KR102042113B1 - 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 무선 전력 제어 방법 및 장치 - Google Patents

무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 무선 전력 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수신기들 간의 통신을 통해 송신기로부터 무선 전력을 공급받는 수신기들에 공급되는 무선 전력량을 제어할 수 있는 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 전력 제어 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 전력 제어 방법은, 송신기가 무선 전력을 공급하는 충전영역에 가입 수신기가 가입하면, 가입 수신기로부터 전송되는 요구전력 정보를 수신하는 과정과, 요구전력 정보를 기초로 송신기가 가입 수신기에 요구전력을 공급하여 줄 수 있는지 여부를 판단하는 과정과, 판단결과 요구전력을 공급하여 줄 수 없는 경우, 가입 수신기에 대기 상태 유지를 요청하는 과정을 포함한다.

Description

무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 무선 전력 제어 방법 및 장치{METHOD FOR CONTROLLING WIRELESS POWER OF RECEIVER IN WIRELESS POWER TRANSMITTING/RECEIVING SYSTEM AND THE RECEIVER}
본 발명은 무선 전력 송수신 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세히는 수신기들 간의 통신을 통해 송신기로부터 무선 전력을 공급받는 수신기들에 공급되는 무선 전력량을 제어할 수 있는 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 전력 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자기기에 활용되고 있다. 무선 충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로써, 예를 들어 휴대폰에 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 무선 충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기의 휴대성을 높일 수 있다.
무선 충전 기술에는 크게 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진(resonance)을 이용하는 공진 방식 및 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation) 방식이 있다.
그 중 공진 방식은, 2005년 MIT의 Soljacic 교수가 Coupled Mode Theory로 공진 방식 전력 전송 원리를 사용하여 충전장치와 몇 미터(m)나 떨어져 있어도 전기가 무선으로 전달되는 시스템을 발표했다. MIT팀의 무선 충전시스템은 공명(resonance)이란 소리굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 물리학 개념을 이용한 것이다. 연구팀은 소리를 공명시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시켰다. 공명된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.
공진 방식을 이용한 충전은 다음과 같이 이루어진다. 충전이 필요한 복수 개의 수신기들 각각이 무선 전력을 전송하는 송신기에 무선 전력의 전송을 요청한다. 송신기는 상기 수신기들 각각에 무선 전력을 공급한다. 수신기가 송신기에 무선 전력의 전송을 요청하고, 상기 송신기로부터 무선 전력을 공급받는다. 하나의 송신기는 복수 개의 수신기들을 동시에 충전시킬 수 있다. 또한 적어도 하나의 수신기가 이미 충전 중인 상태, 즉 송신기로부터 무선 전력을 공급받고 있는 상태에서, 송신기는 다른 하나의 수신기로부터 무선 전력의 전송을 요청받을 수 있다.
이와 같이 복수 개의 수신기들이 동시에 송신기로부터 무선 전력을 공급받는 경우, 송신기 또는 수신기에는 과전압 또는 과전류의 과전력 상태가 발생할 수 있다. 송신기 또는 수신기는 과전력에 대하여 기기를 보호하기 위하여 회로를 단락하는 등의 방법으로 기기의 동작을 중단시킨다. 그러나 이와 같이 송신기 또는 수신기의 동작이 정지되면, 사용자는 송신기를 이용하여 수신기를 충전할 수 없게 되거나 또는 수신기를 사용할 수도 없게 되므로 불편을 겪게 된다.
