KR101905885B1

KR101905885B1 - 무선전력 송신기

Info

Publication number: KR101905885B1
Application number: KR1020180019730A
Authority: KR
Inventors: 박재희; 손정남; 정우길
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2018-10-08
Also published as: KR20180023926A

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 송신기는 기판, 상기 기판 상에 배치되는 차폐부, 상기 차폐부 상에 배치되는 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일, 상기 제1 코일의 중공부와 중첩되는 영역에 배치되는 제1 온도센서, 상기 제2 코일의 중공부와 중첩되는 영역에 배치되는 제2 온도센서, 상기 제3 코일의 중공부와 중첩되는 영역에 배치되는 제3 온도센서, 상기 제1 온도센서와 연결되고 상기 제1 코일 상에 배치되는 제1 연결배선, 상기 제2 온도 센서와 연결되고, 상기 제2 코일 상에 배치되는 제2 연결배선, 상기 제3 온도 센서와 연결되고, 상기 제3 코일 상에 배치되는 제3 연결배선을 포함하고, 상기 제3 코일은 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일 상에 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일과 중첩되도록 배치되고, 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서는 상기 제3 코일과 중첩되지 않는 영역에 배치된다.

Description

무선전력 송신기{Wireless Power Transfer Device}

본 발명은 무선전력 송신기에 관한 것이다.

무선전력전송(Wireless Power Transfer; WPT) 시스템은 공간을 통하여 선 없이 전력을 전달하는 기술로써, 모바일(Mobile) 기기 및 디지털 가전 기기들에 대한 전력 공급의 편의성을 극대화한 기술이다.

무선전력전송 시스템은 실시간 전력 사용 제어를 통한 에너지 절약, 전력 공급의 공간 제약 극복 및 배터리 재충전을 이용한 폐 건전지 배출량 절감 등의 강점을 지닌다.

무선전력전송 시스템의 구현 방법으로써 대표적으로 자기유도방식과 자기공진방식이 있다.

자기유도방식은 두 개의 코일을 근접시켜 한쪽의 코일에 전류를 흘려 그에 따라 발생한 자속을 매개로 하여 다른 쪽의 코일에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술로써, 수백 khz의 주파수를 사용할 수 있다.

자기 공진 방식은 전자파나 전류를 이용하지 않고 전장 또는 자장만을 이용하는 자기 공명 기술로써 전력 전송이 가능한 거리가 수 미터 이상으로써, 수십 MHz의 대역을 이용하는 것이 특징이다.

이러한 무선전력전송 시스템에서 전력을 송신하는 송신부와 전력을 수신하는 수신부의 과열 문제가 전력 전송 효율과 밀접한 관련이 있어 시스템의 과열 문제를 관리하는 것이 중요하다.

자기유도방식은 두 개의 코일을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 방식으로써 인버터, 트랜스포머, 정류기 그리고 임피던스 매칭단을 포함한다.

자기유도방식에서 전력 전달 특성이 변하는 경우 전력 효율을 높이기 위하여 지속적인 임피던스 매칭이 필요하다. 이때 과열에 따른 송신부 및 수신부의 온도 상승은 각종 소자의 특성을 변화시켜 임피던스의 부정합을 일으킬 수 있고 그에 따라 전력 효율이 저하된다.

이는 특정 주파수로 코일의 공진주파수를 맞추어 해당 주파수로 전력전송을 하는 자기공진방식에도 임피던스 매칭은 필수적이나, 과열에 따른 소자 특성의 변화는 곧 전력 효율의 저하 문제로 이어진다.

과열을 일으키는 또 다른 원인으로 송신부 측에 도체 이물이 부착되는 경우에 상기 도체에 걸린 자기장의 변환에 따른 맴돌이 전류에 따른 과열이 있다.

이러한 무선전송전력 시스템의 내부적 요인뿐만 아니라 외부 환경에 따른 발열도 있다.

전술한 요인에 따른 송신부 및 수신부에서 발생하는 고온의 발열은 각종 소자 및 시스템의 손상을 가져올 수 있다.

