KR101332163B1 - 무선 충전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 충전 시스템을 공개한다. 상기 무선 충전 시스템은 1차 코일을 포함하는 송신 장치 및 2차 코일을 포함하는 수신 장치를 포함하는 무선 충전 시스템에 있어서, 상기 송신 장치는, 상기 1차 코일로부터 제공되는 입력 신호를 감지하여 펄스 형태의 출력 신호를 생성하고, 생성된 상기 출력 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하여 수신 장치의 유무를 판달할 검출 신호를 생성한다. 이러한, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템은 아날로그-디지털 컨버터단의 구현이 불필요하게 됨으로써 ADC 칩을 별도로 사용하거나, ADC 블럭이 포함된 고가의 제어 회로를 사용하지 않아도 됨에 따라 시스템의 재료비를 절감시킬 수 있다. 더하여, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템은 ADC 신호 처리를 위한 소프트웨어 알고리즘이 필요치 않게 되므로, 성능이 향상될 수 있다.

Description

무선 충전 시스템{WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM}
본 발명은 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 특히, 제조 비용을 절감할 수 있는 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
최근 각종 전자기기에 전선의 연결이 없이도 편리하게 전원을 공급하거나 충전할 수 있는 방법인 무선 전력 전송(Wireless Power Transfer) 기술에 대한 활발한 연구가 진행되면서 관심도가 급격히 늘어나고 있다.
무선 전력 전송 기술은 개인 단말기를 무선으로 충전하는 방식에서부터 크게는 자동차 배터리를 무선으로 충전하는 기술까지 그 영역이 확대되어질 추세이다.
무선 전력 전송 기술 분야는 전자기 유도(Inductive Coupling) 방식, 근접장 공명(Evanescent Wave Resonance) 방식, RF(Radio Frequency)방식 등 크게 세 가지 방식이 있으며, 현재 가장 효율적이고 많이 이용되고 있는 방식은 전자기 유도 방식이다.
전자기 유도 방식은 변압기(Transformer)의 기본 원리와 같으며, 무선 충전 시스템에서는 변압기의 1차 코일과 2차 코일을 분리하여 1차 코일은 충전 장치(이하, 송신 장치)에 2차 코일은 단말기(이하, 수신 장치)에 탑재하여 사용된다.
전자기 유도 방식을 이용한 무선 충전 시스템을 설계함에 있어서, 코일 간의 전류 유도가 전체 시스템의 효율과 밀접한 관련이 있기 때문에 송수신단의 코일의 특성 및 매칭을 고려하여 설계해야 한다.
더하여, 송신 장치 입장에서 송신 장치 패드 상에 수신 장치의 유무를 판단하여 수신 장치가 위치하여 있는 경우는 전력을 송신해야하고, 수신 장치가 없는 경우에는 전력을 공급하지 않도록 하여 불필요한 전력 낭비를 줄여야할 필요가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2011-065969호
본 발명의 실시 예들은 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 제조 비용을 절감할 수 있는 무선 충전 시스템을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 시스템은, 1차 코일을 포함하는 송신 장치 및 2차 코일을 포함하는 수신 장치를 포함하는 무선 충전 시스템에 있어서, 상기 송신 장치는, 상기 1차 코일로부터 제공되는 입력 신호를 감지하여 펄스 형태의 출력 신호를 생성하고, 생성된 상기 출력 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하여 수신 장치의 유무를 판달할 검출 신호를 생성한다.
상기 송신 장치는, 상기 1차 코일로 전력을 제공하는 파워 증폭기 구동부; 상기 검출 신호에 응답하여 파워 증폭기 구동부를 제어하는 제어부; 및 상기 검출 신호를 생성하여 상기 제어부로 제공하는 검출부를 포함한다.
상기 검출부는, 상기 입력 신호를 감지하여 펄스 형태의 출력 신호를 생성하는 레벨 결정부; 및 상기 출력 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하여 수신 장치의 유무를 판달할 검출 신호를 생성하는 비교부를 포함한다.
상기 검출부는, 상기 레벨 결정부의 앞단에 연결되어, 상기 입력 신호의 유입에 의해 상기 파워 증폭기 구동부로 간섭이 가해지는 것을 방지하는 아이솔레이션부를 더 포함할 수 있다.
상기 레벨 결정부는, 상기 서로 다른 방향으로 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드로 이루어진 리미트 회로이다.