본 발명의 목적은 수신기들 간의 통신을 통해 송신기로부터 무선 전력을 공급받는 수신기들에 공급되는 무선 전력량을 제어할 수 있는 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 전력 제어 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 무선 전력 제어 방법은, 신기가 무선 전력을 공급하는 충전영역에 가입 수신기가 가입하면, 상기 가입 수신기로부터 전송되는 요구전력 정보를 수신하는 과정과, 상기 요구전력 정보를 기초로 상기 송신기가 상기 가입 수신기에 요구전력을 공급하여 줄 수 있는지 여부를 판단하는 과정과, 상기 판단결과 상기 요구전력을 공급하여 줄 수 없는 경우, 상기 가입 수신기에 대기 상태 유지를 요청하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 무선 전력 제어 방법은, 충전영역에 진입하여 송신기에 요구전력 정보를 전송하는 과정과, 상기 충전영역에 포함된 등록 수신기들 각각으로부터 충전전력 정보들을 수신하는 과정과, 상기 충전전력 정보들을 기초로 상기 송신기가 요구전력을 공급하여 줄 수 있는지 여부를 판단하는 과정과, 상기 판단결과 상기 요구전력을 공급하여 줄 수 없는 경우, 대기 상태를 유지하는 과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기는, 송신기가 무선 전력을 공급하는 충전영역에 가입 수신기가 가입하면, 상기 가입 수신기로부터 전송되는 요구전력 정보를 수신하는 통신 인터페이스와, 상기 요구전력 정보를 기초로 상기 송신기가 상기 가입 수신기에 요구전력을 공급하여 줄 수 있는지 여부를 판단하고, 상기 판단결과 상기 요구전력을 공급하여 줄 수 없는 경우, 상기 가입 수신기에 대기 상태 유지를 요청하는 Rx 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에서 무선 전력을 제어하는 방법은, 충전 영역 내의 수신기로부터 전력 정보를 수신하는 동작; 상기 전력 정보에 기초하여 상기 수신기에 전력이 사용될 수 있는지 여부를 판단하는 동작; 상기 수신기에 상기 전력이 사용될 수 있는 경우, 상기 수신기의 충전을 요청하는 제1 응답을 상기 수신기로 전송하는 동작; 및 상기 수신기에 상기 전력이 사용될 수 없는 경우, 상기 수신기의 대기 상태의 유지를 요청하는 제2 응답을 상기 수신기로 전송하는 동작;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력을 제어하는 전자 장치는, 통신 인터페이스를 포함하는 통신부; 및 상기 통신부를 통해, 충전 영역 내의 수신기로부터 전력 정보를 수신하고, 상기 전력 정보에 기초하여 상기 수신기에 전력이 사용될 수 있는지 여부를 판단하고, 상기 수신기에 상기 전력이 사용될 수 있는 경우, 상기 수신기의 충전을 요청하는 제1 응답을 상기 수신기로 전송하도록 상기 통신부를 제어하고, 상기 수신기에 상기 전력이 사용될 수 없는 경우, 상기 수신기의 대기 상태의 유지를 요청하는 제2 응답을 상기 수신기로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 프로세서;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수신기에서 무선 전력을 수신하는 방법은, 전자 장치로 전력 정보를 전송하는 동작; 상기 전자 장치로부터, 상기 수신기에 상기 무선 전력이 이용될 수 있음을 나타내는 제1 응답이 수신되면, 충전을 수행하는 동작; 및 상기 전자 장치로부터, 상기 수신기에 상기 무선 전력이 이용될 수 없음을 나타내는 제2 응답이 수신되면, 대기 상태를 유지하는 동작;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력을 수신하는 수신기는, 통신 인터페이스를 포함하는 통신부; 및 전자 장치로 전력 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어하고, 상기 전자 장치로부터, 상기 수신기에 상기 무선 전력이 이용될 수 있음을 나타내는 제1 응답이 수신되면, 충전을 수행하고, 상기 전자 장치로부터, 상기 수신기에 상기 무선 전력이 이용될 수 없음을 나타내는 제2 응답이 수신되면, 대기 상태를 유지하는 프로세서;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수신기들 간의 통신을 통해 송신기로부터 무선 전력을 공급받는 수신기들에 공급되는 무선 전력량을 제어할 수 있는 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 전력 제어 방법 및 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 송수신 시스템에서의 송신기 및 수신기의 구성을 도시한 블록도,
도 3은 도 1에 도시된 무선 전력 송수신 시스템의 수신기들의 전력 제어 방법을 나타낸 순서도,
도 4는 도 1에 도시된 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 전력 제어 방법의 일 예를 나타낸 순서도,
도 5는 도 1에 도시된 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 전력 제어 방법의 다른 예를 나타낸 순서도,
도 6a 및 도 6b는 종래 기술에 따른 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기로 전송되는 무선 전력량을 나타낸 그래프,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기로 전송되는 전력량을 나타낸 그래프, 그리고
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기로 전송되는 전력량을 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 송수신 시스템은 송신기(100) 및 적어도 하나의 수신기(200)를 포함하며, 수신기(200)는 제1수신기(200-1), 제2수신기(200-2) 내지 제N수신기(200-N)를 포함할 수 있다.
송신기(100)는 수신기(200)에 무선 전력을 전송한다. 송신기(100)는 공진기(이하, 'Tx 공진기'라 한다)를 포함하며, 상기 Tx 공진기를 이용하여 전기 에너지가 포함된 캐리어 주파수를 공진시킴으로써 수신기(200)에 무선 전력을 전송할 수 있다.