즉 무선 전력 전송 기술에 있어서 발열을 제어하는 것은 전력 효율의 증대라는 기술적 과제의 해결뿐만 아니라 시스템의 안정적인 동작에 있어서도 매우 중요한 문제이다.

최근 수신부 측에 과열 보호 기능을 구비하여 수신부 측이 과열된 경우 이를 송신부로 알려 송신부가 낮은 전력을 전송할 수 있도록 하여 발열을 제어하는 기술이 개발되고 있다. 그러나 이러한 발열 제어 방식은 송신부 측의 과열을 제어하기 힘든 문제가 있고, 자기유도방식에 비해 상대적으로 높은 전력을 전송하는 자기공진방식에서는 송신부의 과열을 제어하는 것이 더 중요하다는 과제가 있다.

또한 수 미터의 원거리에 있는 수신부에 전력을 전송하거나, 하나의 송신부를 통해서 다수의 수신부가 전력을 수신하는 경우, 송신부는 높은 전력을 전송해야 하므로 수신부 보다는 송신부의 발열을 제어하는 것이 중요한 문제로 대두되었다.

또한 송신부가 이미 과열 상태에 도달하면 발열 가중현상에 따라 발열의 증폭 현상이 발생하므로 이미 과열 상태에 도달한 뒤에는 기대하는 온도 이하로 시스템을 관리하는 것이 매우 어려운 문제가 있었다.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송신기는 송신부가 과열 상태가 되어 발열 가중현상에 따른 발열 증폭 현상을 해결할 수 있는 무선전력전송 시스템을 제공한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송신기는 상기 송신부의 표면 온도와 상기 송신부와 인접한 수신부의 표면 온도를 함께 측정하여 발열을 제어할 수 있는 무선전력전송 시스템을 제공한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송신기는 시스템의 간소화 및 송신부와 수신부간의 호환성을 높일 수 있는 무선전력전송 시스템도 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력 송신기는 송신부가 과열 상태에 도달하기 전에 상기 송신부의 발열 관리를 하여 발열 가중현상에 따른 발열 증폭 현상을 방지할 수 있고, 송신부의 송신 코일 측에 온도 센서를 구비하여 상기 송신 코일뿐만 아니라 상기 송신부의 표면 온도와 상기 송신부와 인접한 수신부의 표면 온도를 함께 측정하여 발열을 제어할 수 있고, 하나의 송신부와 다수의 수신부가 구비된, 즉 멀티 무선전력전송 시스템에서는 상대적으로 많은 전력을 발생하는 송신부의 발열을 관리할 수 있으며, 송신부의 표면 온도를 관리함으로써, 수신부에 별도의 온도 센서를 구비할 필요가 없고, 수신부에 별도로 구비된 온도 센서와 송신부의 통신에 따른 전력 제어가 불필요하여 시스템의 간소화가 가능하고 호환성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템(10)을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치의 사시도.
도 3A는 하나의 송신 코일과 온도 센서를 나타낸 도면.
도 3B 및 도 3C는 도 3A의 A-B를 절단한 단면도.
도 4 및 도 5는 복수개의 송신 코일을 나타낸 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 동작을 보인 신호흐름도.
도 8의 온도와 전송 전력량과 시간의 관계를 나타낸 그래프.

이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

실시예는 무선 전력 전송을 위하여 저주파(50kHz)부터 고주파(15MHz)까지의 다양한 종류의 주파수 대역을 선택적으로 사용하며, 시스템 제어를 위하여 데이터 및 제어신호를 교환할 수 있는 통신시스템의 지원이 필요하다.

실시예는 배터리를 사용하거나 필요로 하는 전자기기를 사용하는 휴대단말 산업, 가전기기 산업, 전기자동차 산업, 의료기기 산업, 로봇 산업 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.

실시예는 기기를 제공한 개의 송신 코일을 사용하여 한 개 이상의 다수기기에 전력 전송이 가능한 시스템을 고려할 수 있다.

실시예에서 사용되는 용어와 약어는 다음과 같다.

