KR101890657B1 - 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치, 집전시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치, 집전시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치는, 급전장치로부터 전력을 전송받아 제1 전류가 유기되는 집전 코일; 적어도 하나 이상의 다이오드 및 적어도 하나 이상의 스위치를 포함하고, 상기 제1 전류를 정류하여 부하 측에 제2 전류를 출력하는 정류부; 및 상기 제1 전류의 부호에 따라 상기 스위치를 영전압 스위칭하도록 제어하는 스위칭 제어부를 포함하되, 상기 스위칭 제어부가 상기 스위치를 스위칭하는 스위칭 주파수는 상기 제1 전류의 주파수보다 낮은 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 무선전력 전송장치의 집전장치는, 급전장치의 동작 주파수보다 낮은 주파수로 집전장치를 영전압 스위칭하여 공진 전류를 빌드-업(build-up)시킴으로써 스위칭 손실을 저감할 수 있는 효과가 있다.

Description

스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치, 집전시스템 및 그 제어방법{Power pick-up apparatus and system of wireless power transfer apparatus for reducing switching loss, and method thereof}
본 발명은 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치, 집전시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 급전장치의 동작 주파수보다 낮은 주파수로 집전장치를 영전압 스위칭하여 공진 전류를 빌드-업(build-up)시킴으로써 스위칭 손실을 저감할 수 있는 무선전력 전송장치의 집전장치, 집전시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근들어 자기유도에 의한 무선전력 전송은 다양한 산업분야에서 물리적인 접촉없이 하나의 전력 공급원으로부터 부하 측으로 전력을 결합시키는 경우에 있어서 광범위하게 이용되고 있다. 자기유도에 의한 전력전송 시스템의 일반적인 구조를 살펴보면, 인버터 및 인버터를 이용하여 교류로 통전되는 (하나 이상의) 급전 코일을 포함한 급전장치가 마련되고, 급전 코일을 둘러싸는 변화 자속에 유도결합하여 이 자속을 권선에 의해 전기적 에너지로 변환시키는 하나 이상의 집전 코일을 포함한 집전장치로 구성된다. 필요에 따라 이들 집전장치는 이동이 가능하게 설계되어 급전 코일의 옆을 따라 이동하거나, 때때로 내부에 에너지 축적이 가능한 경우에 급전 코일로부터 멀리 이동할 수도 있다.
일 예로서, 이와 같은 무선전력 전송 시스템은 트랙을 따라 움직이는 이송대차 또는 전기 자동차에 적용할 수 있다. 트랙을 따라 움직이는 이송대차에 비접촉으로 전력을 전달하는 무선 전력전송장치는 기계적인 접촉이 없어서 분진이 생기지 않으며 작업속도를 빠르게 할 수 있는 장점 때문에 최근들어 반도체, LCD 제조라인 등과 같은 클린 룸 환경에서 널리 사용되고 있다. 또한, 무선전력 전송에 의한 전기 자동차는 충전소에서 배터리 충전은 물론 도로의 주행 중에도 전력을 전송받을 수 있으므로 그 활용영역은 점차 넓어지고 있다.
무선전력 전송 시스템은 급전 코일에 고주파 전류를 흘려주기 위한 1차측 인버터, 및 급전 코일과 유도결합하여 전력을 전송받는 2차측 집전장치를 포함하여 구성되며, 집전장치는 급전 코일에서 발생되는 고주파 자속으로부터 유도 기전력을 얻는 집전 코일과, 집전 코일의 인덕턴스와 소정 주파수로 공진하는 공진 캐패시터와, 집전 코일에 유기된 전압을 정류하는 정류기와, 선택적으로는 그 정류된 DC 전압을 일정하게 제어하는 레귤레이터를 포함하여 구성된다.
그러나, 무선전력 전송 시스템에서 종래의 집전장치는, 급전장치의 동작 주파수의 매 싸이클에서 스위칭 동작을 하고 이러한 경우에 공진 주파수의 이동 현상이 없도록 하기 위하여 집전장치는 2차측 전류의 기준으로 대칭되게 스위칭을 해야 했다. 그러나 이와 같은 종래의 스위칭을 하는 경우에는 스위치 각각이 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching, ZVS)이 아닌, 하드 턴온 및 하드 턴오프를 하게 되어 스위칭 손실이 증가하는 문제가 있었으며, 이에 덧붙여 급전장치의 동작 주파수에 따라 매 싸이클마다 스위칭을 함으로써 스위칭 손실이 더욱 증가하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 급전장치의 동작 주파수보다 낮은 주파수로 집전장치를 영전압 스위칭하여 공진 전류를 빌드업(build-up)시킴으로써 스위칭 손실을 저감할 수 있는 무선전력 전송장치의 집전장치, 집전시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치는, 무선전력 전송장치의 급전장치로부터 자기유도에 의하여 전력을 전송받는 집전장치에 있어서, 상기 급전장치로부터 전력을 전송받아 제1 전류가 유기되는 집전 코일; 적어도 하나 이상의 다이오드 및 적어도 하나 이상의 스위치를 포함하고, 상기 제1 전류를 정류하여 부하 측에 제2 전류를 출력하는 정류부; 및 상기 제1 전류의 부호에 따라 상기 스위치를 영전압 스위칭하도록 제어하는 스위칭 제어부를 포함하되, 상기 스위칭 제어부가 상기 스위치를 스위칭하는 스위칭 주파수는 상기 제1 전류의 주파수보다 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치는, 상기 정류부는, 브리지 연결된 제1 내지 제4 다이오드; 및 상기 제1 내지 제4 다이오드 중 공통 캐소드 또는 공통 애노드 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드에 각각 병렬 연결된 제1 및 제2 스위치를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치는, 상기 스위칭 제어부는, 상기 제1 전류에 위상동기되어 상기 제1 전류의 음의 반주기 및 양의 반주기 각각에서 반전하는 동기 신호를 출력하는 PLL부; 