수신기(200)는 송신기(100)로부터 무선 전력의 공급을 요청하는 제어신호(control signal)를 통신 인터페이스를 이용하여 전송하고, 송신기(100)로부터 무선 전력(wireless power)을 공급받는다. 송신기(100)로부터 상기 무선 전력을 전송받기 위하여 수신기(200)는 공진기(이하, 'Rx 공진기'라 한다)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라 수신기(200)는 무선 전력을 공급받기 위한 공진기를 이용하여 송신기(100)에 무선 전력의 공급을 요청할 수 있다. 공진기 또한 특정 주파수 대역의 신호를 발생하는 장치이므로, 수신기(200)는 Rx 공진기를 통해 무선 전력이 공급되기 위한 주파수 대역의 캐리어 주파수를 공진시켜 송신기(100)에 무선 전력의 공급을 요청할 수 있다. 또한 송신기(100)는 Tx 공진기를 통해 수신기(200)로부터 무선 전력 전송 요청을 수신할 수 있다.
본 실시예에 따른 수신기들(200) 각각은 송신기(100)가 무선 전력을 전송할 수 있는 범위 내에서 통신을 수행할 수 있다. 송신기(100)가 무선 전력을 송신할 수 있는 영역을 '충전영역'이라 하기로 한다. 예를 들어, 제1수신기(200-1) 및 제2수신기(200-2)가 충전영역에 위치한다고 가정하면, 제1수신기(200-1)와 제2수신기(200-2)는 각기 구비한 유선 또는 무선 통신 인터페이스를 이용하여 통신을 수행할 수 있다.
충전영역에 새로운 수신기(200)가 가입(join)한 경우, 새로운 수신기(200)는 송신기(100)에 요구전력을 전송하여 줄 것을 요청한다. 이하에서는 설명의 편이를 위하여 충전영역에 미리 포함되어 있던 수신기들을 '등록 수신기'라 하고, 새로이 가입하는 수신기를 '가입 수신기'라 하기로 한다. 등록 수신기는 가입 수신기로부터 송신기(100)로 전송되는 전력 전송 요청을 수신할 수 있다. 등록 수신기는 상기 요구전력 전송 요청을 분석하여 가입 수신기가 송신기(100)로부터 공급받고자 하는 요구전력을 산출할 수 있다. 등록 수신기는 가입 수신기의 요구전력을 송신기(100)가 공급하여 줄 수 있는지 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 송신기(100)가 총 50W의 무선 전력을 수신기들(200)에 공급하여 줄 수 있다고 가정한다. 또한 송신기(100)가 충전영역에 포함된 등록 수신기로 총 45W의 무선 전력을 공급하고 있다고 가정한다. 가입 수신기가 송신기(100)로부터 7W의 무선 전력을 공급받고자 하는 경우라면, 송신기(100)의 잔여전력이 5W뿐이므로 상기 가입 수신기에 요구전력을 공급하여 줄 수 없게 된다. 본 실시예에서 송신기(100)는 수신기(200)의 요청에 따라 무선 전력만을 공급하는 기기이므로, 상기 송신기(100) 대신에 등록 수신기가 가입 수신기에 상기 7W의 요구전력이 공급될 수 없음을 알릴 수 있다.
다른 실시예에 따라 가입 수신기가 송신기(100)의 잔여전력을 산출할 수도 있다. 가입 수신기는 충전영역 내의 등록 수신기들로부터 방송되는 제어 신호들, 예를 들어 충전전력 정보들을 수신하고, 상기 충전전력 정보들을 기초하여 송신기(100)가 가입 수신기에 요구전력을 전송할 수 있는지 여부를 판단할 수 있다. 실시예에 따라 등록 수신기들로부터 방송되는 충전전력 정보에는, 등록 수신기 각각이 공급받고 있는 무선전력의 전력량을 포함하며, 송신기(100)가 공급할 수 있는 총 무선 전력량을 더 포함할 수 있다. 가입 수신기는 상기 충전전력 정보를 기초로 하여 송신기(100)의 잔여전력을 산출하고, 산출된 잔여전력이 가입 수신기의 요구전력 이상인지 여부를 판단한다. 송신기(100)의 잔여전력이 가입 수신기의 요구전력 미만이면, 송신기(100)는 가입 수신기에 요구전력을 공급하여 줄 수 없다. 따라서 가입 수신기는 송신기(100)의 잔여전력이 가입 수신기 자신의 요구전력 이상인 경우에만 송신기(100)에 요구전력의 전송을 요청할 수 있다.