무선전력전송 시스템 (Wireless Power Transfer System): 자기장 영역 내에서 무선 전력 전송을 제공하는 시스템

송신부(Wireless Power Transfer System-Charger): 자기장 영역 내에서 다수기기의 전력수신기에게 무선전력전송을 제공하며 시스템 전체를 관리하는 장치

수신부(Wireless Power Transfer System- Deivce ): 자기장 영역 내에서 전력송신기로부터 무선전력 전송을 제공받는 장치

충전 영역(Charging Area): 자기장 영역 내에서 실제적인 무선 전력 전송이 이루어지는 지역이며, 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작주파수에 따라 변할 수 있다.

<무선전력전송 시스템의 구성>

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템(10)은 무선으로 전력을 송신하는 송신부(100) 및 상기 송신부(100)로부터 전력을 제공받는 수신부(200)를 포함할 수 있다.

상기 송신부(100)는 입력전원부(110), 스위치 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply;SMPS, 120), 파워 드라이버(130), 무선 전력 제어부(140) 디코터(150) 온도센서(160) 및 송신부 코일(170)을 포함할 수 있다.

상기 입력전원부(110)는 전송되는 전력의 바탕이 되는 에너지원인 전원을 스위치 모드 파워 서플라이(120)에 공급한다.

상기 스위치 모드 파워 서플라이(120)는 표준별로 타입 및 기술이 상이할 수 있다.

상기 스위치 모드 파워 서플라이(120)는 전력용 MOSFET 등 반도체 소자를 스위치로 사용하여 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환한 후, 필터를 통하여 제어된 직류 출력 전압을 얻는 장치로서, 전원 및 주파수를 변환하는 역할을 할 수 있다.

상기 스위치 모드 파워 서플라이(120)는 교류 입력 전원으로부터 입력 정류 평활 회로를 통해 얻은 직류 입력 전압을 직류 출력 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터, 출력 전압을 안정화 시키는 궤환 제어 회로, 과전압 및 과전류 보호 회로 등으로 구성될 수 있다.

상기 파워 드라이버(130)는 스위치 모드 파워 서플라이(120)로부터 전력을 공급받고, 무선 전력 제어부(140)의 제어에 따른 전력을 송신부 코일(170)에 공급할 수 있다.

무선 전력 제어부(140)는 디코더(150)로부터 수신된 신호와 온도 센서(160)로부터 수신된 신호에 기초하여 스위치 모드 파워 서플라이(120) 및 파워 드라이버(130)를 제어할 수 있다.

디코더(150)는 안테나를 통하여 수신부(200)로부터 수신된 수신 신호를 디코딩하여 이를 무선 전력 제어부(140)로 공급할 수 있다.

온도 센서(160)는 송신부(100)의 온도를 측정하여 그 결과를 무선 전력 제어부(140)로 전송할 수 있다.

코일(170)은 유도 코일 및 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

무선 전력 송신 시스템(10)이 자기유도방식으로만 전력을 전송하는 경우 상기 코일(170)은 유도 코일만을 구비할 수 있고, 자기공진방식으로만 전력을 전송하는 경우 공진 코일만을 구비할 수 있으며, 자기유도방식과 자기공진방식을 혼용하여 전력을 전송하는 경우에는 유도 코일과 공진 코일을 모두 구비할 수 있다.

수신부(200)는 부하(210), 배터리관리부(Battery Management IC; BMIC, 220) DC-DC 변환기(230), 평활회로(240), 정류부(250) 및 수신 코일(260)을 포함할 수 있다.

상기 수신 코일(260)은 자기유도방식 또는 자기공진방식을 통해 전력을 수신할 수 있다. 이와 같이 전력 수신 방식에 따라서 상기 수신 코일(260)은 유도 코일 또는 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 정류부(250)는 교류 전력을 수신 받은 수신 코일(260)로부터 제공된 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다.

상기 정류부(250)는 하나 이상의 실리콘 다이오드를 포함할 수 있고, 브릿지 다이오드(Bridge Diode)로 구성될 수 있다.

