JP2018521623A - 無線電力送信器及び無線電力受信器を含む無線充電システムにおける無線電力伝送方法 - Google Patents

無線電力送信器及び無線電力受信器を含む無線充電システムにおける無線電力伝送方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、無線充電システムにおける無線電力を伝送する方法が提供される。その方法は、複数の無線電力受信器(PRU)のうち少なくとも一つから利用可能な最高温度及び整流部後端の最高電圧に関する情報のうち少なくとも一つを受信するステップと、複数のPRUの各々から現在温度及び整流部後端の現在電圧に関する情報を受信するステップと、少なくとも一つの情報に基づいて複数のPRUのうちドミナントPRUを判定するステップとを有する。

Description

本発明は一般的に無線充電に関するもので、より詳細には無線電力送信器及び無線電力受信器を含む無線充電システムにおける無線電力伝送方法に関する。
携帯電話又はPDA(Personal Digital Assistant)のような移動端末は、その特性上再充電が可能なバッテリーと共に使用のために構成され、このバッテリーを充電するためには別途の充電装置を用いて移動端末のバッテリーに電気エネルギーを供給する。通常、充電装置とバッテリーは、外部に別の接触端子が構成されているので、これらを相互に接触させて充電装置をバッテリーと電気的に接続する。
しかしながら、このような接触型充電方式は、接触端子が外部に突出されているので、異物または湿気に露出することによって汚染されやすく、そのため、バッテリー充電が正しく実行されないという問題が発生する。
上記の問題を解決するために、最近、無線充電または無接点充電技術が開発されて多くの電子機器(例えば、携帯電話)に使用されている。
このような無線充電技術は、無線電力送受信を利用するものであって、すなわち、バッテリーを含む携帯電話を別途の充電コネクタに接続せず、充電パッドに位置させる場合に、自動でバッテリーを充電させるシステムである。有線充電器が不要なので、電子機器の携帯性を高めることができる長所がある。
この無線充電技術は、コイルを用いる電磁誘導方式、共振(resonance)を用いる共振方式、及び電気的エネルギーをマイクロ波に変換させて伝達する電波放射(RF/microwave radiation)方式等がある。
現在までは、主に電磁誘導を利用する方式が使用されている。
電磁誘導による電力伝送方法は、1次コイルと2次コイルとの間の電力を伝送する方式である。コイルに磁石を動かすと誘導電流が発生し、これを用いて送信端で磁場を発生させ、受信端で磁場の変化に従って電流が誘導されてエネルギーを作り出す。このような現象は磁気誘導現象と呼ばれ、これを使用する電力伝送方法はエネルギー伝送効率に優れている。
共振方式は、結合モード理論(coupled mode theory)に基づいて共振方式の電力伝送原理を使用して電気が無線で伝達されるシステムを含む。共振された電気エネルギーは、共振周波数を有する機器が存在する場合にのみ直接伝達され、使用されない部分は、空気中に広げられる代わりに電磁場に再吸収されるため、他の電磁波とは違い周辺の機械や身体には影響を与えないと見なされる。
無線電力受信器(PRU)が無線電力送信器(PTU)上に位置される状態を感知するために、電力送信部のインピーダンス変化を検出する方法が提供される。
無線電力送信器(PTU)がインピーダンス変化感知などを通じて無線電力受信器の存在を感知する場合、無線電力送信器は、無線電力受信器が通信できる程度の電力を供給することによって無線電力受信器との通信を開始できる。
一方、一つの無線電力送信器で複数の無線電力受信器を充電する多重充電状況で、いずれか一つの無線電力受信器に対する充電電圧が過度に上昇するか発熱が発生する場合、無線電力送信器または無線電力受信器に異常が発生するか、あるいは正常な充電が進行されない。
したがって、本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、一つのPTUが複数のPRUを充電する多重充電状況で、各PRUの発熱比率を考慮してドミナント(dominant)PRUを設定することで、複数のPRUに対する効率的な充電管理が可能な無線充電システムでの無線電力伝送方法、無線電力送信器、及び無線電力受信器を提供することにある。
また、本発明の目的は、一つのPTUが複数のPRUを充電する多重充電状況で、各PRUの充電電圧比率を考慮してドミナントPRUを設定することで、複数のPRUに対する効率的な充電管理が可能な無線充電システムにおける無線電力伝送方法、無線電力送信器、及び無線電力受信器を提供することにある。
上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、無線充電システムにおける無線電力を伝送する方法が提供される。その方法は、複数の無線電力受信器(PRU)のうち少なくとも一つから利用可能な最高温度及び整流部後端の最高電圧に関する情報のうち少なくとも一つを受信するステップと、複数のPRUの各々から現在温度及び整流部後端の現在電圧に関する情報を受信するステップと、少なくとも一つの情報に基づいて複数のPRUのうちドミナントPRUを判定するステップとを有する。
本発明の他の態様によれば、複数の無線電力受信器(PRU)のうち少なくとも一つのPRUから利用可能な最高温度及び整流部後端の最高電圧に関する情報のうち少なくとも一つを受信し、複数のPRUの各々から現在温度及び整流部後端の現在電圧に関する情報を受信するように構成される通信部と、少なくとも一つの情報に基づいて複数のPRUのうちドミナントPRUを判定するように構成されるプロセッサと、制御部の制御に基づいて複数のPRUに電力を伝送するように構成される電力送信部とを含む無線電力送信器(PTU)が提供される。
さらに、本発明の他の態様によれば、温度を感知するように構成される温度センサと、利用可能な最高温度が含まれる信号及び温度センサにより感知される現在温度が含まれた信号を生成するように構成されるプロセッサと、利用可能な最高温度を含む信号及び現在温度を含む信号をPTUに伝送する通信部とを含む無線電力受信器(PRU)が提供される。
本発明による実施形態の上記及び他の態様、特徴、及び利点は、添付の図面と共に述べる以下の詳細な説明から、一層明らかになるはずである。
本発明の一実施形態による無線充電システムを示す図である。 本発明の一実施形態によるPTU及びPRUを示す図である。 本発明の一実施形態によるPTU及びPRUを示す図である。 本発明の一実施形態によるPTU及びPRUを示すシグナリング図である。 本発明の一実施形態によるPTU及びPRUの動作に対する方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるPTUにより印加される電力量の時間軸を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるPTUの制御方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による図7のPTUにより印加される電力量の時間軸を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるPTUの制御方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による図9のPTUにより印加される電力量の時間軸を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるSA(Stand-Alone)モードでのPTU及びPRUを示す図である。 本発明の一実施形態によるPTUのプロセッシング方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるPRUのプロセッシング方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるPTUのプロセッシング方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるPRUのプロセッシング方法を示すフローチャートである。
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施形態は、特定実施形態に制限されず、すべての変更、変化、均等な装置及び方法、及び/または本発明の代替実施形態を含むと理解しなければならない。本図面の説明において、類似した参照番号に対しては類似した構成要素のために使用される。
図1は、本発明の実施形態による無線充電システムを示す。図1に示すように、無線充電システムは、PTU100及び一つ以上のPRU110-1,110-2,…,110-nを含む。
PTU100は、少なくとも一つのPRU110-1,110-2,…,110-nに無線で各々電力1-1,1-2,…,1-nを送信できる。より詳細には、PTU100は、所定の認証手順を実行する認証されたPRUに対して無線で電力1-1,1-2,…,1-nを送信できる。
