KR20200033561A

KR20200033561A - Wireless Power Transmission Method and Apparatus

Info

Publication number: KR20200033561A
Application number: KR1020180112992A
Authority: KR
Inventors: 박유리; 장성재
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-03-30

Abstract

Disclosed is an efficient wireless power transmitter control method. According to an embodiment of the present invention, a wireless power transmitter comprises: a power supplier which performs direct current (DC) conversion of power applied from a power source and outputs the power; an inverter which converts the DC power outputted from the power supplier into alternating current (AC) power; a transmission antenna which wirelessly outputs the AC power outputted from the inverter; and a controller controlling the power supplier through PID control. The control unit receives a signal related to a power amount request from a power receiving device, and controls the power supplier based on a voltage value outputted from the power supplier and a signal related to the power amount request.

Description

Wireless Power Transmission Method and Apparatus

본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로서, 특히 효율적인 무선 전력 송신기의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to wireless power transmission, and particularly to a method for controlling an efficient wireless power transmitter.

일반적으로 무선충전 시스템에서의 송신전력은 무선 전력 수신기에 의해 제어된다. 무선 전력 수신기는 부하 크기를 변경시켜 신호를 변조할 수 있고, 무선 전력 송신기는 공진 탱크의 진폭 변화를 모니터링하여 신호를 복조한다. 이 때, 무선 전력 수신기는 전력의 세기를 조절하기 위한 제어오류값을 무선 전력 송신기에게 보낸다. 제어오류값은 수신하고자 하는 전력(또는 전압)과 현재 전력(또는 전압)의 차이값을 일정 레벨로 양자화 한 값이다. 송신기는 제어오류값을 받고 현재 공진 탱크에 흐르는 전류의 크기를 조절하여 전력의 크기를 제어한다.In general, transmission power in a wireless charging system is controlled by a wireless power receiver. The wireless power receiver can modulate the signal by changing the load size, and the wireless power transmitter monitors the amplitude change of the resonant tank to demodulate the signal. At this time, the wireless power receiver sends a control error value for adjusting the power intensity to the wireless power transmitter. The control error value is a value obtained by quantizing the difference between the power (or voltage) to be received and the current power (or voltage) to a certain level. The transmitter receives the control error value and controls the amount of power by adjusting the amount of current flowing through the resonant tank.

무선 전력 송신기에서 송신되는 전력량을 제어하기 위하여현재 송신 코일에 흐르는 전류량을 감지한다. 그러나 전력량을 제어하는 제어변수는 교류 전력을 생성하는 인버터의 입력 전압 값이기 때문에전류 값을 전압 값으로 변환하여야 한다.In order to control the amount of power transmitted by the wireless power transmitter, the current amount flowing through the transmitting coil is sensed. However, since the control variable that controls the amount of power is the input voltage value of the inverter that generates AC power, the current value must be converted to a voltage value.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 전력량 모니터링을 위한 값으로 전류 값 대신 전압 값을 이용하는 효율적인 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a control method of an efficient wireless power transmission apparatus using a voltage value instead of a current value as a value for monitoring the amount of power.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Will be able to.

본 발명은 무선 전력 송신 방법 및 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a method and apparatus for transmitting wireless power.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 전원으로부터 인가되는 전력을 직류 변환하여 출력하는 전력공급기, 상기 전력공급기로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터, 상기 인버터로부터 출력되는 교류 전력을 무선으로 출력하는 전송 안테나; 및 PID 제어를 통해 상기 전력공급기를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.Wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention is a power supply for converting and outputting the power applied from the power source to DC, an inverter for converting the DC power output from the power supply to AC power, AC power output from the inverter A transmission antenna for wirelessly outputting; And a controller that controls the power supply through PID control.

여기에서 상기 제어부는 전력 수신 장치로부터 전력량 요청에 관한 신호를 수신하고, 상기 전력공급기로부터 출력되는 전압 값 및 상기 전력량 요청에 관한 신호에 기초하여 상기 전력공급기를 제어할 수 있다.Here, the control unit may receive a signal related to a power amount request from a power receiving device, and control the power supply based on a voltage value output from the power supply and a signal related to the power amount request.

또한, 상기 제어기는 상기 전력량 요청에 관한 신호로부터 제어 에러 값을 획득하고, 상기 전력 공급기로부터 출력되는 전압 값과 상기 제어 에러 값을 비교하여 에러 값을 계산하고, 계산된 에러 값에 기초하여 상기 전력공급기 제어를 위한 신호를 생성할 수 있다.In addition, the controller obtains a control error value from the signal related to the power amount request, compares the voltage value output from the power supply with the control error value, calculates an error value, and based on the calculated error value, the power It is possible to generate a signal for supply control.

또한, 상기 제어기는 계산된 에러에 기초한 PID 연산을 통해 조정하고자 하는 듀티 레이트를 도출할 수 있다.In addition, the controller may derive a duty rate to be adjusted through PID operation based on the calculated error.

또한, 상기 제어부는 조정하고자 하는 듀티 레이트를 상기 전력공급기에 직접 전달할 수 있다. In addition, the control unit may directly transmit the duty rate to be adjusted to the power supply.

또한, 상기 제어기는 상기 전력공급기에서 출력되는 전압만으로 상기 전송 안테나에서 출력되는 전력 량을 제어할 수 있다.In addition, the controller can control the amount of power output from the transmission antenna only with the voltage output from the power supply.

본 발명은 무선 전력 송신기에서 출력되는 전력 량을 모니터링하기 위한 값으로 송신 코일에 흐르는 전류 값이 아닌, 인버터에 입력되는 전압 값을 사용하여 전압 제어 신호 생성에 있어서 별도의 전류/전압 값 변환의 단계가 필요 없다는 장점이 있다.The present invention is a value for monitoring the amount of power output from the wireless power transmitter. Instead of the current value flowing through the transmitting coil, using a voltage value input to the inverter, a separate current / voltage value conversion step in generating a voltage control signal It has the advantage of not needing.

따라서, 본 발명은 송신 코일에 흐르는 전류 값을 모니터링 값으로 사용하는 기존의 방법에 비해 전체 연산량이 적어 별도의 펄스 폭 변조 신호 제어기가 필요 없다는 장점이 있다.Therefore, the present invention has an advantage in that a separate pulse width modulated signal controller is not required because the total amount of computation is small compared to a conventional method using a current value flowing in a transmission coil as a monitoring value.

또한, 별도의 펄스 폭 변조 신호 제어기 없이 제어기가 바로 전압 제어를 위한 신호를 전력공급기로 전달하는 바, 충전 페이즈 외 다른 페이즈에서 충전을 위한 동작이 수행되는 것을 방지할 수 있다는 장점이 있다.In addition, since the controller directly transmits a signal for voltage control to a power supply without a separate pulse width modulated signal controller, there is an advantage of preventing an operation for charging in a phase other than the charging phase.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 무선 전력 전송 시스템상에서의 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.
도 4는 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 간의 데이터 송/수신 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 벅 부스트 변환기의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 PID 연산 과정을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 동작을 나타내는 흐름도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a method for controlling power transmission on a wireless power transmission system.
3 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure according to another embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a data transmission / reception process between a wireless power receiver and a wireless power transmitter.
5 is a block diagram for explaining the structure of a wireless power transmission apparatus.
6 is a configuration diagram for explaining the operation of the buck boost converter according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram illustrating a PID operation process according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical spirit of the present invention is not limited to some described embodiments, and may be implemented in various different forms, and within the technical spirit scope of the present invention, one or more of its components between embodiments may be used. It can be used by being selectively combined or substituted.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless specifically defined and described, can be generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. It can be interpreted as a meaning, and terms that are commonly used, such as predefined terms, may be interpreted by considering the contextual meaning of the related technology.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A,B,C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments, and are not intended to limit the present invention. In the present specification, a singular form may also include a plural form unless specifically stated in the phrase, and is combined with A, B, and C when described as "at least one (or more than one) of A and B, C". It can contain one or more of all possible combinations.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B,(a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.In addition, in describing the components of the embodiments of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the term is not limited to the nature, order, or order of the component.

그리고 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.And when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is connected directly to, coupled to or connected to the other component, as well as the component and its It may also include the case of 'connected', 'coupled' or 'connected' due to another component located between other components.

또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)" 으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.Further, when described as being formed or disposed in the "top (top) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) is one as well as when the two components are in direct contact with each other It also includes a case in which another component described above is formed or disposed between two components. In addition, when expressed as "up (up) or down (down)", it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one component.

실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다.In the description of the embodiment, a device equipped with a function for transmitting wireless power on a wireless charging system includes a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, and a transmitter for convenience of description. , The transmitting side, a wireless power transmission device, a wireless power transmitter, etc. will be used interchangeably.

또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.In addition, a wireless power receiving device, a wireless power receiver, a wireless power receiving device, a wireless power receiver, a receiving terminal, a receiving side, for convenience of description as an expression of a device equipped with a function for receiving wireless power from the wireless power transmitting device, A receiving device, a receiver, and the like can be used interchangeably.

본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수 도 있다.The transmitter according to the present invention may be configured in a pad shape, a cradle shape, an AP (Access Point) shape, a small base station shape, a stand shape, a ceiling buried shape, a wall-mounted shape, etc., and one transmitter is provided with a plurality of wireless power receiving devices. It can also transmit power.

이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기에서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무선 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.To this end, the transmitter may include at least one wireless power transmission means. Here, as the wireless power transmission means, various wireless power transmission standards based on an electromagnetic induction method that generates a magnetic field in the coil of the power transmitting end and charges it using the electromagnetic induction principle in which electricity is induced in the coil of the receiving end under the influence of the magnetic field may be used. .

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다.In addition, the receiver according to an embodiment of the present invention may be provided with at least one wireless power receiving means, or may simultaneously receive wireless power from two or more transmitters.

