KR101762012B1 - 무선 전력 송신 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

무선 전력 송신 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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조상호
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성재석
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삼성전기주식회사
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
    • H02J7/025—

Abstract

본 발명의 일 기술적 측면에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어 방법은, 비콘 신호를 송출하는 단계, 상기 비콘 신호의 변화 여부로 외부 물체의 접근을 판단하는 단계 및 상기 외부 물체가 접근된 것으로 판단되면, 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 핑 신호를 송출하는 단계를 포함한다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 그 제어 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITING POWER WIRELESSLY}
본 발명은 무선 전력 송신 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
무선 기술의 발전에 따라, 무선 기술은 데이터뿐만 아니라 전력까지 전송하는 등 다양하게 발전되고 있다. 특히, 최근에는 비 접촉 상태에서도 전자 기기에 전력 충전이 가능한 무선 전력 충전 기술이 개발되고 있다.
종래의 무선 전력 송신 기술에서는, 무선 전력 송신 장치와 수신 장치의 위치가 변화하거나 또는 코일의 위치가 어긋나는 등의 경우, 무선 전력 전송이 이루어지지 않거나 그 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제2014-0120404호 한국 공개특허공보 제2013-0087708호
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은, 다양한 환경에서도 효율적으로 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 송신 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 기술적 측면은 무선 전력 송신 장치에서 수행되는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 제안한다. 상기 무선 전력 송신 장치의 제어 방법은, 비콘 신호를 송출하는 단계, 상기 비콘 신호의 변화 여부로 외부 물체의 접근을 판단하는 단계, 상기 외부 물체가 접근된 것으로 판단되면, 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 핑 신호를 송출하는 단계 및 상기 복수의 핑 신호에 대한 무선 전력 수신 장치의 응답 신호에 대응하여, 상기 무선 전력 송신 장치의 임피던스를 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 무선 전력 송신 장치를 제안한다. 상기 무선 전력 송신 장치는, 가변 공진기를 이용하여 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 송전부 및 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 핑 신호를 송출하도록 상기 송전부를 제어하고, 상기 복수의 핑 신호에 대한 상기 무선 전력 수신 장치의 응답 신호에 대응하여 상기 가변 공진기의 임피던스를 조절하는 제어부를 포함한다.
상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 전력 송신 장치는 충전 거리가 변경되거나 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치의 위치가 일치하지 않는 경우에도 효과적으로 전력을 전송할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 전력 송신 장치는 전력 전송의 개시 시점부터 높은 효율로 전력을 전송할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 적용예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 다른 일 적용예를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 5는 무선 전력 전송의 각 페이즈(Phase)를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 9은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 도시하는 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 일 적용예를 도시하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 다른 일 적용예를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시된 일 적용예에서 무선 전력 송신 장치(100)는 모바일 단말(310)을 대상으로 충전을 하는 예를 도시하고 있고, 도 2에 도시된 일 적용예에서 무선 전력 송신 장치(100)는 웨어러블 기기(320)를 대상으로 충전을 수행한다.
모바일 단말(310)과 웨어러블 기기(320)는 각각 무선 전력 수신 장치(미도시)와 연결될 수 있다. 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 송신 장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하여, 모바일 단말(310) 또는 웨어러블 기기(320)에 필요한 전력을 제공할 수 있다.
이와 같이, 무선 전력 수신 장치는 도시된 모바일 단말(310) 또는 웨어러블 기기(320) 외에도 다양한 전자 기기에 적용 가능하다.
무선 전력 수신 장치(200)는 적용되는 그 전자 기기에 따라서, 다른 충전 특성-예를 들어, 임피던스의 변화 등-을 가질 수 있으므로, 다양한 장치에 대하여 무선 전력의 전송을 지원하기 위해서 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)는 다양한 충전 특성을 지원할 수 있다.
마찬가지로, 무선 전력 수신 장치(200)와 무선 전력 송신 장치(100) 간의 거리, 위치 변화 등이 발생하는 경우에도 충전 특성이 변경되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)를 통하여 다양한 충전 특성을 제공함으로써, 효과적으로 무선 충전이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는, 이와 같이 충전 특성이 변화되는 경우에, 임피던스를 충전 특성에 적응적으로 가변하여 안정적으로 전원을 송신할 수 있는 무선 전력 송신 장치와, 그를 위한 핑 오퍼레이션을 제공할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 12을 참조하며 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(100)는 전원 공급부(110), 송전부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(110)는 외부에서 입력되는 전원을 이용하여, 소정 레벨의 전력을 생성할 수 있다. 전원 공급부(110)에서 제공된 전력은 송전부(120)에 제공된다.
