KR102650006B1 - Method and device for controlling output power of power supply equipment for wireless charging - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급전장치의 전류 정보를 이용하여 안정적으로 수신전력과 전송효율을 적절히 제어함으로 최대출력전력을 보장하는 무선 충전을 위한 급전장치의 출력전력 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless charging system, and more specifically, a method of controlling the output power of a power supply device for wireless charging that ensures maximum output power by stably and appropriately controlling reception power and transmission efficiency using current information of the power supply device. and devices.
Description
본 발명은 무선 충전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급전장치의 전류 정보를 이용하여 안정적으로 수신전력과 전송효율을 적절히 제어함으로 최대출력전력을 보장하는 무선 충전을 위한 급전장치의 출력전력 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a wireless charging system, and more specifically, a method of controlling the output power of a power supply device for wireless charging that ensures maximum output power by stably and appropriately controlling reception power and transmission efficiency using current information of the power supply device. and devices.
일반적으로 무선충전을 활용한 시스템의 경우, 코일 정렬상태와 다양한 부하 변동 상황에도 안정적으로 수신 전력과 전송 효율을 적절히 제어할 필요가 있다. 이를 위해 대부분의 무선충전을 활용한 시스템의 경우, 집전장치 측의 출력측 전압과 전류 정보를 통신을 활용하여 급전장치 측으로 전달하여 최대출력전력 제어를 수행하고 있다. 이러한 방식은 불안정한 통신 방식을 통한 피드백 제어를 수행하고 있기 때문에 경우에 따라 피드백 받는 집전장치 측 데이터의 딥 현상 즉, 소실현상이 발생하게 되어 무선충전 시스템의 출력을 안정적으로 제어할 수 없는 상황이 발생한다. In general, in the case of a system using wireless charging, it is necessary to properly control the received power and transmission efficiency stably even in coil alignment conditions and various load fluctuations. To this end, in most systems using wireless charging, the voltage and current information on the output side of the current collector is transmitted to the power supply device using communication to control the maximum output power. Since this method performs feedback control through an unstable communication method, in some cases, a dip phenomenon, or loss phenomenon, of the data on the side of the current collector receiving feedback occurs, resulting in a situation in which the output of the wireless charging system cannot be stably controlled. do.
또한 집전장치 측 출력정보를 송신측에 전달하기 위해, 실시간의 출력 데이터를 수집해야 하므로, 이를 기구적으로 구성하기 위해 별도의 센싱회로와 주변 회로가 반드시 포함되어야 하는 문제가 있다. In addition, in order to transmit the output information from the current collector to the transmitter, real-time output data must be collected, so there is a problem that a separate sensing circuit and peripheral circuit must be included to mechanically configure this.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 기존의 통신 피드백에 의존하는 방식이 아닌 급전장치 측의 전류 정보를 활용하여 안정적으로 수신전력과 전송효율을 적절히 제어함으로 최대출력전력을 보장하는 무선 충전을 위한 급전장치의 출력전력 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was created to solve this problem. Rather than relying on existing communication feedback, the present invention utilizes current information on the power supply side to stably and appropriately control reception power and transmission efficiency to ensure maximum output power. The purpose is to provide a method and device for controlling the output power of a power supply device for wireless charging.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무선 충전을 위한 급전장치의 출력전력을 제어하는 방법으로서, (a) 기 설정된 주파수에 따라 출력전력을 송신하도록 하는 단계; (b) 일정시간 동안 주파수 스위핑을 수행하면서 급전장치로의 입력 전류를 감지하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서의 입력 전류 감지 결과에 기초하여 최대출력지점의 스위칭 주파수를 결정하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)에서 결정된 스위칭 주파수로 급전장치를 동작시키는 단계를 포함한다. In order to achieve this purpose, a method of controlling the output power of a power supply device for wireless charging according to the present invention includes the steps of: (a) transmitting output power according to a preset frequency; (b) detecting the input current to the power supply device while performing frequency sweeping for a certain period of time; (c) determining the switching frequency of the maximum output point based on the input current detection result in step (b); and (d) operating the power supply device at the switching frequency determined in step (c).
상기 단계 (a)는, 집전장치를 구비한 차량이 급전장치 위쪽에 정차한 경우에 수행되는 것이다. Step (a) is performed when a vehicle equipped with a current collector stops above the power supply device.