PTU100は、PRU110-1,110-2,…,110-nと電気的接続を形成できる。例えば、PTU100は、PRU110-1,110-2,…,110-nに電磁波形態の無線電力を送信できる。
一方、PTU100は、PRU110-1,110-2,…,110-nと双方向通信を実行できる。ここで、PTU100及びPRU110-1,110-2,…,110-nは、所定のフレームを含むパケット2-1,2-2,…,2-nを処理し、あるいはパケットを送受信することができる。上記フレームは、より詳細に後述する。PRUは、例えば移動通信端末、PDA(Personal Digital Assistant)、PMP(Portable Multimedia Player)、スマートフォン等で実現され得る。
PTU100は、共振方式を通じて複数のPRU110-1,110-2,…,110-nに電力を伝送できる。PTU100が共振方式を採択する場合、PTU100と複数のPRU110-1,110-2,…,110-nとの間の距離は、30m以下であり得る。さらに、PTU100が電磁誘導方式を採択する場合、PTU100と複数のPRU110-1,110-2,…,110-nとの間の距離は、10cm以下であり得る。
PRU110-1,110-2,…,110-nは、PTU100から無線電力を受信してPRU110-1,110-2,…,110-nに提供されるバッテリーを充電できる。また、PRU110-1,110-2,…,110-nは、無線電力伝送を要請する信号、無線電力受信に必要な情報、PRU状態情報、またはPTU100の制御情報などをPTU100に送信できる。上記送信信号の情報に関してはより詳細に以下に後述する。
さらに、PRU110-1,110-2,…,110-nは、各々のPRU110-1,110-2,…,110-nの充電状態を示すメッセージをPTU100に送信できる。
PTU100は、ディスプレイのような表示手段を含み、PRU110-1,110-2,110-nの各々から受信したメッセージに基づいてPRU110-1,110-2,110-nのそれぞれの状態を表示できる。また、PTU100は、各々のPRU110-1,110-2,110-nの充電が完了するまで予想される時間を共に表示できる。
PTU100は、PRU110-1,110-2,110-nの各々に無線充電機能をディスエーブルするように制御信号を送信する。PTU100から受信された無線充電機能のディスエーブル制御信号を有するPRUは、無線充電機能をディスエーブルすることができる。
図2は、本発明の一実施形態によるPTU及びPRUを示す。
図2に示すように、PTU200は、電力送信部211、制御部(またはプロセッサ)212、通信部213、ディスプレイ部214、及び格納部215を含む。
電力送信部211は、PTU200により要求される電力を提供し、無線でPRU250に電力を提供する。電力送信部211は、交流(AC)波形で電力を供給し、直流(DC)波形の電力をインバータを用いてAC波形に変換してAC波形の電力を供給することができる。電力送信部211は、内蔵されたバッテリーの形態で実現され、あるいは電力受信インターフェースの形態で実現され、外部から電力を受信して他の構成要素に供給する形態でも実現されてもよい。
制御部212は、格納部215から読み出された制御に要求されるアルゴリズム、プログラム、またはアプリケーションを用いてPTU200の全般的な動作を制御する。制御部212は、CPU(Central Processing Unit)、マイクロプロセッサ、又はミニコンピュータのような形態で実現できる。
通信部213は、PRU250と通信し、PRU250から電力情報を受信できる。ここで、電力情報は、PRU250の容量、バッテリー残量、充電回数、使用量、バッテリー容量、及びバッテリー比率のうち少なくとも一つを含むことができる。
さらに、通信部213は、PRU250の充電機能を制御するために充電機能を制御する信号を送信する。充電機能制御信号は、特定のPRU250の電力受信部251を制御して充電機能をイネーブルまたはディスエーブルするようにする制御信号であり得る。または、より詳しく後述することで、電力情報は、有線充電端子の引き入り、SA(Stand Alone)モードからNSA(Non Stand Alone)モードへの転換、エラー状況解除などの情報を含むことができる。
加えて、充電機能制御信号は、本発明の多様な実施形態により異常状況の発生に対応するための電力調整または電力制御の命令に関連した情報を含むことができる。
通信部213は、PRU250だけでなく、他のPTUからの信号を受信することもできる。例えば、通信部213は、PRU250の通信部253から伝送されるアドバタイズメント(advertisement)信号を受信することによって、無線充電のための登録手順を進行することができる。
制御部212は、通信部213を通じてPRU250から受信したメッセージに基づいてPRU250の状態をディスプレイ部214に表示できる。さらに、制御部212は、PRU250の充電が完了するまで予想される時間をディスプレイ部214に表示できる。
また、図2に示すように、PRU250は、電力受信部251、制御部252、通信部253、ディスプレイ部258、または格納部259のうち少なくとも一つを含むことができる。
電力受信部251は、PTU200から伝送される電力を無線で受信できる。ここで、電力受信部251は、交流波形の形態で電力を受信できる。
制御部(またはプロセッサ)252は、格納部259から読み出された制御に要求されるアルゴリズム、プログラム、またはアプリケーションを用いてPRU250の動作全般を制御できる。制御部252は、CPU、マイクロプロセッサ、ミニコンピュータのような形態で実現される。
通信部253は、PTU200と所定の方式で通信を実行できる。通信部253は、PTU200に電力情報を送信できる。ここで、電力情報は、PRU250の容量、バッテリー残量、充電回数、使用量、バッテリー容量、及びバッテリー比率のうち少なくとも一つを含むことができる。
また、通信部253は、PRU250の充電機能を制御する充電機能制御信号を送信する。充電機能制御信号は、特定PRU250の電力受信部251を制御して充電機能をイネーブルまたはディスエーブルするようにする制御信号であり得る。または、より詳細に後述するもので、電力情報は、有線充電端子の挿入、SAモードからNSAモードへの転換、エラー状況解除などの情報を含むことができる。さらに、充電機能制御信号は、異常状況発生に対応するための電力調整または電力制御命令に関連した情報を含むことができる。
また、通信部253は、PTU200の電力送信部211から伝送されたビーコン信号を、電力受信部251を通じて受信し、予め設定された時間以内にアドバタイズメント信号をPTU200に伝送し、それによって無線充電のための登録手順を進行できる。
制御部252は、PRU250の状態をディスプレイ部258に表示するように制御できる。また、制御部252は、PRU250の充電が完了するまで予想される時間をディスプレイ部258に表示できる。
図3は、本発明の一実施形態によるPTU及びPRUを示す。
図3に示すように、PTU200は、送信側共振部(Tx resonator)211a、制御部212(例えば、MCU(microcontroller))、通信部213(例えば、アウトオブバンドシグナリングユニット)、マッチング部216、駆動部217、増幅部(power amp)218、又はセンサ部219のうち少なくとも一つを含むことができる。PRU250は、受信側共振部(Rx resonator)251a、制御部252、制御回路部252a、通信部253、整流部(rectifier)254、DC/DCコンバータ255、スイッチ部256、又はロード部(client device load)257のうち少なくとも一つを含むことができる。
駆動部217は、所定の電圧値を有するDC電力を出力する。駆動部217から出力されるDC電力の電圧値は、制御部212によって制御される。
駆動部217から出力されるDC電力は、増幅部218に出力され得る。増幅部218は、予め設定さあれた利得によりDC電力を増幅できる。さらに、DC電力は、制御部212から入力される信号に基づいてAC電力に変換できる。それによって、増幅部218はAC電力を出力できる。
マッチング部216は、インピーダンスマッチングを実行できる。例えば、マッチング部216から見るインピーダンスを調整し、出力電力が高効率または高出力されるように制御できる。センサ部219は、Tx共振部211aまたは増幅部218を通じてPRU250によるロード変化を感知できる。センサ部219の感知結果は、制御部212に提供され得る。
PTU200がPRU250に短いビーコン(beacon)信号または長いビーコン信号を伝送する場合、PRU250は、予め設定された回路などによりロード変化を発生させることがある。PTU200のセンサ部219は、PRU250のロード変化を感知し、ロード変化感知結果を制御部212に提供できる。制御部212は、センサ部219により感知されたロード変化に従ってPRU250の存在を感知したり、あるいはビーコン信号(例えば、長いビーコン信号)の伝送期間を延長または調整することができる。