송전부(120)는 전원 공급부(110)에서 제공된 전력을 이용하여 가변 공진기(122)를 동작시켜, 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신할 수 있다.
송전부(120)는 인버터(121), 가변 공진기(122) 및 커패시턴스 제어기(123)를 포함할 수 있다.
인버터(121)는 제어부(130)의 제어에 따라 동작하여 전원 공급부(110)에서 제공된 전력을 이용하여 가변 공진기(122)를 동작시킬 수 있다.
가변 공진기(122)는 가변 커패시터와 인덕터를 포함할 수 있다. 가변 공진기(122)는 가변적인 임피던스를 제공할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신 장치(100)는 다양한 종류 또는 다양한 위치의 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신할 수 있다.
커패시턴스 제어기(123)는 가변 공진기(122)에 포함된 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절할 수 있다.
제어부(130)는 전원 공급부(110) 내지 송전부(120)를 제어할 수 있다.
제어부(130)는 적어도 하나의 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 실시예에 따라 제어부(130)는 메모리를 더 포함할 수 있다. 프로세싱 유닛은 예를 들어 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다.
제어부(130)는 가변 공진기(122)에서 소정의 작은 신호-이하, 이를 비콘 신호라 함-를 송출하도록 제어할 수 있다. 상기 비콘 신호는 무선 전력 송신 장치에 임의의 물체가 접근하면 이러한 접근을 감지하는데 사용된다.
예를 들어, 비콘 신호를 송출 중인 가변 공진기(122)의 임피던스 변화가 감지되면, 제어부(130)는 외부의 물체가 접근한 것을 확인 할 수 있다.
제어부(130)는 외부에 물체가 접근한 것으로 확인되면, 해당 물체가 무선 전력 수신 장치인지를 확인하기 위하여 핑 신호를 송출할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 비콘 신호를 송출 중인 가변 공진기(122)의 임피던스 변화가 감지되면 핑 신호를 송출하도록 송전부(120)를 제어할 수 있다.
여기에서, 제어부(130)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 핑 신호를 송출하도록 송전부(120)를 제어할 수 있다. 즉, 고정된 주파수로 핑 신호를 송출하게 되면, 무선 전력 수신 장치가 적용된 전자 기기의 종류가 상이하거나 무선 전력 수신 장치의 위치 변화 등이 발생하는 경우, 핑 신호가 제대로 무선 전력 수신 장치에 송신되지 않을수 있다.
따라서, 무선 전력 송신 장치(100)는 다양한 무선 충전 상태에서도 핑 신호가 성공적으로 제공될 수 있도록, 다양한 주파수 또는 공진 임피던스를 가지는 복수의 핑 신호를 송출할 수 있다.
제어부(130)는 가변 공진기의 임피던스를 조절하여 핑 신호의 주파수 또는 공진 임피던스를 변경할 수 있다.
제어부(130)는 상기 복수의 핑 신호에 대한 무선 전력 수신 장치의 응답 신호에 대응하여 가변 공진기(122)를 제어할 수 있다.
제어부(130)는 전원 공급부(110) 또는 송전부(120)의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(130)는 송전부(120)의 임피던스를 변경할 수 있다. 일 실시예에서, 송전부(120)는 가변 커패시터를 포함하는 가변 공진기를 포함할 수 있으며, 제어부(130)는 가변 커패시터를 조절함으로써 송전부(120)의 임피던스를 변경할 수 있다.
제어부(130)는 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 중에 제어 변수의 변화가 감지되면 송전부(120)의 전압 이득이 높아지도록 송전부(120)의 커패시턴스를 조절할 수 있다. 여기에서, 제어 변수는 송전부(120)의 입력 전압이나 입력 주파수일 수 있다.