상기 단계 (c)에서 입력전압이 정전압일 경우 높은 전류값을 가지는 지점이 최대출력지점임으로 주파수 스위핑을 통해 최대전류지점을 추종하여 스위칭 주파수를 결정하는 것이다. In step (c), when the input voltage is a constant voltage, the point with the high current value is the maximum output point, so the switching frequency is determined by tracking the maximum current point through frequency sweeping.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은 급전장치의 입력 전류를 센싱하는 전류 센싱부; 및 상기 전류 센싱부의 입력 전류를 일정시간 동안 주파수 스위핑을 수행하면서 감지하고, 감지된 입력 전류 감지 결과에 기초하여 최대출력지점의 스위칭 주파수를 결정하며, 결정된 주파수로 상기 급전장치를 동작시키는 제어부를 포함한다. Another aspect of the present invention for achieving this purpose is a current sensing unit that senses the input current of the power supply device; And a control unit that detects the input current of the current sensing unit while performing frequency sweeping for a certain period of time, determines the switching frequency of the maximum output point based on the detected input current detection result, and operates the power supply device at the determined frequency. do.
상기 전류 센싱부는 변류기를 이용하는 것이다. The current sensing unit uses a current transformer.
상기 전류 센싱부는 센싱저항과 증폭기를 이용하는 것이다. The current sensing unit uses a sensing resistor and an amplifier.
상기 전류 센싱부는 홀 센서를 이용하는 것이다. The current sensing unit uses a Hall sensor.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면은 입력 전압 소스부; 상기 입력 전압 소스부로부터 직류 형태의 전력을 입력받아 기 설정된 주파수에 따른 교류 형태의 전력으로 변환하는 인버터부; 상기 인버터로부터 교류 전압을 입력받아 집전장치에 유도 기전력이 생성되도록 하는 송신부; 상기 입력 전압 소스부와 인버터부 사이에 구비되어 상기 입력 전압 소스부와 상기 인버터부 사이의 입력 전류를 센싱하는 전류 센싱부; 상기 전류 센싱부의 입력 전류를 일정시간 동안 주파수 스위핑을 수행하면서 감지하고, 이 감지된 입력 전류 감지 결과에 기초하여 최대출력지점의 스위칭 주파수를 결정하며, 결정된 주파수로 상기 인버터부를 동작시키는 제어부를 포함한다.Another aspect of the present invention to achieve this object is an input voltage source unit; an inverter unit that receives direct current power from the input voltage source unit and converts it into alternating current power according to a preset frequency; a transmitting unit that receives alternating voltage from the inverter and generates induced electromotive force in a current collector; a current sensing unit provided between the input voltage source unit and the inverter unit to sense an input current between the input voltage source unit and the inverter unit; It includes a control unit that detects the input current of the current sensing unit while performing frequency sweeping for a certain period of time, determines the switching frequency of the maximum output point based on the detected input current detection result, and operates the inverter unit at the determined frequency. .
본 발명에 의하면, 불안정한 통신을 통한 피드백 방식이 아닌 급전장치 측의 전류정보를 활용하여 제어의 안정도를 향상시키는 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect of improving control stability by utilizing current information on the power supply side rather than a feedback method through unstable communication.
또한 최대출력전력 제어를 위해 별도의 복잡한 추가회로 없이 기존의 급전장치 측의 전류 정보를 활용하여 기구적으로 매우 간단하게 최적의 효율 제어를 수행하는 효과가 있다. In addition, for maximum output power control, there is an effect of performing optimal efficiency control in a very simple mechanical manner by utilizing current information from the existing power supply device without a separate complicated additional circuit.
도 1은 본 발명에 따른 무선충전 시스템의 개념을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전 시스템의 예시 회로도.
도 3은 도 2에 따른 전류 센싱 회로의 다양한 형태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 출력전력 제어부의 내부 제어 회로를 나타낸 도면.
도 5는 도 4에 따른 MPPT 블록에서 이루어지는 송신측 센신전류를 이용한 최대전력지점 추적을 위한 개념도.
도 6은 도 2에 따른 레귤레이터의 구조를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 송신측 공진기 구조를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 수신측 공진기 구조를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 무선 충전을 위한 출력전력 제어 방법을 나타낸 순서도.1 is a block diagram showing the concept of a wireless charging system according to the present invention.
Figure 2 is an example circuit diagram of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing various forms of the current sensing circuit according to Figure 2.
Figure 4 is a diagram showing the internal control circuit of the output power control unit of the wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram for tracking the maximum power point using the sensing current on the transmitting side performed in the MPPT block according to FIG. 4.
