발생부;
    상기 AC 신호의 주파수를 제어하는 제어 유닛;
    상기 AC 신호에 포함된 불요(spurious) 신호 또는 하모닉 성분을 제거하는 필터부;
    상기 AC 신호를 증폭하는 전압/전류 증폭부; 및
    대상 공진기로 전력을 전송하는 전원 공진기
    를 포함하는 공진 전력 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 AC/DC 정류기의 출력을 입력 받고, 대상 공진기로 전송되는 전력 양을 제어하는 전압/전류 제어부
    를 더 포함하고,
    상기 AC 발생부는 상기 전압/전류 제어부의 출력 신호에 따라 상기 AC 신호를 발생하는 공진 전력 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 AC 발생부는 스위칭 회로부를 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 스위칭 회로부의 스위칭 주파수를 제어하는 공진 전력 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 AC 발생부는 오실레이터(oscillator)를 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 오실레이터의 발진(oscillating) 주파수를 제어하는 공진 전력 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오실레이터는 생성된 발진 신호를 샤프닝(sharpening) 하는 펄스 샤프너(sharpener)를 포함하는 공진 전력 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 AC 신호의 상기 주파수를 튜닝(tuning)하는 AC 주파수 튜닝부
    를 더 포함하는 공진 전력 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압/전류 증폭부를 경유한 상기 AC 신호의 주파수, 위상, 또는 전력 양 중 적어도 하나를 검출하고, 검출 값을 상기 AC 주파수 튜닝부로 피드백하는 궤환 제어 회로/보호 회로를 더 포함하고,
    상기 AC 주파수 튜닝부는 상기 검출 값을 피드백 받아 상기 AC 신호의 상기 주파수를 튜닝하는 공진 전력 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 궤환 제어 회로/보호 회로는 상기 제어 유닛으로부터 상기 AC 발생부에서 발생되는 상기 AC 신호의 정보를 수신하고,
    상기 AC 신호의 정보는 상기 AC 주파수 튜닝부로 전송되는 공진 전력 발생 장치.
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