상기 정류부(250)는 수신된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 기능을 수행할 수 있고, 정류기능은 전류를 한 방향으로만 통과시키는 기능을 의미하므로 정류부(250)는 순방향 저항은 작고, 역방향 저항은 충분히 커서 한쪽 방향으로만 전류를 통과시킬 수 있다. 이 때 전력은 전압 또는 전류와 비례하므로 편의상 전력과 전압, 전류는 같은 개념임을 가정한다.

평활 회로(240)는 정류부(250)에서 출력된 직류전력에서 리플 성분을 제거하여 완전한 직류전력을 출력할 수 있고, 평활용 커패시터로 구성될 수 있다.

DC-DC 변환기(230)는 평활회로(240)에서 출력된 직류전압을 이용하여 배터리관리부(220)가 동작하기 적합한 직류전압을 출력할 수 있고, 평활회로(240)에서 출력된 직류전압을 교류전압으로 변환한 다음, 변환된 교류전압을 승압 또는 강압하고 정류하여 배터리관리부(220)가 동작하기 적합한 직류전압을 출력할 수 있다.

한편 상기 DC-DC 변환기(230)로 스위칭 레귤레이터(Switching regulator) 또는 리니어 레귤레이터(Linear regulator)가 사용될 수 있다.

리니어 레귤레이터(Linear regulator)는 입력전압을 받아 필요한 만큼 출력전압을 내보내고, 나머지 전압은 열로 방출하는 변환기이고, 스위칭 레귤레이터(Switching regulator)는 펄스 폭 변조(PWM: PulseWidth Modulation)를 이용하여 출력전압을 조절할 수 있는 변환기이다.

배터리관리부(220)는 DC-DC 변환기(230)에서 출력된 직류전력을 조절하고, 조절된 직류전력을 부하(210)에 제공할 수 있다. 상기 부하(210)는 배터리를 의미할 수 있고, 배터리관리부(220)는 부하(210) 내부에 포함될 수 도 있다.

부하(210)는 부하(210)의 양단에 인가되는 직류전압에 따라 충전되는 전류량이 달라질 수 있다.

배터리관리부(220)는 일정한 직류전류로 부하(210)를 충전시키기 위해 직류 전력을 조절하여 부하(210)에 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송신 장치의 사시도이고, 도 3A는 하나의 송신 코일과 온도 센서를 나타낸 도면이고, 도 3B 및 도 3C는 도 3A의 A-B를 절단한 단면도이며, 도 4 및 도 5는 복수개의 송신 코일을 나타낸 도면이다.

이하 도2 내지 도 3C를 참조하여, 온도 센서(160)의 배치 관계와 역할을 살펴본다.

본 발명의 실시예에 따른 송신부(100)는 케이스(101), 송신 코일(170), 온도 센서(160), 차폐를 위한 페라이트(180) 그리고 무선 파워 제어부(140)를 포함하는 기판(190)을 포함할 수 있다.

상기 페라이트(180)는 산화 제2철을 주원료로 하는 고주파용 자성재료로 이루어질 수 있다.

상기 페라이트(180)를 이용하여 자기 쉴드(shield) 효과를 거둘 수 있다.

본 발명에서는 페라이트(180)를 일 예로 들고 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 전자기 유도에 의해 발생할 수 있는 기기간 간섭 및 인체 유해 기준을 만족하기 위하여 송신부(100)의 송신 코일(170)뿐만 아니라 수신부(200)의 수신 코일(260)에 자기 쉴드 역할을 할 수 있는 어떤 구성이라도 가능하나, 국제적인 EMI(Electro-Magnetic Interference), EMC(Electro-Magnetic Copatibility) EMF(Electromagnetic Field) 규정을 만족해야 한다.

한편 상기 페라이트(180)는 송신 코일(170)을 수납할 수 있는 수용 홈(미도시)이 형성될 수 있다.

송신 코일(170)이 페라이트(180)의 수용홈에 삽입되는 경우 송신부(100)의 전체 두께를 줄일 수 있다. 그리고 수신부(200)의 수신 코일(260) 또한 수신부(200)에 포함된 자성체에 삽입되는 구조를 가질 수 있다.

상기 케이스(101)는 송신 코일(170), 온도 센서(160), 페라이트(180) 그리고 무선 파워 제어부(140)를 포함하는 기판(190)을 수납할 수 있다.