상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드 각각에는, 서로 다른 레벨을 가지는 바이어스 전압이 인가된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 시스템은, 1차 코일을 포함하는 송신 장치 및 2차 코일을 포함하는 수신 장치를 포함하는 무선 충전 시스템에 있어서, 상기 송신 장치는, 외부 전원을 이용하여 충전 전력을 생성하는 전원부; 상기 전원부에 생성된 충전 전력으로부터 고주파를 증폭시키는 파워 증폭기 구동부; 상기 1차 코일로부터 제공되는 입력 신호를 감지하여 펄스 형태의 출력 신호로 생성하고, 생성된 상기 출력 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하여 수신 장치의 유무를 판달할 검출 신호를 생성하는 검출부; 및 상기 검출부로부터 제공받은 상기 검출 신호에 응답하여 상기 파워 증폭기 구동부를 구동할 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함한다.
상기 검출부는, 상기 입력 신호를 감지하여 펄스 형태의 출력 신호를 생성하는 레벨 결정부; 및 상기 출력 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하여 수신 장치의 유무를 판달할 검출 신호를 생성하는 비교부를 포함한다.
상기 검출부는, 상기 레벨 결정부의 앞단에 연결되어, 상기 입력 신호의 유입에 의해 상기 파워 증폭기 구동부로 간섭이 가해지는 것을 방지하는 아이솔레이션부를 더 포함할 수 있다.
상기 레벨 결정부는, 상기 서로 다른 방향으로 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드로 이루어진 리미트 회로이다.
상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드 각각에는, 서로 다른 레벨을 가지는 바이어스 전압이 인가될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템은, 리미터 회로를 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경할 수 있다.
이에 의해, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템은 아날로그-디지털 컨버터단의 구현이 불필요하게 됨으로써 ADC 칩을 별도로 사용하거나, ADC 블럭이 포함된 고가의 제어 회로를 사용하지 않아도 됨에 따라 시스템의 재료비를 절감시킬 수 있다.
더하여, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템은 ADC 신호 처리를 위한 소프트웨어 알고리즘이 필요치 않게 되므로, 성능이 향상될 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 시스템를 나타내는 구성도이다.
도2는 본 발명의 일시예에 따른 무선 충전 시스템의 검출부를 나타내는 상세 구성도다.
도3은 도2의 검출부의 레벨 검출부에 의해 생성되는 신호의 파형을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 충전 시스템을 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 충전 시스템를 나타내는 구성도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선 충전 시스템(1000)은 송신 장치(100) 및 수신 장치(200)를 포함한다.
이때, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템(1000)은 변압기(Transformer)의 기본 원리와 동일한 전자기 유도(Inductive Coupling) 방식을 이용할 수 있다.
송신 장치(100)는 충전 장치에 상응하는 수단이며, 수신 장치(200)로 최적의 전력 전송 및 충전이 이루어지도록 한다.
송신 장치(100)는 유도 자기장을 발생시켜 유도 전력을 발생시키고, 이를 휴대 장치, 즉 수신 장치(200)로 공급되도록 할 수 있다.
이러한, 송신 장치(100)는 전원부(110), 파워 증폭기(Power Amplifier: 이하 PA라 함) 구동부(120), 송신측 제어부(130) 및 검출부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
전원부(110) 외부 전원을 이용하여 충전 전력을 생성하며, 이를 PA 구동부(120)로 공급한다.
통상적으로, 외부 전원은 교류 전원을 공급하므로 이 교류 전원을 전원부(110)에서 직류 전원으로 변환하여 PA 구동부(120)로 전달할 수 있다.
PA 구동부(120)는 전원부(110)에서 인가되는 직류 전원으로부터 고주파를 증폭시켜 송신측 코일(150)로 공급할 수 있다.
이때, 1차 코일, 즉 송신측 코일(150)에 직류 전압이 인가되면 송신측 코일(150)에서 정자계(Startic Magnetic Field)가 형성되어 송신측 코일(150)은 전자석과 같은 성질을 가지게 되고 송신측 코일(150) 내의 자성체는 내부적으로 자화되어 자성을 갖게 된다.
이러한, 직류 전압은 그 세기에 따라서 송신 장치(100)와 접촉되어 있는 수신 장치(200)의 2차 코일, 즉 수신측 코일(210)에까지 적용되며, 수신측 코일(210) 내의 자성체 또한 내부적으로 자화되어 자성을 갖게 되므로 송신측 및 수신측 코일(210)의 정렬이 이루어지게 된다.
이때, 직류 전압의 세기는 송신측 제어부(130)에 의해 결정될 수 있다.
송신측 제어부(130)는 검출부(140)에서 검출된 검출 신호(B)에 응답하여 PA 구동부(120)의 구동을 제어하는 펄스(pulse) 신호 형태의 제어 신호(C)를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 송신측 제어부(130)는 검출부(140)에서 하이(High) 레벨(Level)을 갖는 검출 신호(B)가 입력되면, PA 구동부(120)를 활성화시킬 제어 신호(C)를 생성하여 PA 구동부(120)로 입력시킬 수 있다.