Figure 6 is a diagram showing the structure of the regulator according to Figure 2.
Figure 7 is a diagram showing the structure of a transmitting side resonator according to the present invention.
Figure 8 is a diagram showing the structure of a receiving side resonator according to the present invention.
Figure 9 is a flowchart showing a method for controlling output power for wireless charging according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor should appropriately use the concept of terms to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle of definability. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, so at the time of filing the present application, various options that can replace them are available. It should be understood that equivalents and variations may exist.
도 1은 본 발명에 따른 무선충전 시스템의 개념을 나타낸 블록도이다. Figure 1 is a block diagram showing the concept of a wireless charging system according to the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명의 무선충전 시스템(100)은 좌측에 무선충전을 위한 송신측 장치구성인 급전장치와 송신측으로부터 무선으로 전력을 전송 받는 수신측 장치구성인 집전장치를 포함할 수 있다. 이때 집전장치는 전기차량에 구비된다. 무선충전을 위한 급전장치는 입력 전압을 제공하는 입력 전압 소스부(110)와, 입력 전압 소스부(110)로부터 입력된 직류 형태의 전력을 교류 형태의 전력으로 변환하는 인버터부(130)와, 그리고 집전장치와 전자기적으로 커플링되는 송신부(150)를 포함하며, 입력 전압 소스부(110)에서 인버터부(130)로 전달되는 전류 즉 입력 전압 소스부(110)와 인버터부(130) 사이의 입력 전류를 센싱하는 전류 센싱부(120)와 전류 센싱부(120)에서 센싱된 전류를 일정시간 동안 주파수 스위핑을 수행하여 최대출력지점을 추적하고 이 최대출력지점의 스위칭 주파수에 따른 전류값이 수신측으로 출력되도록 인버터부(130)의 스위칭 주파수를 결정하여 결정된 스위칭 주파수로 출력이 동작되도록 하는 제어부(140)를 포함한다. 여기서 제어부(140)는 통신부(210) 및 저장부(220) 그리고 급전장치 제어부(230)를 포함하며, 급전장치 제어부(141)는 급전 지시부(210)와 출력전력 제어부(230)를 포함한다. Referring to Figure 1, the wireless charging system 100 of the present invention may include, on the left, a power supply device that is a transmitting side device for wireless charging and a current collector that is a receiving side device that wirelessly receives power from the transmitting side. . At this time, the current collector is provided in the electric vehicle. The power supply device for wireless charging includes an input voltage source unit 110 that provides an input voltage, an inverter unit 130 that converts direct current power input from the input voltage source unit 110 into alternating current power, And it includes a transmitting unit 150 that is electromagnetically coupled to the current collector, and transmits the current transmitted from the input voltage source unit 110 to the inverter unit 130, that is, between the input voltage source unit 110 and the inverter unit 130. The current sensing unit 120, which senses the input current, performs frequency sweeping on the current sensed by the current sensing unit 120 for a certain period of time to track the maximum output point, and the current value according to the switching frequency of this maximum output point is It includes a control unit 140 that determines the switching frequency of the inverter unit 130 to output to the receiving side and operates the output at the determined switching frequency. Here, the control unit 140 includes a communication unit 210, a storage unit 220, and a power feeder control unit 230, and the power feeder control unit 141 includes a power feed instruction unit 210 and an output power control unit 230.
통신부(210)를 통하여 차량이 급전장치로의 진입 및 정차됨을 알 수 있고, 이때 급전장치 제어부(141)는 저장부(142)에 저장된 기 설정된 주파수에 따라서 출력전력이 송신되도록 한다. 이때 급전 지시부(210)의 지시에 의하여 급전장치로 기설정된 주파수에 따라서 출력전력이 송신되며, 집전장치를 구비한 차량이 급전장치 위쪽에 정차한 경우에 수행될 수 있는 것이다. Through the communication unit 210, it can be known that the vehicle enters and stops at the power feeder, and at this time, the power feeder control unit 141 causes output power to be transmitted according to a preset frequency stored in the storage unit 142. At this time, the output power is transmitted according to the preset frequency to the power feeder according to the instructions of the power feed indicator 210, and this can be performed when a vehicle equipped with a current collector stops above the power feeder.