본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스를 포함하는 소형 전자 기기에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며, 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전기 가능한 기기라면 족하다.The receiver according to the present invention is a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a terminal for digital broadcasting, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player), navigation, MP3 player, electric It can be used in small electronic devices including wearable devices such as toothbrushes, electronic tags, lighting devices, remote controls, fishing floats, smart watches, but is not limited thereto, and equipped with a wireless power receiving means according to the present invention to enable battery charger devices It is enough.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the wireless charging system is largely composed of a wireless power transmitter 10 for wirelessly transmitting power, a wireless power receiver 20 for receiving the transmitted power, and an electronic device 30 receiving the received power. Can be.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.For example, the wireless power transmitting end 10 and the wireless power receiving end 20 may perform in-band communication for exchanging information using the same frequency band as the operating frequency used for wireless power transmission.

다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통싱을 수행할 수도 있다.As another example, the wireless power transmitting end 10 and the wireless power receiving end 20 perform out-of-band communication for exchanging information using a separate frequency band different from an operating frequency used for wireless power transmission. You can also do

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다.For example, information exchanged between the wireless power transmission end 10 and the wireless power reception end 20 may include control information as well as status information of each other.

인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.In-band communication and out-of-band communication may provide bidirectional communication, but are not limited thereto, and may also provide unidirectional communication or half-duplex communication.

일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다.For example, the unidirectional communication may be that the wireless power receiving end 20 transmits information only to the wireless power transmitting end 10, but is not limited thereto, and the wireless power transmitting end 10 sends information to the wireless power receiving end 20. It may be to transmit.

반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10)사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에서 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.In the half-duplex communication method, two-way communication between the wireless power receiving end 20 and the wireless power transmitting end 10 is possible, but there is a feature in that information can be transmitted by only one device at any one time.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다.The wireless power receiver 20 according to an embodiment of the present invention may acquire various status information of the electronic device 30.

일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전자기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.For example, the status information of the electronic device 30 may include current power usage information, information for identifying a running application, CPU usage information, battery charge status information, battery output voltage / current information, etc., but is not limited thereto. If not, it is sufficient as long as it can be obtained from the electronic device 30 and is applicable to wireless power control.

특히, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다.In particular, the wireless power transmitter 10 according to an embodiment of the present invention may transmit a predetermined packet indicating whether to support fast charging to the wireless power receiver 20.

도 2는 무선 전력 전송 시스템상에서의 전력 전송 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a method for controlling power transmission on a wireless power transmission system.

도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(210)는 무선 전력 송신기(220)로부터 교류 전력을 수신할 수 있다(S211).2, the wireless power receiver 210 may receive AC power from the wireless power transmitter 220 (S211).

무선 전력 수신기(210)는 수신된 전력의 세기에 기초하여 실제 제어 포인트(Actual Control Point)를 결정할 수 있다(S212).The wireless power receiver 210 may determine an actual control point based on the received power strength (S212).

또한, 무선 전력 수신기(210)는 요구 제어 포인트(Desired Control Point)를 선택할 수 있다(S213).Also, the wireless power receiver 210 may select a desired control point (S213).

여기서, 요구 제어 포인트는 해당 무선 전력 수신기(210)의 타입 및 전력 수신 등급에 기초하여 선택될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 요구 제어 포인트는 무선 전력 송신기(220)와의 소정의 협상 절차를 통해 동적으로 선택될 수 있다.Here, the request control point may be selected based on the type and power reception class of the corresponding wireless power receiver 210, but is not limited thereto, and the request control point is through a predetermined negotiation procedure with the wireless power transmitter 220. Can be dynamically selected.

무선 전력 수신기(210)는 결정된 실제 제어 포인트와 선택된 요구 제어 포인트에 기반하여 제어 오류 값을 산출할 수 있다(S214).The wireless power receiver 210 may calculate a control error value based on the determined actual control point and the selected request control point (S214).

무선 전력 수신기(210)는 제어 오류 값이 포함된 제어 오류 패킷을 생성하여 무선 전력 송신기(220)로 전송할 수 있다(S230).The wireless power receiver 210 may generate a control error packet including a control error value and transmit it to the wireless power transmitter 220 (S230).

일 예로, 무선 전력 송신기(220)는 인밴드 통신 신호를 복조하여 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값을 식별할 수 있다.For example, the wireless power transmitter 220 may demodulate the in-band communication signal to identify the control error value included in the control error packet.

무선 전력 송신기(220)는 송신 코일에 흐르는 전류의 세기를 측정하여 실제 송신 코일 전류를 결정할 수 있다(S221).The wireless power transmitter 220 may determine the actual transmit coil current by measuring the intensity of the current flowing through the transmit coil (S221).

무선 전력 송신기(220)는 제어 오류 패킷에 포함된 제어 오류 값과 결정된 실제 송신 코일 전류에 기반하여 새로운 송신 코일 전류를 결정할 수 있다(S222).The wireless power transmitter 220 may determine a new transmission coil current based on the control error value included in the control error packet and the determined actual transmission coil current (S222).

무선 전력 송신기(220)는 실제 송신 코일 전류가 결정된 새로운 송신 코일 전류에 수렵하도록 제어할 수 있다(S223).The wireless power transmitter 220 may control the actual transmission coil current to hunt with the determined new transmission coil current (S223).

이때, 무선 전력 송신기(220)는 현재 송신 코일에 흐르는 전류를 결정된 새로운 송신 코일 전류로 조절하기 위한 제어 방법을 결정할 수 있다. 여기서, 결정된 제어 방법에 따라 무선 전력 송신기(220)는 새로운 동작 포인트를 산출할 수 있다.At this time, the wireless power transmitter 220 may determine a control method for adjusting the current flowing through the current transmission coil to the determined new transmission coil current. Here, the wireless power transmitter 220 may calculate a new operation point according to the determined control method.

무선 전력 송신기(220)는 산출된 새로운 동작 포인트를 설정할 수 있다(S224).The wireless power transmitter 220 may set the calculated new operation point (S224).

무선 전력 송신기(220)는 설정된 새로운 동작 포인트에 따라 전력을 변환하여 무선 전력 수신기(210)로 전송할 수 있다(S225).The wireless power transmitter 220 may convert power according to the set new operation point and transmit it to the wireless power receiver 210 (S225).

도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 절차를 설명하기 위한 상태 천이도이다.3 is a state transition diagram for explaining a wireless power transmission procedure according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 송신기로부터 수신기로의 파워 전송은 크게 선택 단계(selecting phase, 310), 핑 단계(ping, phase, 320), 식별 및 구성 단계(identification and configuration phase, 330), 협상 단계(negotiation phase, 340), 보정 단계(calibration phase, 40350), 전력 전송 단계(power transfer phase, 360) 및 재협상 단계(renegotiation phase, 370)로 구분될 수 있다.Referring to Figure 3, the power transmission from the transmitter to the receiver is largely selected phase (selecting phase, 310), ping phase (ping, phase, 320), identification and configuration phase (identification and configuration phase, 330), negotiation phase ( It can be divided into a negotiation phase (340), a calibration phase (40350), a power transfer phase (360) and a renegotiation phase (370).

선택 단계(310)는 파워 전송을 시작하거나 파워 전송을 유지하는 동안 특정 오류 또는 특정 이벤트가 감지되면 천이되는 단계일 수 있다. 여기에서, 특정 오류 및 특정 이벤트에 관한 상세한 설명은 후술하기로 한다. 선택 단계(310)에서 송신기는 인터페이스 표면에 물체가 존재하는지를 모니터링할 수 있다.The selection step 310 may be a step of transitioning when a specific error or specific event is detected while starting power transmission or maintaining power transmission. Here, detailed descriptions of specific errors and specific events will be described later. In a selection step 310, the transmitter can monitor the presence of an object on the interface surface.

만약, 송신기가 인터페이스 표면에 물체가 놓여져 있는 것을 감지하는 경우, 핑 단계(320)로 천이할 수 있다. 선택 단계(310)에서 송신기는 매우 짧은 펄스의 아날로그 핑 신호를 전송하며, 송신 코일 또는 1차 코일의 전류 변화에 기반하여 인터페이스 표면의 활성 영역에 물체가 존재하는지를 감지할 수 있다.If the transmitter detects that an object is placed on the interface surface, it may transition to the ping step 320. In the selection step 310, the transmitter transmits a very short pulse analog ping signal, and detects whether an object is present in an active area of the interface surface based on a current change of the transmitting coil or the primary coil.

핑 단계(320)에서 송신기는 물체가 감지되면, 수신기를 활성화시키고, 수신기가 표준에 호환되는 수신기를 식별하기 위한 디지털 핑을 전송한다. 핑 단계(320)에서 송신기는 디지털 핑에 대한 응답 시그널(예를 들면, 신호 세기 패킷)을 수신기로부터 수신하지 못하면, 다시 선택 단계(310)로 천이할 수 있다.In ping step 320, the transmitter activates the receiver when an object is detected, and sends a digital ping to identify the receiver that is compliant with the standard. In the ping step 320, if the transmitter does not receive a response signal (eg, a signal strength packet) for the digital ping from the receiver, the transmitter may transition to the selection step 310 again.

또한, 핑 단계(320)에서 송신기는 수신기로부터 파워 전송이 완료되었음을 지시하는 신호(다시 말해서, 충전 완료 패킷)을 수신하며, 선택 단계(310)로 천이할 수도 있다.In addition, in the ping step 320, the transmitter receives a signal (that is, a charge complete packet) indicating that power transmission is completed from the receiver, and may transition to the selection step 310.

핑 단계(320)가 완료되면, 송신기는 수신기를 식별하고 수신기 구성 및 상태 정보를 수집하기 위한 식별 및 구성 단계(403)로 천이할 수 있다.When the ping step 320 is complete, the transmitter can transition to the identification and configuration step 403 to identify the receiver and collect receiver configuration and status information.

송신기는 식별 및 구성 단계(403)에서 수신된 구성 패킷의 협상 필드 값에 기반하여 협상 단계(340)로의 진입이 필요한지 여부를 확인할 수 있다.The transmitter may check whether entry into the negotiation step 340 is necessary based on the value of the negotiation field of the configuration packet received in the identification and configuration step 403.