상기 제1 전류의 주파수를 분주한 주파수로 캐리어 신호를 생성하는 캐리어 생성부; 및 상기 캐리어 신호의 주파수로 상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 전류 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치는, 상기 전류 제어부는, 부하 측의 전압 또는 전류 정보를 피드백하는 피드백 신호와 기준 신호 사이의 오차를 나타내는 에러 신호와 상기 캐리어 신호를 비교하여 펄스폭 변조 신호를 출력하는 비교부; 상기 펄스폭 변조 신호가 활성화되는 구간에서 상기 동기 신호에 동기하여 상기 제1 스위치를 턴온하는 제1 스위칭 신호를 출력하는 제1 플립플롭; 및 상기 펄스폭 변조 신호가 활성화되는 구간에서 상기 동기 신호에 동기하여 상기 제2 스위치를 턴온하는 제2 스위칭 신호를 출력하는 제2 플립플롭을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치는, 상기 제1 플립플롭 및 제2 플립플롭 중 어느 하나는 상기 동기 신호의 상승 에지에서 트리거되고 다른 하나는 상기 동기 신호의 하강 에지에서 트리거되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치는, 상기 제1 및 제2 스위칭 신호 중 어느 하나는, 상기 펄스폭 변조 신호가 활성화되는 구간에서 상기 동기 신호의 상승 에지에 동기하여 제1 스위치를 턴온하고, 상기 제1 및 제2 스위칭 신호 중 다른 하나는, 상기 펄스폭 변조 신호가 활성화되는 구간에서 상기 동기 신호의 하강 에지에 동기하여 제2 스위치를 턴온하고, 상기 제1 및 제2 스위칭 신호는, 상기 펄스폭 변조 신호가 비활성화될 때 제1 및 제2 스위치를 턴오프하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치는, 상기 캐리어 생성부는 상기 제1 전류의 주파수를 4분주한 주파수로 상기 캐리어 신호를 생성하고, 상기 캐리어 신호는 삼각파 또는 톱니파 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치는, 상기 PLL부는, 상기 제1 전류의 위상과 90도 위상차를 갖도록 상기 동기 신호를 생성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전시스템은, 상기 집전장치를 적어도 둘 이상 구비하고, 상기 적어도 둘 이상의 집전장치는, 상기 급전장치의 동작 주파수를 분주한 동일한 상기 스위칭 주파수를 갖되, 상기 집전장치 각각은 상기 스위칭 주파수의 주기를 균등하게 분배하여 순차적으로 턴온되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 제어방법은, 무선전력 전송장치의 급전장치로부터 자기유도에 의하여 전력을 전송받는 무선전력 전송장치의 집전장치의 제어방법에 있어서, 상기 급전장치로부터 자기유도에 의하여 전력을 전송받아 제1 전류가 상기 집전 코일에 유기되는 단계; 상기 제1 전류에 위상동기하여 상기 제1 전류의 음의 반주기 및 양의 반주기를 식별하는 단계; 상기 제1 전류의 주파수를 분주한 주파수로 캐리어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제1 전류의 식별된 음의 반주기 및 양의 반주기에 대해서 영전압 스위칭이 가능한 상기 정류부의 적어도 하나의 이상의 스위치를 상기 분주된 캐리어 신호의 주파수로 스위칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른, 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치 및 그 제어방법은, 급전장치의 동작 주파수보다 낮은 주파수로 집전장치를 영전압 스위칭하여 공진 전류를 빌드업(build-up)시킴으로써 스위칭 손실을 저감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 스위칭 제어부를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스위칭 제어부의 PLL부를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스위칭 제어부의 전류 제어부를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 집전장치의 동작 파형을 도시한 파형도이다.
도 6은 본 발명에 따른 집전장치의 모의실험 파형을 도시한 파형도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복수의 집전장치를 구동하기 위한 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과하다.
도 1은 본 발명에 따른 스위칭 손실을 저감하기 위한 무선전력 전송장치의 집전장치를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 집전장치는, 무선전력 전송장치의 급전장치로부터 자기유도에 의하여 전력을 전송받는 집전장치로서, 급전장치로부터 전력을 전송받아 제1 전류(I1)가 유기되는 집전 코일(100)과, 적어도 하나 이상의 다이오드 및 적어도 하나 이상의 스위치를 포함하고, 제1 전류(I1)를 정류하여 부하(500) 측에 제2 전류(I2)를 출력하는 정류부(200)와, 제1 전류(I1)의 부호에 따라 정류부(200)의 스위치를 영전압 스위칭하도록 제어하는 스위칭 제어부(300) 및 부하(500) 측의 출력 전류(Iout) 또는 출력 전압(Vout)을 센싱하여 스위칭 제어부(300)에 피드백하는 피드백부(400)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 집전장치는 제1 전류(I1)가 집전 코일(100)과의 공진에 의하여 공진 전류 형태로 흐르도록 공진 커패시터를 더 포함할 수 있다.
집전 코일(100)은, AC 전력을 전송하는 급전장치의 급전 코일과 자기적으로 결합하여 AC 전압(Vac) 및 제1 전류(I1)가 유기되는 구성요소로서, 집전 코일(100)에 유기되는 AC 전압(Vac)을 고려하여 볼 때, 집전 코일(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 등가적으로 AC 전압원과 인덕턴스 L1으로 대체하여 해석할 수 있다.