상기 송신 코일(170) 및 온도 센서(160) 그리고 기판(190)은 페라이트(180)를 사이에 두고 배치될 수 있고, 송신 코일(170)과 온도 센서(160)는 기판(190)의 제어부(140)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 송신 코일(170)은 양 끝 단으로부터 인출된 제1 및 제2 인출선(171, 172)을 구비하여, 상기 송신 코일(170)은 상기 제1 및 제2 인출선(171, 172)을 통하여 기판(190)과 연결될 수 있다.

상기 온도 센서(160)는 연결배선(161)을 통해 상기 기판(190)과 연결될 수 있다.

도 3B와 같이 상기 연결배선(161)은 송신 코일(160)의 상부면으로 인출될 수 있다.

이 때 송신 코일(160) 상에 배치되는 온도 센서(160)의 개수가 늘어나거나, 온도 센서(160)의 제품에 따른 연결 배선(161)의 두께가 두꺼워지는 경우, 상기 연결 배선(161)은 상기 송신 코일(160)의 상부면으로 향하는 자기장에 영향을 줄 수 있다. 따라서 그 영향을 최소화하기 위하여 도 3C와 같이 송신 코일(160)의 하부면으로 인출될 수 있다.

또한 페라이트(180)에는 상기 온도 센서(160)와 온도 센서(160)에 연결된 연결 배선(161)을 수납할 수 있는 홈을 구비할 수 있다.

상기 온도 센서(160)와 연결 배선(161)이 페라이트(180)의 홈에 삽입되는 경우 송신부(100)의 전체 두께가 감소하는 효과를 가진다.

상기 온도 센서(160)로써 바이메탈이나 써미스터(Thermister)를 이용할 수 있다.

특히 써미스터는 온도에 따라 전기 저항이 변하는 소자로써, 신뢰성이 높고 견고하고 응답 특성이 빠르며 저가인 장점이 있다.

써미스터를 이용한 온도 센서(160)는 주변 온도의 변화에 따라 저항값이 변화하고 그에 따른 전류 값의 변화 정도를 기판(190)의 무선 파워 제어부(140)가 감지할 수 있다.

상기 무선 파워 제어부(140)는 상기 온도 센서(160)로부터 감지된 주변 온도를 바탕으로 수신부(200)로 제공하는 전력의 양을 조절할 수 있다.

상기 온도 센서(160)는 송신부(100)의 송신 코일(170) 주변과 송신부(100)의 상부면의 온도를 측정할 수 있다.

또한 자기유도방식에서는 송신부(100)와 수신부(200)가 수mm 이내에 근접한 상태에서 무선전력전송을 수행하므로, 온도 센서(160)를 이용하여 송신부(100)의 상부면의 온도를 측정함으로써, 상기 송신부(100)의 상부면과 마주하는 수신부(200)의 상부면의 온도를 함께 측정할 수 있다.

즉, 송신부(100)의 상부면의 온도는 상기 수신부(200)의 상부면의 온도라고 판단할 수 있다. 따라서 상기 온도 센서(160)는 송신부(100)뿐만 아니라 수신부(200)의 온도도 함께 측정이 가능하다.

무선 파워 제어부(140)는 상기 온도 센서(160)로부터 측정된 주변 온도를 바탕으로 전력의 전송량을 제어할 수 있다.

상기 송신 코일(100)은 반드시 하나만 구비될 필요는 없고 도 4 및 도 5와 같이 복수개로 구성될 수 있다.

도 4와 같이 송신 코일(100)이 3 개로 구비되어 중첩될 수 있고, 도 5와 같이 송신 코일(100)이 2 개로 구비되나 서로 중첩되지 않을 수 있다.

송신 코일(100)이 복수개로 구비되고 중첩되는 경우, 중첩되는 면적은 자속 밀도의 편차를 고려하여 결정한다.

중첩되는 면적이 너무 크거나 너무 적으면 바람직하지 않고, 코일의 면적이 100이라면 중첩되는 면적은 20에서 80 정도가 적당할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 적용되는 제품 전력 전송 방식에 따라서 달라질 수 있다.