확인 결과 협상이 필요하면, 송신기는 협상 단계(340)로 진입하여 이물질(Foreign Object, FO) 검출 절차를 수행할 수 있다. 반면에 협상이 필요하지 않은 경우, 송신기는 곧바로 전력 전송 단계(360)로 진입할 수 있다.If negotiation is required as a result of the verification, the transmitter may enter a negotiation step 340 to perform a foreign object (FO) detection procedure. On the other hand, if negotiation is not required, the transmitter can immediately enter the power transmission step 360.

협상 단계(340)에서, 송신기는 기준 품질 인자 값이 포함된 FOD(Foreign Object Detection) 상태 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 송신기는 기준 품질 인자 값에 기반하여 이물질 검출을 위한 임계치를 결정할 수 있다.In the negotiation step 340, the transmitter may receive a Foreign Object Detection (FOD) status packet including a reference quality factor value. At this time, the transmitter may determine a threshold value for detecting foreign substances based on the reference quality factor value.

송신기는 결정된 이물질 검출을 위한 임계치 및 현재 측정된 품질 인자 값을 이용하여 충전 영역에 이물질이 존재하는지를 검출할 수 있으며, 이물질 검출 결과에 따라 전력 전송을 제어할 수 있다. 일 예로, 이물질이 검출된 경우 전력 전송이 중단될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The transmitter may detect whether there is a foreign substance in the charging area using the determined threshold for detecting the foreign substance and the currently measured quality factor value, and may control power transmission according to the detection result of the foreign substance. For example, when foreign matter is detected, power transmission may be stopped, but is not limited thereto.

이물질이 검출된 경우, 송신기는 선택 단계(310)로 회귀할 수 있다. 반면 이물질이 검출되지 않은 경우 송신기는 보정 단계(40350)를 거쳐 전력 전송 단계(360)로 진입할 수도 있다.When a foreign object is detected, the transmitter may return to the selection step 310. On the other hand, if a foreign object is not detected, the transmitter may enter the power transmission step 360 through the correction step 40350.

상세하게 이물질이 검출되지 않은 경우, 송신기는 보정단계(40350)에서 수신단에 수신된 전력의 세기를 결정하고, 송신단에서 전송한 전력의 세기를 결정하기 위해 수신단과 송신단에서 전력 손실을 측정할 수 있다. 즉, 송신기는 보정 단계(40350)에서 송신단의 송신 파워와 수신단의 수신 파워 사이의 차이에 기반하여 전력 손실을 예측할 수 있다.In detail, when no foreign matter is detected, the transmitter may determine the strength of the power received at the receiving end in the correction step 40350, and measure the power loss at the receiving end and the transmitting end to determine the intensity of the power transmitted from the transmitting end. . That is, the transmitter may predict the power loss based on the difference between the transmission power of the transmitting end and the receiving power of the receiving end in the correction step 40350.

일 실시 예에 따른 송신기는 예측된 전력 손실을 반영하여 이물질 검출을 위한 임계치를 보정할 수도 있다.The transmitter according to an embodiment may correct a threshold for detecting a foreign object by reflecting the predicted power loss.

전력 전송 단계(340)에서 송신기는 원하지 않은 패킷이 수신되거나, 기 설정된 전력 전송 계약에 대한 위반이 발생하거나, 충전이 완료된 경우 선택 단계로 천이할 수 있다.In the power transmission step 340, the transmitter may transition to a selection step when an unwanted packet is received, a violation of a predetermined power transmission contract occurs, or charging is completed.

또한, 전력 전송 단계에서 송신기는 송신기 상태 변화에 따라 전력 전송 계약을 재구성할 필요가 있는 경우, 재협상 단계(370)로 천이할 수 있다. 이때, 재협상이 정상적으로 완료되면, 송신기는 전력 전송 단계(360)로 회귀할 수 있다.In addition, in the power transmission step, the transmitter may transition to the renegotiation step 370 if it is necessary to reconstruct the power transmission contract according to the change in the transmitter state. At this time, when the renegotiation is normally completed, the transmitter may return to the power transmission step 360.

상기한 전력 전송 계약은 송신기와 수신기의 상태 및 특성 정보에 기반하여 설정될 수 있다. 일 예로, 송신기 상태 정보는 최대 전송 가능한 파워에 대한 정보, 최대 수용 가능한 수신기 개수에 대한 정보를 포함할 수 있으며, 수신기 상태 정보는 요구 전력에 대한 정보를 포함할 수 있다.The above-described power transmission contract may be established based on status and characteristic information of the transmitter and receiver. For example, the transmitter status information may include information on the maximum transmittable power and the maximum number of receivers that can be accommodated, and the receiver status information may include information on the required power.

도 4는 무선 전력 수신기와 무선 전력 송신기 간의 데이터 송/수신 과정을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a data transmission / reception process between a wireless power receiver and a wireless power transmitter.

도 4에 도시된 바와 같이 무선 전력 송신기와 무선 전력 수신기간의 데이터 송수신 과정은 크게 식별 및 구성 페이즈(401), 협상 페이즈(403), 전력 전송 페이즈(407) 및 재협상 페이즈(407)로 구성된다.As illustrated in FIG. 4, the data transmission / reception process between the wireless power transmitter and the wireless power receiver is largely composed of an identification and configuration phase 401, a negotiation phase 403, a power transmission phase 407, and a renegotiation phase 407. .

식별 및 구성 페이즈(401)에서, 무선 전력 수신기가 식별 패킷(identification packet)을 무선 전력 송신기로 전송한다(S401). 식별 패킷은 버전 정보 또는 생산자 코드 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the identification and configuration phase 401, the wireless power receiver transmits an identification packet to the wireless power transmitter (S401). The identification packet may include at least one of version information or producer code information.

또한, 식별 및 구성 페이즈(401)에서, 무선 전력 수신기가 구성 패킷(configuration packet)을 무선 전력 송신기로 전송한다(S403). 구성 패킷은 전력 클래스 정보 또는 최대 전력 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 6은 구성 패킷의 일 실시 예를 나타낸다.In addition, in the identification and configuration phase 401, the wireless power receiver transmits a configuration packet to the wireless power transmitter (S403). The configuration packet may include at least one of power class information or maximum power information. 6 shows an embodiment of a configuration packet.

협상 페이즈(403)에서, 무선 전력 송신기는 무선 전력 송신기 능력(capability) 패킷을 무선 전력 수신기로 전송한다(S405). 일 실시 예에서, 무선 전력 송신기는 5W의 보증 전력 정보를 무선 전력 수신기로 전송할 수 있다. In the negotiation phase 403, the wireless power transmitter transmits a wireless power transmitter capability packet to the wireless power receiver (S405). In one embodiment, the wireless power transmitter may transmit 5W of guaranteed power information to the wireless power receiver.

협상 페이즈(403)에서, 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기 능력 패킷에 기초하여 특정 요구 패킷(specific request packet)을 전송한다(S407). 일 실시 예에서 무선 전력 수신기는 5W의 보증 전력을 무선 전력 송신기로 요청할 수 있다.In the negotiation phase 403, the wireless power receiver transmits a specific request packet based on the wireless power transmitter capability packet (S407). In one embodiment, the wireless power receiver may request the guaranteed power of 5W to the wireless power transmitter.

전력 전송 페이즈(407)에서 무선 전력 수신기는 CEP(Control Error Packet)을 무선 전력 송신기로 전송한다. CEP는 무선 전력 수신기가 수신하는전력량(특정 구성요소의 출력 전압/전류 등이 될 수 있다. 예를 들어 정류기의 전압)에 대하여 특정 비율의 전력량 증/감을 요청하는 메시지이다. CEP는 원하는 타겟 전력/전압/전류와 현재 값과의 차이를 일정 레벨로 양자화 한 값일 수 있다. CEP를 무선전력 송신기에 전송하여 무선 전력 송신기가 출력 전력을 제어함으로써 무선 전력 수신기는 원하는 특정의 전력량을 일정하게 수신할 수 있다. 무선 전력 송신기의 출력 전력 제어는 인버터 입력 전압, 인버터 스위칭 주파수, 인버터 스위칭 신호의 듀티비, 인버터 스위칭 신호간 페이즈를 제어하여 조절될 수 있다. In the power transmission phase 407, the wireless power receiver transmits a CEP (Control Error Packet) to the wireless power transmitter. The CEP is a message requesting a specific ratio of power increase / decrease for the amount of power received by the wireless power receiver (eg, the output voltage / current of a specific component, for example, the voltage of a rectifier). The CEP may be a value obtained by quantizing a difference between a desired target power / voltage / current and a current value at a certain level. By transmitting the CEP to the wireless power transmitter, the wireless power transmitter controls the output power, so that the wireless power receiver can constantly receive a specific amount of power desired. The output power control of the wireless power transmitter can be adjusted by controlling the inverter input voltage, the inverter switching frequency, the duty ratio of the inverter switching signal, and the phase between the inverter switching signals.

재협상 페이즈(407)에서 무선 전력 송신기는 다시 무선 전력 송신기 능력 패킷을 전송한다(S409). 일 실시 예에서 무선 전력 송신기는 15W의 게런티 전력 정보를 무선 전력 수신기로 전송할 수 있다.In the renegotiation phase 407, the wireless power transmitter again transmits a wireless power transmitter capability packet (S409). In one embodiment, the wireless power transmitter may transmit guarantee power information of 15W to the wireless power receiver.

재협상 페이즈(407)에서 무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기 능력 패킷에 기초하여 특정 요구 패킷(specific request packet)을 전송한다(S411). 일 실시 예에서 무선 전력 수신기는 12W의 보증 전력을 무선 전력 송신기로 요청할 수 있다.In the renegotiation phase 407, the wireless power receiver transmits a specific request packet based on the wireless power transmitter capability packet (S411). In one embodiment, the wireless power receiver may request the guaranteed power of 12W to the wireless power transmitter.

도 5는 무선 전력 송신 장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.5 is a block diagram for explaining the structure of a wireless power transmission apparatus.