일 예를 들면, 제어부(130)는 송전부(120)의 입력 전압을 검출하고, 검출된 입력 전압이 변화 하면 그에 대응하여 가변 공진기(122)의 임피던스를 조절할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 가변 공진기(122)의 커패시턴스를 변경하도록 제어할 수 있다. 제어부(130)는 가변 공진기(122)의 커패시턴스의 변화에 따른 송전부(120)의 입력 전압의 변화를 확인하고, 송전부(120)가 높은 전압 이득을 가지도록 가변 공진기(122)의 커패시턴스를 변화시킬 수 있다. 여기에서, 제어부(130)는 전압 이득을 계산하기 위하여, 무선 전력 수신 장치로부터 인 밴드 방식으로 입력 전압에 대한 정보를 수신할 수 있다.
제어부(130)는 무선 전력 수신 장치로부터 상기 복수의 핑 신호 중 어느 하나에 대한 응답 신호가 수신되면, 상기 응답 신호에 대응하는 핑 신호의 임피던스에 해당하도록 송전부(120)의 커패시턴스를 변경시킬 수 있다.
제어부(130)는 상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 복수의 핑 신호에 대한 적어도 하나의 응답 신호가 수신되면, 상기 적어도 하나의 응답 신호에서 신호 세기를 확인할 수 있다. 제어부(130)는 신호 세기가 가장 센 핑 신호의 임피던스에 해당하도록, 송전부의 커패시턴스를 변경시킬 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 송전부의 일 실시예를 도시하는 회로도이다.
송전부(120)는 제어부(130, 도 3에 도시)의 제어에 따라 비콘 신호 또는 핑 신호를 송출할 수 있다. 또는 송전부(120)는 제어부(130, 도 3에 도시)의 제어에 따라 무선으로 전력을 송출할 수 있다.
송전부(120)는 인버터(121), 가변 공진기(122) 및 커패시턴스 제어기(123)를 포함할 수 있다.
인버터(121)는 복수의 스위치를 포함한다. 인버터(121)는 제어부(130, 도 3에 도시)의 제어에 따라 스위칭 동작하여 가변 공진기(122)를 동작시킬 수 있다.
도시된 예에서, 인버터(121)는 2개의 스위치(Q2, Q3)가 직렬 연결된 하프 브리지 인버터이나, 이는 예시적인 것으로서 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 인버터(121)는 풀 브리지 인버터 등의 다른 종류의 인버터도 적용 가능하다. 인버터(121)는 고정 주파수 방식, 가변 주파수 방식, 시비율 변조 방식, 위상 천이 방식, 인버터 전압제어 방식 등으로 제어될 수 있다.
가변 공진기(122)는 가변 커패시터와 인덕터를 포함할 수 있다.
가변 공진기(122)는 레더 구조의 가변 커패시터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 예와 같이, 가변 공진기(122)는 병렬 연결된 복수의 커패시터(C, C1 내지 C3)와, 복수의 커패시터 중 적어도 일부에 각각 직렬 연결된 복수의 스위치(SW1 내지 SW3)를 포함할 수 있다. 가변 공진기(122)는 가변 커패시터에 의하여 커패시턴스가 가변됨에 따라, 임피던스가 변경된다.
커패시턴스 제어기(123)는 제어부(130, 도 3에 도시)에서 제공된 제어 신호에 따라 가변 공진기(122)의 커패시턴스를 조절할 수 있다. 제어부(130, 도 3에 도시)는 커패시턴스 제어기(123)를 제어하여, 핑 신호의 임피던스를 조절하거나 무선으로 전송 중인 전력의 임피던스를 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(130, 도 3에 도시)는 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 증가시키도록 가변 공진기(122)를 제어하고, 상기 커패시턴스가 변경될 때마다 핑 신호를 송출하도록 송전부(120)를 제어할 수 있다.
상기 예에서, 가변 공진기는 가변 커패시터를 포함하는ㅍ예를 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것이다. 따라서, 가변 공진기는 실시예에 따라 가변 인덕터를 포함할 수도 있다.
도 5는 무선 전력 전송의 각 페이즈(Phase)를 도시하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 무선 전력 전송을 위해서 최초 셀렉션 페이즈(Selection Phase)가 수행된다. 셀렉션 페이즈에서, 무선 전력 송신 장치는 공진부를 통하여 비콘 신호를 송출할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 송출 중인 비콘 신호에 대한 변화-예컨대 임피던스가 변화하는 등-가 발생하면 특정한 외부 물체가 무선 전력 송신 장치의 주변에 위치한 것으로 판단할 수 있다.