공진 커패시터(C1)는, 집전 코일(100)에 직렬 결합하여 직렬 공진회로를 형성한다. 제1 전류(I1)가 상기 직렬 공진회로에 흐르는 공진 전류에 해당하는바, 정류부(200)의 영전압 스위칭(zero-voltage switching, ZVS)이나 영전류 스위칭(zero-current switching, ZCS)에 기여할 수 있다. 제1 전류(I1)는 양의 반주기 또는 음의 반주기 중 하나의 반주기에서 정류부(200)의 제1 스위치(M1) 또는 제2 스위치(M2) 중 어느 하나에 영전압 스위칭을 제공할 수 있고, 양의 반주기 또는 음의 반주기 중 다른 하나의 반주기에서 정류부(200)의 제1 스위치(M1) 또는 제2 스위치(M2) 중 다른 하나에 영전압 스위칭을 제공할 수 있다.
정류부(200)는, 제1 전류(I1)를 정류하여 부하(500)로 공급하거나 집전 코일(100)로 순환시킴으로서 빌드-업시키는 구성으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 다이오드 및 스위치를 포함하여 구성될 수 있다. 정류부(200)를 구성하는 복수의 다이오드는 브리지 다이오드와 같은 형태로 구성될 수 있고, 브리지 다이오드는, 도 1에 도시된 바와 같이, 4개의 다이오드를 포함하고, 상기 4개의 다이오드 중 2개의 다이오드는 공통 애노드 연결되고, 상기 4개의 다이오드 중 나머지 2개의 다이오드는 공통 캐소드 연결되는 구성임은 통상의 기술자에게 자명하다.
피드백부(400)는 부하(500) 측의 출력 전압(Vout) 또는 출력 전류(Iout)을 센싱하여 스위칭 제어부(300)에 피드백시키는 구성이다. 도 1에서는 피드백부(400)가 출력 전류(Iout)를 센싱하여 그 정보를 스위칭 제어부(300)에 피드백 신호(FB)로 제공하는 구성이나, 본 발명은 피드백 신호(FB)를 이에 한정하는 것은 아니며 필요에 따라 피드백 신호(FB)는 출력 전압(Vout)을 센싱함으로써 출력 전압(Vout)에 대한 정보를 갖도록 생성하는 것도 가능하다.
제1 스위치(M1) 및 제2 스위치(M2)는, 제1 전류(I1)를 집전 코일(100)로 순환시키는 구성요소로서, 이를 도통시키는 구간에 따라 집전 코일(100)로 순환되는 전류의 양을 증대시키고 이에 따라 제1 스위치(M1) 및 제2 스위치(M2)가 턴오프되었을 때 제1 전류(I1)가 제2 전류(I2) 형태로 부하(500) 측에 넘어가도록 함으로써 출력 전압(Vout)의 크기를 조절할 수 있다. 제1 스위치(M1) 및 제2 스위치(M2)에 병렬 연결된 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)는 제1 스위치(M1) 및 제2 스위치(M2)에 형성된 바디 다이오드일 수 있고 스위칭 속도를 향상시키고 스위칭 손실의 저감 등을 위하여 제1 스위치(M1) 및 제2 스위치(M2)에 별도로 설치된 고속의 스위칭 다이오드일 수도 있다.
이에 덧붙여, 도 1에서는 제1 스위치(M1) 및 제2 스위치(M2)가 공통 애노드 연결된 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)에 병렬 연결된 구성이나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며 공통 캐소드 연결된 제3 다이오드(D3) 및 제4 다이오드(D4)에 각각 병렬 연결되어 구성될 수도 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여 제1 스위치(M1) 및 제2 스위치(M2)는 도 1에 도시된 바와 같이 공통 애노드 연결된 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)에 각각 병렬 연결된 구성을 예로 들어 설명한다.
도 1의 구성에서, 제1 및 제2 스위치(M1, M2)는 제1 전류(I1)의 부호에 따라 영전압 스위칭을 할 수 있다.
예를 들어, 제1 전류(I1)가 음의 반주기일 때, 다시 말하면 제1 전류(I1)가 도 1에 도시된 화살표와 반대 방향으로 흐를 때, 제1 다이오드(D1)와 제4 다이오드(D4)가 도통이 되므로 제1 다이오드(D1)에 병렬 연결된 제1 스위치(M1)의 양단은 영전압 상태가 된다. 따라서, 제1 전류(I1)가 음의 반주기일 때 제1 스위치(M1)를 턴온함으로써 영전압 스위칭을 달성할 수 있다.
이와 유사하게, 제1 전류(I1)가 양의 반주기일 때, 다시 말하면 제1 전류(I1)가 도 1에 도시된 화살표와 같은 방향으로 흐를 때는 제2 다이오드(D2)와 제3 다이오드(D3)가 도통이 되므로 제2 다이오드(D2)에 병렬 연결된 제2 스위치(M2)의 양단은 영전압 상태가 된다. 따라서, 제1 전류(I1)가 양의 반주기일 때 제2 스위치(M2)를 턴온함으로써 영전압 스위칭을 달성할 수 있다.
따라서, 제1 및 제2 스위치(M1, M2)에 대하여 영전압 스위칭을 달성하기 위해서는 제1 전류(I1)가 현재 양의 반주기 상태인지 음의 반주기 상태인지를 식별해야 하며, 이에 따라 제1 및 제2 스위치(M1, M2)가 영전압 스위칭이 가능하도록 스위칭을 제어해야 한다.
