KR101753281B1 - 부하 가변형 무선충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 부하 가변형 무선충전장치는 외부 전원으로부터 전력을 공급하기 위한 전력공급부와, 상기 전력공급부로부터 공급되는 전력의 조절을 위한 송신전력조절부와, 상기 송전전력조절부로부터 공급되는 전력을 전자기파로 변환하기 위한 송신공진부와, 상기 송신전력조절부를 제어하기 위한 송신제어부를 포함하는 무선충전전력송신부와, 상기 송신공진부로부터의 전자기파에 의해 공진되는 수신공진부와, 상기 수신공진부로부터 공급되는 전력을 변환하기 위한 전력변환부와, 상기 전력변환부로부터의 전력을 외부 장치로 공급하기 위한 출력부와, 상기 출력부에 인가되는 부하 전력을 감지하는 수신제어부를 포함하는 무선충전전력수신부를 포함하며, 상기 수신제어부와 송신제어부는 상호 통신가능하도록 구성되며, 상기 전력변환부에 의해 변환되어 출력되는 전력의 목표치와 상기 전력변환부로 입력되는 전력값의 차이에 따라 상기 송신전력조절부를 통해 출력되는 전력값을 단계적으로 승강시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 수신장치 측의 목표 기준전압과 현재 수신장치 측에 인가되는 전력의 차이에 따라 송신측 코일로 공급되는 전력의 전압값을 탄력적으로 스텝업 시킴으로써, 무선충전에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.

Description

부하 가변형 무선충전장치{WIRELESS ELECTRIC POWER CHARGING APPARATUS OF LOAD VARIABLE TYPE}

본 발명은 무선충전장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 무선충전전력수신부를 통해 공급되는 전력의 목표치와 무선충전전력수신부로 입력되는 전력값의 차이 크기에 따라 무선충전전력송신부에 의해 출력되는 전력값을 탄력적으로 상승시키도록 구성되는 부하 가변형 무선충전장치에 관한 발명이다.

최근 정보통신기술의 발달로 인해 음성통화뿐만이 아니라 인터넷, 화상통화 및 다양한 문서작업들이 가능한 휴대용 단말기의 사용이 증가하고 있으며, 기술의 발달에 따라 새로운 성능의 다양한 휴대용 단말기가 개발 보급되고 있다.

일반적으로, 가장 많이 이용되는 휴대용 단말기의 충전 방식은, 충전기에 휴대용 단말기를 거치하여 단자가 접촉되도록 하여 충전하거나, 충전기의 커넥터와 휴대용 단말기의 커넥터부를 직접 연결하여 충전하는 방식이 이용된다.

근래에는, 충전기에 휴대용 단말기를 거치하거나 충전기의 커넥터와 휴대용 단말기의 커넥터를 직접 연결하지 않고, 휴대용 단말기를 충전기에 올려놓거나 충전기의 부근에 배치시키는 방식으로 충전이 이루어지는 무선충전기술이 개발되었다.

상기 무선충전기술은 크게 자기공명방식과 전자기유도방식이 있는데, 자기공명방식은 무선충전을 위한 전력의 송수신단 간에 주파수를 통해 전력을 보내는 방식이다.

이에 비해, 전자기유도방식은 인접하게 배치된 두개의 코일 간에 유도전류를 발생시켜 충전하는 방식으로서, 두 코일의 권선 수와 코일간의 거리에 따라 유도전류가 발생되는 원리를 이용한다.

한편, 기존 무선충전장치에서는 수신장치 측에 접속되는 부하의 크기에 따라 결정되는 목표 전력값의 크기와 현재 수신장치 측에 인가되는 전력값의 차이에 상관없이 송신측 코일로 공급되는 전압값을 일정하게 상승시킨다.

