Since wireless power transfer (WPT) based on magnetic induction and magnetic resonance was reported by Nicola Tesla, there has been much interest on WPT in a field of study. Many products of wireless mobile charger have been released in the market and have worked in magnetic induction method. Most companies prefer magnetic induction in wireless mobile charger to magnetic resonance because power at the transmitter is transferred to the receiver more efficiently in magnetic induction method. However, the major drawback of magnetic induction is that there must be exactly matched between the first coil at the transmitter and the second coil at the receiver to transfer power wirelessly.
In this paper, wireless mobile charger is implemented in magnetic resonance method in order to overcome the fault of magnetic induction. We focus on the receiver parts, especially full-wave rectifier. Normally, full-wave rectifier in wireless mobile charger is comprised of passive schottky diodes. To reduce the expensive manufacture cost and the bulky size of the receiver, we propose active rectifier instead of passive schottky diodes. Limiter technique is used to tolerate high voltage stress at the receiver inputs due to resonance. Also, Bootstrap technique is used to be able to select NLDMOS as a power switch in the high side in order to shrink power switch size. In addition, various techniques are proposed in a controller to decrease reverse current at the point of switching and to maximize efficiency.
The chip size of the prototype active rectifier in 0.18um TowerJazz BCD process is $5.52mm^2$ and
various IC sets are implemented to demonstrate the proposed structure.
이 논문은 휴대폰의 자기 공진 방식 무선 충전기의 소형화와 고효율을 위해 수신단을 기존의 다이오드 대신 능동 정류기로 구현하기 위한 IC 설계에 관한 연구이다. 능동 정류기는 높은 효율, 높은 전압 스트레스 그리고 IC 크기를 최소화 할 수 있게 설계되어야 한다. 공진으로 인해 수신측에서 발생하는 높은 전압 스트레스를 능동 전류기가 견딜 수 있도록 리미터 (Limiter)를 사용해서 설계하였다. 상위 스위치를 PLDMOS 를 사용하면 컨트롤 하기 편하지만 스위치 크기가 커지므로, 파워 스위치 크기를 줄이기 위해서 NLDMOS와 결합한 Bootstrap 기법을 사용해서 설계하였다. 역 전류를 막기 위해서 ‘조절 가능한 옵셋 전류원’ 기법과 기생 다이오드의 추가적인 전력 손실을 최소화 하기 위해 ‘Fast Turn-on’ 회로를 추가 하여 설계하였다. 설계 회로는 TowerJazz BCD 0.18um 공정을 이용하여 2.35mm $\times$ 2.35mm 크기로칩으로 제작하였다. 측정 실험을 위해 능동 정류기로만 설계된 IC 를 COB 와 PCB 를 제작하여 측정 실험을 하였고, 측정 파형 및 데이터를 통해 어느 정도 동작함을 검증하였다.