도 5를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(500)는 제어기(510), 게이트 드라이버(520), 인버터(530), 전송 안테나(540), 전원(550), 전력공급기(560) 및 복조기(570)을 포함할 수 있다. 인버터(530)와 전송 안테나(540)을 통합하여 교류 전력 전송기(580)라 지칭한다.5, the wireless power transmission apparatus 500 includes a controller 510, a gate driver 520, an inverter 530, a transmission antenna 540, a power supply 550, a power supply 560 and a demodulator 570 ). The inverter 530 and the transmission antenna 540 are integrated and referred to as an AC power transmitter 580.

전력공급기(560)는 전원(550)으로부터 인가되는 전력을 변환하여 인버터(530)의 동작 전원을 공급할 수 있다. 일 예로, 전력공급기(560)는 전원(550)으로부터 인가되는 제1 직류전압(V_in)을 제2 직류 전압(브이 레일, V_rail)로 변환할 수 있다.The power supply 560 may convert power applied from the power 550 to supply operating power of the inverter 530. For example, the power supply 560 may convert the first DC voltage V_in applied from the power source 550 into a second DC voltage (V rail, V_rail).

다른 일 예로, 전력공급기(560)는 전원(550)으로부터 인가되는 제1 교류 전압을 정류한 후, 정류된 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환할 수도 있다. As another example, the power supply 560 may rectify the first AC voltage applied from the power source 550 and then convert the rectified DC voltage into a second DC voltage.

전력공급기(560)의 출력 직류 전압의 세기는 제어기(510)에 의해 제어될 수 있다.The intensity of the output DC voltage of the power supply 560 may be controlled by the controller 510.

제어기(510)가 전송 안테나(또는 송신 코일)(540)를 통해 전송되는 교류 전력을 세기를 제어하는 방법은 크게 3가지로 분류될 수 있다. The method of controlling the intensity of the AC power transmitted through the transmission antenna (or transmission coil) 540 by the controller 510 can be largely classified into three methods.

첫째로, 제어기(510)는 전력공급기(560)로부터 출력되는 직류 전압의 세기를 조절하여 전송 안테나(540)를 통해 송출되는 교류 전력의 세기를 제어할 수 있다.First, the controller 510 may control the intensity of the AC power transmitted through the transmission antenna 540 by adjusting the intensity of the DC voltage output from the power supply 560.

둘째로, 제어기(510)는 동작 주파수(operating frequency)를 제어하여 전송 안테나(540)를 통해 전송되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다. 예를 들어, 전송 안테나의 공진 주파수 또는 무선전력 수신기가 충전영역에 놓인 상태에서 전송 안테나의 셀프 공진 주파수에 근접하거나 멀어지게 동작 주파수를 제어하여 전력의 세기를 조절하는 것이다.Second, the controller 510 may control the operating frequency to adjust the intensity of AC power transmitted through the transmission antenna 540. For example, the intensity of power is controlled by controlling the operating frequency to be closer to or farther away from the self-resonance frequency of the transmitting antenna while the resonance frequency of the transmitting antenna or the wireless power receiver is placed in the charging area.

셋째로, 제어기(510)는 인버터(530)에 인가되는 복수의 PWM 신호(SC_0 ~ SC_N)의 위상을 제어하여 전송 안테나(540)를 통해 전송되는 교류 전력의 세기를 조절할 수도 있다.Third, the controller 510 may control the phases of the plurality of PWM signals SC_0 to SC_N applied to the inverter 530 to adjust the intensity of AC power transmitted through the transmission antenna 540.

제어기(510)는 무선 전력 수신기로부터 수신되는 전력 제어 신호(예를 들어제어 오류 패킷(Control Error Packet, CEP)을 포함함)에 기반하여 동작 점을 결정할 수 있다.The controller 510 may determine an operation point based on a power control signal (for example, a control error packet (CEP)) received from the wireless power receiver.

제어기(510)는 결정된 동작 점에 따라 소정 제어 신호를 하부 모듈로 전송하여 전송 안테나(540)를 통해 전송되는 교류 전력의 세기를 동적으로 조절할 수 있다. 여기에서, 하부 모듈은 전력공급기(560)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The controller 510 may dynamically adjust the intensity of AC power transmitted through the transmission antenna 540 by transmitting a predetermined control signal to the lower module according to the determined operation point. Here, the lower module may include a power supply 560, but is not limited thereto.

일 예로, 동작 점은 전력 공급기(560)의 출력 전압 조절에 필요한 제1 동작 파라메터, 동작 주파수에 상응하는 제2 동작 파라메터 및 인버터(530)로 공급되는 복수의 PWM 신호(SC_0 ~ SC_N)의 위상에 상응하는 제3 동작 파라메터 중 적어도 하나의 파라메터에 기반하여 결정될 수 있다.As an example, the operation point is a phase of a plurality of PWM signals SC_0 to SC_N supplied to the inverter 530 and a first operation parameter corresponding to the operation frequency, a second operation parameter corresponding to the operation frequency, which is required to adjust the output voltage of the power supply 560 It may be determined based on at least one of the third operating parameters corresponding to.

제어기(510)는 교류 신호 생성을 위해 인버터(530)에 구비된 복수의 스위치로 복수의 PWM 신호를 생성하여 제공할 수 있다. 이때, 제어기(510)의 복수의 PWM 신호(다시 말해서, 인버터 제어 신호)에 대한 위상을 제어할 수 있다.The controller 510 may generate and provide a plurality of PWM signals with a plurality of switches provided in the inverter 530 for generating an AC signal. At this time, the phases of the plurality of PWM signals (that is, the inverter control signals) of the controller 510 may be controlled.

이하, 설명의 편의를 위해, 전력 공급기(560)로부터 인버터(530)에 공급되는 직류 전압을 인버터 입력 전압, 인버터 동작 전압, 인버터 구동 전압 또는 브이 레일로 혼용하여 지칭하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description, the DC voltage supplied from the power supply 560 to the inverter 530 will be referred to as an inverter input voltage, an inverter operating voltage, an inverter driving voltage, or a V rail.

전력공급기(560)는 전원(550)으로부터 인가되는 전력의 타입에 따라 교류/직류 변환기(AC/DC converter) 및 직류/직류 변환기(DC/DC converter) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 추가적으로 전력공급기(560)는 제어기(510)에 의해 제어되는 펄스 폭 변조 신호 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다.The power supply 560 may include at least one of an AC / DC converter and a DC / DC converter according to the type of power applied from the power source 550. Additionally, the power supply 560 may further include a pulse width modulated signal controller (not shown) controlled by the controller 510.

구체적인 실시 예에서, 전원(550)으로부터 인가되는 전력의 타입이 교류인 경우, 직류/직류 변환기의 전단에 교류/직류 변환기가 배치될 수 있다. 여기에서 직류/직류 변환기는 벅 부스트 변환기일 수 있다.In a specific embodiment, when the type of power applied from the power source 550 is AC, an AC / DC converter may be disposed at the front end of the DC / DC converter. Here, the DC / DC converter may be a buck boost converter.

일 실시 예에서, 벅 부스트 변환기는 제어기(510)의 제어 신호에 따라 벅 모드 및 부스트 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기로 전송해야 할 전력이 제1 전력 미만인 경우 제어기(510)는 벅 부스트 변환기가 벅 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 반면에, 무선 전력 수신기로 전송해야 할 전력이 제1 전력 이상인 경우, 제어기(510)는 벅 부스트 변환기가 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.In one embodiment, the buck boost converter may operate in either a buck mode or a boost mode according to a control signal from the controller 510. For example, when the power to be transmitted to the wireless power receiver is less than the first power, the controller 510 may control the buck boost converter to operate in the buck mode. On the other hand, when the power to be transmitted to the wireless power receiver is greater than or equal to the first power, the controller 510 may control the buck boost converter to operate in the boost mode.

또 다른 일 실시 예에서, 벅 부스트 변환기는 제어기(510)의 제어 신호에 따라 벅 모드, 부스트 모드 및 벅-부스트 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다. 일 예로, 무선 전력 수신기로 전송해야 할 전력이 제1 전력 미만인 경우, 제어기(510)는 벅 부스트 변환기가 벅 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 만약, 무선 전력 수신기로 전송해야 할 전력이 제2 전력을 초과하는 경우, 제어기(510)는 벅 부스트 변환기가 부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 여기에서 제2 전력은 제1 전력보다 큰 값이다. 또한, 무선 전력 수신기로 전송해야할 전력이 제1 전력 이상 제2 전력 이하인 경우, 제어기(510)는 벅 부스터가 벅-부스트 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. In another embodiment, the buck boost converter may operate in one of a buck mode, a boost mode, and a buck-boost mode according to a control signal from the controller 510. For example, when the power to be transmitted to the wireless power receiver is less than the first power, the controller 510 may control the buck boost converter to operate in the buck mode. If the power to be transmitted to the wireless power receiver exceeds the second power, the controller 510 may control the buck boost converter to operate in the boost mode. Here, the second power is a larger value than the first power. In addition, when the power to be transmitted to the wireless power receiver is equal to or less than the first power and the second power, the controller 510 may control the buck booster to operate in a buck-boost mode.

일 예로, 전력 공급기(560)는 스위칭 모드 전력 공급기(Switching Mode Power Supply, SMPS)일 수 있으며, 스위칭 트랜지스터, 필터 및 정류기 등을 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위치 제어 방식을 사용할 수 있다. 여기에서 정류기 및 필터가 독립적으로 구성되어 AC 전원과 SMPS 사이에 배치될 수도 있다.For example, the power supply 560 may be a switching mode power supply (SMPS), and a switch control method that converts AC power to DC power using a switching transistor, filter, and rectifier may be used. . Here, the rectifier and the filter may be independently configured to be disposed between the AC power supply and the SMPS.

SMPS는 반도체 스위치 소자의 온/오프(on/off) 시간 비율을 제어하여 출력이 안정화된 직류 전원을 디바이스 또는 회로 소자에 공급하는 전원 장치로서, 고효율, 소형 및 경량화가 가능하며 대부분의 전자기기 및 장비에 널리 사용되고 있다.SMPS is a power supply device that controls the on / off time ratio of a semiconductor switch element to supply a stabilized DC power supply to a device or circuit element. High efficiency, small size and light weight are possible. It is widely used in equipment.