셀렉션 페이즈에서 소정의 외부 물체가 인접한 것으로 판단되면, 핑 신호를 이용하여 대상 물체가 무선 전력 수신 장치인지 확인할 수 있다. 이를 핑 페이즈(PING Phase)라 한다.
본 발명의 일 실시예예서는, 복수의 핑을 송출하되, 각 핑 신호의 임피던스를 서로 다르게 설정함으로서, 무선 전력 수신 장치의 종류나 위치가 변경되는 경우에도 성공적으로 핑 신호를 송신할 수 있다.
무선 전력 수신 장치는 핑 신호를 수신하면, 그에 대한 응답 신호를 송출할 수 있다. 응답 신호는 신호 세기 정보, 무선 전력 수신 장치의 종류에 대한 정보, 요구 전력에 대한 정보, 입력 전압 세기에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
따라서, 무선 전력 송신 장치는 핑 신호에 대한 무선 전력 수신 장치의 응답 신호를 이용하여 대상 및 전력 요구를 확인할 수 있다(Identification & Configuration).
이후, 무선 전력 송신 장치는 확인된 정보를 이용하여 무선으로 전력을 제공할 수 있다(전력 전송 페이즈(Power transfer Phase)).
상술한 바와 같이, 무선 전력 송신 장치는, 핑 페이즈에서, 가변 공진기의 커패시턴스를 가변함으로써 다양한 주파수를 가지는 핑 신호를 송출할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신 장치는 핑 페이즈에서 적응적인 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신 장치와 수신 장치 간의 다양한 환경에서 무선 전력 송신을 위한 핑 페이즈를 성공적으로 수행할 수 있다.
또한 실시예에 따라, 무선 전력 송신 장치는, 전력 전송 페이즈에서도 가변 공진기의 커패시턴스를 가변함으로써, 적응적인 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어 변수의 변경에도 효과적으로 전력을 전송할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 무선 전력 송신 장치의 제어 방법에 대한 다양한 실시예들에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 무선 전력 송신 장치는 비콘 신호를 송출할 수 있다(610).
무선 전력 송신 장치는 비콘 신호의 변화 여부로 외부 물체의 접근을 판단할 수 있다(620).
무선 전력 송신 장치는 외부 물체가 접근된 것으로 판단되면(620, 예), 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 핑 신호를 송출할 수 있다(630).
단계 630에 대한 일 실시예에서, 복수의 핑 신호를 송출하는 단계는, 상기 무선 전력 송신 장치에 포함된 가변 공진기의 커패시턴스를 변경하는 단계; 및 무선 전력 송신 장치는 커패시턴스가 변경될 때마다, 커패시턴스가 변경된 가변 공진기를 이용하여 핑 신호를 송출하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 630에 대한 일 실시예에서, 복수의 핑 신호를 송출하는 단계는, 제1 커패시턴스를 가지는 상기 무선 전력 송신 장치에 포함된 가변 공진기를 이용하여 제1 핑 신호를 송출하는 단계, 상기 가변 공진기의 가변 커패시터에 연결된 스위치를 제어하여 상기 가변 공진기의 커패시턴스를 상기 제1 커패시턴스보다 큰 제 2 커패시턴스로 설정하는 단계, 및 상기 제2 커패시턴스를 가지는 상기 가변 공진기를 이용하여 제2 핑 신호를 송출하는 단계를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신 장치는 복수의 핑 신호의 적어도 일부에 대한 응답 신호를 수신하면(640, 예), 해당 응답 신호에 대응하여 무선 전력 송신 장치의 가변 공진기의 임피던스를 조절할 수 있다.
상기 응답 신호가 수신되지 않으면(640, 아니오), 도시된 바와 같이 다시 핑 신호를 송출하거나(630), 또는 도시되지는 않았으나 핑 신호를 송출하지 않고 비콘 신호를 송출할 수 있다(610).
무선 전력 송신 장치는 임피던스가 조절된 가변 공진기를 이용하여 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 제공할 수 있다(660).
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 7에 도시된 다른 일 실시예는, 임피던스를 조절하는 단계(750)를 제외한 나머지 단계는 도 6에서 상술한 실시예로부터 이해할 수 있으므로, 이하에서는 임피던스를 조절하는 단계(750)에 대하여 설명한다.