온도 센서(160)를 통해 송신 코일(100) 주변부의 온도를 측정하기 위하여 송신 코일(100)의 A, B 및 C 영역 중 적어도 하나 이상의 영역에 온도 센서(160)가 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

예를 들어 상기 A, B 및 C 영역 모두에 3개의 온도 센서(160)가 구비된 경우, 상기 3개의 온도 센서(160)가 측정한 온도 평균치를 이용하여 전력을 제어하거나 또는 3개의 온도 센서(160)가 측정한 온도의 최대치를 이용하여 전력을 제어할 수 있다.

한편 기판(190) 상에는 별도의 온도 센서(미도시) 구비될 수 있다.

송신 코일(100) 주변부에 위치한 온도 센서(160)를 제1 온도 센서로 지칭한다면 상기 기판(190) 상에 구비된 온도 센서는 제2 온도 센서로 지칭할 수 있다.

제2 온도 센서는 기판(190) 상의 발열 정도를 측정할 수 있고, 무선 파워 제어부(140)는 상기 제1 온도 센서(160)와는 별도로 상기 제2 온도 센서로부터 측정된 온도를 통해 기판(190) 주변부가 과열된 것으로 판단하는 경우, 전력 전송량을 조절할 수 있다.

전술한 바와 같이 제1 및 제2 온도 센서를 모두 구비하는 이유는, 기판(190) 주변부의 발열 원인과 송신 코일(170) 주변부의 발열 원인이 서로 다를 수 있는 점을 고려한 것이다.

또한 제2 온도 센서는 송신부(100) 자체의 발열을 제어하기 위한 것이라면, 제1 온도 센서(160)는 송신 코일(170) 주변과 송신부(100)의 상부면 뿐만 아니라, 상기 송신부(100)의 상부면에 인접한 수신부(200)의 온도도 함께 측정의 대상으로 삼을 수 있는 점을 고려한 것이다.

송신 코일(170)의 형상은 모서리가 라운드 형상이고 전체적으로 사격형 형상을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 원형 등 다른 형상이 될 수 있다.

<무선전력전송 시스템의 동작관계>

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 동작을 보인 신호흐름도이다.

제1 단계로 감지단계(S100)이다.

송신부(100)의 충전 영역으로 수신부(200)가 접근한 경우, 상기 송신부(100)는 상기 수신부(200)를 감지하거나, 반대로 상기 수신부(200)가 송신부(100)를 감지하여 무선전력전송을 시작할 수 있다.

감지단계(S100)는 세부단계로 수신부(200)를 감지하는 셀렉션(selection) 단계, 패킷을 받는 핑(ping)단계, 수신부(200)에 대한 고유 아이디(Id) 및 확장 아이디 그리고 제어 파라미터에 대한 정보를 받기 위한 식별과 구성(identification & configuration) 단계로 구성될 수 있다.

제2 단계로 전력 요청 단계(S200)이다.

수신부(200)가 송신부(100)에 제1 전력 전송을 요청하는 경우를 예로 들면, 상기 수신부(200)의 상태, 즉 수신부(200)의 배터리의 충전 상태, 수신부(200) 자체 및 배터리의 온도 상태, 배터리의 전력 소모량과 전력 소모 정도 그리고 배터리의 충전 속도 따라서 송신부(100)에 특정 전력량을 요구할 수 있다. 따라서 제1 전력의 값은 서로 달라질 수 있으나, 상기 수신부(200)가 요청하는 제1 전력량이 송신부(100)의 전송 가능한 전력량을 초과하는 경우라도 상기 송신부(100)가 실제로 전송하는 전력량은 상기 송신부(100)의 최대 전송 전력량을 초과할 수는 없다.

제3 단계로 발열 정도 측정 단계(S300)이다.

도 8의 온도와 전송 전력량과 시간의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 8을 참조하여 임계 온도치, 기대 온도 및 전력제어요구 온도에 대해서 정의한다.