マッチング部216は、制御部212の制御に基づいてインピーダンスを調整できる。マッチング部216は、コイル及びキャパシタのうち少なくとも一つを含むことができる。制御部212は、コイル及びキャパシタのうち少なくとも一つとの接続状態を制御し、これによってインピーダンスマッチングを実行できる。
Tx共振部211aは、入力されたAC電力をRx共振部251aに送信する。Tx共振部211a及びRx共振部251aは、同一の共振周波数を有する共振回路で実現され得る。例えば、共振周波数は、6.78MHzとして決定できる。
一方、通信部213は、PRU250の通信部253と通信し、例えば双方向2.4GHz周波数で通信(WiFiTM、ZigBeeTM、BTTM/BLE)を実行することができる。
Rx共振部251aは、充電のための電力を受信することができる。また、Rx共振部251aは、PTU200のTx共振部211aを通じて伝送されたビーコン信号(例えば、短いビーコン信号または長いビーコン信号等)を受信することができる。
整流部254は、Rx共振部251aにより受信される無線電力を直流形態で整流し、例えばブリッジダイオードの形態で実現することができる。DC/DCコンバータ255は、整流された電力を予め設定された利得に変換できる。例えば、DC/DCコンバータ255は、出力端の電圧が5Vとなるように整流された電力を変換することができる。一方、DC/DCコンバータ255の前端に印加できる電圧の最小値及び最大値が予め設定され得る。
スイッチ部256は、DC/DCコンバータ255及びロード部257を接続できる。スイッチ部256は、制御部252の制御に従ってオン/オフ状態を維持できる。一部実施形態では、スイッチ部256を省略できる。ロード部257は、スイッチ部256がオン状態である場合、DC/DCコンバータ255から入力される変換された電力を格納できる。
制御回路部252aは、PRU250のRx共振部251aを通じて受信された信号によりスイッチ部256を制御するための制御信号を生成できる。例えば、制御回路部252aは、制御部252とは別途にPRU250により受信された信号(例えば、短いビーコン信号または長いビーコン信号)により駆動されることによってスイッチ部256を制御してロード変化を発生させることができる。本発明の多様な実施形態により、上記のように別途の制御回路部252aを具備することで、制御部252に電源が供給されない状態であり、あるいは制御部252の動作がなくてもPRU250のロード変化を発生させることができる。
さらに、制御回路部252aは、PRU250のRx共振部251aを通じて受信された信号(例えば、短いビーコン信号または長いビーコン信号)により予め設定されたパターンのコードまたは信号を生成することができる。制御回路部252aは、生成されたコードまたは信号によりスイッチ部256を制御し、これによって所定のコードまたは信号に対応するロード変化を発生させ得る。PTU200は、PRU250のロード変化を感知し、所定のコードまたは信号を復号化することによって、所定の情報(例えば、ビーコン信号期間延長に関連した情報など)を得ることができる。
図4は、本発明の一実施形態によるPTU及びPRUのシグナリングを示す。図4に示すように、PTU400は、ステップS401で電源を印加できる。電源が印加される場合、PTU400は、ステップS402で環境を設定(configuration)できる。
PTU400は、ステップS403で、電力節約モードに入る。電力節約モードで、PTU400は、異なる検出用電力ビーコンを各々その周期で印加でき、これに対して図6でより詳細に説明する。例えば、図4に示すように、PTU400は、ステップS404及びS405で、検出用電力ビーコン(例えば、短いビーコン又は長いビーコン)を印加し、検出用電力ビーコンの各々の電力値の大きさは異なることもある。検出用電力ビーコンのうち一部又は全部は、PRU450の通信部を駆動できる電力量を有する。例えば、PRU450は、検出用電力ビーコンのうち一部又は全部によって通信部を駆動させてPTU400と通信できる。ここで、上記した状態は、ヌル(null)状態と称され、ステップ405で示される。
PTU400は、PRU450の配置によるロード変化を検出できる。PTU400は、ステップS408で低電力モードに進入できる。低電力モードに関して、図6を参照してより詳細に説明する。一方、PRU450は、ステップS409で、PTU400から受信された電力に基づいて通信部を駆動させることができる。
PRU450は、ステップS410で、PTU400にPTU検索(searching)信号を送信する。PRU450は、BLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)基盤のアドバタイズメント(AD)信号としてPTU検索信号を送信できる。PRU450は、PTU検索信号を周期的に送信し、PTU400から応答信号を受信し、あるいは所定時間に至るまで送信することができる。
PRU450からPTU検索信号が受信される場合、PTU400は、ステップS411で、PRU応答信号を送信する。ここで、PRU応答信号は、PTU400とPRU400との間の接続を形成できる。
PRU450は、ステップS412でPRUスタティック信号を送信できる。ここで、PRUスタティック信号はPRU450の状態を指示する信号であって、PTU400により管理される無線電力ネットワークに加入を要請できる。
PTU400は、ステップS413で、PTUスタティック信号を送信できる。PTU400により送信されるPTUスタティック信号は、PTU400の可能性(capability)を指示する信号であり得る。
PTU400及びPRU450がPRUスタティック信号及びPTUスタティック信号を送受信する場合、PRU450は、ステップS414及びS415で、PRUダイナミック(dynamic)信号を周期的に送信できる。PRUダイナミック信号は、PRU450により測定された少なくとも一つのパラメータ情報を含むことができる。例えば、PRUダイナミック信号は、PRU450の整流部後端の電圧情報を含むことができる。PRU450の状態は、ステップS407のようにブート(boot)状態と称される。PTU400は、ステップS416で電力送信モードに進入し、PTU400は、ステップS417で、PRU450が充電を実行するようにする命令信号であるPRU制御信号を送信できる。電力送信モードで、PTU400は、充電電力を送信できる。
PTU400により伝送されるPRU制御信号は、PRU450の充電をイネーブル/ディスエーブルする情報及び許可(permission)情報を含むことができる。PRU制御信号は、充電状態が変更される度に送信できる。PRU制御信号は、例えば250msごとに送信し、あるいはパラメータ変化がある場合に送信することができる。PRU制御信号は、パラメータが変更されなくても所定のしきい値、例えば1秒以内には送信されるように設定されることもある。
PRU450は、ステップS418及びS419で、PRU制御信号に従って設定を変更し、PRU450の状態を報告するためのPRUダイナミック信号を送信することができる。PRU450により伝送されるPRUダイナミック信号は、電圧、電流、PRU状態、及び温度情報のうち少なくとも一つを含むことができる。PRU450の状態は、オン状態と称され、S421により参照される。
一方、PRUダイナミック信号は、下記の<表1>のようにデータ構造を有することができる。
<表1>に示すように、PRUダイナミック信号は、少なくとも一つのフィールドで構成される。各フィールドには選択的フィールド情報、PRUの整流部の後端の電圧情報、PRUの整流部の後端の電流情報、PRUのDC/DCコンバータの後端の電圧情報、PRUのDC/DCコンバータの後端の電流情報、温度情報、PRUの整流部の後端の最小電圧値(VRECT_MIN_DYN)に関する情報、PRUの整流部の後端の最適電圧値(VRECT_SET_DYN)に関する情報、PRUの整流部の後端の最大電圧値(VRECT_HIGH_DYN)情報及び警告情報(PRU alert)などが設定される。PRUダイナミック信号は、上記のフィールドのうち少なくとも一つを含むことができる。
例えば、充電状況により決定された少なくとも一つの電圧設定値(例えば、PRUの整流部の後端の最小電圧値情報(VRECT_MIN_DYN)、PRUの整流部の後端の最適電圧値情報(VRECT_SET_DYN)、PRUの整流部の後端の最大電圧値情報(VRECT_HIGH_DYN)等)をPRUダイナミック信号の該当フィールドに含んで伝送できる。このように、PRUダイナミック信号を受信したPTUは、PRUダイナミック信号に含まれた電圧設定値を参照して各PRUに伝送する無線充電電圧を調整することができる。
警告情報(PRU Alert)は、下記の<表2>に示すデータ構造を有する。