무선 전력 송신 장치는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 핑 신호에 대한 적어도 하나의 응답 신호가 수신되면, 적어도 하나의 응답 신호에 대하여 신호 세기를 확인할 수 있다.
이후, 무선 전력 송신 장치는 신호 세기가 가장 센 핑 신호의 임피던스로 무선 전력 송신 장치의 가변 송신기의 임피던스를 설정할 수 있다.
즉, 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 핑 신호를 송신하는 경우, 무선 전력 수신 장치가 하나인 경우라도 상기 복수의 핑 중에서 적어도 하나와 공진이 이루어질 수 있다. 다만, 복수의 핑 신호가 서로 다른 임피던스를 가지므로, 무선 전력 수신 장치와 가장 임피던스 매칭이 잘 이루어진 핑 신호에 대한 응답 신호가 가장 센 신호 세기를 가질수 있다.
따라서, 도 7의 실시예의 경우, 최초 핑 페이즈에서 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 간의 임피던스 매칭이 최적화될 수 있으며, 따라서 전력 전송의 효율도 증대될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 비콘 신호를 송출하여(810), 외부 물체의 접근을 감지할 수 있다(820).
무선 전력 전송 장치는, 복수의 핑 신호를 순차적으로 송출하되, 각 핑 신호에 대하여 응답 신호 수신 여부를 판단한 후, 다음 번의 핑 신호를 송출한다.
즉, 무선 전력 전송 장치는 제1 주파수를 가지는 제1 핑 신호를 송출하고(831), 그에 대한 응답 신호가 수신되면(841, 예), 제1 핑 신호에 대응하는 제1 임피던스를 가지도록 가변 공진기를 조절할 수 있다(851).
한편, 제1 핑 신호에 대한 응답 신호가 수신되지 않으면(841, 아니오), 제2 주파수를 가지는 제2 핑 신호를 송출하고(832), 그에 대한 응답 신호의 수신 여부(842)에 따라 가변 공진기를 조절할 수 있다(851).
이러한 단계는 제n 주파수를 가지는 제n 핑 신호를 송출할 때까지 반복된다.
다만, 어느 핑 신호에서 응답 신호가 수신되면, 그 이후 단계의 핑 신호를 송신하지 않고 전력 전송을 수행하게 된다(860).
이와 같이, 본 일 실시예에서는 핑 신호를 송출하고 해당 핑 신호에 대한 응답을 확인한 후에, 다음 핑 신호를 송출한다. 도 7에서 상술한 실시예에서는 복수의 핑 신호를 송출한 후에 응답 신호를 수신하여 처리하는 반면, 본 실시예서는 각 핑 신호마다 응답 신호가 수신되는지 여부를 판단하여 다음 핑 신호를 송출할지를 판단한다.
따라서, 본 실시예의 경우는 모든 핑 신호를 송출하지 않을 확률이 존재하므로, 보다 빠르게 핑 페이즈를 종결할 수 있는 효과가 있다.
도 9은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
도 9에 도시된 일 실시예는, 무선 전력을 전송하는 중에 임피던스 조절을 수행하는 예에 관한 것이다. 따라서, 복수의 핑 신호를 송출하여 임피던스를 조절하는 단계 910 내지 단계950에 대해서는 도 6 내지 도 8에서 상술한 실시예들이 적용가능하다.
무선 전력 전송 장치는 응답 신호에 따라 임피던스를 조절한 후, 전력 전송을 수행할 수 있다(960).
다만, 전력 전송 중에도 무선 전력 수신 장치의 이동 등에 의하여 제어 변수가 변경될 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송 장치는 제어 변수에 변화가 감지되면(970, 예), 그에 대응하여 송전부의 임피던스를 조절, 예컨대, 가변 커패시터를 조절할 수 있다.
여기에서, 제어 변수와 그에 대한 임피던스의 조절은 도 3 내지 도4에서 상술한 내용으로부터 이해할 수 있다.
이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 무선 전력 수신 장치의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다.
도 10을 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 수신 공진부(210), 정류부(220) 를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 무선 전력 수신 장치(200)는 변환부(230) 또는 제어부(240)를 더 포함할 수 있다.