이 때 과열이라고 판단할 수 있는 제1 온도(임계 온도치; 과열 온도)와 상기 제1 온도보다는 낮으며 전력전송효율을 고려한 제2 온도(기대 온도) 및 상기 제1 온도보다는 낮으나 상기 제2 온도보다는 높은 제3 온도(전력제어요구 온도)를 정의할 수 있다.

또한 상기 제1 내지 제3 온도는 특정 온도 값이 아닌 특정 범위로 지정될 수 있다.

제1 온도 센서(160)는 송신 코일(170) 주변의 온도를 측정하여 측정된 온도치를 무선 파워 제어부(140)로 제공할 수 있다.

제4 단계로 전력제어 단계(S400)이다.

상기 제1 온도 센서(160)에서 측정된 온도가 제1 온도가 아닌 제2 온도에 해당하는 경우, 수신부(200)에서 요구하는 제1 전력을 송신부(100)는 전송할 수 있다. 그러나 제1 온도 센서(160)에서 측정된 온도가 제3 온도에 해당하는 경우에는 무선 파워 제어부(140)는 기 설정된 전력인 제2 전력을 전송하도록 스위치 모드 파워 서플라이(120)와 파워 드라이버(130)를 제어할 수 있다.

즉 수신기(200)가 요구하는 전력량이 관계없이 송신부(100)의 송신 코일(170) 주변부의 온도의 우선 순위를 높게 하여 전력을 제어할 수 있다.

다만 전술한 제2 전력은 특정 전력 값이 아닌 특정 범위의 전력이 될 수 있다.

또한 도 8의 그래프에서 나타난 바와 같이 무선전력전송 시스템(10)의 발열 정도에 따라서 수신부(200)로 제공되는 제2 전력은 변할 수 있다.

한편 송신부(100)가 과열 온도인 제1 온도가 아닌 제3 온도일 때 전력을 제어하는 이유는 다음과 같다.

송신부(100)가 이미 과열이 된 경우에는 송신부(100)와 수신부(200) 간의 임피던스 부정합이 발생하고 임피던스 정합을 위한 전력 소모 증가와 그에 따른 발열이 생긴다.

이는 발열의 가중효과에 따른 발열 증폭 현상을 불러와 전송하는 전력의 양을 대폭 줄인다고 하여도 과열 상태를 빠른 시간에 벗어나기 어렵다.

즉, 한번 과열 상태가 되면 일시적으로 충전을 중단하는 경우가 아니라면 무선전력전송 시스템(10)의 온도를 적정 온도로 낮추는 것이 어렵다. 따라서 제1 온도 센서(160)에서 측정된 온도가 과열 온도, 즉 임계 온도치인 제1 온도에 도달하기 전인 제3 온도가 될 때 전력을 제어하여 무선전력전송 시스템(10)이 안정적으로 동작하도록 할 수 있다.

제5 단계로 충전 완료 판단 단계(S500)이다.

수신부(200)의 충전이 완료되면 전력 전송은 중단되나, 수신부(200)의 충전이 완료되지 않으면, 다시 수신부(200)가 요청하는 전력의 양과 현재의 송신부(100)의 온도를 판단하고, 전송할 전력의 양을 제어하는 단계를 반복할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무선전력전송 시스템(10)은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 송신부(100)가 과열 상태에 도달하기 전에 상기 송신부(100)의 발열 관리를 하여 발열 가중현상에 따른 발열 증폭 현상을 방지할 수 있다.

둘째, 송신부(100)의 송신 코일(170) 측에 온도 센서(160)를 구비하여 상기 송신 코일(170)뿐만 아니라 상기 송신부(100)의 표면 온도와 상기 송신부(100)와 인접한 수신부(200)의 표면 온도를 함께 측정하여 발열을 제어할 수 있는 효과를 가진다.

셋째, 하나의 송신부(100)와 다수의 수신부(200)가 구비된, 즉 멀티 무선전력전송 시스템에서는 상대적으로 많은 전력을 발생하는 송신부(100)의 발열을 관리하는 것이 용이한 효과가 있다.