<表2>を参照すれば、警告情報(PRU Alert)は、再開始要請のためのビット、遷移(transition)のためのビット及び有線充電アダプタ挿入感知(TA(Travel Adapter) detect)のためのビットを含むことができる。TA感知は、PRUが無線充電を提供するPTUで有線充電のための端子が接続されることを知らせるビットを表す。遷移のためのビットは、PRUの通信IC(Integrated Circuit)がSAモードからNSAモードに切り替える前にPRUがリセットされることをPTUに知らせるビットを示す。最後に、再開始要請は、過電流又は過温度状態が発生してPTUが送信電力を減少させて充電が切り、元の状態に戻る場合、PTUが充電を再開する準備ができることをPRUに通知するビットを表す。
さらに、警告情報(PRU Alert)は、下記の<表3>に示すデータ構造を有する。
<表3>を参照すると、警告情報は、過電圧、過電流、過温度、PRUセルフ保護、充電完了、有線充電感知、モード遷移(mode transition)などを含むことができる。ここで、過電圧フィールドが‘1’として設定される場合、これは、PRUでの電圧Vrectが過電圧の限界を超えることを示すことができる。その他に、過電流、過温度は、過電圧のような方式で設定され得る。また、PRUセルフ保護は、PRUが直接ロードにかかる電力を低減することによって保護することを意味し、この場合、PTUは、充電状態を変更する必要がない。
モード遷移のためのビットは、モード遷移手順が進行される期間をPTUに通知するための値に設定することができる。このようなモード遷移期間を示すビットは、下記の<表4>に示す通りである。
<表4>を参照すると、“00”はモード遷移がないことを示し、モード遷移を完了するために要求される時間が最大2秒であることを示し、“10”は、モード遷移を完了するために要求される時間が最大3秒であることを示し、“11”は、モード遷移を完了するために要求される時間が最大6秒であることを示すことができる。
例えば、モード遷移を完了するために3秒以下の時間が必要である場合、モード遷移ビットは、‘10’として設定できる。このようなモード遷移手順の開始に先立って、PRUは、1.1W電力ドロー(draw)を合わせるように入力インピーダンス設定を変更してモード遷移手順でインピーダンス変化がないように制限できる。それによって、PTUは、このような設定に合わせてPRUに対する電力ITX_COILを調整し、これによってモード遷移期間でPRUに対する電力ITX_COILを維持できる。
したがって、モード遷移ビットによりモード遷移期間が設定される場合、PTUは、そのモード遷移時間、例えば3秒間にはPRUに対する電力ITX_COILを維持できる。すなわち、PTUは、3秒間にPRUから応答が受信されなくても接続を維持できる。しかしながら、モード遷移時間が経過した以後に、PRUは、異物(rouge object)として見なされ、電力伝送を終了する。
一方、PRU450は、エラーの発生を感知できる。PRU450は、ステップS420で、警告信号をPTU400に送信できる。警告信号は、PRUダイナミック信号で送信され、あるいは警告信号で送信できる。例えば、PRU450は、<表1>のPRU alertフィールドにエラー状況を反映してPTU400に送信できる。あるいは、PRU450は、エラー状況を指示する単独警告信号をPTU400に送信できる。PTU400は、警告信号を受信する場合、ステップS422で、ラッチ失敗(latch fault)モードに入る。PRU450は、ステップS423で、ヌル状態に進入する。
図5は、本発明の他の実施形態によるPTU及びPRUの動作方法を示すフローチャートである。図5のプロセスは、図6を参照してより詳細に説明する。図6は、本発明の実施形態による図5のPTUにより印加される電力量の時間軸(x軸)に対するグラフである。
図5に示すように、PTUは、ステップS501で、駆動を開始する。さらに、PTUは、ステップS503で、初期設定をリセットできる。PTUは、ステップS505で、電力節約モードに進入する。ここで、電力節約モードは、PTUが電力送信部に異なる電力量を有する電力を印加する区間であり得る。例えば、PTUは、図6での第2の検出電力601,602及び第3の検出電力611,612,613,614,615を電力送信部に印加する区間であり得る。ここで、PTUは、第2の検出電力601,602を第2の周期で周期的に印加でき、第2の検出電力601,602を印加する場合には第2の期間で印加できる。PTUは、第3の検出電力611,612,613,614,615を第3の周期で周期的に印加でき、第3の検出電力611,612,613,614,615を印加する場合には第3の期間で印加できる。一方、第3の検出電力611,612,613,614,615の各々の電力値は異なることを示したが、第3の検出電力611,612,613,614,615の各々の電力値は異なってもよく、あるいは同一であってもよい。
PTUは、第3の検出電力611を出力した以後に同一の大きさの電力量を有する第3の検出電力612を出力できる。上記のように、PTUが同一の大きさの第3の検出電力を出力する場合、第3の検出電力の電力量は、最小型のPRU、例えばカテゴリ1(PRUタイプ)のPRUを検出する電力量を有することができる。
一方、PTUは、第3の検出電力611を出力した以後に異なる大きさの電力量を有する第3の検出電力612を出力できる。上記のように、PTUが異なる大きさの第3の検出電力を出力する場合、第3の検出電力の電力量は、各々カテゴリ1乃至5のPRUを検出できる電力量である。例えば、第3の検出電力611は、カテゴリ5のPRUが検出される電力量を有し、第3の検出電力612は、カテゴリ3のPRUが検出される電力量を有し、第3の検出電力613は、カテゴリ1のPRUが検出される電力量を有することができる。
一方、第2の検出電力601,602は、PRUを駆動させる電力であり得る。より詳細には、第2の検出電力601,602は、PRUの制御部及び/又は通信部を駆動させる電力量を有することができる。
PTUは、第2の検出電力601,602及び第3の検出電力611,612,613,614,615を電力受信部に各々第2の周期及び第3の周期で印加できる。PRUがPTUに配置される場合、PTUの一地点で見るインピーダンスが変化できる。PTUは、第2の検出電力601,602及び第3の検出電力611,612,613,614,615が印加される中にインピーダンス変化を検出できる。例えば、PTUは、第3の検出電力615の印加中にインピーダンスが変化されることを検出できる。これによって、PTUは、ステップS507で、物体を検出できる。物体が検出されない場合(ステップS507でいいえ)、PTUは、ステップS505で、異なる電力を周期的に印加する電力節約モードを維持できる。
一方、インピーダンスが変化されて物体が検出される場合(ステップS507ではい)、PTUは、低電力モードに進入できる。ここで、低電力モードは、PTUがPRUの制御部及び通信部を駆動させる電力量を有する駆動電力を印加するモードである。例えば、図6では、PTUは、駆動電力620を電力送信部に印加できる。PRUは、駆動電力620を受信して制御部及び/又は通信部を駆動できる。PRUは、駆動電力620に基づいてPTUと所定の方式で通信を実行できる。例えば、PRUは、認証に要求されるデータを送受信し、これに基づいてPTUが管理する無線電力ネットワークに加入できる。但し、PRUでなく異物が配置される場合には、データ送受信が実行されることができない。これによって、PTUは、ステップS511で、配置された物体が異物であるか否かを判定できる。例えば、PTUは、所定時間で物体から応答を受信しない場合、物体を異物として決定できる。
異物として判定された場合(ステップS511ではい)、PTUは、ステップS513で、ラッチ失敗モードに進入できる。一方、異物でないと判定された場合(ステップS511でいいえ)、ステップS519で、加入段階を進むことができる。例えば、PTUは、図6での第1の電力631乃至634を第1の周期で周期的に印加できる。PTUは、第1の電力の印加中にインピーダンス変化を検出できる。例えば、異物が回収される場合(ステップS515ではい)、インピーダンス変化を検出でき、PTUは、異物が回収されると判定できる。あるいは、異物が回収されない場合(ステップS515でいいえ)、PTUは、インピーダンス変化を検出できず、PTUは、異物が回収できないと判定できる。異物が回収できない場合には、PTUは、ランプ及び警告音のうち少なくとも一つを出力して現在のPTUの状態がエラー状態であることをユーザーに知らせることができる。それによって、PTUは、ランプ及び警告音のうち少なくとも一つを出力する出力部を含むことができる。
異物が回収できないと判定される場合(ステップS515でいいえ)、PTUは、ステップS513で、ラッチ失敗モードを維持できる。一方、異物が回収されると判断される場合(ステップS515ではい)、PTUは、ステップS517で、電力節約モードに再進入できる。例えば、PTUは、図6の第2の電力651,652及び第3の電力661乃至665を印加できる。