반면에, 송신측 제어부(130)는 검출부(140)에서 로우(Low) 레벨을 갖는 검출 신호(B)가 입력되면, PA 구동부(120)를 비활성화시킬 제어 신호(C)를 생성하여 PA 구동부(120)로 입력시킬 수 있다.
검출부(140)는 송신측 코일(150)로부터 유입되는 입력 신호(A)를 감지하여 수신 장치(200)의 유무를 판달할 검출 신호(B)를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 검출부(140)는 송신측 코일(150)에서 감지한 입력 신호(A)를 리미터 회로를 이용하여 펄스 형태의 출력 신호를 생성할 수 있다.
그리고, 검출부(140)는 생성된 출력 신호의 레벨과 기준 전압(Vref)을 비교하여 수신 장치(200)의 유무를 판달할 검출 신호(B)를 생성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 검출부(140)는 후술될 도2에서 상세히 설명하기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 수신 장치(200)는 휴대용 단말기와 같은 충전이 될 대상이며, 충전이 필요할 경우 송신 장치(100)와 접촉하게 되고 그 시점부터 송신 장치(100)에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
이러한, 수신 장치(200)는 송신 장치(100)로부터 수신측 코일(210)을 통하여 수신되는 전압을 정류하는 정류부(220), 정류부(220)로부터 수신된 정류 전압을 이용하여 배터리(250)에 충전할 정전압 및 정전류를 생성하여 배터리(250)로 공급하는 정전압/정전류부(230) 및 정전압/정전류부(230)를 제어하는 수신측 제어부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템(1000)은, 리미터 회로를 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경할 수 있다.
이에 의해, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템(1000)은 기존의 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Coverter: 이하, ADC라 함)단의 구현이 불필요하게 됨으로써 ADC 칩(IC)를 별도로 사용하거나, ADC 블럭이 포함된 고가의 제어 회로를 사용하지 않아도 됨에 따라 시스템의 재료비를 절감시킬 수 있다.
더하여, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템(1000)은 ADC 신호 처리를 위한 소프트웨어(Software) 알고리즘이 필요치 않게 되므로, 성능이 향상될 수 있다.
도2는 본 발명의 일시예에 따른 무선 충전 시스템의 검출부를 나타내는 상세 구성도다.
도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 검출부(140)는 송신측 코일(150)로부터 입력 신호(A)를 입력받아 검출 신호(B)를 생성할 수 있다.
이러한, 검출부(140)는 아이솔레이션부(142), 레벨 결정부(144) 및 비교부(146)를 포함한다.
아이솔레이션부(142)는 주 전력(Main Power)쪽 즉, PA 구동부(120)로 간섭을 주지 않도록 하기 위한 것으로, 일 예로, 트랜스포머(Transformer)로 이루어질 수 있다.
레벨 결정부(144)는 아이솔레이션부(140)에서 출력된 입력 신호(A)의 레벨을 결정하여 펄스 형태의 출력 신호를 생성할 수 있다.
본 발명에 따른, 레벨 결정부(144)는 반대 방향으로 병렬로 연결된 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)로 이루어진 리미터 회로일 수 있다.
보다 구체적으로, 레벨 결정부(144)는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2) 각각으로 입력되는 서로 다른 레벨의 제1 및 제2 바이어스 전압(V1, V2)에 따라 입력되는 입력 신호의 레벨을 결정하게 된다.
여기서, 제1 바이어스 전압(V1)을 3V, 제2 바이어스의 전압(V2)을 -0.7V라고 가정할 때, 레벨 결정부(144)의 출력 신호는 2.3V의 크기를 가지는 펄스 신호가 될 수 있다.
그리고, 일 예로, 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 턴온(turn-on) 전압을 0.7V라고 가정할 때, 입력 신호(A)의 레벨이 +0.7V이상 또는 -0.7V이하가 되면 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 통해 접지 전압단(GND)으로 빠져나가면서 더이상 전압이 걸리게 않게 되고, 그에 의해 도3과 같은, 2.3V의 크기를 갖는 펄스 형태의 출력 신호가 생성될 수 있다.
이때, 최대 레벨은 제1 다이오드(D1)에 의해 결정되며 일 예로, V1-0.7V가 될 수 있다. 최소 레벨은 제2 다이오드(D2)에 의해 결정되며, 일 예로, V2+0.7V가 될 수 있다.
비교부(146)는 외부에서 입력되는 기준 전압(Vref)과 레벨 결정부(144)에서 입력되는 검출 신호(B)의 전압을 비교하여 송신측 제어부(130)로 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 비교부(146)는 기준 전압(Vref)과 검출 신호(B)를 비교할 수 있다.