실시예에 따라 충전영역에 포함된 수신기(200)는, 상기 충전전력 정보를 미리 설정된 방송 주기마다 방송할 수 있다. 예를 들어, 제1수신기(200-1)가 5W의 무선 전력을 송신기(100)로부터 공급받고 있고, 충전영역에 제1수신기(200-1), 제2수신기(200-2) 및 제3수신기(200-3)가 포함되어 있다고 가정한다. 또한 제1수신기(200-1)의 방송 주기가 5분인 것으로 가정한다. 제1수신기(200-1)는 5분마다 송신기(100)로부터 5W의 무선 전력을 공급받고 있음을 충전영역에 방송할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 송수신 시스템에서의 송신기 및 수신기의 구성을 도시한 블록도이다.
송신기(100)는 Tx 공진기(Resonator)(102) 및 Tx 매칭회로(Matching L/C)(104), Tx 전력 변환부(106) 및 Tx 제어부(MCU Control Unit)(110)를 포함할 수 있다. 이 외에 도시하지는 않았으나 송신기(100)는 수신기(200)의 통신 인터페이스(208)와 통신을 수행하는 통신 인터페이스를 더 포함할 수 있다.
Tx 공진기(102)는 수신기(200)의 Rx 공진기(Resonator)(202)와 커플링되어 AC 전압을 공명파로 공진함으로써 수신기(200)에 무선 전력을 공급한다. 실시예에 따라 Tx 공진기(102)는 수신기(200)로부터 전송되는 각종 제어신호, 예를 들어 충전전력 정보, 요구전력 정보 등을 수신할 수도 있다.
Tx 매칭회로(104)는 Tx 공진기(102)와 Rx 공진기(202)가 커플링되어 Tx 공진기(102)로부터 공진되는 공명파를 원활하게 수신될 수 있도록 매칭되어야 할 임피던스를 포함한다. Tx 매칭회로(104)는 Tx 제어부(110)의 제어하에 임피던스를 조절할 수 있다.
Tx 전력 변환부(106)는 송신기(100)와 연결된 DC 어댑터(미도시)로부터 입력받은 DC 전압을 AC 전압으로 변환한다. 전압의 변환을 위하여 Tx 전력 변환부(106)는, 예를 들어 전력 증폭기(Power Amplifier)인 Class-E 증폭기(Class-E Amp)(미도시) 및 드라이버 증폭기(Driver Amp)(미도시)를 포함할 수 있다. 드라이버 증폭기는 DC 어댑터로부터 입력받은 DC 전압을 AC 전압으로 변환한다. 또한 Class-E 증폭기는, Tx 제어부(110)의 제어 하에 드라이버 증폭기를 통해 변환된 AC 전압을 입력받아 증폭시킬 수 있다.
송신기(100)는 예를 들어, 7-15V의 DC 전압을 출력하는 DC 어댑터(미도시)로부터 상기 7-15V의 DC 전압을 입력받는다. DC 전압이 입력되면, Tx 제어부(110)는 Tx 전력 변환부(106)가 상기 DC 전압을 AC 전압으로 변환하고, 변환된 AC 전압을 증폭시키도록 제어한다. 실시예에 따라 Tx 제어부(110)는 Tx 전력 변환부(106)에서의 AC 전압을 증폭율을 조절할 수 있다. 증폭된 AC 전압은 Tx 공진기(102)에 의하여 수신기(200)의 Rx 공진기(202)에 전달된다.
Tx 제어부(110)는 송신기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. Tx 제어부(110)는 DC 어댑터로부터 DC 전압을 입력받도록 송신기(100)를 제어하고, Tx 전력 변환부(106)를 제어하여 증폭된 AC 전압의 배율을 조절할 수 있다. 또한 수신기(200)의 충전이 완료된 경우, 더 이상의 전력을 수신기(200)에 송신하지 않도록 송신기(100)를 제어할 수도 있다. 또한 실시예에 따라 Tx 제어부(110)는 Tx 매칭회로(104)의 임피던스를 조절함으로써 보다 원활하게 송신기(100)의 전력 전송이 이루어지도록 할 수 있다. Tx 제어부(110)는 송신기(100)로부터 전송되는 전력과, 수신기(200)에 전달되는 전력을 비교하여 전력 효율을 계산할 수 있다. 계산된 전력 효율을 기초로, Tx 제어부(110)는 상기 전력 효율이 최대가 되도록 Tx 매칭회로(104)의 임피던스를 조절할 수 있다.