일 실시 예에 따른 제어기(510)는 전력 공급기(560)가 스위칭 모드 전력 공급기인 경우, 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 PWM 신호의 듀티를 제어하여 전송 안테나(540)에 흐르는 전류의 세기를 제어할 수 있다.The controller 510 according to an embodiment may control the intensity of the current flowing through the transmission antenna 540 by controlling the duty of the PWM signal for controlling the switching transistor when the power supply 560 is a switching mode power supply. have.

전원의 품질에 따라 전자 회로 동작의 안정성이나 정밀도가 좌우되는 경우가 많을 수 있다. 일반적으로 배터리 및 상용 AC 전원으로부터 안정적 전원을 변환하여 공급하는 방식에는 크게 선형 제어(series regulator) 방식과 스위치 모드(switched mode) 방식이 있다. 또 다른 예로, 전력공급기(560)는 가변 SMPS(Variable Switching Mode Power Supply)가 사용될 수 있다.In many cases, the stability or precision of the operation of the electronic circuit depends on the quality of the power supply. In general, there are two types of a method of converting and supplying stable power from a battery and commercial AC power, and there are a series regulator method and a switched mode method. As another example, the variable power supply 560 may be a variable SMPS (Variable Switching Mode Power Supply).

가변 SMPS는 교류전원으로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 스위칭 및 정류하여 DC 전압을 생성한다. 가변 SMPS는 일정한 레벨의 DC전압을 출력하거나 제어기(510)의 소정 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수도 있다.The variable SMPS generates DC voltage by switching and rectifying AC voltage in the tens of Hz band output from the AC power source. The variable SMPS may output a DC voltage of a constant level or adjust the output level of the DC voltage according to a predetermined control of the controller 510.

가변 SMPS는 무선 전력 송신기의 전력 증폭기가 항상 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 전력 증폭기(즉, 인버터(530))의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대 효율을 유지하게 할 수도 있다.The variable SMPS controls the supply voltage according to the output power level of the power amplifier (i.e., inverter 530) so that the power amplifier of the wireless power transmitter always operates in a highly efficient saturation region, thereby maximizing efficiency at all output levels. You can also keep it.

가변 SMPS 대신에 일반적으로 사용되는 상용 SMPS를 사용하는 경우에는, 추가적으로 가변 DC/DC 변환기를 사용할 수 있다. 상용 SMPS와 가변 DC/DC 변환기는 전력 증폭기가 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 전력 증폭기의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대 효율을 유지하게 할 수 있다.If a commercially available SMPS is used instead of the variable SMPS, an additional variable DC / DC converter can be used. Commercial SMPS and variable DC / DC converters can control the supply voltage according to the output power level of the power amplifier so that the power amplifier can operate in a highly efficient saturation region, thereby maintaining maximum efficiency at all output levels.

인버터(530)는 게이트 드라이버(520)를 통해 수신되는 수 Hz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호(즉, 인버터 스위치 제어를 위한 펄스 폭 변조 신호)에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압(V_rail)을 AC 전압으로 변환시킴으로써 전송 안테나(540)를 통해 전송할 교류 전력 신호를 생성할 수 있다.The inverter 530 converts the DC voltage (V_rail) of a constant level to the AC voltage by a switching pulse signal (ie, a pulse width modulated signal for controlling the inverter switch) in the range of several Hz to tens of MHz received through the gate driver 520. By converting to the AC power signal to be transmitted through the transmission antenna 540 can be generated.

게이트 드라이버(520)는 제어기(510)로부터 펄스 폭 변조 신호가 수신되면 인버터(530)에 포함된 복수의 스위치의 구동에 요구되는 적정한 전압으로 증폭할 수 있다. 즉, 게이트 드라이버(520)는 인버터(530)에 입력되는 펄스 폭 변조 신호가 적정한 구동 전압을 가지도록 증폭시키는 버퍼의 기능을 수행할 수 있다.When the pulse width modulated signal is received from the controller 510, the gate driver 520 may amplify to an appropriate voltage required for driving a plurality of switches included in the inverter 530. That is, the gate driver 520 may function as a buffer that amplifies the pulse width modulated signal input to the inverter 530 to have an appropriate driving voltage.

이하, 설명의 편의를 위해 교류 전력 신호를 생성하기 위해 인버터 스위치로 입력되는 펄스 폭 신호를 인버터 제어 신호 또는 인버터 스위치 제어 신호라 명하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description, the pulse width signal input to the inverter switch to generate the AC power signal will be referred to as an inverter control signal or an inverter switch control signal.

인버터(530)가 하프 브릿지 회로를 포함하는 경우, N은 1이고, 인버터(530)가 풀 브릿지 회로를 포함하는 경우, N은 3일 수 있다. 동작 주파수는 미리 고정된 값으로 설정될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 제어기(510)는 결정된 동작 점에 따라 동적으로 동작 주파수를 결정할 수도 있다.When the inverter 530 includes a half bridge circuit, N is 1, and when the inverter 530 includes a full bridge circuit, N may be 3. The operating frequency may be set to a fixed value in advance, but this is only one embodiment, and the controller 510 according to another embodiment may dynamically determine the operating frequency according to the determined operating point.

일 실시 예에 따른 제어기(510)는 복조된 피드백 신호에 기반하여 전송 전력의 조절 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 동작 주파수를 제어하여 전송 안테나(540)를 통해 전송되는 교류 전력 신호의 세기를 조절할 수도 있다.The controller 510 according to an embodiment determines whether to adjust the transmission power based on the demodulated feedback signal, and controls the operating frequency according to the determination result to determine the strength of the AC power signal transmitted through the transmission antenna 540. You can also adjust.

또한, 제어기(510)는 복조된 피드백 신호에 기반하여 전송 전력의 조절 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 동작 주파수를 제어하여 전송 안테나(540), 즉 송신 코일, 을 통해 흐르는 전류의 세기를 조절할 수도 있다.In addition, the controller 510 determines whether to adjust the transmission power based on the demodulated feedback signal, and controls the operating frequency according to the determination result to adjust the intensity of the current flowing through the transmission antenna 540, that is, the transmission coil. It might be.

도 8의 실시 예에 있어서, 인버터(530)가 4개의 스위치를 포함하는 풀 브릿지 회로를 포함하는 경우, 인버터(530)는 구비된 각각의 스위치를 제어하기 위한 4개 PWM 신호(SC_0, SC_1, SC_2, SC_3)를 게이트 드라이버(520)를 통해 수신할 수 있다.In the embodiment of FIG. 8, when the inverter 530 includes a full bridge circuit including four switches, the inverter 530 includes four PWM signals SC_0, SC_1, for controlling each switch provided. SC_2 and SC_3) may be received through the gate driver 520.

이때, PWM 신호(SC_0, SC_1, SC_2, SC_3)는 제어기(510)에 의해 생성된 후 게이트 드라이버(520)에 제공되면 적절한 구동 전압으로 증폭된 후 인버터(530)에 공급될 수 있다.At this time, the PWM signals SC_0, SC_1, SC_2, and SC_3 are generated by the controller 510 and then provided to the gate driver 520, then amplified to an appropriate driving voltage and then supplied to the inverter 530.

도 8의 실시 예에 있어서, 인버터(530)가 2개의 스위치를 포함하는 하프 브릿지 회로를 포함하는 경우, 인버터(530)는 각각의 스위치를 제어하기 위한 2개의 PWM 신호(SC_0, SC_1)를 게이트 드라이버(520)를 통해 수신할 수 있다.In the embodiment of FIG. 8, when the inverter 530 includes a half-bridge circuit including two switches, the inverter 530 gates two PWM signals SC_0 and SC_1 for controlling each switch. It can be received through the driver 520.

전송 안테나(540)는 인버터(530)에서 출력되는 교류 전력 신호를 무선으로 전송하기 위한 LC 공진 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서 LC 공진 회로는 하나의 송신 코일을 포함할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 LC 공진 회로는 복수의 송신 코일을 포함하여 구성될 수 있다.The transmission antenna 540 may include an LC resonance circuit for wirelessly transmitting an AC power signal output from the inverter 530. Here, the LC resonance circuit may include one transmission coil, but this is only one embodiment, and the LC resonance circuit according to another embodiment may include a plurality of transmission coils.

전송 안테나(540)는 캐패시터와 인덕터가 직렬로 연결된 상기 LC 공진 회로뿐만 아니라 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로를 더 포함하여 구성될 수 있다.The transmission antenna 540 may further include a matching circuit for impedance matching as well as the LC resonance circuit in which a capacitor and an inductor are connected in series.

또한, 전송 안테나(540)에 복수의 송신 코일이 구비되는 경우, 전송 안테나(540)는 복수의 송신 코일 중 실제 해당 무선 전력 수신기로의 전력 전송에 사용될 송신 코일을 선택하기 위한 코일 선택 회로를 더 포함하여 구성될 수도 있다.In addition, when a plurality of transmission coils are provided in the transmission antenna 540, the transmission antenna 540 further includes a coil selection circuit for selecting a transmission coil to be used for actually transmitting power to the corresponding wireless power receiver among the plurality of transmission coils. It may be configured to include.

본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 제어기(510)와 연결된 센서(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이때, 센서는 인버터(530)에/로부터 입력/출력되는 전력의 세기 또는(및) 송신 코일에 흐르는 전류의 세기, 무선 전력 송신기의 내부 특정 위치에서의 온도를 측정하기 위한 각종 센싱 회로를 포함하여 구성될 수 있다.The wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention may further include a sensor (not shown) connected to the controller 510. At this time, the sensor includes various sensing circuits for measuring the intensity of the power input / output to / from the inverter 530 or (and) the intensity of the current flowing in the transmission coil, and the temperature at a specific location inside the wireless power transmitter. Can be configured.