그리고 급전장치 제어부(141)의 출력 전력 제어부(230)는 전류 센싱부(120)의 입력 전류를 일정시간 동안 주파수 스위핑을 수행하면서 감지하고, 감지된 입력 전류 감지 결과에 기초하여 최대출력지점의 스위칭 주파수를 결정한다. 그리고 결정된 주파수로 인버터부(130)가 동작되도록 하여 출력 전력을 제어한다. And the output power control unit 230 of the power supply control unit 141 detects the input current of the current sensing unit 120 while performing frequency sweeping for a certain period of time, and switches the maximum output point based on the detected input current detection result. Determine the frequency. Then, the inverter unit 130 is operated at the determined frequency to control the output power.
반면 급전장치의 우측으로는 수신부(160)와, 교류형태로 넘어온 전력을 직류로 변환하는 정류부(170) 및 다양한 부하변동에도 안정적인 출력을 배터리(도시되지 않음)에 공급하는 레귤레이터부(180)를 포함한다. On the other hand, on the right side of the power supply device, there is a receiving unit 160, a rectifying unit 170 that converts alternating current power into direct current, and a regulator unit 180 that supplies a stable output to the battery (not shown) despite various load changes. Includes.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전 시스템의 예시 회로도이고, 도 3은 도 2에 따른 전류 센싱 회로의 다양한 형태를 나타낸 도면이다. Figure 2 is an example circuit diagram of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a diagram showing various forms of the current sensing circuit according to Figure 2.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 전원(Vlink)(110)을 입력받아 교류 전압을 출력하는 인버터(130), 전원(Vlink)(110)과 인버터(130) 사이의 전류를 센싱하는 전류 센싱 회로(120)와, 인버터(130)로부터 교류 전압을 입력받아 수신부의 수신 코일(160)에 유도 기전력이 생성되도록 하는 송신부의 송신코일(150), 유도 전류를 정류하여 출력된 전류를 커패시터에 저장하는 정류회로(170)와 정류회로(170)의 커패시터에 따른 전압을 배터리에 따른 전압으로 변환하는 레귤레이터(180)가 배터리와 병렬로 연결된다. Referring to Figures 2 and 3, an inverter 130 that receives a power source (V link ) 110 and outputs an alternating voltage, and a current that senses the current between the power source (V link ) 110 and the inverter 130. The sensing circuit 120 and the transmitting coil 150 of the transmitting unit, which receives the alternating voltage from the inverter 130 and generates an induced electromotive force in the receiving coil 160 of the receiving unit, rectifies the induced current and transmits the output current to the capacitor. The rectifier circuit 170 for storing and the regulator 180 for converting the voltage according to the capacitor of the rectifier circuit 170 to the voltage according to the battery are connected in parallel with the battery.
전류 센싱 회로(120)는 최대출력전력 제어를 위한 주파수 스위핑 기법에 필요한 센싱 회로이며, 이때 전류 센싱은 도 3의 (a)와 같이 변류기(Current Transfomer; CT)를 이용하거나, 도 3의 (b)와 같이 센싱 저항과 증폭기를 활용하여 센싱할 수도 있고, 도 3의 (c)와 같이 홀 센서를 이용하여 입력전류를 센싱할 수 있다. The current sensing circuit 120 is a sensing circuit required for a frequency sweeping technique for controlling maximum output power. In this case, current sensing uses a current transformer (CT) as shown in (a) of FIG. 3 or (b) in FIG. 3. ), it is possible to sense using a sensing resistor and an amplifier, and the input current can be sensed using a Hall sensor, as shown in (c) of FIG. 3.
인버터(120)는 전원과 병렬로 연결된 제1 직렬 회로 및 제2 직렬 회로를 포함할 수 있다. 이때 제1 직렬 회로는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)가 직렬 연결된 회로일 수 있다. 그리고 제2 직렬 회로는 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4)가 직렬 연결된 회로일 수 있다. 또한 인버터(120)는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2) 사이의 접점과 제3 스위치(S3) 및 제4 스위치(S4) 사이의 접점간의 전압차를 송신부의 송신코일(150)의 입력전압으로 공급할 수 있다. 여기서 인버터(120)에 사용되는 스위치로는 모스펫(MOSFET) 스위치가 사용될 수 있다. 또한 각각의 스위치는 다이오드와 병렬 연결되어 있을 수 있다. 여기서 송신부의 송신 코일(150)의 회로는 인버터(130)에 의해 전달된 입력전압과 연결된다. 수신부의 수신코일(160)은 송신 코일(150)과 전자기적으로 커플링(이때 상호 인덕턴스를 M)으로 정의)되어 기전력이 유도되며 수신 커패시터가 직렬 연결되어 있을 수 있다. The inverter 120 may include a first series circuit and a second series circuit connected in parallel with a power source. At this time, the first series circuit may be a circuit in which the first switch (S 1 ) and the second switch (S 2 ) are connected in series. And the second series circuit may be a circuit in which the third switch (S 3 ) and the fourth switch (S 4 ) are connected in series. In addition, the inverter 120 transmits the voltage difference between the contact points between the first switch (S 1 ) and the second switch (S 2 ) and the contact points between the third switch (S 3 ) and the fourth switch (S 4 ). It can be supplied as the input voltage of the coil 150. Here, a MOSFET switch may be used as the switch used in the inverter 120. Additionally, each switch may be connected in parallel with a diode. Here, the circuit of the transmission coil 150 of the transmitter is connected to the input voltage delivered by the inverter 130. The receiving coil 160 of the receiving unit is electromagnetically coupled to the transmitting coil 150 (here, mutual inductance is defined as M) to induce electromotive force, and a receiving capacitor may be connected in series.