수신기(200)는 Rx 공진기(Resonator)(202), Rx 매칭회로(Matching L/C)(204), Rx 전력 변환부(206), 통신 인터페이스(208) 및 Rx 제어부(MCU Control Unit)(210)를 포함할 수 있다
Rx 공진기(202)는 송신기(100)의 Tx 공진기(102)와 커플링되어 상기 Tx 공진기(102)로부터 공진되는 공명파를 수신함으로써 상기 송신기(100)로부터 무선 전력을 공급받는다.
Rx 매칭회로(204)는 Tx 공진기(102)와 Rx 공진기(202)가 커플링되어 Tx 공진기(102)로부터 공진되는 공명파를 원활하게 수신할 수 있도록 매칭되어야 할 임피던스를 조절할 수 있다. 본 실시예에서 Tx 매칭회로(104)의 총 임피던스와 Rx 매칭회로(204)의 총 임피던스는 동일한 값을 가지도록 매칭되는 것이 바람직하다.
Rx 전력 변환부(206)는 Rx 공진기(202)를 통해 수신한 AC 전압을 DC 전압으로 변환한다. 전압의 변환을 위하여 Rx 전력 변환부(206)는, 예를 들어 AC/DC 정류기(미도시) 및 DC/DC 컨버터(미도시)를 포함할 수 있다. AC/DC 정류기는 Rx 공진기(202)를 통해 수신한 AC 전압을 DC 전압으로 변환한다. DC/DC 컨버터는 AC/DC 정류기를 통해 변환된 DC 전압을 증폭시킨다. Rx 전력 변환부(206)는 DC/DC 컨버터를 통해 출력된 DC 전압을, 수신기(200)와 연결된 기기, 예를 들어 휴대 단말기(미도시)에 전달함으로써 상기 휴대 단말기가 DC 전압에 의하여 구동되도록 한다.
통신 인터페이스(208)는 수신기(200)의 유선 또는 무선 통신을 수행한다. 실시예에 따라 통신 인터페이스(208)는 송신기(100)로부터 전력 공급을 요청하거나 또는 전력 공급 중지를 요청하기 위한 제어신호를 상기 송신기(100)에 전송할 수 있다. 또한 실시예에 따라 통신 인터페이스(208)는 상기 제어 신호를 충전영역에 방송할 수 있다.
본 실시예에 따른 통신 인터페이스(208)는 충전영역 내의 타 수신기와 통신을 수행할 수 있다. 통신 인터페이스(208)는 타 수신기로부터 방송되는 제어신호를 수신할 수 있다. 제어신호에는 송신기(100)에 무선 전력을 요청하기 위한 무선 전력 요청 신호, 수신기(200)의 현재 상태를 나타내는 상태 신호 등이 포함될 수 있다.
Rx 제어부(210)는 수신기(200)의 전반적인 동작을 제어한다. 본 실시예에 따른 Rx 제어부(210)는 수신기(200)와 연결된 휴대 단말기를 구동시키기 위한 DC 전압을 전달하도록 상기 수신기(200)를 제어한다.
Rx 제어부(210)는 Rx 전력 변환부(206)를 제어하여 증폭되는 DC 전압의 증폭 배율을 조절할 수 있다. 또한 Rx 매칭부(204)의 임피던스를 조절함으로써 보다 원활하게 송신기(100)의 Tx 공진기(102)를 통해 전달되는 무선 전력을 수신할 수 있도록 한다.
본 실시예에 따른 Rx 제어부(210)는, 통신 인터페이스(208)를 통해 송신기(100) 및 충전영역에 포함된 등록 수신기 또는 가입 수신기에 방송되는 제어신호를 생성할 수 있다. 또한 Rx 제어부(210)는 충전영역에 포함된 등록 수신기 또는 상기 가입 수신기로부터 방송되는 제어신호들을 수신하도록 통신 인터페이스(208)를 제어한다. Rx 제어부(210)는 제어신호들로부터 충전영역에 포함된 등록 수신기들 각각에 공급되고 있는 무선 전력량(충전전력) 또는 가입 수신기가 요청한 무선 전력량(요구전력)을 알아낸다. Rx 제어부(210)는 등록 수신기들 각각에 공급되고 있는 무선 전력의 총 무선 전력량을 산출하고, 상기 총 무선 전력량을 이용하여 송신기(100)의 잔여전력량을 산출할 수 있다. 또한 Rx 제어부(210)는 잔여전력량이 가입 수신기의 요구전력량 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 판단결과, 잔여전력량이 가입 수신기의 요구전력 미만인 경우, Rx 제어부(210)는 통신 인터페이스(208)를 제어하여 대기요청 제어신호를 생성하고, 생성된 대기요청 제어신호를 가입 수신기에 전송할 수 있다.