본 발명의 스위칭 제어부(300)는 제1 전류(I1)를 센싱한 센싱 신호(I1_sen)로부터 제1 전류(I1)가 현재 양의 반주기 상태인지 음의 반주기 상태인지를 식별하고 해당 반주기 동안에 영전압 스위칭이 가능하도록 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 턴온하는 기능을 수행한다. 여기에서 센싱 신호(I1_sen)는 센싱하는 방법에 따라 제1 전류(I1)의 양의 반주기에서 양의 값을 갖고 음의 반주기에서 음의 값을 가질 수 있고, 또는 그와 반대로 구성하는 것도 가능하다.
또한, 스위칭 제어부(300)는, 정류부(200)의 스위치를 스위칭하는 스위칭 주파수는 제1 전류(I1)의 주파수보다 낮은 것을 특징으로 한다. 여기에서, 제1 전류(I1)의 주파수는 급전 장치의 동작 주파수와 동일하며, 정류부(200)의 스위치를 스위칭하는 스위칭 주파수는 제1 전류(I1)의 주파수 또는 급전장치의 주파수를 분주한 주파수로 설정할 수 있다. 이하에서는 정류부(200)의 스위치를 스위칭하는 스위칭 주파수는 제1 전류(I1)의 주파수 또는 급전장치의 동작 주파수를 4분주한 주파수인 경우를 예로 들어 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 집전장치가 도시된 도 1의 스위칭 제어부(300)를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 스위칭 제어부(300)는, 제1 전류(I1)에 위상동기되어 제1 전류(I1)의 음의 반주기 및 양의 반주기 각각에서 반전하는 동기 신호(sync)를 출력하는 PLL부(310)와, 제1 전류(I1)의 주파수를 분주한 주파수로 캐리어 신호(Crr)를 생성하는 캐리어 생성부(330), 및 캐리어 신호(Crr)의 주파수로 제1 및 제2 스위치(M1, M2)의 스위칭을 제어하는 전류 제어부(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
PLL부(310)는, 제1 전류(I1)를 센싱한 센싱 신호(I1_sen)를 입력받아서 센싱 신호(I1_sen)의 위상, 즉 제1 전류(I1)의 위상에 위상동기된 동기 신호(sync)를 생성한다. 동기 신호(sync)를 제1 전류(I1)의 위상에 적절하게 동기시킴으로써 동기 신호(sync)로부터 제1 전류(I1)의 부호를 식별할 수 있다. 다시 말하면, 동기 신호(sync)를 제1 전류(I1)의 위상에 적절한 위상차를 갖도록 위상동기시키는 경우에 제1 전류(I1)의 양의 반주기 및 음의 반주기 중에 각각 반전하는 동기 신호(sync)를 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 스위칭 제어부(300)의 PLL부(310)를 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 PLL부(310)는, 제1 전류(I1)를 센싱한 센싱 신호(I1_sen)에 위상동기된 동기 신호(sync)를 생성하기 위하여 센싱 신호(I1_sen)와 동기 신호(sync)의 위상을 검출하는 위상 검출부(311)와, 센싱 신호(I1_sen)와 동기 신호(sync) 간의 위상 오차를 적분하는 제1 PI 제어기(312)와, 적분된 위상 오차를 기준 주파수(Fref)에 가산하여 그 가산된 결과로 발진부(314)를 제어하는 가산기(313)와, 전압 제어 발진기를 포함하는 발진부(314)를 포함하여 구성될 수 있다.
센싱 신호(I1_sen)와 동기 신호(sync)는, 위상 검출부(311)에서 구형파 형태로 위상 비교를 하기 위하여 위상 검출부(311)에 구형파로 입력될 수 있다. 이를 위하여 센싱 신호(I1_sen)와 동기 신호(sync)에는 통상적인 비교기가 적용될 수 있다.
또한, 위상 검출부(311)는 동기 신호(sync)가 제1 전류(I1)와 임의의 위상차를 갖도록 구성할 수 있으나, 제1 전류(I1)의 양의 반주기 및 음의 반주기의 중앙 부위를 검출할 수 있도록 동기 신호(sync)가 제1 전류(I1)에 90도 위상차를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 이는 제1 전류(I1)의 부호에 따라 제1 및 제2 스위치(M1, M2)의 영전압 스위칭을 보다 확실하게 수행하도록 한다. 본 발명에서는 동기 신호(sync)가 제1 전류(I1)에 90도 위상차를 갖도록 위상 검출부(311)를 구성하였으나, 필요에 따라 적절한 위상차를 갖도록 위상 검출부(311)를 설계변경하는 것도 가능하다.
제1 PI 제어기(312)는, 위상 검출부(311)에서 검출된 제1 전류(I1)와 동기 신호(sync) 간의 위상 오차를 적분하는 기능을 한다. 본 발명의 경우에는 동기 신호(sync)가 제1 전류(I1)에 90도 위상차를 갖는 경우에는 제1 PI 제어기(312)의 출력이 0이 될 수 있고, 동기 신호(sync)가 제1 전류(I1)에 비하여 90도보다 더 크거나 작은 위상차를 갖는 경우에는 제1 PI 제어기(312)의 출력이 0보다 크거나 작을 수 있다.
가산기(313)는 제1 PI 제어기(312)의 출력과 기준 주파수(Fref)를 더한 값을 출력한다. 여기에서 기준 주파수(Fref)는 동기 신호(sync)와 센싱 신호(I1_sen)(또는 제1 전류(I1))의 위상이 정확히 90도의 위상차를 가짐으로써 위상 오차를 적분한 제1 PI 제어기(312)의 출력이 0인 경우에 발진부(314)가 발진하는 주파수를 의미하고, 이 때 무선전력 전송장치의 급전장치의 동작 주파수는 기준 주파수(Fref)와 동일하다.