수신 공진부(210)는 공진 회로를 포함할 수 있다. 공진 회로는 무선 전력 송신 장치의 공진 회로와 자기적으로 결합하여 무선으로 전력을 송신할 수 있다.
정류부(220)는 수신 공진부(210)에서 수신된 전력을 정류할 수 있다.
변환부(230)는 정류된 전력을 부하에서 요구하는 레벨로 변환할 수 있다.
제어부(240)는 정류부(220) 또는 변환부(230)의 동작을 제어하여, 전력을 무선으로 수신하도록 하거나 또는 수신된 전력을 변환하여 부하에 제공하도록 할 수 있다.
이러한 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치와 자기적으로 결합된 상태에서, 소정의 데이터를 모듈레이션 함으로써, 인 밴드 방식으로 무선 전력 송신 장치에 응답 신호를 보낼 수 있다.
이하 도 11 및 도 12를 참조하여, 모듈레이터를 포함하는 무선 전력 수신 장치의 다양한 실시예에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 도시하는 회로도이다.
도 11을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 수신 공진부(210) 및 정류부(220)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 무선 전력 수신 장치(200)는 용량성 모듈레이터(250)를 더 포함할 수 있다.
수신 공진부(210)는 공진 회로(211)를 포함할 수 있다.
공진 회로(211)는 무선 전력 송신 장치의 공진 회로(도 3의 131)와 자기적으로 결합하여 전력을 무선으로 수신할 수 있다.
일 실시예에서, 수신 공진부(210)는 위치 확인용 커패시터(Cc)를 포함할 수 있다. 위치 확인용 커패시터(Cc)는 무선 전력 송신 장치의 공진 회로의 위치를 확인하기 위하여 사용될 수 있다. 즉, 공진 인덕터(L1)와 위치 확인용 커패시터(Cc)는 별도의 공진 회로를 구성하고, 이러한 공진 회로는 무선 전력 송신 장치의 공진 회로와 공진하여 상호 간의 위치를 확인할 수 있다.
정류부(220)는 수신 공진부(210)에서 수신된 전력을 정류할 수 있고, 정류된 전력은 출력 커패시터(Co)에 저장되었다가 부하(R1)로 제공될 수 있다.
용량성 모듈레이터(250)는 공진 회로(211)에 연결된 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다. 도시된 예에서는 한 쌍의 스위치(SW1, SW2)로 개시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도시된 일 실시예에서, 용량성 모듈레이터(250)는 공진 인덕터(L1)의 양 단에 각각 연결된 커패시터(C2, C3)와, 그에 각각 연결된 스위치(SW1, SW2)를 포함할 수 있다.
제어부(미도시)는 스위치(SW1, SW2)의 스위칭을 조절하여 공진 전류를 이용하여 모듈레이션 데이터를 무선 전력 송신 장치에 제공할 수 있다. 이러한 모듈레이션 데이터는 부하의 상태 정보나 용량 정보, 요구 전압 이득 등의 다양한 정보를 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 도시하는 회로도이다. 도 11에 도시된 다른 일 실시예는 공진 회로를 이용하여 인 밴드 방식의 저항성 모듈레이션을 통하여 정보를 전송할 수 있는 실시예에 관한 것이다.
도 12를 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 수신 공진부(210), 정류부(220) 및 저항성 모듈레이터(260)를 포함할 수 있다.
저항성 모듈레이터(260)는 정류부(220)에 병렬 연결될 수 있다.
저항성 모듈레이터(260)는 저항(R2)와 스위치(SW1)를 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 스위치(SW1)의 스위칭을 조절하여 공진 전류를 이용하여 모듈레이션 데이터를 무선 전력 송신 장치에 제공할 수 있다.
