Multi-Mode Wireless Power Transfer System with Dual Loop Structure

In this paper, we propose a multi-mode wireless power transfer (WPT) system with a dual loop structure. The proposed multi-mode WPT system consist of outer loop module which can operate at two different frequency bands including 6.78 MHz magnetic resonance WPT mode and 13.56 MHz near field communication (NFC) mode and inner loop module connected with outer loop which can operate at two different frequency bands including WPC mode and PMA mode based on inductive coupling standards. In order to be able to embed this system into smartphone battery back cover, the electrical designs are optimized and then the size was fixed $45{\times}90{\times}0.35mm3$ (including ferrite sheet) which is the same commercial smartphone. The proposed multi-mode WPT module can cover WPC and PMA mode based on inductive coupling. Moreover, it has more than 20 dB return loss characteristics at two different frequency bands including 6.78 MHz and 13.56 MHz, and shows more than 70 % transfer efficiency between resonant coils at 6.78 MHz in magnetic resonant charging environment.

이중루프 구조를 갖는 다중모드 무선전력전송 시스템

본 논문에서는 이중루프 구조를 갖는 다중모드 무선전력전송 시스템을 제안하였다. 본 논문에서 제안한 다중모드 무선전력전송 시스템은 두 개의 서로 다른 주파수 6.78 MHz 자기공진 무선전력전송 모드와 13.56 MHz NFC 모드로 동작하는 외부 루프 모듈과 두 개의 서로 다른 주파수에서 동작하는 자기유도 표준인 WPC 모드와 PMA 모드로 동작하는 외부 루프와 연결된 내부 루프 모듈로 구성된다. 실제 상용 스마트폰 배터리 커버에 장착하기 위해 페라이트 시트를 포함한 $45{\times}90{\times}0.35mm3$ 크기에 맞춰 설계 및 최적화 되었다. 제안된 다중모드 무선전력전송 시스템은 기존의 자기유도방식 표준에 해당하는 WPC와 PMA를 지원할 뿐만 아니라 6.78 MHz 및 13.56 MHz에서 20 dB 이상의 반사손실 특성을 나타내었고 6.78 MHz 자기공진 무선충전 환경에서는 공진코일 간 70% 이상의 효율 특성을 갖는다.