上記したように、PTUは、PRUでなく異物が配置された場合、ラッチ失敗モードに進入できる。さらに、PTUは、ラッチ失敗モードで印加する電力に基づいたインピーダンス変化に基づいて異物が回収されるか否かを判定できる。すなわち、図5及び図6の実施形態でのラッチ失敗モード進入条件は異物の配置であり得る。一方、PTUは、異物の配置以外にも多様なラッチ失敗モード進入条件を有することができる。例えば、PTUは、配置されたPRUと交差接続され、上記の場合でもラッチ失敗モードに進入できる。
それによって、PTUは、交差接続が発生する場合、初期状態への復帰が要求され、PRUの回収が要求される。PTUは、他のPTU上に配置されるPRUが無線電力ネットワークに加入される交差接続をラッチ失敗モードの進入条件に設定できる。交差接続を含むエラー発生時のPTUの動作を、図7を参照して説明する。
図7は、本発明の一実施形態によるPTUの制御方法を示すフローチャートである。図7の制御方法は、図8を参照してより詳細に説明する。図8は、図7の実施形態によるPTUにより印加される電力量の時間軸に対するグラフである。
PTUは、ステップS701で上記方法を開始する。さらに、PTUは、ステップS703で初期設定をリセットできる。PTUは、ステップS705で、電力節約モードに入ることができる。ここで、電力節約モードは、PTUが電力送信部に異なる量を有する電力を印加する区間であり得る。例えば、電力節約モードは、PTUが図8での第2の検出電力801,802及び第3の検出電力811,812,813,814,815を電力送信部に印加する区間に対応する。ここで、PTUは、第2の検出電力801,802を第2の周期で周期的に印加する。PTUが第2の検出電力801,802を印加する場合、上記アプリケーションは、第2の期間で継続できる。PTUは、第3の検出電力811,812,813,814,815を第3の周期で周期的に印加する。PTUが第3の検出電力811,812,813,814,815を印加する場合、上記アプリケーションは、第3の期間で継続できる。一方、第3の検出電力811,812,813,814,815の電力値が各々異なることを示すが、第3の検出電力811,812,813,814,815の電力値は異なってもよく、同一であってもよい。
一方、第2の検出電力801,802は、PRUを駆動できる電力である。より詳細には、第2の検出電力801,802は、PRUの制御部及び通信部を駆動させる電力量を有することができる。
PTUは、第2の検出電力801,802及び第3の検出電力811,812,813,814,815を電力受信部に各々第2の周期及び第3の周期で印加する。PTU上にPRUが配置される場合、PTUの一地点でのインピーダンスが変化できる。例えば、PTUは、第2の検出電力801,802及び第3の検出電力811,812,813,814,815の印加中にインピーダンス変化を検出できる。例えば、PTUは、第3の検出電力815が印加されている間に、インピーダンス変化を検出できる。それによって、PTUは、ステップS707で物体を検出できる。物体が検出されない場合(ステップS707でいいえ)、PTUは、ステップS705で、異なる電力が周期的に印加される電力節約モードを維持できる。
一方、インピーダンスが変化されて物体が検出される場合(ステップS707でい)、PTUは、ステップS709で低電力モードに進入する。ここで、低電力モードは、PTUがPRUの制御部及び通信部を駆動する電力量を有する駆動電力を印加するモードである。例えば、図8において、PTUは、駆動電力820を電力送信部に印加できる。PRUは、駆動電力820を受信して制御部及び通信部を駆動できる。PRUは、駆動電力820に基づいてPTUと所定の方式に従って通信を実行できる。例えば、PRUは、認証に要求されるデータを送受信し、これに基づいてPTUが管理する無線電力ネットワークに加入できる。
その後、PTUは、ステップS711で、充電電力が送信される電力送信モードに進入する。例えば、PTUは、図8に示すように充電電力821を印加し、充電電力はPRUに送信することができる。
PTUは、電力送信モードで、エラーが発生するか否かを判定できる。ここで、エラーは、PTU上の異物、交差接続、過電圧、過電流、過温度などにより発生する。PTUは、過電圧、過電流、過温度などを測定できるセンシング部を含んでもよい。例えば、PTUは、基準位置の電圧または電流を測定する。測定した電圧または電流がしきい値より大きい場合、過電圧又は過電流の条件を満たすと判定される。あるいは、PTUは、温度感知手段を含み、温度感知手段はPTUの基準位置の温度を測定することができる。基準位置の温度がしきい値より大きい場合、PTUは、過温度の条件を満たすと判定できる。
一方、過電圧、過電流、又は過温度状態が温度、電圧、又は電流などの測定値により判定される場合、PTUは、無線充電電力を所定の値だけ減少させて過電圧、過電流、又は過温度を防止する。このとき、低下した無線充電電力の電圧値が所定の最小値(例えば、PRUの整流部後端の最小電圧値(VRECT_MIN_DYN))より小さい場合、無線充電が中断されるので、本発明の実施形態により電圧設定値を再調整できる。
図8の実施形態では、PTU上に異物が追加的に配置されるエラーを示すが、エラーは、これに限定されるものでなく、異物、交差接続、過電圧、過電流、過温度に対してPTUが類似したプロセスで動作することは、当業者には容易に理解できるものである。
エラーが発生しない場合(ステップS713でいいえ)、PTUは、ステップS711で、電力送信モードを維持できる。一方、エラーが発生する場合(ステップS713ではい)、PTUは、ステップ715で、ラッチ失敗モードに入る。例えば、PTUは、図8に示すように、第1の電力831乃至835を印加できる。さらに、PTUは、ラッチ失敗モードでランプ(又は可視指示)及び警告音のうち少なくとも一つを含むエラー発生表示を出力できる。異物又はPRUが回収できないと判定される場合(ステップS717でいいえ)、PTUは、ステップS715で、ラッチ失敗モードを維持できる。一方、異物またはPRUが回収されたと判定される場合(ステップS717ではい)、PTUは、ステップS719で電力節約モードに再進入できる。例えば、PTUは、図8の第2の電力851,852及び第3の電力861乃至865を印加できる。
上記説明において、エラーは、PTUが充電電力を送信する間に発生する。以下、複数のPRUがPTUから充電電力を受信する場合にPTUの動作について説明する。
図9は、本発明の一実施形態によるPTUの制御方法を示すフローチャートである。図9のプロセスは、図10を参照してより詳細に説明する。図10は、本発明の実施形態による図9のPTUにより印加される電力量の時間軸(x軸)に対するグラフである。
図9に示すように、PTUは、ステップS901で、第1のPRU(RX1)に充電電力を送信できる。さらに、PTUは、ステップS903で、追加に第2のPRU(RX2)を無線電力ネットワークに加入させ得る。PTUは、ステップS905で第2のPRUにも充電電力を送信できる。より詳細には、PTUは、第1のPRU及び第2のPRUにより要求される充電電力の合計を電力受信部に印加できる。
例えば、図10を参照すると、PTUは、第2の検出電力1001,1002及び第3の検出電力1011乃至1015を印加する電力節約モードを維持できる。以後、PTUは、第1のPRUを検出し、検出電力1020が維持される低電力モードに進入できる。以後、PTUは、第1の充電電力1030が印加される電力送信モードに入る。PTUは、第2のPRUを検出し、第2のPRUを無線電力ネットワークに加入可能にする。さらに、PTUは、第1のPRU及び第2のPRUにより要求される電力量の合計に対応する電力量を有する第2の充電電力1040を印加できる。
図9を参照すると、PTUは、ステップS905で第1及び第2のPRU両方ともに充電電力が送信される間に、ステップS907でエラー発生を検出できる。上記のように、エラーは、異物、交差接続、過電圧、過電流、過温度などにより発生する。エラーが発生しない場合(ステップS907でいいえ)、PTUは、第2の充電電力1040の印加を維持できる。
一方、エラーが発生する場合(ステップS907ではい)、PTUは、ステップS909で、ラッチ失敗モードに進入する。例えば、PTUは、図10の第1の電力1051乃至1055を第1の周期で印加できる。PTUは、ステップS911で、第1のPRU及び第2のPRUが両方とも回収されるか否かを判定する。例えば、PTUは、第1の電力1051乃至1055の印加中にインピーダンス変化を検出できる。PTUは、インピーダンスが初期値に戻るか否かに従って第1のPRU及び第2のPRUが両方ともに回収されるか否かを判定できる。
第1のPRU及び第2のPRUが両方とも回収されると判定される場合(ステップS911ではい)、PRUは、ステップS913で、電力節約モードに進入する。例えば、PTUは、第2の検出電力1061,1062及び第3の検出電力1071乃至1075を各々第2の周期及び第3の周期で印加できる。
上記のように、PTUが複数のPRUに充電電力を印加する場合であっても、PTUは、エラーの発生時にPRUまたは異物が回収されるか否かを判定できる。