캐리어 생성부(330)는, 제1 전류(I1)의 주파수를 분주한 주파수로 캐리어 신호(Crr)를 생성하는 구성요소로서, 캐리어 생성부(330)에서 출력하는 캐리어 신호(Crr)는 삼각파 또는 톱니파 형태일 수 있다. 캐리어 생성부(330)는 제1 전류(I1)의 주파수를 직접 분주하거나 이에 동기된 동기 신호(sync)를 분주하거나 또는 제1 전류(I1) 및 동기 신호(sync)의 주파수에 대응하는 주파수를 분주하는 수단을 이용하여 구성할 수 있다.
캐리어 생성부(330)의 상세 구성은 도면에 도시하지는 아니하였으나, 카운터, 플립플롭 등을 이용한 통상적인 분주 수단 및 아날로그적인 적분 수단을 이용하여 캐리어 신호(Crr)를 구현할 수 있고, 또는 디지털적으로 업-카운팅 또는 다운-카운팅 수단을 이용하여 구현할 수도 있다. 그 구현 방법은 위에서 예시한 구성으로 한정되지는 않고 다양한 형태로 구현할 수 있다.
본 발명에서는 캐리어 생성부(330)가 급전장치의 동작 주파수(제1 전류(I1)의 주파수 또는 동기 신호(sync)의 주파수)를 4분주한 구성으로 예시되어 있다. 따라서 본 발명의 급전장치의 동작 주파수(제1 전류(I1)의 주파수 또는 동기 신호(sync)의 주파수)가 60kHz라고 가정하는 경우에 캐리어 신호(Crr)는 이를 4분주한 15kHz의 주파수를 갖을 수 있다.
본 발명에서는 급전장치의 동작 주파수와 캐리어 신호(Crr)가 각각 60kHz, 15kHz인 경우로 한정하여 설명하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 급전장치의 동작 주파수와 캐리어 생성부(330)의 분주비는 이에 한정되는 것이 아니고 설계의 필요에 따라 다양한 주파수와 분주비를 갖도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 스위칭 제어부(300)의 전류 제어부(320)를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 전류 제어부(320)는, 캐리어 생성부(330)에서 생성된 캐리어 신호(Crr)의 주파수로 제1 및 제2 스위치(M1, M2)의 영전압 스위칭을 제어하는 구성요소로서, 기준 신호(Iref)와 피드백 신호(FB)의 오차를 출력하는 감산기(321)와, 상기 오차를 적분하는 제2 PI 제어기(322)와, 상기 적분된 에러 신호(Err)와 캐리어 신호(Crr)를 비교하여 펄스폭 변조 신호(PWM)를 출력하는 비교부(323)와, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 활성화되는 구간에서 동기 신호(sync)에 동기하여 제1 스위치(M1)를 턴온하는 제1 스위칭 신호(SW1)를 출력하는 제1 플립플롭(324), 및 펄스폭 변조 신호(PWM)가 활성화되는 구간에서 동기 신호(sync)에 동기하여 제2 스위치(M2)를 턴온하는 제2 스위칭 신호(SW2)를 출력하는 제2 플립플롭(325)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서 감산기(321)와 제2 PI 제어기(322)는 연산 증폭기를 이용한 에러 앰프로 구성될 수도 있지만 기준 신호(Iref)와 피드백 신호(FB)의 오차를 적분할 수 있는 구성이라면 이에 한정하지는 않는다.
또한, 본 발명의 전류 제어부(320)는 피드백 신호(FB)가 출력 전류(Iout)를 센싱한 신호이고 이와 비교되는 기준 신호(Iref)는 출력 전류(Iout)를 설정하기 위한 기준으로 예시되었으나, 상술한 바와 같이 피드백 신호(FB)를 출력 전류(Iout)가 아닌 출력 전압(Vout)을 센싱한 신호로 하고 기준 신호(Iref)는 출력 전압(Vout)을 설정하기 위한 값으로 설정하는 것도 가능하다.
도 4에 도시된 본 발명의 전류 제어부(320)에서 펄스폭 변조 신호(PWM)는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 하기 위하여 에러 신호(Err)와 캐리어 신호(Crr)를 비교함으로써 통상적으로 펄스폭이 변조된 신호이나, 본 발명에서는 제1 및 제2 스위치(M1, M2)의 영전압 스위칭을 위하여 펄스폭 변조 신호(PWM)가 활성화된 구간에서 동기 신호(sync)에 동기된 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1, SW2)를 생성한다.
상술한 바와 같이, PLL부(310)에서 생성된 동기 신호(sync)는 제1 전류(I1)에 90도 위상차를 갖도록 위상동기된 신호이므로, 제1 전류(I1)의 양의 반주기 및 음의 반주기 각각의 중앙 부근에서 상승 에지 및 하강 에지를 가지며 반전하는 파형을 갖는다. 따라서 제1 및 제2 스위치(M1, M2) 중에 제1 전류(I1)의 양의 반주기에서 영전압 스위칭이 가능한 스위치에 대하여 턴온 신호를 동기 신호(sync)에 동기시켜 발생시키고, 제1 및 제2 스위치(M1, M2) 중에 제1 전류(I1)의 음의 반주기에서 영전압 스위칭이 가능한 스위치에 대하여 턴온 신호를 동기 신호(sync)에 동기시켜 발생시키면 제1 및 제2 스위치(M1, M2)에 대하여 영전압 스위칭을 달성할 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 제1 플립플롭(324) 및 제2 플립플롭(325) 중 어느 하나는 동기 신호(sync)의 상승 에지에서 트리거되고 다른 하나는 동기 신호(sync)의 하강 에지에서 트리거되도록 구성할 수 있다.