정류회로(170)는 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬 연결된 제1 정류회로 및 제3 다이오드(D3) 및 제4 다이오드(D4)가 직렬 연결된 제2 정류 회로를 포함할 수 있고, 제1 정류 회로 및 제2 정류 회로는 서로 병렬 연결될 수 있다. 또한 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2) 사이의 노드 및 제3 다이오드(D3) 및 제4 다이오드(D4) 사이의 노드를 통해 수신부에 유도된 전류가 유입될 수 있다. 또한 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2) 사이의 노드 및 제3 다이오드(D3) 및 제4 다이오드(D4) 사이의 상호간 전압차가 정류회로(170)에 대한 입력전압으로 인가될 수 있다. 이때 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2) 사이의 노드 및 제3 다이오드(D3) 및 제4 다이오드(D4) 사이의 노드 상호간 전압차는 송신측 공진회로의 출력전압 또는 송신측 출력 전압으로 지칭할 수 있다. 여기서 정류 회로(170)는 제1 정류 회로 및 /또는 제2 정류 회로로부터 정류된 전류를 제1 정류 회로 및 제2 정류회로와 병렬 연결된 커패시터에 저장할 수 있다. 한편 도 2에 따른 무선 충전 시스템의 회로는 반드시 도 2에 따른 구성으로 한정되는 것은 아니다. 또한 무선 충전 시스템은 송신측과 수신측을 회로도 관점에서 함께 도시한 것임을 명시한다. The rectifier circuit 170 includes a first rectifier circuit in which the first diode (D 1 ) and the second diode (D 2 ) are connected in series, and a second rectifier circuit in which the third diode (D 3 ) and the fourth diode (D 4 ) are connected in series. It may include a circuit, and the first rectifier circuit and the second rectifier circuit may be connected in parallel to each other. In addition, the induced current may flow into the receiver through the node between the first diode (D 1 ) and the second diode (D 2 ) and the node between the third diode (D 3 ) and the fourth diode (D 4 ). . In addition, the voltage difference between the node between the first diode (D 1 ) and the second diode (D 2 ) and the third diode (D 3 ) and the fourth diode (D 4 ) is the input voltage to the rectifier circuit 170. may be approved. At this time, the voltage difference between the nodes between the first diode (D 1 ) and the second diode (D 2 ) and the nodes between the third diode (D 3 ) and the fourth diode (D 4 ) is the output voltage of the transmitting side resonance circuit or the transmission It can be referred to as the side output voltage. Here, the rectifier circuit 170 may store the current rectified from the first rectifier circuit and/or the second rectifier circuit in a capacitor connected in parallel with the first rectifier circuit and the second rectifier circuit. Meanwhile, the circuit of the wireless charging system according to FIG. 2 is not necessarily limited to the configuration according to FIG. 2. In addition, it is specified that the wireless charging system shows the transmitting side and the receiving side together from a circuit diagram perspective.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 출력전력 제어부(230)의 내부 제어 회로를 나타낸 도면이다. Figure 4 is a diagram showing the internal control circuit of the output power control unit 230 of the wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
도 4의 출력전력 제어부(230)는 먼저 송신측 센싱 전류 i1을 통한 최대전력지점을 추정하고, 추정된 최대전력지점에 대응하기 위한 인버터의 주파수를 스위칭하여 최대출력전압을 보상하게 된다. 