図11は、本発明の一実施形態によるSAモードでのPTU及びPRUを示す。
PTU1100は、通信部1110、電力増幅器(PA)1120、及び共振器1130を含む。PRU1150は、通信部1151、アプリケーションプロセッサ(AP)1152、電力管理集積回路(PMIC)1153、無線電力集積回路(WPIC)1154、共振器1155、インターフェース電力管理(IFPM)IC1157、有線充電アダプタ(TA)1158、及びバッテリー1159を含むことができる。
PTU1100の通信部1110は、WiFi/ブルートゥース(登録商標)(BT)コンボ(combo)ICで実現でき、PRU1150の通信部1151と所定の方式、例えばBLE方式で通信を実行できる。例えば、PRU1150の通信部1151は、<表1>のデータ構造を有するPRUダイナミック信号をPTU1100の通信部1110に送信できる。上記のように、PRUダイナミック信号は、PRU1150の電圧情報、電流情報、温度情報、及び警告情報のうち少なくとも一つを含むことができる。
受信されたPRUダイナミック信号に基づき、電力増幅器1120からの出力電力値が調整される。例えば、PRU1150に過電圧、過電流、過温度が印加される場合、電力増幅器1120から出力される電力値が減少することができる。さらに、PRU1150の電圧または電流が所定値未満である場合に、電力増幅器1120から出力される電力値が増加できる。
PTU1100の共振器1130からの充電電力は、PRU1150の共振器1155に無線で送信できる。
WPIC1154は、共振器1155から受信された充電電力を整流し、DC/DC変換(conversion)を実行できる。WPIC1154は、変換された電力で通信部1151を駆動し、あるいはバッテリー1159を充電する。
一方、有線充電端子はTA1158に挿入される。TA1158は、30ピンコネクタまたはUSBコネクタのような有線充電端子を有し、外部電源から供給される電力を受信してバッテリー1159を充電できる。
IFPM1157は、有線充電端子から印加される電力を処理してバッテリー1159及びPMIC1153に出力できる。
PMIC1153は、無線で受信された電力、有線で受信された電力、及びPRU1150の構成要素各々に印加される電力を管理できる。AP1152は、PMIC1153から電力に関する情報を受信し、この電力情報を報告するためのPRUダイナミック信号を送信するように通信部1151を制御できる。
TA1158は、WPIC1154に接続されるノード1156に接続され得る。有線充電コネクタが有線充電アダプタ1158に挿入される場合、所定の電圧(例えば、5Vの電圧)は、ノード1156に印加される。WPIC1154は、ノード1156に印加される電圧をモニタリングし、有線充電アダプタが挿入されるか否かを判定する。
AP1152は、所定の通信方式のスタック(stack)、例えばWi-Fi/BT/BLEスタックを有する。したがって、無線充電向けの通信では、通信部1151は、AP1152からこのスタックをロードした後、そのスタックに基づいてBT又はBLE通信方式でPTU1100の通信部1110と通信できる。
しかしながら、例えばAP1152が電源オフ状態でAP1152から無線電力伝送を実行するためのデータがフェッチされない状態、あるいはAP1152内のメモリから上記データがフェッチされる間にAP1152がオン状態を維持できない程度で電力が消失された状態が発生する可能性がある。
このように、バッテリー1159の残存容量が最小電力しきい値未満である場合、AP1152がオフ状態であり、PRUの内部に配置される無線充電のための一部構成要素、例えば通信部1151、WPIC1154、及び共振器1155を用いて無線充電が遂行できる。AP1152がターンオンできない状態はデッドバッテリー(dead battery)状態と呼ばれる。
デッドバッテリー状態ではAP1152が駆動されないため、通信部1151は、所定の通信方式のスタック、例えばWi-Fi/BT/BLEスタックをAP1152から受信できない。このような場合に、通信部1151のメモリ1162内にAP1152から所定の通信方式のスタックのうち一部、例えばBLEスタックがフェッチされて格納される。それによって、通信部1151は、メモリ1162に格納した通信方式のスタック、すなわち無線充電プロトコルを用いて無線充電のためのPTU1100と通信する。このとき、通信部1151はメモリを含み、BLEスタックは、SAモードでROM(Read Only Memory)形態のメモリに格納され得る。
上記したように、通信部1151がメモリ1162に格納された通信方式のスタックを用いて通信を実行するモードはSAモードである。従って、通信部1151は、BLEスタックに基づいて充電プロセスを管理する。
以上、図1乃至図11を参照して、本発明が適用される無線充電システムの概念について説明する。次に、図12乃至図15を参照して、本発明の一実施形態により無線充電システムでの無線電力伝送方法、PTU、及びPRUについて説明する。
次の方法では、一つの無線電力送信部により、複数のPRUに充電電力を伝送する場合、基準PRU(以下、‘ドミナントPRU’と称する)を決定するために使用される。
例えば、一つの無線電力送信部により、一つのPRUに充電電力を伝送する場合、該当PRUに対してVRECT_MIN_ERRORの電力追跡(power tracking)により最適の充電状態を維持できる。しかし、一つの無線電力送信部により複数のPRUを同時に充電する場合、ドミナントPRUを設定又は決定することによって、充電電力が効率的に制御できる。
ドミナントPRUを決定する一つの方法として、最高比率利用方法について説明する。上記方法は、比較的無線送信部から無線受信部に電力を送信する効率的な性能を提供する。しかしながら、上記方法は、異なる温度設定または消失(dissipation)を有する複数のPRUの場合には効率的に動作しないこともある。例えば、上記方法により決定されたドミナントPRUは、最適のドミナントPRUでないこともあり、充電中に他のPRUの温度が上記しきい値温度に上昇することができる。
例えば、PRUの温度は、ドミナントPRUの決定に重要な要素であり得る。したがって、ドミナントPRUは、PRUの温度を考慮して設定又は決定できる。
また、共振器のカップリング効率差は、各PRUでVRECTの差を発生させる。一部PRUは、高い効率を有し、VRECTがVRECT_HIGHより低いので大きいマージンを有し、一部PRUのVRECTは、マージンを有しないことがある。VRECTは、各PRUとPTUの組み合わせで多様であるため、VRECT及びVRECT_HIGHマージンは、ドミナントPRUを決定するために主な要素のうち一つであり得る。
無線充電電力の制御一方法として、VRECT_MIN_ERRORは、PTUがPRUからスタティックパラメータを通じて受信されたVRECT_SET_STATIC値またはダイナミックパラメータを通じて受信されたVRECT_SET_DYNAMIC値に現在ダイナミックパラメータとして登録される実際のVRECTが近接するように出力電力を調整するために提案される。
一方、PTUが2個以上のPRUを同時に充電する多重充電である場合、複数のPRUのうちいずれか一つは、ドミナントPRUとして判定し、判定したドミナントPRUの現在のVRECTがVRECT_SET値に近づくように送信電力またはItxを調整できる。すなわち、EVRECT=|VRECT-VRECT_SET|が最小となるように調整できる。
ドミナントPRUを設定する方法の中で、最高の使用率を有するPRU(例えば、最大PRECT/PRECT_MAXを有するPRU)をドミナントPRUとして決定する方法がある。
ここで、VRECT_SETは、PRUの動作又は充電に最も適合した電圧に設定でき、ドミナントPRUとして決定されないPRUである場合、カップリング位置やマッチング状態によってVRECTが非常に高くなり、あるいは発熱の問題が発生する可能性がある。
以下、本発明の多様な実施形態によるドミナントPRUの決定方法について説明する。
PTUから充電電力を受信する複数のPRUのうち、発熱比率が最も高いPRUは、ドミナントPRUとして決定できる。
例えば、PRUの利用可能な最高温度TMAXに関する情報は、PRUから伝送されるPRUスタティック信号を通じてPTUに伝送され得る。さらに、現在PRUの温度情報は、PRUから伝送されるPRU動作信号を通じてPTUに伝送され得る。
PTUは、PRUから受信される利用可能な最高温度情報及び現在温度情報を用いて発熱比率を算出できる。発熱比率(Tratio)は、下記のような<式1>を用いて算出できる。
Tratio=PRUの現在温度/PRUのTMAX ・・・<式1>
例えば、OTPは現在無線充電受信器の最小の温度状態比率を有するPRUで発生する可能性が最も高いので、最小の発熱比率を有するPRUは、ドミナントPRUとして決定され得る。
ドミナントPRUを決定する場合、高い発熱比率を有するPRUがドミナントPRUとなり、PTUは、ドミナントPRUの基準によって送信電力のレベルを合わせる場合、PRUは、発熱を減少させるために最適のVRECTに近づく。したがって、最高発熱比率を有するPRUがドミナントPRUとして決定されるので、より効率的に発熱が管理される。