일 예로, 기준 전압(Vref)의 전압이 2V라고 가정을 할 때, 비교부(146)는 검출 신호(B)가 기준 전압(Vref)보다 크면, 수신 장치(200)가 존재함을 알리는 하이 레벨의 감지 신호(B)를 생성하여 출력할 수 있다.
반면에, 비교부(146)는 검출 신호(B)가 기준 전압(Vref)보다 작으면, 수신 장치(200)가 존재하지 않음을 알리는 로우 레벨의 감지 신호(B)를 생성하여 출력할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 검출부(140)는 레벨 결정부(144)를 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경할 수 있다.
이에 의해, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템(1000)은 기존의 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Coverter: 이하, ADC라 함)단의 구현이 불필요하게 됨으로써 ADC 칩(IC)을 별도로 사용하거나, ADC 블럭이 포함된 고가의 제어 회로를 사용하지 않아도 됨에 따라 시스템의 재료비를 절감시킬 수 있다.
더하여, 본 발명에 따른 무선 충전 시스템(1000)은 ADC 신호 처리를 위한 소프트웨어(Software) 알고리즘(Algorism)이 필요치 않게 되므로, 성능이 향상될 수 있다.
100: 송신측 전력 전송 장치
110: 전원부
120: PA 구동부
130: 송신측 제어부
140: 검출부
142: 아이솔레이션부
144: 레벨 결정부
146: 비교부
200: 수신측 전력 전송 장치
210: 배터리
220: 전압 조절부
230: 정류부
240: 수신측 제어부

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 1차 코일을 포함하는 송신 장치 및 2차 코일을 포함하는 수신 장치를 포함하는 무선 충전 시스템에 있어서,
    상기 송신 장치는,
    상기 1차 코일로부터 제공되는 입력 신호를 감지하여 펄스 형태의 출력 신호를 생성하고, 생성된 상기 출력 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하여 수신 장치의 유무를 판단할 검출 신호를 생성하되,
    상기 1차 코일로 전력을 제공하는 파워 증폭기 구동부;
    상기 검출 신호에 응답하여 파워 증폭기 구동부를 제어하는 제어부; 및
    상기 검출 신호를 생성하여 상기 제어부로 제공하는 검출부;
    를 포함하는 무선 충전 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 입력 신호를 감지하여 펄스 형태의 출력 신호를 생성하는 레벨 결정부; 및
    상기 출력 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하여 수신 장치의 유무를 판달할 검출 신호를 생성하는 비교부를 포함하는 무선 충전 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 레벨 결정부의 앞단에 연결되어, 상기 입력 신호의 유입에 의해 상기 파워 증폭기 구동부로 간섭이 가해지는 것을 방지하는 아이솔레이션부를 더 포함하는 무선 충전 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 레벨 결정부는,
    상기 서로 다른 방향으로 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드로 이루어진 리미트 회로인 무선 충전 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드 각각에는, 서로 다른 레벨을 가지는 바이어스 전압이 인가되는 무선 충전 시스템.
  7. 1차 코일을 포함하는 송신 장치 및 2차 코일을 포함하는 수신 장치를 포함하는 무선 충전 시스템에 있어서,
    상기 송신 장치는,
    외부 전원을 이용하여 충전 전력을 생성하는 전원부;
    상기 전원부에 생성된 충전 전력으로부터 고주파를 증폭시키는 파워 증폭기 구동부;
    상기 1차 코일로부터 제공되는 입력 신호를 감지하여 펄스 형태의 출력 신호로 생성하고, 생성된 상기 출력 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하여 수신 장치의 유무를 판달할 검출 신호를 생성하는 검출부; 및
    상기 검출부로부터 제공받은 상기 검출 신호에 응답하여 상기 파워 증폭기 구동부를 구동할 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하는 무선 충전 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 입력 신호를 감지하여 펄스 형태의 출력 신호를 생성하는 레벨 결정부; 및
    상기 출력 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하여 수신 장치의 유무를 판달할 검출 신호를 생성하는 비교부를 포함하는 무선 충전 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 레벨 결정부의 앞단에 연결되어, 상기 입력 신호의 유입에 의해 상기 파워 증폭기 구동부로 간섭이 가해지는 것을 방지하는 아이솔레이션부를 더 포함하는 무선 충전 시스템.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 레벨 결정부는,
    상기 서로 다른 방향으로 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드로 이루어진 리미트 회로인 무선 충전 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드 각각에는, 서로 다른 레벨을 가지는 바이어스 전압이 인가되는 무선 충전 시스템.
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