여기에서, 센서에 의해 센싱된 정보는 제어기(510)로 전달될 수 있으며, 제어기(510)는 센싱 정보에 기초하여 무선 전력 송신기의 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 센서에 의해 측정된 온도가 기준치를 초과하거나 특정 위치에서 측정된 전압 또는 전류의 세기가 소정 기준치를 초과하는 경우, 제어기(510)는 전송 전력의 세기를 낮추거나 전력 전송을 일시 중단하도록 제어할 수도 있다.Here, the information sensed by the sensor may be transmitted to the controller 510, and the controller 510 may control the operation of the wireless power transmitter based on the sensing information. For example, when the temperature measured by the sensor exceeds a reference value or the intensity of the voltage or current measured at a specific location exceeds a predetermined reference value, the controller 510 lowers the strength of the transmission power or temporarily interrupts the power transmission. You can also control.

또한, 센서는 아날로그 핑이 전송되는 동안 송신 코일을 흐르는 전류의 세기를 측정하여 제어기(510)에 전달할 수 있다.Also, the sensor may measure the intensity of the current flowing through the transmitting coil while the analog ping is being transmitted and transmit it to the controller 510.

또한, 제어기(510)는 선택 단계에서 송신 코일에 흐르는 전력의 세기 정보와 소정 기준치를 비교하여 충전 영역에 배치된 물체의 존재 여부를 감지할 수 있다. In addition, the controller 510 may detect the presence or absence of an object disposed in the charging area by comparing power intensity information flowing in the transmitting coil with a predetermined reference value in the selection step.

무선 전력 송신기(500)가 무선 전력 수신기와 인밴드 통신을 수행하는 경우, 무선 전력 송신기(500)는 전송 안테나(540)와 연결된 복조기(580)를 포함할 수 있다.When the wireless power transmitter 500 performs in-band communication with the wireless power receiver, the wireless power transmitter 500 may include a demodulator 580 connected to the transmission antenna 540.

복조기(580)는 인밴드 신호를 복조하여 제어기(510)에 전달할 수 있다.The demodulator 580 can demodulate and transmit the in-band signal to the controller 510.

본 발명의 일 실시 예에 따른 복조기(570)는 제어기(510)로부터 수신되는 구형파 신호를 이용하여 무선 전력 수신기에 의해 전송된 피드백 신호를 복조할 수 있다. 여기에서, 구형파 신호는 인버터(530)로 공급되는 인버터 제어 신호를 이용하여 생성될 수 있다. 일 예로, 구형파 신호는 인버터(530)로 인가되는 펄스 폭 변조 신호 SC_0 내지 SC_N 중 SC_0 일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계에 따라 인버터 제어 신호들 중 다른 펄스 폭 변조 신호가 이용될 수도 있다.The demodulator 570 according to an embodiment of the present invention may demodulate a feedback signal transmitted by a wireless power receiver using a square wave signal received from the controller 510. Here, the square wave signal may be generated using an inverter control signal supplied to the inverter 530. For example, the square wave signal may be SC_0 among the pulse width modulation signals SC_0 to SC_N applied to the inverter 530, but is not limited thereto, and other pulse width modulation signals among inverter control signals may be used according to the design of a person skilled in the art. It might be.

무선 전력 수신기는 수신 코일을 통해 수신되는 교류 신호의 전압 또는 전류의 진폭을 구비된 스위치를 이용하여 변화시키는 진폭 변조 기법을 통해 피드백 신호를 무선 전력 송신기로 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기는 전송 안테나(540)상의 진폭 변조 신호를 복조하여 피드백 신호를 획득할 수 있다. 일 예로, 제어기(510)는 복조기(580)로부터 수신된 복조 신호에 기반하여 신호 세기 지시자의 수신 여부를 확인할 수 있다.The wireless power receiver may transmit the feedback signal to the wireless power transmitter through an amplitude modulation technique that changes the amplitude of the voltage or current of the AC signal received through the receiving coil using a switch. The wireless power transmitter may obtain a feedback signal by demodulating the amplitude modulated signal on the transmission antenna 540. For example, the controller 510 may check whether the signal strength indicator is received based on the demodulation signal received from the demodulator 580.

제어기(510)는 선택 단계에서 충전 영역에 배치된 물체를 감지하면 핑 단계로 진입하여 전송 안테나(540)를 통해 디지털 핑이 전송되도록 제어할 수 있다. 제어기(510)는 핑 단계에서 신호 세기 지시자의 수신이 확인되면, 디지털 핑 전송을 중단하고 식별 및 구성 단계로 진입할 수 있다.When the controller 510 detects an object disposed in the charging area in the selection step, the controller 510 may enter the ping step and control the digital ping to be transmitted through the transmission antenna 540. When the reception of the signal strength indicator is confirmed in the ping step, the controller 510 may stop the digital ping transmission and enter the identification and configuration step.

본 발명에 따른 제어기(510)는 전력 전송 단계에서 전력 전송 종료 패킷이 수신되면, 전력 전송을 중단하고, 선택 단계로 진입할 수 있다.When the power transmission end packet is received in the power transmission step, the controller 510 according to the present invention may stop power transmission and enter the selection step.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 벅 부스트 변환기의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.6 is a configuration diagram for explaining the operation of the buck boost converter according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 벅 부스트 변환기(600)는 제1 회로(610), 제2 회로(620) 및 공통 인덕터(630)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6, the buck boost converter 600 may include a first circuit 610, a second circuit 620, and a common inductor 630.

도 9에 도시된 바와 같이, 공통 인덕터(630)는 제1 회로(610)와 제2 회로(620) 사이에 배치되며, 제1 회로(610)와 제2 회로(620)에 전기적으로 연결될 수 있다.As shown in FIG. 9, the common inductor 630 is disposed between the first circuit 610 and the second circuit 620 and can be electrically connected to the first circuit 610 and the second circuit 620. have.

제1 회로(610)는 입력 전압(V_in) 이하로 출력 전압(V_rail)을 변환하는 감압 회로를 포함하고, 제2 회로(620)는 입력 전압 이상으로 출력 전압을 변환하는 승압 회로를 포함할 수 있다.The first circuit 610 may include a step-down circuit that converts the output voltage V_rail to an input voltage V_in or less, and the second circuit 620 may include a step-up circuit that converts the output voltage to an input voltage or higher. have.

제1 회로(610)는 제1 신호(640)에 따라 감압의 정도가 조정되고, 제2 회로(620)는 제2 신호(650)에 따라 승압의 정도가 조정될 수 있다. 여기에서, 제1 신호(640) 및 제2 신호(650)는 상기한 도 8의 제어기(510)으로부터 수신되거나, 제어기(510)에 의해 제어되는 펄스 폭 변조 신호 제어기로부터 수신되는 펄스 폭 변조 신호일 수 있다.The first circuit 610 may adjust the degree of decompression according to the first signal 640, and the second circuit 620 may adjust the degree of boosting according to the second signal 650. Here, the first signal 640 and the second signal 650 may be a pulse width modulation signal received from the controller 510 of FIG. 8 or a pulse width modulation signal controller controlled by the controller 510. You can.

제어기(510)는 제1 신호(640) 및 제2 신호(650)의 레벨 및 듀티 레이트를 제어하여 제2 회로(620)을 통해 출력되는 전압, 다시 말해서, 벅 부스트 변환기(600)의 출력 전압인 브이 레일을 제어할 수 있다.The controller 510 controls the level and duty rate of the first signal 640 and the second signal 650 to output the voltage through the second circuit 620, that is, the output voltage of the buck boost converter 600 In-V rail can be controlled.

여기에서, 제1 신호(640) 및 제2 신호(650)의 레벨은 제1 레벨인 "HIGH" 레벨과 제2 레벨인 "LOW" 레벨로 구분될 수 있다.Here, the levels of the first signal 640 and the second signal 650 may be divided into a "HIGH" level that is a first level and a "LOW" level that is a second level.

일 예로, 제1 신호(640)의 레벨이 "HIGH"이면, 제1 회로(610) 내 구비된 스위치가 단락되고, 제1 신호(640)의 레벨이 "LOW" 이면, 제1 회로(610) 내 구비된 스위치가 개방될 수 있다.For example, when the level of the first signal 640 is "HIGH", the switch provided in the first circuit 610 is shorted, and when the level of the first signal 640 is "LOW", the first circuit 610 ) The switch provided within may be opened.

또한, 제2 신호(650)의 레벨이 "HIGH"이면, 제2 회로(620) 내 구비된 스위치가 단락되고, 제2 신호(650)의 레벨이 "LOW"이면, 제2 회로(630) 내 구비된 스위치가 개방될 수 있다.In addition, when the level of the second signal 650 is “HIGH”, the switch provided in the second circuit 620 is shorted, and when the level of the second signal 650 is “LOW”, the second circuit 630. My equipped switch can be opened.

만약, 제1 신호(640)의 레벨이 "HIGH" 상태로 유지되면, 벅 부스트 변환기(600)는 부스트 모드로 동작하여 입력 전압(V_in)보다 큰 전압을 출력할 수 있다. 이때, 출력 전압의 세기는 제2 신호(650)의 듀티 레이트에 비례하여 결정될 수 있다. If the level of the first signal 640 is maintained in the "HIGH" state, the buck boost converter 600 may operate in the boost mode and output a voltage greater than the input voltage V_in. In this case, the intensity of the output voltage may be determined in proportion to the duty rate of the second signal 650.

일 예로, 부스트 모드에서 벅 부스트 변환기(600)의 출력 전압은 최대로 입력 전압(V_in)의 대략 2배까지 증폭될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 당업자의 설계에 따라 승압레벨은 달라질 수 있다.For example, in the boost mode, the output voltage of the buck boost converter 600 may be amplified up to approximately twice the input voltage V_in, but is not limited thereto, and the boosting level may vary according to the design of a person skilled in the art .

예를 들어, 입력 전압의 세기가 13V이고, 벅 부스터(600)가 부스트 모드로 동작하는 경우, 제2 신호(650) 제어를 통한 벅 부스터(600)의 최대 출력 전압은 25V일 수 있다. 여기서, 벅 부스터(600)의 출력 전압이 25V일 때, 무선 전력 송신 기는 해당 무선 전력 수신기에 15W 충전을 제공할 수 있다.For example, when the intensity of the input voltage is 13V and the buck booster 600 operates in the boost mode, the maximum output voltage of the buck booster 600 through the control of the second signal 650 may be 25V. Here, when the output voltage of the buck booster 600 is 25V, the wireless power transmitter may provide 15W charging to the corresponding wireless power receiver.