図12は、本発明の一実施形態によるPTUの処理方法を示すフローチャートである。図12を参照すると、PTUは、ステップ1201の低電力モードで動作するように設定され、ステップ1202で、PRUからPRUスタティック信号を受信できる。PRUスタティック信号は、下記の<表5>に示すように該当PRUの利用可能な最高温度TMAXを含むことができる。
PRUから利用可能な最高温度が受信されるPTUは、ステップ1203で、各PRUの利用可能な最高温度を格納できる。
ステップ1204の電力送信モードに入り、PTUは、ステップ1205で、充電中である複数の各PRUからPRUダイナミック信号を受信する。各PRUから受信されるPRUダイナミック信号は、<表6>のように該当PRUの現在温度情報を含むことができる。
PTUは、ステップ1207で、各PRUに対して受信された利用可能な最高温度及び現在温度に基づいて発熱比率を算出する。発熱比率は、上記した<式1>により算出できる。
次に、PTUは、ステップ1208で、算出された発熱比率に従ってドミナントPRUを決定できる。例えば、算出された最高発熱比率を有するPRUは、ドミナントPRUとして決定され得る。上記のように、最高発熱比率を有するPRUにドミナントPRUを切り替えてより効率的に発熱が管理可能である。PTUは、決定されたドミナントPRUのVRECTがVRECT_SETに近接するように送信電力またはItxを調整できる。
図13は、本発明の一実施形態によるPRUの処理方法を示すフローチャートである。図13を参照すると、ステップ1302で、低電力モード(ステップ1301)でPRUの利用可能な最高温度TMAXをPRUスタティック信号に追加できる。利用可能な最高温度が追加されるPRUスタティック信号は、ステップ1303で、PTUに伝送される。
PRUが充電されている電力送信モード(ステップ1304)で、PRUは、ステップ1305で、温度センサにより現在温度をセンシングできる。センシングされた現在温度は、ステップ1306で、PRUダイナミック信号に含まれてPTUに伝送される。
上記したようにPRU温度の最大値と現在温度をPRUダイナミック信号またはPRUスタティック信号に別に追加することによってPTUに通知しない場合、PRUは、発熱比率を算出してPTUに通知することもある。例えば、PRUは、PRU温度の最大値TMAX及び測定された現在温度から上記<式1>により発熱比率Tratioを算出し、算出した比率をPTUに伝送できる。発熱比率Tratioは、<表7>に示すようにPRUダイナミック信号に追加して伝送できる。
<表7>において、Tratioは、Tcurrent_temp/Totp_thresholdの温度比によりと定義され、Tcurrent tempは、現在測定された温度を意味し、Totp_thresholdは、PRUの過温度保護しきい値を意味する。
最高VRECT比率を有するPRUは、ドミナントPRUとして決定され得る。
PRUから伝送されるPRUスタティック信号に含まれる該当PRUのVRECT_HIGH_STATICまたはPRUダイナミック信号に含まれる該当PRUのVRECT_HIGH_DYNと現在PRUのVRECT間の最小比率を有するPRUは、発熱が最も激しく、あるいはVHIGHを超える可能性が高い。したがって、このような条件を満たすPRUは、ドミナントPRUとして決定できる。
例えば、下記の<式2>によりPRUの整流部段の電圧比を算出できる。
Tratio(VRECT比率)=VRECT/VRECT_HIGH ・・・<式2>
RECT_HIGHは整流部の後端で測定される電圧値であって、最適の電圧範囲内で動作する場合の最大電圧値を意味し、PRUから伝送されるPRUスタティック信号に含まれるVRECT_HIGH_STATICに設定され、PRUから伝送されるPRU動作信号に含まれるVRECT_HIGH_DYNに設定することができる。
複数のPRUのうち、最高電圧比率を有するPRUはドミナントPRUとして決定され得る。
このように、VRECTの高い差比率を有するPRUがドミナントPRUとして設定し、PTUの送信電力レベルが調整される場合、決定されたドミナントPRUは、最適のVRECTに近くなって発熱を減少させ、VRECT_HIGHを超える可能性が低くなるので、最適の範囲で充電動作が提供される。
図14は、本発明の一実施形態によるPTUの処理手順を示すフローチャートである。図14を参照すると、PTUは、ステップ1401の低電力モードで動作数量に設定され、ステップ1402で、PRUからPRUスタティック信号を受信する。PRUスタティック信号は、下記の<表8>に示すように該当PRUの整流部の後端の最大電圧値VRECT_HIGH_STATIC情報を含むことができる。
上記のように、PRUから最大電圧値情報を受信したPTUは、ステップ1403で、各PRUの最大電圧値情報を格納する。
ステップ1404で電力送信モードに設定されるPTUは、ステップ1405で、充電中である複数の各PRUからPRUダイナミック信号を受信できる。各PRUから受信されるPRUダイナミック信号は、下記の<表9>に示すように該当PRUの整流部の後端の電圧VRECT情報を含む。
PTUは、ステップ1406で、各PRUに対して受信された最大電圧値情報及び現在電圧情報を確認し、ステップ1407で、確認した情報に基づいて各PRUに対して電圧比率を算出できる。電圧比率は、<式2>により算出される。
次に、PTUは、ステップ1408で、算出された電圧比に基づいてドミナントPRUを決定できる。例えば、算出された最高電圧比を有するPRUは、ドミナントPRUとして決定される。
上記のように、最高電圧比を有するPRUがドミナントPRUとして設定され、PTUの送信電力レベルを調整する場合、ドミナントPRUは、最適のVRECTに近づいて発熱を低減させ得る。PTUでは、決定されたPRUのVRECTがVRECT_SETに近づくように送信電力またはItxを調整できる。
図15は、本発明の一実施形態によるPRUの処理手順を示すフローチャートである。図15を参照すると、ステップ1502において、ステップ1501で低電力モードで動作するPRUが、その整流部の後端の最大電圧値VRECT_HIGH_STATIC情報をPRUスタティック信号に追加して伝送される。
PRUが充電されている電力送信モード(ステップ1503)で、PRUは、ステップ1504でVRECTをセンシングできる。センシングされたVRECT情報は、ステップ1505で、PRUダイナミック信号に含まれてPTUに伝送される。
上記のようにドミナントPRUを決定する場合、PTU動作の予測性を保証することが重要である。さらに、ダイナミック信号(例えば、PRUダイナミック信号)により新たな情報がPTUに提供される度に適用される異なる選択条件により結果選択メカニズムがドミナントPRUを継続して変更しないようにすることが重要である。
例えば、最悪の場合、このようなドミナントPRUは、250msごとに変更され得る。したがって、このような問題を解決するために後述する多様なアルゴリズムがさらに考慮される。
PTUが複数のPRUとペアリング(pairing)される場合、最適の閉ループ電力制御アルゴリズムのために、PTUによりメインPRUとしてドミナントPRUが選択され得る。
PTUは、上記したようにVRECT_MIN_ERRORアルゴリズムまたはηMAXアルゴリズムのうちいずれか一つを選択できる。さらに、PTUは、2つのアルゴリズムをスイッチングして適用できる。しかしながら、PTUは、いかなるPRUも最適の電圧領域を外れるようにITX_COILを調整してはならない。これを考慮して、ドミナントPRUの望ましいアルゴリズムを選択しなければならない。例えば、OVP(Over Voltage Protection)指示またはPRUが報告するVRECTがVRECT_HIGHより大きいか、あるいはVRECT_MINより小さいかを考慮してアルゴリズムを選択すべきである。
例えば、PTUが一つのPRUとペアリングされると、PTUは、EVRECT=|VRECT-VRECT_SET|が最小化するように調整できる。PTUが複数のPRUとペアリングされる場合、PTUは、ドミナントPRUに対するEVRECTを最小化するようにITX_COILを調整できる。
以下、PTUが複数のPRUとペアリングされる場合、PTUがドミナントPRUを選択する多様な実施形態について説明する。PTUは、ドミナントPRU選択メカニズムを変更(切り替え)できるが、同時に複数のメカニズムを使用しないことが望ましい。PTUがドミナントPRU選択のためのメカニズムをスイッチングする場合、後述する例外的な状況を考慮して少なくとも所定時間(例えば、5秒)の間に選択されたメカニズムを持続することが望ましい。
PTUが現在最大Tratioアルゴリズムと異なるアルゴリズムとしてドミナントPRUを選択し、新たなドミナントPRU選択メカニズムへの最後のスイッチングから所定時間(例えば、5秒)の区間が経過する前にTratio>Tempしきい値条件を満たすPRUを感知する場合、上記条件を感知した直後にドミナントPRUを選択するためにTratioメカニズムにスイッチングすることができる。