그런데, 수신장치에 접속되는 부하의 크기에 의해 결정되는 수신장치 측의 목표 기준전압과 현재 수신장치에 인가되는 전력의 전압 차이가 클 경우에는, 무선충전에 장시간이 소요되고 때로는 무선충전장치의 시스템 다운 원인이 된다.
상기와 같은 무선충전 관련 선행기술로서는 대한민국 공개특허공보 제 10-2012-0020809 호(발명의 명칭: 적응형 공진 전력 전송 장치) 등이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수신장치 측의 목표 기준전압과 현재 수신장치 측에 인가되는 전력의 전압값 차이에 따라, 송신측 코일로 공급되는 전력의 전압값을 탄력적으로 증가시켜 전압을 스텝업 시키도록 구성되는 부하 가변형 무선충전장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부하 가변형 무선충전장치는 외부 전원으로부터 전력을 공급하기 위한 전력공급부와, 상기 전력공급부로부터 공급되는 전력의 조절을 위한 송신전력조절부와, 상기 송전전력조절부로부터 공급되는 전력을 전자기파로 변환하기 위한 송신공진부와, 상기 송신전력조절부를 제어하기 위한 송신제어부를 포함하는 무선충전전력송신부와, 상기 송신공진부로부터의 전자기파에 의해 공진되는 수신공진부와, 상기 수신공진부로부터 공급되는 전력을 변환하기 위한 전력변환부와, 상기 전력변환부로부터의 전력을 외부 장치로 공급하기 위한 출력부와, 상기 출력부에 인가되는 부하 전력을 감지하는 수신제어부를 포함하는 무선충전전력수신부를 포함하며, 상기 수신제어부와 송신제어부는 상호 통신가능하도록 구성되며, 상기 전력변환부에 의해 변환되어 출력되는 전력의 목표치와 상기 전력변환부로 입력되는 전력값의 차이에 따라 상기 송신전력조절부를 통해 출력되는 전력값을 단계적으로 승강시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 목표치와 상기 전력변환부로 입력되는 전력값의 차이가 클수록 단계적으로 승강되는 전력값이 크게 설정된다.

여기서, 상기 단계적으로 승강되는 전력값은 상기 송신전력조절부를 통해 출력되는 전력의 전압값이다.

본 발명에 의해, 수신장치 측의 목표 기준전압과 현재 수신장치 측에 인가되는 전력의 전압 차이에 따라, 송신측 코일로 공급되는 전력의 전압값을 탄력적으로 증가시켜 스텝업 시킴으로써, 무선충전에 소요되는 시간을 감소시키고 전력의 불필요한 낭비를 방지할 수 있다.

첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 부하 가변형 무선충전장치의 구성 블럭도이며,
도 2 는 종래 송신측 코일로 공급되는 전력의 전압값을 고정적으로 상승시키는 경우에 무선충전에 소요되는 시간을 도시한 그래프이며,
도 3 은 본 발명에 따라 송신측 코일로 공급되는 전력의 전압값 상승 폭을 크게 한 경우에 무선충전에 소요되는 시간을 도시한 그래프이며,
도 4 는 상기 두 경우에 소요되는 무선충전 시간을 비교한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 부하 가변형 무선충전장치의 구성 블럭도이며, 도 2 는 종래 송신측 코일로 공급되는 전력의 전압값을 고정적으로 상승시키는 경우에 무선충전에 소요되는 시간을 도시한 그래프이며, 도 3 은 본 발명에 따라 송신측 코일로 공급되는 전력의 전압값 상승폭을 크게한 경우에 무선충전에 소요되는 시간을 도시한 그래프이며, 도 4 는 상기 두 경우에 소요되는 무선충전 시간을 비교한 그래프이다.

본 발명에 따른 부하 가변형 무선충전장치는 외부 전원으로부터 전력을 공급하기 위한 전력공급부(2)와, 상기 전력공급부(2)로부터 공급되는 전력의 조절을 위한 송신전력조절부(4)와, 상기 송전전력조절부(4)로부터 공급되는 전력을 전자기파로 변환하기 위한 송신공진부(6)와, 상기 송신전력조절부(4)를 제어하기 위한 송신제어부(8)를 포함하는 무선충전전력송신부(10)와, 상기 송신공진부(6)로부터의 전자기파에 의해 공진되는 수신공진부(16)와, 상기 수신공진부(16)로부터 공급되는 전력을 변환하기 위한 전력변환부(14)와, 상기 전력변환부(14)로부터의 전력을 외부 장치로 공급하기 위한 출력부(12)와, 상기 출력부(12)에 인가되는 부하 전력을 감지하는 수신제어부(18)를 포함하는 무선충전전력수신부(20)를 포함하며, 상기 수신제어부(18)와 송신제어부(8)는 상호 통신가능하도록 구성되며, 상기 전력변환부(14)에 의해 변환되어 출력되는 전력의 목표치와 상기 전력변환부(14)로 입력되는 전력값의 차이에 따라 상기 송신전력조절부(4)를 통해 출력되는 전력값을 단계적으로 승강시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 전력공급부(2)는 외부의 상용 전원으로부터 전력을 공급받아 상기 송신전력조절부(4)로 공급하기 위한 구성으로서, 외부 상용 전원과 접속되기 위한 커넥터단자를 포함하여 구성된다.