이와 같이 동기 신호(sync)에 트리거된 제1 플립플롭(324) 및 제2 플립플롭(325)의 출력 신호를 이용하여, 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1, SW2) 중 어느 하나는, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 활성화되는 구간에서 동기 신호(sync)의 상승 에지에 동기하여 제1 스위치(M1)를 턴온하고, 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1, SW2) 중 다른 하나는, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 활성화되는 구간에서 동기 신호(sync)의 하강 에지에 동기하여 제2 스위치(M2)를 턴온하도록 구성할 수 있다. 이와 더불어, 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1, SW2)는, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 비활성화될 때 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 동시에 턴오프하도록 구성할 수 있다.
이러한 동작을 도 5에 도시된 파형도를 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 집전장치의 PLL부(310)와 전류 제어부(320)의 동작을 설명하기 위한 동작 파형을 도시한 파형도이다.
도 5를 참조하면, 공진 전류를 이루는 제1 전류(I1)에 대하여 90도 위상차를 갖도록 위상동기된 동기 신호(sync)는 제1 전류(I1)의 음의 반주기 및 양의 반주기 각각에서 상승 에지와 하강 에지를 갖는 구형파로 생성될 수 있다. 본 발명에서는 바람직한 예시로서 동기 신호(sync)는 제1 전류(I1)의 음의 반주기의 중앙에서 상승 에지를 갖고 양의 반주기의 중앙에서 하강 에지를 갖도록 구성되어 있으나, 그 반대의 경우도 가능하다.
도 1에 도시된 본 발명의 집전장치를 볼 때, 제1 전류(I1)가 양의 반주기인 구간에서는 제2 다이오드(D2)와 제3 다이오드(D3)가 도통이 되므로 제2 다이오드(D2)에 병렬 연결된 제2 스위치(M2)의 양단은 영전압 상태가 된다. 따라서, 제1 전류(I1)가 양의 반주기일 때는 동기 신호(sync)의 하강 에지에 동기하여 제2 스위치(M2)를 턴온함으로써 제2 스위치(M2)의 영전압 스위칭을 달성할 수 있다.
이와 유사하게, 제1 전류(I1)가 음의 반주기인 구간에서는 제1 다이오드(D1)와 제4 다이오드(D4)가 도통이 되므로 제1 다이오드(D1)에 병렬 연결된 제1 스위치(M1)의 양단은 영전압 상태가 된다. 따라서, 제1 전류(I1)가 음의 반주기일 때는 동기 신호(sync)의 상승 에지에 동기하여 제1 스위치(M1)를 턴온함으로써 제1 스위치(M1)의 영전압 스위칭을 달성할 수 있다.
제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 턴온하기 위한 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1, SW2)는 펄스폭 변조 신호(PWM)가 활성화된 구간에서 동기 신호(sync)의 상승 또는 하강 에지에 동기하여 출력된다.
상술한 바와 같이 캐리어 신호(Crr)는 제1 전류(I1)를 분주하여 생성할 수 있다. 도 3에서는 캐리어 신호(Crr)가 제1 전류(I1)의 주파수를 4분주한 주파수를 가지며 삼각파 형태를 갖는 경우를 예시적으로 도시하고 있다.
여기에서, 제1 전류(I1)의 주파수는 급전 장치의 동작 주파수와 동일하며, 제1 전류(I1)에 위상동기된 동기 신호(sync)의 주파수도 제1 전류(I1)의 주파수와 동일하다고 볼 수 있으므로, 캐리어 신호(Crr)가 제1 전류(I1)의 주파수를 분주하여 생성된다는 것은 캐리어 신호(Crr)가 급전 장치의 동작 주파수 또는 동기 신호(sync)를 분주하여 생성된다는 것을 의미한다고도 볼 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 동기 신호(sync)의 주파수가 4분주된 주파수로 생성된 캐리어 신호(Crr)와 에러 신호(Err)를 비교함으로써 펄스폭 변조 신호(PWM)는 동기 신호(sync)의 주파수를 4분주한 주파수로 생성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 턴온하기 위한 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1, SW2)는 펄스폭 변조 신호(PWM)가 활성화된 구간에서 동기 신호(sync)의 상승 또는 하강 에지에 동기하여 출력되고, 펄스폭 변조 신호(PWM)가 비활성화될 때 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 동시에 턴오프되도록 구성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 집전장치는 급전장치의 동작 주파수보다 낮은 주파수로 스위칭 동작을 할 수 있고 이로 인하여 스위칭 손실을 저감할 수 있다.
본 발명의 집전장치는, 부하(500) 측에 공급할 제1 전류(I1)를 빌드-업하기 위하여 정류부(200)의 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 턴온하되, 각 스위치가 영전압 스위칭이 되도록 제어함으로써 스위칭 손실 및 스위칭 노이즈를 저감할 수 있다. 이에 덧붙여 본 발명의 집전장치는 급전장치의 동작 주파수를 분주한 주파수로 정류부(200)의 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 스위칭함으로써, 스위칭 손실을 더욱 저감할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 집전장치의 전체 동작을 파악하기 위하여 모의실험 파형을 도시한 파형도이다.