수신 공진부(210), 정류부(220), 출력 커패시터(Co)와 부하(R1)에 대해서는 도 10에서 상술한 바로부터 이해할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100 : 무선 전력 송신 장치
110 : 전원 공급부
120 : 송전부
121 : 인버터
122 : 가변 공진기
123 : 커패시턴스 제어기
130 : 제어부
200 : 무선 전력 수신 장치
210 : 수신 공진부
220 : 정류부
230 : 변환부
240 : 제어부
250 : 용량성 모듈레이터
260 : 저항성 모듈레이터

Claims (15)

  1. 무선 전력 송신 장치에서 수행되는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법에 있어서,
    비콘 신호를 송출하는 단계;
    상기 비콘 신호의 변화 여부로 외부 물체의 접근을 판단하는 단계;
    상기 외부 물체가 접근된 것으로 판단되면, 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 핑 신호를 송출하는 단계; 및
    상기 복수의 핑 신호에 대한 무선 전력 수신 장치의 응답 신호에 대응하여, 상기 무선 전력 송신 장치의 임피던스를 조절하는 단계;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치의 임피던스를 조절하는 단계는
    상기 무선 전력 수신 장치에 상기 복수의 핑 신호를 순차적으로 송출하되, 제1 핑 신호에 대한 응답 신호가 수신되면 상기 제1 핑 신호에 대응하는 임피던스로 상기 무선 전력 송신 장치의 임피던스를 설정하는 단계;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치의 임피던스를 조절하는 단계는
    상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 복수의 핑 신호에 대한 적어도 하나의 응답 신호가 수신되면, 상기 적어도 하나의 응답 신호에 대한 신호 세기를 확인하는 단계; 및
    신호 세기가 가장 센 핑 신호의 임피던스로 상기 무선 전력 송신 장치의 임피던스를 설정하는 단계;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 핑 신호를 송출하는 단계는
    상기 무선 전력 송신 장치에 포함된 가변 공진기의 커패시턴스를 변경하는 단계; 및
    커패시턴스가 변경될 때마다, 상기 가변 공진기를 이용하여 핑 신호를 송출하는 단계;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 핑 신호를 송출하는 단계는
    제1 커패시턴스를 가지는 상기 무선 전력 송신 장치에 포함된 가변 공진기를 이용하여 제1 핑 신호를 송출하는 단계;
    상기 가변 공진기의 가변 커패시터에 연결된 스위치를 제어하여, 상기 가변 공진기의 커패시턴스를 상기 제1 커패시턴스보다 큰 제2 커패시턴스로 설정하는 단계; 및
    상기 제2 커패시턴스를 가지는 상기 가변 공진기를 이용하여 제2 핑 신호를 송출하는 단계;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 무선 전력 송신 장치의 제어 방법은
    조절된 상기 임피던스로 상기 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 단계;
    를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 단계는
    상기 무선으로 전력을 송신하는 단계에서 제어 변수의 변화가 감지되면, 그에 대응하여 상기 무선 전력 송신 장치의 임피던스를 조절하는 단계;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치의 제어 방법.
  9. 가변 공진기를 이용하여 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 송전부; 및
    서로 다른 주파수를 가지는 복수의 핑 신호를 송출하도록 상기 송전부를 제어하고, 상기 복수의 핑 신호에 대한 상기 무선 전력 수신 장치의 응답 신호에 대응하여 상기 가변 공진기의 임피던스를 조절하는 제어부;
    를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 송전부는
    가변 커패시터를 포함하는 상기 가변 공진기;
    상기 가변 공진기에 연결된 복수의 스위치를 포함하는 인버터; 및
    상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하는 커패시턴스 제어기; 를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제어부는
    비콘 신호를 송출 중인 상기 가변 공진기의 커패시턴스가 변경되면, 핑 신호를 송출하도록 상기 송전부를 제어하는 무선 전력 송신 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 증가시키고, 상기 커패시턴스가 변경될 때마다 핑 신호를 송출하도록 상기 송전부를 제어하는 무선 전력 송신 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 무선 전력 수신 장치에 상기 복수의 핑 신호를 순차적으로 송출하되, 제1 핑 신호에 대한 응답 신호가 수신되면 상기 제1 핑 신호에 대응하는 임피던스로 상기 송전부의 커패시턴스를 변경시키는 무선 전력 송신 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 복수의 핑 신호에 대한 적어도 하나의 응답 신호가 수신되면 상기 적어도 하나의 응답 신호에 대한 신호 세기를 확인하고, 가장 신호 세기가 센 핑 신호의 임피던스에 해당하도록 상기 송전부의 커패시턴스를 변경시키는 무선 전력 송신 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송출하도록 상기 송전부를 제어하고, 상기 무선으로 전력을 송신하는 중에 제어 변수의 변화가 감지되면 그에 대응하여 상기 송전부의 커패시턴스를 조절하는 무선 전력 송신 장치.
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