이를 위하여 출력 전력 제어부(230)는 센싱된 입력 전류(i1)를 증폭하는 연산 증폭기(OP AMP)(231)와, 연산 증폭기(231)로부터 출력되는 연속 파형을 불연속 파형으로 변환하여 표본화하고, 이 표본화된 결과를 일정시간 만큼 유지시키는 샘플/홀드 블록(232)과, 샘플/홀드 블록(232)에서 획득된 평균전류 정보를 주파수 스위핑 선택 블록(144)에 의하여 주파수 스위핑을 수행하고, 이 주파수 스위핑 수행에 의하여 최대출력지점을 추적하는 MPPT 블록(233)를 포함하며, 주파수 스위핑에 의하여 추적된 최대출력지점의 전류값에 따라 게이트 드라이버(236)에 연결되어 있는 인버터의 제1, 제2, 제3, 제4 스위치의 주파수를 바꿔주는 PFM(펄스 주파수 변조) 블록(235)으로 구성된다. The output power control unit 230 of FIG. 4 first estimates the maximum power point through the transmission-side sensing current i 1 and compensates for the maximum output voltage by switching the frequency of the inverter to correspond to the estimated maximum power point. To this end, the output power control unit 230 includes an operational amplifier (OP AMP) 231 that amplifies the sensed input current (i 1 ), converts the continuous waveform output from the operational amplifier 231 into a discontinuous waveform, and samples it. Frequency sweeping is performed using the sample/hold block 232, which maintains the sampled results for a certain period of time, and the frequency sweeping selection block 144 on the average current information obtained from the sample/hold block 232, and this frequency It includes an MPPT block 233 that tracks the maximum output point by performing sweeping, and the first, second, and second inverters connected to the gate driver 236 according to the current value of the maximum output point tracked by frequency sweeping. It consists of a PFM (pulse frequency modulation) block 235 that changes the frequencies of the third and fourth switches.
도 5는 도 4에 따른 MPPT 블록에서 이루어지는 송신측 센싱전류를 이용한 최대전력지점 추적을 위한 개념도로서, 그래프의 가로측은 스위칭 주파수를 나타내며, 세로축은 센싱된 송신측 전류(i1)와 입력전압(Vlink)의 함수인 입력전력을 나타내며, 이를 통해 획득된 평균전류 정보 i1은 최대출력지점추적(Maxximum Power Point Tracking) 블록(144)을 통해 가변하는 스위칭 주파수에 따라 가장 높은 전류값을 추적하게 된다. 이때 입력전압이 정전압임을 가정하면 높은 전류값을 가지는 지점이 최대출력지점을 대변하므로 주파수 스위핑을 통해 최대전류지점을 추종하여 인버터의 스위칭 주파수를 제어한다. 단 전기차량이 급전장치에 정차한 경우뿐만 아니라 주행 중인 경우에도 가능할 수 있다. FIG. 5 is a conceptual diagram for tracking the maximum power point using the transmitting side sensing current performed in the MPPT block according to FIG. 4. The horizontal side of the graph represents the switching frequency, and the vertical axis represents the sensed transmitting current (i 1 ) and the input voltage ( V link ) represents the input power as a function, and the average current information i 1 obtained through this tracks the highest current value according to the variable switching frequency through the Maximum Power Point Tracking block 144. do. At this time, assuming that the input voltage is a constant voltage, the point with the high current value represents the maximum output point, so the switching frequency of the inverter is controlled by tracking the maximum current point through frequency sweeping. However, this may be possible not only when the electric vehicle is stopped at a power supply device, but also when it is driving.
도 6은 도 2에 따른 레귤레이터의 구조를 나타낸 도면이다. FIG. 6 is a diagram showing the structure of the regulator according to FIG. 2.
도 6을 참조하면 본 발명의 레귤레이터는 송신부의 송신 코일과 수신부의 수신코일간의 정렬 상태와 다양한 부하변동에 대응가능하도록 레귤레이터를 구성할 수 있다. 레귤레이터의 토폴로지는 최종 배터리단의 충전프로파일에 입각하여 강압형, 승압형, 또는 승·강압형의 토폴로지가 다양하게 적용될 수 있다. Referring to FIG. 6, the regulator of the present invention can be configured to respond to various load changes and the alignment state between the transmitting coil of the transmitting unit and the receiving coil of the receiving unit. The topology of the regulator can be variously applied, such as step-down type, step-up type, or step-up/step-down type, based on the charging profile of the final battery stage.