도 6을 참조하면, 펄스폭 변조 신호(PWM)는 제1 전류(I1)의 주파수를 4분주한 주파수를 가지고, 에러 신호(Err)와 캐리어 신호(Crr)를 비교하는 비교부(323)에 의하여 출력된다. 목표로 하는 출력 전류(Iout)의 기준 신호(Iref)보다 피드백 신호(FB)가 작을 경우에는 에러 신호(Err)가 증가하여 펄스폭 변조 신호(PWM)의 듀티비를 증가시켜 출력 전류(Iout)를 기준 신호(Iref)에 대응되도록 증가시키고, 기준 신호(Iref)보다 피드백 신호(FB)가 클 경우에는 에러 신호(Err)가 감소하여 펄스폭 변조 신호(PWM)의 듀티비를 감소시켜 출력 전류(Iout)를 기준 신호(Iref)에 대응되도록 감소시키도록 동작할 수 있다.
t1 시점에서, 제1 전류(I1)는 양의 반주기를 가지므로 이 구간에서 도통되는 제2 다이오드(D2)에 병렬 연결된 제2 스위치(M2)의 양단은 영전압 상태가 된다. 이 때, 펄스폭 변조 신호(PWM)는 활성화되어 있고 동기 신호(sync)는 하강 에지를 가지므로 도 4에 도시된 전류 제어부(320)의 구성으로 볼 때 제2 플립플롭(325)이 트리거됨으로써 제2 스위칭 신호(SW2)가 활성화되어 현재 영전압 상태에 있는 제2 스위치(M2)를 턴온시킨다. 따라서 제2 스위치(M2)의 영전압 스위칭을 달성할 수 있다.
t2 시점에서, 제1 전류(I1)는 양의 반주기에서 음의 반주기로 바뀌므로, 도통되는 제1 다이오드(D1)에 병렬 연결된 제1 스위치(M1)의 양단도 영전압 상태가 된다. 이 때는 이미 제2 스위치(M2)도 턴온되어 있는 상태이므로 정류부 입력전압(V1)은 영전압이 되어 제1 전류(I1)는 집전 코일(100)과 공진 커패시터를 재순환하면서 빌드-업되기 시작한다.
t3 시점에서, 제1 전류(I1)는 음의 반주기를 가지고 있으므로 상술한 바와 같이 이 구간에서 도통되는 제1 다이오드(D1)에 병렬 연결된 제1 스위치(M1)의 양단은 영전압 상태이다. 이 때, 펄스폭 변조 신호(PWM)는 활성화되어 있고 동기 신호(sync)는 상승 에지를 가지므로 도 4에 도시된 전류 제어부(320)의 구성으로 볼 때 제1 플립플롭(324)이 트리거됨으로써 제1 스위칭 신호(SW1)가 활성화되어 현재 영전압 상태에 있는 제1 스위치(M1)를 턴온시킨다. 따라서 제1 스위치(M1)의 영전압 스위칭을 달성할 수 있다.
t4 시점에서, 펄스폭 변조 신호(PWM)는 비활성화되고, 도 4에 도시된 전류 제어부(320)의 구성으로 볼 때 제1 및 제2 스위칭 신호(SW1, SW2)는 비활성화되어 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 동시에 턴오프시킨다. 제1 및 제2 스위치(M1, M2)가 턴오프되는 t4 시점부터는 빌드-업된 제1 전류(I1)가 정류부(200)의 제2 다이오드(D2) 및 제3 다이오드(D3), 또는 제1 다이오드(D1) 및 제4 다이오드(D4)를 통하여 제2 전류(I2)로 부하(500) 측에 전달된다.
이와 같이 본 발명의 무선전력 전송장치의 집전장치는, 부하(500) 측에 공급할 제1 전류(I1)를 빌드-업하기 위하여 정류부(200)의 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 턴온하되, 각 스위치가 영전압 스위칭이 되도록 제어함으로써 스위칭 손실 및 스위칭 노이즈를 저감할 수 있다. 이에 덧붙여 본 발명의 집전장치는 급전장치의 동작 주파수를 분주한 주파수로 정류부(200)의 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 스위칭함으로써, 스위칭 손실을 더욱 저감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예로서, 무선전력 전송장치의 집전장치가 하나인 경우에 그 구성 및 동작을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 집전장치를 복수로 포함하는 집전시스템도 구성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복수의 집전장치를 구동하기 위한 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에서는 무선전력 전송장치의 급전장치는 60kHz의 동작 주파수로 동작하고, 본 발명의 집전장치는 이를 4분주한 15kHz의 주파수로 정류부(200)의 스위치들을 스위칭하는 경우를 예시적으로 도시하고 있다.
이와 같이, 급전장치의 동작 주파수를 4분주한 주파수로 집전장치를 동작시키는 경우에는 4대의 집전장치를 병렬 운전할 수 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 4대의 집전장치 각각의 스위치들은 15kHz의 주기 내에서 순차적으로 턴온될 수 있고 4대의 집전장치가 각각 턴온되는 1싸이클은 4분주한 주파수인 15kHz의 주기 내에서 이루어진다.