다른 실시예에 따라 수신기(200)가 가입 수신기인 경우, 가입 수신기의 Rx 제어부(210)는 잔여전력량이 요구전력량 이상인지 여부를 판단한다. 판단결과, 잔여전력량이 요구전력량 미만인 경우, 송신기(100)에 요구전력의 공급을 요청하지 않고 대기 상태(standby state)를 유지할 수 있다. 실시예에 따라 Rx 제어부(210)는 대기 상태를 유지함을 나타내는 제어신호를 생성하여 통신 인터페이스(208)를 통해 송신기(100) 및 충전영역의 등록 수신기들에 방송할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 무선 전력 송수신 시스템의 수신기들의 전력 제어 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3에서, 송신기(100)는 등록 수신기인 제1수신기(200-1)에 무선 전력을 전송하고 있는 상태인 것으로 가정한다.
제1수신기(200-1)가 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하고 있는 충전 상태에서(S302), 가입 수신기인 제2수신기(200-2)가 충전영역에 진입한다(S304).
제2수신기(200-2)는 송신기(100)에 가입(join)을 요청한다. 실시예에 따라 제2수신기(200-2)의 Rx 제어부(210)는 송신기(100)에 가입을 요청하기 위한 가입요청 제어신호를 생성하고, 통신 인터페이스(208)를 상기 가입요청 제어신호를 송신기(100)에 전송할 수 있다.
또한 제2수신기(200-2)는 요구전력 정보를 포함하는 제어신호를 송신기(100)에 전송한다(S306). 실시예에 따라 제2수신기(200-1)는 충전영역에 요구전력 정보를 포함하는 제어신호를 방송함으로써 송신기(100)에 상기 요구전력 정보를 전송할 수 있다. 요구전력 정보는, 가입 수신기, 즉 제2수신기(200-2)가 송신기(100)로부터 요구하는 무선 전력량을 나타낸다. 이때 제1수신기(200-1)는 제2수신기(200-2)에 의해 방송되는 제어신호를 수신할 수 있다. 실시예에 따라 제1수신기(200-1)는 송신기(100)로 전송되는 제어신호들을 수신(또는 도청)하여 제2수신기(200-2)의 요구전력 정보를 알아낼 수 있다.
제1수신기(200-1)는 송신기(100)의 잔여전력을 산출한다(S308). 제1수신기(200-1)는 자신을 포함한 충전영역에 포함된 등록 수신기들 각각이 송신기(100)로부터 공급받고 있거나 또는 공급받을 무선 전력의 총량을 알고 있는 상태이다. 또한 송신기(100)로부터 출력될 수 있는 무선 전력의 총 무선 전력량을 알고 있다. 따라서 제1수신기(200-1)는 송신기(100)의 잔여전력을 산출할 수 있다.
제1수신기(200-1)는 송신기(100)의 잔여전력을 기초로, 상기 송신기(100)가 제2수신기(200-2)에 요구전력을 공급할 수 있는지 여부를 판단한다(S310). 판단결과, 송신기(100)가 제2수신기(200-2)에 요구전력을 공급할 수 있는 경우(S310: 예), 제1수신기(200-1)는 별다른 동작을 수행하지 않을 수 있다.
판단결과, 송신기(100)가 제2수신기(200-2)에 요구전력을 공급할 수 없는 경우(S310: 아니오), 제1수신기(200-1)는 제2수신기(200-2)에 대기 상태를 유지하여 줄 것을 요청한다(S312). 실시예에 따라 제1수신기(200-1)의 Rx 제어부(210)는 대기상태 요청신호를 생성하고, 통신 인터페이스(208)를 통해 상기 대기상태 요청신호를 제2수신기(200-2)에 전송할 수 있다. 제1수신기(200-1)로부터 대기 상태를 유지하여 줄 것을 요청받은 제2수신기(200-2)는 대기 상태를 유지한다(S314).