도 7은 본 발명에 따른 송신측 공진기 구조를 나타낸 도면으로 송신측 공진기는 단일 혹은 멀티 코일(급전선로)(10)을 구비하고, 코일의 하단에 자기장에 의한 전력전달이 도 8에서 설명할 수신측 공진기에 집중되도록 페라이트 코어(11)가 구비된다. FIG. 7 is a diagram showing the structure of a transmitting side resonator according to the present invention. The transmitting side resonator is provided with a single or multiple coil (feed line) 10, and power transfer by a magnetic field at the bottom of the coil is performed as described in FIG. 8. A ferrite core 11 is provided to focus on the side resonator.
도 8은 본 발명에 따른 수신측 공진기 구조를 나타낸 도면으로 단일 혹은 멀티 코일(집전선로)(20)이 구비되고, 코일의 상부에는 자기장에 의한 전력전달이 용이하도록 페라이트 코어(21)가 구비된다. 수신측 코일(20)의 형상은 스퀘어 타입의 구조 이외에도 서큘러 타입의 코일 구조를 포함한다. 본 발명의 송·수신측 공진기는 최대출력제어가 용이하도록 부하상태에서는 50%이상의 Q값을 가지며, 무부하 상태에서는 50% 이하의 Q값을 가진다. Figure 8 is a diagram showing the structure of a receiving side resonator according to the present invention. A single or multiple coil (collection line) 20 is provided, and a ferrite core 21 is provided on the upper part of the coil to facilitate power transfer by a magnetic field. do. The shape of the receiving coil 20 includes a circular type coil structure in addition to a square type structure. The transmitting/receiving side resonator of the present invention has a Q value of 50% or more in a loaded state to facilitate maximum output control, and has a Q value of 50% or less in an unloaded state.
도 9는 본 발명에 따른 무선 충전을 위한 출력전력 제어 방법을 나타낸 순서도이다. Figure 9 is a flowchart showing a method for controlling output power for wireless charging according to the present invention.
먼저 급전장치로 집전장치를 구비한 차량이 진입한 한 경우, 기 설정된 주파수에 따라 급전장치의 출력전력이 송신되도록 한다(S110).First, when a vehicle equipped with a current collector enters the power feeder, the output power of the power feeder is transmitted according to a preset frequency (S110).
그리고 단계 S110의 이루어지는 과정에서 일정시간 동안 주파수 스위핑을 수행하면서 급전장치로의 입력 전류를 감지한다(S110). 여기서 급전장치로의 입력 전류는 앞서 설명한 바와 같이 입력 전압 소스와 인버터 사이의 전류 센싱 값이며 CT를 활용하거나 센싱 저항과 증폭기 또는 홀센서를 이용하여 센싱할 수 있다. And in the process of step S110, frequency sweeping is performed for a certain period of time and the input current to the power supply device is detected (S110). Here, the input current to the power supply device is the current sensing value between the input voltage source and the inverter, as explained previously, and can be sensed using CT or using a sensing resistor, amplifier, or Hall sensor.
이어서 단계 S110에서의 입력 전류 감지 결과에 기초하여 최대출력지점의 스위칭 주파수를 결정한다(S120).Next, the switching frequency of the maximum output point is determined based on the input current detection result in step S110 (S120).
그리고 단계 S120에서 결정된 스위칭 주파수로 급전장치를 동작시켜 출력전력을 제어한다(S130)Then, the output power is controlled by operating the power supply device at the switching frequency determined in step S120 (S130).
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described with limited examples and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalence of the patent claims to be described.
100: 무선충전 시스템
110: 입력전압 소스부
120: 전류 센싱부
130: 인버터부
140: 제어부
141: 급전장치 제어부
142: 저장부
143: 통신부
150: 송신부
160: 수신부
170: 정류부
180: 레귤레이터부
210: 급전 지시부
230: 출력 전력 제어부100: Wireless charging system
110: Input voltage source unit
120: Current sensing unit
130: Inverter unit
140: control unit
141: Power supply control unit
142: storage unit
143: Department of Communications
150: Transmitting unit
160: Receiving unit
170: Rectification unit
180: Regulator part
210: Power supply instruction unit
230: Output power control unit
Claims (8)
(a) 기 설정된 인버터부의 주파수에 따라 출력전력을 송신하도록 하는 단계;
(b) 일정시간 동안 상기 인버터부의 주파수 스위핑을 수행하면서 급전장치로의 입력 전류를 전류 센싱부에 의하여 감지하는 단계;
(c) 상기 단계 (b)에서의 입력 전류 감지 결과에 기초하여 최대출력지점의 스위칭 주파수를 결정하는 단계; 및
(d) 상기 단계 (c)에서 결정된 스위칭 주파수로 상기 인버터부를 동작시키는 단계를 포함하는 무선 충전을 위한 급전장치의 출력전력 제어 방법.As a method of controlling the output power of a power supply device for wireless charging,
(a) transmitting output power according to the preset frequency of the inverter unit;
(b) detecting input current to the power supply device by a current sensing unit while performing frequency sweeping of the inverter unit for a certain period of time;
(c) determining the switching frequency of the maximum output point based on the input current detection result in step (b); and
(d) A method of controlling the output power of a power supply device for wireless charging, including the step of operating the inverter unit at the switching frequency determined in step (c).