반면, 제2 신호(650)의 레벨이 "LOW" 상태로 유지되면, 벅 부스트 변환기(600)는 벅 모드로 동작하여 입력 전압(V_in)보다 낮은 전압을 출력할 수 있다. 이때, 벅 부스트 변환기(600)의 출력 전압은 제1 신호(640)의 듀티 레이트에 비례하여 결정될 수 있다.On the other hand, if the level of the second signal 650 is maintained in the "LOW" state, the buck boost converter 600 may operate in the buck mode and output a voltage lower than the input voltage V_in. At this time, the output voltage of the buck boost converter 600 may be determined in proportion to the duty rate of the first signal 640.

만약, 제1 신호(640)와 제2 신호(650)가 제1 레벨 또는 제2 레벨을 계속 유지하지 않고, 일정 범위의 듀티를 가지는 펄스 폭 변조 신호인 경우, 벅 부스트 변환기(600)는 벅-부스트 모드로 동작할 수 있다.If the first signal 640 and the second signal 650 do not continuously maintain the first level or the second level and are pulse width modulated signals having a range of duty, the buck boost converter 600 is buck -Can operate in boost mode.

본 발명의 일 실시 예에 따른 벅 부스트 변환기(600)는 제1 신호(640) 및 제2 신호(650)에 따라 특정 시점에 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작할 수 있다. 이 경우, 벅 부스트 변환기(600)는 구비된 2개의 스위치 중 항상 어느 하나의 스위치만이 구동되도록 제어되며, 그에 따른 스위칭 손실이 최소화될 수 있다.The buck boost converter 600 according to an embodiment of the present invention may operate in a buck mode or a boost mode at a specific time according to the first signal 640 and the second signal 650. In this case, the buck boost converter 600 is controlled such that only one of the two switches is always driven, and switching loss can be minimized.

또한, 벅 부스트 변환기(600)는 상기 두 개의 스위치 중 어느 하나의 스위치만이 PWM 신호에 의해 스위칭되도록 제어되므로 급격한 전압 변화로 인해 공통 인덕터(630)에 과전류가 흐르는 것을 미연에 방지할 수 있는 장점도 있다.In addition, the buck boost converter 600 is controlled so that only one of the two switches is switched by the PWM signal, it is possible to prevent the overcurrent from flowing into the common inductor 630 due to a sudden voltage change. There is also.

이상의 실시 예에서는 벅 부스터(600)가 수신기의 요구 전력에 따라 벅 모드 및 부스트 모드 중 어느 하나의 모드로 동작하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 벅 부스터(600)는 제1 신호(640) 및 제2 신호(650)에 따라 벅 모드, 부스트 모드 및 벅-부스트 모드 중 어느 하나의 모드로 동작하도록 제어될 수도 있다.In the above embodiment, the buck booster 600 operates as one of a buck mode and a boost mode according to the required power of the receiver, for example, but this is only one embodiment, and the other embodiment The buck booster 600 may be controlled to operate in any one of a buck mode, a boost mode, and a buck-boost mode according to the first signal 640 and the second signal 650.

예로, 수신기의 요구 전력이 제1 전력 미만이면, 벅 부스트 변환기(600)는 벅 모드로 동작하도록 제어되고, 수신기의 요구 전력이 제2 전력을 초과하면, 벅 부스트 변환기(600)는 부스트 모드로 동작하도록 제어될 수 있다.For example, if the required power of the receiver is less than the first power, the buck boost converter 600 is controlled to operate in the buck mode, and if the required power of the receiver exceeds the second power, the buck boost converter 600 is in the boost mode. It can be controlled to operate.

반면, 수신기의 요구 전력이 제1 전력 이상 제2 전력 이하이면, 벅 부스트 변환기(600)는 벅-부스트 모드로 동작하도록 제어될 수 있다. 여기서, 제2 전력은 제1 전력보다 크다.On the other hand, if the required power of the receiver is the first power or less than the second power, the buck boost converter 600 may be controlled to operate in a buck-boost mode. Here, the second power is greater than the first power.

벅-부스트 모드에서, 제1 신호(640)와 제2 신호(650)의 듀티 레이트는 수신기의 요구 전력에 상응하여 결정될 수 있다. 결정된 제1 신호(640)와 제2 신호(650)의 듀티 레이트에 따라 제1 회로(610)와 제2 회로(620)에서는 각각 감압 과 승압이 이루어질 수 있다.In the buck-boost mode, the duty rates of the first signal 640 and the second signal 650 may be determined corresponding to the power demand of the receiver. Decompression and boosting may be respectively performed in the first circuit 610 and the second circuit 620 according to the determined duty rates of the first signal 640 and the second signal 650.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 PID 연산 과정을 나타내는 블록도이다.7 is a block diagram illustrating a PID operation process according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기는 전원 소스(750), 전력공급기 역할을 하는 벅-부스트 컨버터(760), 인버터(730) 및 벅 부스트 컨버터(760)를 제어하기 위한 제어기(710)을 포함한다. 여기에서 전원 소스(750)는 배터리일 수 있다.7, the wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention includes a power source 750, a buck-boost converter 760 serving as a power supply, an inverter 730, and a buck boost converter 760 It includes a controller 710 for controlling the. Here, the power source 750 may be a battery.

도 7에 도시된 제어과정은 제어기(710)가 수행하는 제어의 일부를 나타내는 것으로, 구체적으로, 벅-부스트 컨버터(760) 제어를 위해 듀티비 신호를 생성하는 것을 나타낸다.The control process illustrated in FIG. 7 represents a part of control performed by the controller 710, and specifically, represents generating a duty ratio signal for controlling the buck-boost converter 760.

구체적으로, 제어기(710)는 브이 레일(V^(i,j) _rail)을 획득한다. 여기에서 i는 PID 루프 횟수를 의미하며, j는 수신되는 제어 에러 메시지의 인덱스를 의미한다. 제어기(710)는 j-1번째 제어 에러 메시에 의해 출력된 브이 레일(V^(i,j-1) _rail)를 획득한다. 또한, 제어기(710)는 제어 에러 메시지로부터 j번째 제어 에러 값(c^j)을 획득한다. 그리고 제어기(710)는 j-1번째 브이 레일에 j번째 제어 에러 값을 적용하여 출력하고자 하는 j번째 브이 레일 값(V^j _rail)을 출력한다.Specifically, the controller 710 acquires the V rail (V ^{(i, j)} _rail ). Here, i denotes the number of PID loops, and j denotes the index of the received control error message. The controller 710 acquires the V rail (V ^{(i, j-1)} _rail ) output by the j-1th control error mesh. Also, the controller 710 obtains the j-th control error value c ^j from the control error message. And the controller 710 outputs the j-th V-rail value V ^j _rail to be output by applying the j-th control error value to the j-1th V-rail.

그리고 제어기(710)는 j 번째 브이 레일 값과 j-1 번째 브이 레일 값에 기초하여 PID 제어의 입력 값인 에러(e^(i,j)를 획득한다. 구체적으로 제어기(710)는 j 번째 브이 레일 값과 j-1번째 브이 레일 값간의 차로부터 에러를 획득한다. Then, the controller 710 obtains an error (e ^{(i, j))} that is an input value of PID control based on the j-th v-rail value and the j-1th v-rail value. The error is obtained from the difference between the value and the j-1th V rail value.

제어기(710)는 에러(e^(i,j))를 입력으로 하여 일반적인 PID 제어를 통해 PID 출력 값(PID^(i,j))를 계산한다. 그리고 제어기(710)는 PID 출력 값에 기초하여 j 번째 듀티 레이트를 계산한다. 구체적으로 제어기(710)는 j-1 번째 듀티 레이트 및 스케일링 상수(S_d)에 기초하여 j 번째 듀티 레이트를 결정할 수 있다. 여기에서 스케일링 상수(S_d)는 장치 특성에 기초한 보정 상수를 의미한다.The controller 710 calculates the PID output value (PID ^{(i, j)} ) through the general PID control using the error (e ^{(i, j)} ) as an input. Then, the controller 710 calculates the j-th duty rate based on the PID output value. Specifically, the controller 710 may determine the j-th duty rate based on the j-1th duty rate and the scaling constant S _d . Here, the scaling constant (S _d ) means a correction constant based on device characteristics.

j 번째 듀티 레이트는 벅-부스트 컨버터(760)으로 전달되며, 벅 부스트 컨버터(760)는 수학식 1에 따라 전달받은 듀티 레이트에 따른 브이 레일을 출력할 수 있다. The j-th duty rate is transmitted to the buck-boost converter 760, and the buck-boost converter 760 may output a V rail according to the duty rate received according to Equation (1).

여기에서 V_in은 전원으로부터 입력되는 전압이고, V_out은 브이 레일이다. D는 제어기에서 계산된 듀티 레이트이다. Here, V _in is the voltage input from the power supply, and V _out is the V rail. D is the duty rate calculated by the controller.

일반적인 무선 전력 송신기에서는 송신 코일에 흐르는 전류 값을 모니터링하고, 송신 코일에 흐르는 전류 값과 CEP(control error message packet)에 포함된 신호에 기초하여 전력 출력을 제어한다. 송신 코일에 흐르는 전류 값이 무선 전력 수신기가 획득하는 전력에 비례하는바, 무선 전력 송신기가 전력 출력을 제어하기 위한 참고 값으로 송신 코일에 흐르는 전류 값을 이용하는 것이 일반적이다.In a typical wireless power transmitter, the current value flowing through the transmission coil is monitored, and the power output is controlled based on the current value flowing through the transmission coil and a signal included in a control error message packet (CEP). Since the current value flowing through the transmission coil is proportional to the power obtained by the wireless power receiver, it is common for the wireless power transmitter to use the current value flowing through the transmission coil as a reference value for controlling the power output.