실시예에 따라 단계 S310에서 제1수신기(200-1)는 송신기(100)의 잔여전력이 제2수신기(200-2)로부터 요구되는 요구전력 이상이라고 하더라도 미리 저장된 기준값 미만이면 송신기(100)가 제2수신기(200-2)에 요구전력을 공급할 수 없다고 결정할 수 있다. 예를 들어, 제2수신기(200-2)의 요구전력이 7W이고, 송신기(100)의 잔여전력이 9W라고 가정한다. 제1수신기(200-1)는 송신기(100)가 제2수신기(200-2)에 무선 전력을 공급하였을 경우의 송신기(100)의 잔여전력이 기준값 미만인지 여부를 판단한다. 본 실시예에서 기준값이 3W라고 가정한다. 송신기(100)가 제2수신기(200-1)에 요구전력을 공급하였을 경우, 송신기(100)의 잔여전력이 2W가 되므로, 기준값인 3W 미만이다. 따라서 제1수신기(200-1)는 송신기(100)가 제2수신기(200-2)에 요구전력을 공급할 수 없는 것으로 결정할 수 있다.
상기와 같이, 등록 수신기는 송신기(100)의 잔여전력이 가입 수신기의 요구전력 이상이라고 하더라도, 송신기(100) 또는 수신기(200)에 포함된 회로가 과도 전압에 의하여 파괴되지 않도록 가입 수신기를 대기 상태로 유지시킬 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 전력 제어 방법의 일 예를 나타낸 순서도이다. 도 4에 도시된 전력 제어 방법은, 송신기(100)로부터 무선 전력을 공급받고 있는 등록 수신기의 동작을 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 수신기(200), 즉 등록 수신기는 통신 인터페이스(208)를 통해 가입 수신기로부터 방송되는 요구전력 정보를 수신한다(S322). 실시예에 따라 수신기(200)는 단계 S322에서 상기 요구전력 정보를 포함하는 제어신호를 수신할 수 있다.
수신기(200)는 송신기(100)의 잔여전력을 산출한다(S324). 수신기(200)는 가입 수신기의 요구전력이 송신기(100)의 잔여전력 이상인지 여부를 판단한다(S326).
단계 S326의 판단결과, 가입 수신기의 요구전력이 송신기(100)의 잔여전력 이상인 경우(S326: 예), 수신기(200)는 가입 수신기에 대기 상태를 유지하여 줄 것을 요청한다(S328). 실시예에 따라 수신기(200)의 Rx 제어부(210)는 대기상태 요청신호를 생성하고, 통신 인터페이스(208)를 통해 상기 대기상태 요청신호를 가입 수신기에 전송할 수 있다.
수신기(200), 즉 등록 수신기는 자신의 충전이 완료되었는지 여부를 미리 저장된 주기마다 체크할 수 있다. 수신기(200)는 충전이 완료되었는지 여부를 판단하고(S330), 충전이 완료되면(S330: 예) 가입 수신기가 충전을 수행하도록 요청할 수 있다(S332). 실시예에 따라 충전이 완료된 등록 수신기는 대기 상태를 유지하거나 또는 충전영역에서 탈퇴할 수도 있다.
단계 S326의 가입 수신기의 요구전력이 송신기(100)의 잔여전력 미만인 경우(S326: 아니오), 수신기(200)는 별다른 동작을 수행하지 않을 수 있다. 다른 실시예에 따라 수신기(200)는 가입 수신기가 충전을 수행하도록 요청할 수도 있다(S332).
도 5는 도 1에 도시된 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기의 전력 제어 방법의 다른 예를 나타낸 순서도이다. 도 5에 도시된 전력 제어 방법은, 송신기(100)로부터 무선 전력을 공급받고자 충전영역에 진입한 가입 수신기의 동작을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 수신기(200), 즉 가입 수신기는 충전영역에 진입한다(S342). 수신기(200)는 통신 인터페이스(208)를 통해 송신기에 요구전력 정보를 전송한다(S344). 실시예에 따라 수신기(200)는 단계 S344에서 상기 요구전력 정보를 포함하는 제어신호를 생성하여 송신기(100)에 전송할 수 있다. 또한 수신기(200)는 통신 인터페이스(208)를 통해 충전영역에 포함된 등록 수신기들 각각으로부터 충전전력 정보들을 수신한다(S346). 다른 실시예에 따라 단계 S344 및 단계 S346의 동작은 동시에 이루어지거나 또는 순서가 뒤바뀔 수 있다.