상기 송신전력조절부(4)는 매칭회로부와 전력증폭부를 포함하여 구성되며, 상기 전력공급부(2)를 통해 공급되는 전력을 무선충전에 요구되는 소정의 전압 및 전류의 전력으로 변환한다.

상기 송신공진부(6)는 상기 송신전력조절부(4)로부터 공급되는 전력을 무선충전에 요구되는 공진 주파수의 전자기파로 변환하기 위한 회로들과, 전자기파로 변환된 무선충전전력을 송신하기 위한 송신안테나를 포함하여 구성된다.

그리하여, 상기 송신공진부(6)에 의해 상용 전력이 소정의 공진 주파수 전자기파로 변환되어, 상기 수신공진부(16)로 전달된다.

상기 송신제어부(8)는 상기 송신전력조절부(4)를 제어하며, 상기 전력공급부(2)를 통해 공급되는 전력을 상기 송신전력조절부(4)를 통해 어느 정도의 전압과 전류의 전력으로 변환할 지의 여부를 결정한다.

상기 수신공진부(16)는 상기 송신공진부(6)로부터 전송된 전자기파를 수신하기 위한 수신안테나와 상기 수신안테나를 통해 수신된 전자기파를 교류 상태의 전력으로 변환하기 위한 회로를 포함하여 구성된다.

이후, 교류 상태의 전력은 전력변환부(14) 내의 정류부를 통해 직류 전력으로 변환되고, 또한 DC/DC 변환부에 의해 충전에 요구되는 소정 전압으로 변환된다.

상기 무선충전전력송신부(10)와 무선충전전력수신부(20)는 각각 무선충전을 위한 송신장치(Tx)와 수신장치(Rx)에 포함된다.

상기 출력부(12)는 충전의 대상이 되는 외부의 장치로 전력을 공급하는 구성으로서, 외부 장치와 접속되기 위한 커넥터단자를 포함하여 구성된다.

상기 수신제어부(18)는 상기 출력부(12)에 접속되는 외부 장치에 공급되는 전력의 크기를 감지하도록 구성된다.

여기서, 수신제어부(18)와 송신제어부(8)는 상호 블루투스 통신과 같은 무선 통신 방식으로 상호 통신가능하도록 구성된다.

그리하여, 상기 수신제어부(18)를 통해 상기 출력부(12)에 접속되는 부하(외부장치)에 인가되는 전압과 전류를 감지하여, 이를 상기 송신제어부(8)로 전송한다.

한편, 상기 송신제어부(8)에는 부하에 인가되는 전압과 전류 크기에 따른 목표 전력값이 저장되는 메모리부가 포함되며, 상기 목표 전력값에 따라 상기 송신전력조절부(4)를 제어한다.

그리하여, 상기 목표 전력값에 따라 상기 송신전력조절부(4)로부터 상기 송신공진부(6)로 공급되는 전력의 크기를 조절하도록 구성된다.

즉, 전력변환부(14)에 의해 변환 출력하고자 하는 목표 전압값과 현재의 상기 전력변환부(14)로 입력되는 전압값이 미리 지정된 값보다 클 경우에는, 목표 전압값의 크기에 대해 일정 비율 크기만큼 상기 송신전력조절부(4)를 통해 출력되는 전압값을 상승시키는 폭이 커지도록 구성된다.

이때, 상기 목표 전압값과 현재 전력변환부(14)로 입력되는 전압값의 차이가 더욱 클 경우에는, 상기와 같이 단계적으로 상승시키는 전압값의 폭을 더욱 크게 한다.

즉, 도 2 에서와 같이 종래 일정시간(Ts) 경과에 따라 1 % 내지 5 % 중의 고정적인 전압값(Su1)만큼 상기 송신전력조절부(4)를 통해 출력되는 전압값을 단계적으로 상승시킬 경우(110)에는, 목표 전압값(100)에 이르기 위해 총 T1 의 시간이 소요된다.