그러나, 전력 출력을 제어하기 위한 참조 값으로 전류 값을 사용하는 경우에, 펄스 폭 변조 신호 생성을 위해 다시 전압 값 정보를 생성해야 하는 불편이 있다. 또한, 펄스 폭 변조 신호 생성을 위해 전압 값 정보를 펄스 폭 변조 신호 제어기에 따로 전달해야 하는 불편이 있다. However, when a current value is used as a reference value for controlling the power output, there is a inconvenience in that voltage value information must be generated again to generate a pulse width modulated signal. In addition, there is an inconvenience in that voltage value information must be separately transmitted to the pulse width modulated signal controller for generating the pulse width modulated signal.

또한, 펄스 폭 변조 신호 제어기는 제어기와 독립적으로 동작하는바, 브이 레일을 출력하지 말아야 하는 협상 페이즈 등에서도 동작이 가능하다는 문제점이 있다. 또한, 전압 값 정보를 펄스 폭 변조 신호로 변환하기 위해 별도의 펄스 폭 변조 신호 제어기가 필요하다는 점에서 생산 단가 면에서도 불리한 점이 있다.In addition, since the pulse width modulated signal controller operates independently from the controller, there is a problem in that it can be operated even in a negotiation phase in which a V rail should not be output. In addition, there is a disadvantage in terms of production cost in that a separate pulse width modulated signal controller is required to convert voltage value information into a pulse width modulated signal.

따라서, 이하 도 8에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 무선 전력 송신기의 동작 방법을 설명한다.Therefore, hereinafter, FIG. 8 describes a method of operating a wireless power transmitter to solve this problem.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 동작을 나타내는 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating an operation of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.

제어기는 CEP를 획득한다(S1201). 구체적으로 무선 전력 송신기의 복조기가 CEP를 획득하고, 복조기에서 CEP를 디지털 신호로 복조하여 제어기로 전달한다. 무선 전력 수신기와 신호 송수신을 통해 CEP를 획득하는 구체적인 동작은 앞서 도 4에서 설명한바 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 여기에서 제어기가 획득하는 디지털 신호는 제어 에러 값일 수 있다.The controller acquires the CEP (S1201). Specifically, the demodulator of the wireless power transmitter acquires the CEP, and the demodulator demodulates the CEP into a digital signal and transmits it to the controller. The detailed operation of acquiring the CEP through signal transmission and reception with the wireless power receiver is described in FIG. 4 above, and a detailed description thereof is omitted herein. Here, the digital signal acquired by the controller may be a control error value.

제어기는 브이 레일 값을 획득한다(S1203). 일반적으로 출력되는 전력을 모니터링하기 위해 송신 코일에 흐르는 전류 값을 획득하는 이유는 출력되는 전력과 직접적으로 연관되는 값이기 때문이다. 일반적으로 전력 출력 제어를 위해서는 상술한 바와 같이 1) 브이 레일을 제어하거나, 2) 주파수 제어를 하거나, 3) 위상 제어를 한다. 결과적으로 상술한 세가지 방법 중 적어도 어느 하나를 통한 제어의 결과가 송신 코일에 흐르는 전류 값으로 나타나므로, 어떠한 방법에 의한 제어에서도 전류 값만 획득하면 출력되는 전력 값을 알 수 있다.The controller acquires the V rail value (S1203). In general, the reason for acquiring the current value flowing in the transmitting coil to monitor the output power is that it is a value directly related to the output power. In general, for power output control, as described above, 1) V rail control, 2) frequency control, or 3) phase control. As a result, since the result of control through at least one of the three methods described above is represented as a current value flowing through the transmission coil, it is possible to know the output power value when only the current value is obtained in control by any method.

그러나, 최근에 무선 전력 송신기에서 주파수 또는 위상을 고정하고 브이 레일만을 통해 출력되는 전력을 제어하는 것이 일반적인 출력 제어 방법이 되어가고 있다. 따라서, 이 경우(주파수 또는 위상 고정의 경우) 브이 레일을 모니터링하는 것 만으로도 출력되는 전력량을 모니터링할 수 있다. 결론적으로, 도 12에서 설명하는 실시 예의 무선 전력 송신기는 주파수 및 위상이 고정되어 있다는 가정하에 출력되는 전력 값을 모니터링하기 위한 참조 값으로 브이 레일 값을 획득한다.However, in recent years, it is becoming a general output control method to fix the frequency or phase in the wireless power transmitter and control the power output through the V rail only. Therefore, in this case (in the case of frequency or phase lock), simply monitoring the V-rail can monitor the amount of power output. In conclusion, the wireless power transmitter of the embodiment described in FIG. 12 acquires a V-rail value as a reference value for monitoring the output power value under the assumption that the frequency and phase are fixed.

제어기는 브이 레일 값과 CEP를 복조하여 획득한 변화 요구량에 기초하여 에러를 계산한다(S1005). 구체적인 에러 계산 방법은 도 7에서 설명한 것과 같다.The controller calculates an error based on the V-rail value and the change request amount obtained by demodulating the CEP (S1005). The detailed error calculation method is as described in FIG. 7.

제어기는 에러에 기초한 PID 연산을 통해 조정하고자 하는 듀티 레이트를 도출한다(S1207). 구체적인 듀테 레이트 계산 과정은 도 7에서 설명한 것과 같다.The controller derives the duty rate to be adjusted through the PID operation based on the error (S1207). The specific duty rate calculation process is as described in FIG. 7.

일반적인 제어 방법과 달리, 본 발명의 일 실시 예에서는 제어기에서 바로 듀티 레이트를 도출할 수 있다. 다시 말해서, 일반적인 경우와 같이 전류 값을 전압 값으로 변환할 필요가 없는바, 보다 빠르고 쉽게 듀티 레이트를 도출할 수 있다.Unlike a general control method, in an embodiment of the present invention, a duty rate can be directly derived from a controller. In other words, as there is no need to convert the current value to a voltage value as in the general case, the duty rate can be derived more quickly and easily.

제어기는 도출된 듀티 레이트를 벅 부스트 컨버터에 전달한다(S1209). 도 10에서는 조정하고자 하는 전압 값을 제어기가 계산하고, 듀티 레이트를 펄스 폭 변조 신호 제어기가 계산하였다. 그러나, 도 12의 실시 예에서는 제어기가 바로 듀티 레이트를 계산하는바, 듀티 레이트에 기초한 펄스 폭 변조 신호를 바로 벅 부스트 변환기로 전달한다. 또는, 제어기와 벅부스트 변환기 사이에 드라이버가 포함될 수도 있다.The controller transmits the derived duty rate to the buck boost converter (S1209). In FIG. 10, the voltage value to be adjusted is calculated by the controller, and the duty rate is calculated by the pulse width modulated signal controller. However, in the embodiment of FIG. 12, since the controller calculates the duty rate, the pulse width modulated signal based on the duty rate is directly transmitted to the buck boost converter. Alternatively, a driver may be included between the controller and the buck-boost converter.

결론적으로, 제어기가 바로 펄스 폭 변조 신호를 벅 부스트 변환기로 전달하는바, 펄스 폭 변조 신호 제어기가 따로 필요하지 않아 전체적인 생산 단가를 낮출 수 있다. 또한, 제어기는 충전 페이즈에서만 브이 레일 출력에 관한 신호를 출력하는바, 출력 페이즈 외의 예상하지 못한 신호 전달에 의한 동작을 방지할 수 있다.In conclusion, since the controller directly transmits the pulse width modulated signal to the buck boost converter, the pulse width modulated signal controller is not required, thereby lowering the overall production cost. In addition, since the controller outputs a signal related to the V-rail output only in the charging phase, it is possible to prevent operation due to unexpected signal transmission other than the output phase.

마지막으로 벅 부스트 변환기는 제어기로부터의 펄스 폭 변조 신호에 기초하여 조정하고자 하는 전압으로 브이 레일을 출력한다(S1211). Finally, the buck boost converter outputs the V rail with a voltage to be adjusted based on the pulse width modulated signal from the controller (S1211).

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The above-described present invention can be embodied as computer readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer-readable medium includes any kind of recording device in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include a hard disk drive (HDD), solid state disk (SSD), silicon disk drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage device. There is this. Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all respects, but should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims

A power supply for converting and outputting DC power applied from a power source;
An inverter that converts DC power output from the power supply into AC power;
A transmission antenna for wirelessly outputting AC power output from the inverter; And
It includes a controller for controlling the power supply through PID control,
The control unit receives a signal regarding a power amount request from a power receiving device, and controls the power supply based on a voltage value output from the power supply and a signal related to the power amount request.
Wireless power transmission device.

According to claim 1,
The controller obtains a control error value from the signal related to the power amount request,
Comparing the voltage value output from the power supply and the control error value, calculates an error value, and generates a signal for controlling the power supply based on the calculated error value
Wireless power transmission device.

According to claim 2,
The controller derives the duty rate to be adjusted through PID operation based on the calculated error.
Wireless power transmission device.

The method of claim 3,
The control unit directly transmits the duty rate to be adjusted to the power supply.
Wireless power transmission device.

According to claim 1,
The controller controls the amount of power output from the transmission antenna only with the voltage output from the power supply.
Wireless power transmission device.

Receiving a signal relating to the requested power amount from the wireless power receiver;
Obtaining a voltage value input to the inverter;
Calculating an error based on the voltage value and the requested power amount;
Deriving a duty rate to be adjusted through a PID operation based on the calculated error; And
And controlling a voltage value input to the inverter based on the duty rate.
Method of operation of a wireless power transmission device.

The method of claim 6,
Calculating an error based on the voltage value and the requested power amount is
A correction voltage value is obtained based on a control error value included in the signal related to the requested power amount and a voltage value input to the inverter, and an error is calculated based on a difference between the correction voltage value and a voltage value input to the inverter. Comprising the steps of
Method of operation of a wireless power transmission device.

The method of claim 6,
Controlling the voltage value input to the inverter based on the duty rate is
And generating a pulse modulated width signal according to the duty rate to control a voltage value input to the inverter.
Method of operation of a wireless power transmission device.

The method of claim 6,
The step of receiving a signal regarding the requested power amount from the wireless power receiver
Demodulating a signal relating to the requested power amount to obtain a control error value
Method of operating a wireless power transmitter.