以下、ドミナントPRU選択のための多様なメカニズムの例について説明する。
PTUがドミナントPRU選択のための最高比率利用メカニズムを選択する場合、PTUは、その対応する出力(rated output)の最高比率利用を有するドミナントPRUを選択できる。対比される出力の比率は、次の<式3>のように表す。
Pratio(PRECT比率)=PRECT/PRECT_MAX ・・・<式3>
<式3>において、PRECT_MAXは、PRU設計の最大出力電力を意味する。PRECT_MAXは、PRUスタティック信号によりPTUに伝送される。
PTUがドミナントPRU選択として最大温度比率メカニズムを選択する場合、PTUは、最も高いTratioを有するPRUをドミナントPRUとして選択できる。Tratioは、PRUダイナミック信号として報告されるTcurrentをPRUスタティック信号として報告されるToptに分けることで計算できる。PRUは、PRUのTratioが所定のしきい値Tthresholdを超える場合、ドミナントPRUを他のPRUにスイッチングできる。PTUは、0.75と等しいか大きい所定のしきい値Tthresholdを使用できる。
PTUがドミナントPRUの選択のために最大VRECT_HIGH比率アルゴリズムを選択する場合、PTUは、最高VRECT_HIGH_RATIOを有するPRUをドミナントPRUとして選択できる。VRECT_HIGH比率は、PRUダイナミック信号として報告されるVRECTをVRECT_HIGH_STATICまたはVRECT_HIGH_DYNに分けることによって計算できる。
RECT_HIGH_DYNがPTUに報告される場合、VRECT_HIGH_DYNは、VRECT_HIGH_STATICの代わりに使用され得る。PTUは、VRECT_HIGH比率がVRECT_HIGHしきい値を超える場合、ドミナントPRUを他のPRUにスイッチングできる。PTUは、0.75と等しいか大きいしきい値を使用できる。
PTUがドミナントPRUの選択のために最大VRECT_MIN比率アルゴリズムを選択する場合、PTUは、最も高いVRECT_MIN_RATIOを有するPRUをドミナントPRUとして選択できる。VRECT_MIN比率は、VRECT_MIN_STATICまたはVRECT_MIN_DYNにPRUダイナミック信号として報告されるVRECTに分けることで計算できる。
RECT_MIN_DYNがPTUに報告される場合、VRECT_MIN_DYNは、VRECT_MIN_STATICの代わりに使用できる。PTUは、VRECT_MIN比率がVRECT_MINしきい値を超える場合、ドミナントPRUを他のPRUにスイッチングできる。PTUは、0.75と等しいか大きいしきい値を使用できる。
上記したアルゴリズム等の実現のためにPRUスタティック信号は、下記の<表10>のように構成される。
<表10>で、TotpはOTPしきい値の温度であって、下記の<表11>のように構成される。
また、上記したアルゴリズムの実現のために、PRUダイナミック信号は、下記の<表12>のように構成できる。
<表12>において、Tcurrentは、PRUで現在測定される温度であって、下記の<表13>のように構成される。
上記したアルゴリズムのうち少なくとも一つのアルゴリズムを適用して複数のPRUに対する無線充電電力を効率的に制御できる。
例えば、PRUのVRECTが過電圧(例えば、VRECT>VRECT_MAX)状態になることから保護できる。また、PRUがVRECT>VRECT_HIGH状態を報告した後、所定の時間(例えば、5秒)以内にVRECT≦VRECT_HIGHになるようにPRUのVRECTを減少させ得る。また、上記条件が満たされる場合、すべてのPRUに対してVRECT電圧がVRECT_MINより大きく、VRECT_HIGHより小さいように保証できる。さらに、上記条件が満たされる場合、PRUのVRECTを最適化し、あるいは全体システム効率を最大化するようにITX_COILを制御できる。
以上、本発明を具体的な実施形態に関して図示及び説明したが、添付した特許請求の範囲により規定されるような本発明の精神及び範囲を外れることなく、形式や細部の様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
211 電力送信部
212 制御部
213 通信部
214 ディスプレイ部
215 格納部
216 マッチング部
217 駆動部
218 増幅部
219 センサ部
251 電力受信部
252 制御部
253 通信部
254 整流部
255 コンバータ
256 スイッチ部
257 ロード部
258 ディスプレイ部
259 格納部
1110 通信部
1120 電力増幅器
1130 共振器
1151 通信部
1152 アプリケーションプロセッサ(AP)
1153 電力管理集積回路(PMIC)
1154 無線電力集積回路(WPIC)
1155 共振器
1156 ノード
1158 有線充電アダプタ(TA)
1159 バッテリー

Claims (13)

  1. 無線充電システムにおける無線電力を伝送する方法であって、
    複数の無線電力受信器(PRU)のうち少なくとも一つから利用可能な最高温度に関する情報及び整流部後端の最高電圧値情報のうち少なくとも一つを受信するステップと、
    前記複数のPRUの各々から現在温度に関する情報及び前記整流部後端の現在電圧値情報を受信するステップと、
    前記少なくとも一つの情報に基づいて前記複数のPRUのうちドミナントPRUを判定するステップと、
    を有することを特徴とする方法。
  2. 前記判定されたドミナントPRUの電圧設定値によって送信電力を調整するステップをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記ドミナントPRUを判定するステップは、
    前記受信された利用可能な最高温度情報及び現在温度情報を用いて各PRUに対する発熱比率を算出するステップと、
    前記算出された発熱比率に基づいて前記ドミナントPRUを判定するステップと、
    を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記判定されたドミナントPRUは、前記複数のPRUのうち最高の算出された発熱比率を有するPRUであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 前記最高電圧値情報及び前記利用可能な最高温度の情報は、低電力モードで伝送されるPRUスタティック信号を通じて伝送されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記現在電圧値情報及び前記現在温度の情報は、電力送信モードで前記PRUにより伝送されるPRUダイナミック信号を通じて伝送されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  7. 複数の無線電力受信器(PRU)のうち少なくとも一つのPRUから利用可能な最高温度に関する情報及び整流部後端の最高電圧値情報のうち少なくとも一つを受信し、前記複数のPRUの各々から現在温度に関する情報及び前記整流部後端の現在電圧値情報を受信するように構成される通信部と、
    前記少なくとも一つの情報に基づいて前記複数のPRUのうちドミナントPRUを判定するように構成されるプロセッサと、
    制御部の制御に基づいて前記複数のPRUに電力を伝送するように構成される電力送信部と、
    を含むことを特徴とする無線電力送信器(PTU)。
  8. 前記プロセッサは、前記判定されたドミナントPRUの電圧設定値によって送信電力を調整することを特徴とする請求項7に記載のPTU。
  9. 前記利用可能な最高温度及び前記最高電圧値情報は、前記PRUが低電力モードで伝送するPRUスタティック信号を通じて伝送されることを特徴とする請求項7に記載のPTU。
  10. 前記現在温度の情報及び前記現在電圧値情報は、前記PRUが電力送信モードで伝送するPRUダイナミック信号を通じて伝送されることを特徴とする請求項7に記載のPTU。
  11. 温度を感知するように構成される温度センサと、
    利用可能な最高温度が含まれる信号及び前記温度センサにより感知される現在温度が含まれた信号を生成するように構成されるプロセッサと、
    前記利用可能な最高温度を含む信号及び現在温度を含む信号をPTUに伝送する通信部と、
    を含むことを特徴とする無線電力受信器(PRU)。
  12. 前記プロセッサは、低電力モードで前記利用可能な最高温度に関する情報を含むPRUスタティック信号を生成することを特徴とする請求項11に記載のPRU。
  13. 前記プロセッサは、電力送信モードで前記現在温度に関する情報を含むPRUスタティック信号を生成することを特徴とする11に記載のPRU。
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