그런데, 만약 전력변환부(14)에 의해 변환 출력하고자 하는 목표 전압값과 현재 상기 전력변환부(14)로 입력되는 전압값의 차이가 예를 들어 4V 또는 7V 이상 차이가 나는 경우에는, 도 3 에서와 같이 상기 송신전력조절부(4)를 통해 출력되는 전압값의 상승 폭(Su2)을 더욱 크게 한다.

그리하여, 일정시간(Ts) 경과에 따라 상기 송신전력조절부(4)를 통해 출력되는 전압값을 보다 큰폭(Su2)으로 증가시키는 경우(120)에는 목표 전압값(100)에 이르기 위한 총 소요시간이 T2 가 된다.

도 4 에 도시되는 바와 같이, 최초 동일한 현재의 전력변환부(14) 전압값(130)에 대해 일정한 시간(Ts) 경과 후 상승시키는 전압값의 크기를 각각 Su1, Su2 으로 하였을 경우, 목표 전압값(100)에 이르게 되는 소요시간은 각각 T1 과 T2 가 되며, 따라서 전압값을 상승시키는 폭이 클수록 목표 전압값에 도달하기까지의 소요시간이 짧음을 알 수 있다.

따라서, 상기 목표 전압값과 상기 전력변환부로 입력되는 현재 전압값의 차이가 클수록 상기와 같이 단계적으로 상승시키는 전압값의 폭을 보다 크게 설정하고, 상기 차이가 작을수록 상승시키는 전압값의 폭을 작게 설정한다.

그리하여, 무선충전 초기에는 시간의 경과에 따른 스텝업 전압값을 크게 함으로써, 빠른 시간 내에 목표 전압값 부근에 이르게 하고, 무선충전이 완료되어가는 시점에서는 스텝업 전압값을 낮춤으로써 무의미한 전력 낭비를 방지할 수 있다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

2: 전력공급부
4: 송신전력조절부
6: 송신공진부
10: 무선충전전력송신부
12: 출력부
14: 수신전력조절부
16: 수신공진부
20: 무선충전전력수신부
100: 목표전압값 그래프

Claims (3)

1. 외부 전원으로부터 전력을 공급하기 위한 전력공급부와;
   상기 전력공급부로부터 공급되는 전력의 조절을 위한 송신전력조절부와;
   상기 송신전력조절부로부터 공급되는 전력을 전자기파로 변환하기 위한 송신공진부와;
   상기 송신전력조절부를 제어하기 위한 송신제어부를 포함하는 무선충전전력송신부와,
   상기 송신공진부로부터의 전자기파에 의해 공진되는 수신공진부와;
   상기 수신공진부로부터 공급되는 전력을 변환하기 위한 전력변환부와;
   상기 전력변환부로부터의 전력을 외부 장치로 공급하기 위한 출력부와;
   상기 출력부에 인가되는 부하 전력을 감지하는 수신제어부를 포함하는 무선충전전력수신부를 포함하며,
   상기 송신제어부는 부하에 인가되는 전압과 전류 크기에 따른 목표 전력값이 저장되는 메모리부를 포함하며,
   상기 수신제어부와 송신제어부는 상호 통신가능하도록 구성되며,
   상기 수신제어부는 상기 출력부에 접속되는 부하에 인가되는 전압과 전류를 감지하여 상기 송신제어부로 전송하고,
   상기 송신제어부는 전송된 상기 부하에 인가되는 전압과 전류의 크기에 따른 목표 전력값을 상기 메모리부로부터 취득하며,
   상기 수신제어부는 전송된 상기 부하에 인가되는 전압과 전류의 크기에 따른 목표 전력값과 상기 전력변환부로 입력되는 전력값의 차이에 따라 상기 송신전력조절부를 통해 출력되는 전력값을 단계적으로 승강시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부하 가변형 무선충전장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 목표 전력값과 상기 전력변환부로 입력되는 전력값의 차이가 클수록 단계적으로 승강되는 전력값이 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 부하 가변형 무선충전장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 단계적으로 승강되는 전력값은 상기 송신전력조절부를 통해 출력되는 전력의 전압값인 것을 특징으로 하는 부하 가변형 무선충전장치.

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