상기 단계 (a)는,
집전장치를 구비한 차량이 급전장치 위쪽에 정차한 경우에 수행되는 것
을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 급전장치의 출력전력 제어 방법.In claim 1,
In step (a),
Performed when a vehicle equipped with a current collector stops above the power supply device
A method for controlling the output power of a power supply device for wireless charging.
상기 단계 (c)에서 입력전압이 정전압일 경우 높은 전류값을 가지는 지점이 최대출력지점임으로 주파수 스위핑을 통해 최대전류지점을 추종하여 스위칭 주파수를 결정하는 것
을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 급전장치의 출력전력 제어 방법.In claim 1,
In step (c), if the input voltage is a constant voltage, the point with the high current value is the maximum output point, so the switching frequency is determined by tracking the maximum current point through frequency sweeping.
A method of controlling the output power of a power supply device for wireless charging.
일정시간 동안 인버터부의 주파수 스위핑을 수행하면서 상기 전류 센싱부의 입력 전류를 감지하고, 감지된 입력 전류 감지 결과에 기초하여 최대출력지점의 스위칭 주파수를 결정하며, 결정된 주파수로 상기 인버터부를 동작시키는 제어부
를 포함하는 무선 충전을 위한 급전장치의 출력전력 제어 장치.A current sensing unit provided between the input voltage source unit and the inverter unit to sense the input current between the input voltage source unit and the inverter unit; and,
A control unit that detects the input current of the current sensing unit while performing frequency sweeping of the inverter unit for a certain period of time, determines the switching frequency of the maximum output point based on the detected input current detection result, and operates the inverter unit at the determined frequency.
An output power control device of a power supply device for wireless charging, including a.
상기 전류 센싱부는 변류기를 이용하는 것
을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 급전장치의 출력전력 제어 장치.In claim 4,
The current sensing unit uses a current transformer.
An output power control device for a power supply for wireless charging.
상기 전류 센싱부는 센싱저항과 증폭기를 이용하는 것
을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 급전장치의 출력전력 제어 장치In claim 4,
The current sensing unit uses a sensing resistor and an amplifier.
Output power control device of a power supply for wireless charging, characterized by
상기 전류 센싱부는 홀 센서를 이용하는 것
을 특징으로 하는 무선
충전을 위한 급전장치의 출력전력 제어 장치.In claim 4,
The current sensing unit uses a Hall sensor.
wireless featuring
Output power control device for power supply for charging.
상기 인버터로부터 교류 전압을 입력받아 집전장치에 유도 기전력이 생성되도록 하는 송신부;
상기 입력 전압 소스부와 인버터부 사이에 구비되어 상기 입력 전압 소스부와 상기 인버터부 사이의 입력 전류를 센싱하는 전류 센싱부; 및,
일정시간 동안 상기 인버터부의 주파수 스위핑을 수행하면서 상기 전류 센싱부의 입력 전류를 감지하고, 이 입력 전류 감지 결과에 기초하여 최대출력지점의 스위칭 주파수를 결정하며, 결정된 주파수로 상기 인버터부를 동작시키는 제어부
를 포함하는 무선 충전을 위한 급전 장치.An inverter unit that receives direct current power from an electrically connected input voltage source unit and converts it into alternating current power according to a preset frequency;
a transmitting unit that receives alternating voltage from the inverter and generates induced electromotive force in a current collector;
a current sensing unit provided between the input voltage source unit and the inverter unit to sense an input current between the input voltage source unit and the inverter unit; and,
A control unit that detects the input current of the current sensing unit while performing frequency sweeping of the inverter unit for a certain period of time, determines the switching frequency of the maximum output point based on the input current detection result, and operates the inverter unit at the determined frequency.
A power supply device for wireless charging that includes a.
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| KR20230026573A (en) | 2023-02-27 |
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