넷째, 송신부(100)의 표면 온도를 관리함으로써, 수신부(200)에 별도의 온도 센서를 구비할 필요가 없고, 수신부에 별도로 구비된 온도 센서와 송신부의 통신에 따른 전력 제어가 불 필요하다. 따라서 시스템의 간소화와 송신부(100)와 수신부(200)간의 호환성을 높일 수 있는 효과를 가진다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10 무선전력전송 시스템
100 송신부
110 입력전원부
120 스위치 모드 파워 서플라이
130 파워 드라이버
140 무선 파워 제어부
150 디코더
160 제1 온도 센서
161 연결배선
170 송신 코일
171 제1 인출선
172 제2 인출선
180 페라이트
190 기판
200 수신부
210 부하
220 배터리관리부
230 DC-DC 변환기
240 평활회로
250 정류부
260 수신 코일

Claims

기판;
상기 기판 상에 배치되는 차폐부;
상기 차폐부 상에 배치되는 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일;
상기 제1 코일의 중공부와 중첩되는 영역에 배치되는 제1 온도센서;
상기 제2 코일의 중공부와 중첩되는 영역에 배치되는 제2 온도센서;
상기 제3 코일의 중공부와 중첩되는 영역에 배치되는 제3 온도센서;
상기 제1 온도센서와 연결되고 상기 제1 코일 상에 배치되는 제1 연결배선;
상기 제2 온도 센서와 연결되고, 상기 제2 코일 상에 배치되는 제2 연결배선;
상기 제3 온도 센서와 연결되고, 상기 제3 코일 상에 배치되는 제3 연결배선을 포함하고,
상기 제3 코일은 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일 상에 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일과 중첩되도록 배치되고,
상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서는 상기 제3 코일과 중첩되지 않는 영역에 배치되는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제1 온도센서는 상기 제1 코일 상에 배치되는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제2 온도센서는 상기 제2 코일 상에 배치되는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제3 온도센서는 상기 제3 코일 상에 배치되는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제1 온도센서는 복수 개로 구성되는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제2 온도센서는 복수 개로 구성되는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제3 온도센서는 복수 개로 구성되는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제1 코일은 제1 인출선 및 제2 인출선을 포함하고,
상기 제1 인출선 및 상기 제2 인출선을 통하여 상기 기판과 연결되는 무선전력 송신기.
제8항에 있어서,
상기 제1 연결배선은 상기 제1 인출선 및 상기 제2 인출선과 중첩되지 않는 무선전력 송신기.
제9항에 있어서,
상기 제1 온도센서, 상기 제2 온도센서 및 상기 제3 온도센서는 상기 무선전력 송신기의 상부면에 인접한 무선전력 수신기의 온도를 측정하는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제2 코일은 제3 인출선 및 제4 인출선을 포함하고,
상기 제3 인출선 및 상기 제4 인출선을 통하여 상기 기판과 연결되는 무선전력 송신기.
제11항에 있어서,
상기 제2 연결배선은 상기 제3 인출선 및 상기 제4 인출선과 중첩되지 않는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제3 코일은 제5 인출선 및 제6 인출선을 포함하고,
상기 제5 인출선 및 상기 제6 인출선을 통하여 상기 기판과 연결되는 무선전력 송신기.
제13항에 있어서,
상기 제3 연결배선은 상기 제5 인출선 및 상기 제6 인출선과 중첩되지 않는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제1 온도센서, 상기 제2 온도센서 및 상기 제3 온도센서는 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일 주변과 상기 무선전력 송신기의 상부면의 온도를 측정하는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 기판은 무선 파워 제어부를 포함하는 무선전력 송신기.
제16항에 있어서,
상기 무선 파워 제어부는 상기 제1 온도센서, 상기 제2 온도센서 및 상기 제3 온도센서로부터 측정된 온도를 기초하여 전력 전송을 제어하는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제1 온도센서, 상기 제2 온도센서 및 상기 제3 온도센서는 온도에 따라 전기 저항이 변하는 써미스터 소자인 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제3 온도센서는 상기 제1 코일과 중첩되는 영역에 배치되는 무선전력 송신기.
제1항에 있어서,
상기 제3 온도센서는 상기 제2 코일과 중첩되는 영역에 배치되는 무선전력 송신기.