도 7에서는 4대의 집전장치가 순차적으로 동작하는 경우를 예로 들었으나, 4분주한 주파수의 주기 내에서 대칭적인 운전이 가능하다면 집전장치의 개수는 4대에 제한되지 않는다. 예를 들어 복수의 집전장치가 2대, 8대 또는 12대도 가능하다. 이와 별도로, 4분주한 주파수의 한 주기 내가 아닌, 소정 횟수의 주기 내에서 대칭적인 운전이 가능하다면 집전장치의 개수는 위에서 열거한 숫자로 한정되는 것도 아니다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 집전장치를 구비한 집전시스템은, 복수의 집전장치가 하나의 급전장치로부터 무선전력을 전송받을 수 있으며 스위칭 주기를 균등분배하여 스위칭함으로써 그렇지 않은 경우 급전장치의 인버터 전류가 커졌다 작아졌다하는 현상을 방지하여 급전장치의 인버터 전류를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예를 기초로 본 발명을 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서도 본 발명이 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 집전 코일 200: 정류부
300: 스위칭 제어부 310: PLL부
311: 위상 검출부 312: 제1 PI 제어기
313: 가산기 314: 발진부
320: 전류 제어부 321: 감산기
322: 제2 PI 제어기 323: 비교부
324: 제1 플립플롭 325: 제2 플립플롭
330: 캐리어 생성부 400: 피드백부
500: 부하
I1, I2: 제1 전류, 제2 전류 D1~D4: 제1 내지 제4 다이오드
M1, M2: 제1 스위치, 제2 스위치 Iout: 출력 전류
SW1, SW2: 제1 및 제2 스위칭 신호 I1_sen: 센싱 신호
FB: 피드백 신호 V1: 정류부 입력전압
sync: 동기 신호 Crr: 캐리어 신호
Iref: 기준 신호 Err: 에러 신호
PWM: 펄스폭 변조 신호 Fref: 기준 주파수

Claims (10)

  1. 무선전력 전송장치의 급전장치로부터 자기유도에 의하여 전력을 전송받는 집전장치에 있어서,
    상기 급전장치로부터 전력을 전송받아 제1 전류가 유기되는 집전 코일;
    적어도 하나 이상의 다이오드 및 적어도 하나 이상의 스위치를 포함하고, 상기 제1 전류를 정류하여 부하 측에 제2 전류를 출력하는 정류부; 및
    상기 제1 전류의 부호에 따라 상기 스위치를 영전압 스위칭하도록 제어하는 스위칭 제어부를 포함하되,
    상기 스위칭 제어부가 상기 스위치를 스위칭하는 스위칭 주파수는 상기 제1 전류의 주파수보다 낮은 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 집전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정류부는,
    브리지 연결된 제1 내지 제4 다이오드; 및
    상기 제1 내지 제4 다이오드 중 공통 캐소드 또는 공통 애노드 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드에 각각 병렬 연결된 제1 및 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 집전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 제1 전류에 위상동기되어 상기 제1 전류의 음의 반주기 및 양의 반주기 각각에서 반전하는 동기 신호를 출력하는 PLL부;
    상기 제1 전류의 주파수를 분주한 주파수로 캐리어 신호를 생성하는 캐리어 생성부; 및
    상기 캐리어 신호의 주파수로 상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 집전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    부하 측의 전압 또는 전류 정보를 피드백하는 피드백 신호와 기준 신호 사이의 오차를 나타내는 에러 신호와 상기 캐리어 신호를 비교하여 펄스폭 변조 신호를 출력하는 비교부;
    상기 펄스폭 변조 신호가 활성화되는 구간에서 상기 동기 신호에 동기하여 상기 제1 스위치를 턴온하는 제1 스위칭 신호를 출력하는 제1 플립플롭; 및
    상기 펄스폭 변조 신호가 활성화되는 구간에서 상기 동기 신호에 동기하여 상기 제2 스위치를 턴온하는 제2 스위칭 신호를 출력하는 제2 플립플롭을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 집전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 플립플롭 및 제2 플립플롭 중 어느 하나는 상기 동기 신호의 상승 에지에서 트리거되고 다른 하나는 상기 동기 신호의 하강 에지에서 트리거되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 집전장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위칭 신호 중 어느 하나는, 상기 펄스폭 변조 신호가 활성화되는 구간에서 상기 동기 신호의 상승 에지에 동기하여 제1 스위치를 턴온하고,
    상기 제1 및 제2 스위칭 신호 중 다른 하나는, 상기 펄스폭 변조 신호가 활성화되는 구간에서 상기 동기 신호의 하강 에지에 동기하여 제2 스위치를 턴온하고,
    상기 제1 및 제2 스위칭 신호는, 상기 펄스폭 변조 신호가 비활성화될 때 제1 및 제2 스위치를 턴오프하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 집전장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 캐리어 생성부는 상기 제1 전류의 주파수를 4분주한 주파수로 상기 캐리어 신호를 생성하고,
    상기 캐리어 신호는 삼각파 또는 톱니파 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 집전장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 PLL부는, 상기 제1 전류의 위상과 90도 위상차를 갖도록 상기 동기 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 집전장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 집전장치를 적어도 둘 이상 구비하고,
    상기 적어도 둘 이상의 집전장치는, 상기 급전장치의 동작 주파수를 분주한 동일한 상기 스위칭 주파수를 갖되, 상기 집전장치 각각은 상기 스위칭 주파수의 주기를 균등하게 분배하여 순차적으로 턴온되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 집전시스템.
  10. 무선전력 전송장치의 급전장치로부터 자기유도에 의하여 전력을 전송받는 제1항에 기재된 무선전력 전송장치의 집전장치의 제어방법에 있어서,
    상기 급전장치로부터 자기유도에 의하여 전력을 전송받아 제1 전류가 상기 집전 코일에 유기되는 단계;
    상기 제1 전류에 위상동기하여 상기 제1 전류의 음의 반주기 및 양의 반주기를 식별하는 단계;
    상기 제1 전류의 주파수를 분주한 주파수로 캐리어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 전류의 식별된 음의 반주기 및 양의 반주기에 대해서 영전압 스위칭이 가능한 상기 정류부의 적어도 하나의 이상의 스위치를 상기 분주된 캐리어 신호의 주파수로 스위칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송장치의 집전장치의 제어방법.
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