본 실시예에서 충전전력 정보는 등록 수신기가 송신기(100)로부터 공급받고 있는 무선 전력량을 포함하며, 송신기(100)가 수신기(200)에 공급할 수 있는 총 무선 전력량을 더 포함할 수 있다.
수신기(200)는 상기 충전전력 정보를 기초로 송신기(100)의 잔여전력을 산출한다. 수신기(200)는 송신기(100)의 잔여전력이 요구전력 이상인지 여부를 판단한다(S348).
단계 S348의 판단결과, 송신기(100)의 잔여전력이 요구전력 이상인 경우(S348: 예), 수신기(200)는 송신기(100)에 요구전력을 공급하여 줄 것을 요청한다(S350). 송신기(100)로부터 무선 전력이 전송되면, 수신기(200)는 충전 동작을 수행한다(S352).
단계 S348의 판단결과 송신기(100)의 잔여전력이 요구전력 미만인 경우, 수신기(200)는 대기 상태를 유지한다(S354).
도 6a 및 도 6b는 종래 기술에 따른 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기로 전송되는 무선 전력량을 나타낸 그래프이다.
도 6a는 수신기들(RXs)에 인가되는 총 부하량(Total RXs Load(W))을 나타낸 그래프이고, 도 6b는 등록 수신기 중 제1수신기(RX1: 200-1)가 송신기(100)로부터 공급받는 무선 전력량, 즉 입력전압(RX1 Input Voltage(V))을 나타낸 그래프이다. 도 6a 및 6b를 참조하면, 제1수신기(RX1: 200-1)가 송신기(100)로부터 입력전압을 공급받던 중 시간 t11에 제2수신기(RX2: 200-2)가 충전영역에 진입하여 송신기(100)로부터 무선 전력을 공급받음으로써 부하가 인가된다(RX2 load). 제2수신기(RX2)의 충전영역 진입으로 충전영역 내의 부하(load)가 변동하게 된다. 제2수신기(RX2)에 무선 전력이 공급되므로 수신기들(200)에 인가되는 총 부하량(Total RXs Load)은 t11부터 급격히 증가하게 되며, 송신기(100)로부터 수신기(200)로 공급될 수 있는 총 전력 용량(TX Power Capacity)을 초과하게 된다.
또한 제1수신기(RX1)의 입력전압은 급격히 감소하여 제1수신기(RX1)에 인가된 입력전압이 임계전압(threshold voltage) 이하로 떨어질 수 있다. 도 6b에서 제1수신기(RX1)에 공급되던 입력전압이 t11에서부터 급격히 하락하여 임계전압 이하로 떨어졌다. 제1수신기(RX1)는 t12에서 리셋되어(RX1 reset) 송신기(100)에 재차 입력전압의 전송을 요청하고, t13에 제1수신기(RX1)에 의한 부하 변동이 발생하며, 제1수신기(RX1)는 송신기(100)로부터 임계전압 이상의 입력전압을 전송받게 된다. 그러나 제2수신기(RX2: 200-2)로 인하여 수신기들(200)로 공급되는 총 무선 전력량은, 제1수신기(RX1)이 입력 전압을 공급받는 시점 t13에서부터 급격히 증가하여 총 전력 용량을 초과하게 된다. 그에 따라 제1수신기(RX1)는 다시 턴오프되고 t14에 다시금 리셋되는(RX1 reset again) 과정을 반복하게 된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기로 전송되는 전력량을 나타낸 그래프이다.
도 7a는 수신기들(200: RXs)에 인가되는 총 부하량(Total RXs Load(W))을 나타낸 그래프이고, 도 7b는 등록 수신기 중 제1수신기(RX1: 200-1)이 송신기(100)로부터 공급받는 무선 전력량, 즉 입력전압(RX1 Input Voltage(V))을 나타낸 그래프이다. 도 7a 및 7b를 참조하면, 제1수신기(RX1: 200-1)가 송신기(100)로부터 입력전압을 공급받던 중 시점 t21에 제2수신기(RX2: 200-2)가 충전영역에 진입하여 송신기(100)로부터 무선 전력을 공급받는다(RX2 load). 송신기(100)는 충전영역에 발생한 부하의 변동을 감지하고, 제2수신기(RX2)로부터 전송되는 요구전력 정보를 수신한다. 요구전력 정보를 기초로 제1수신기(RX1)는 일시적으로 턴 오프하여 송신기(100)로부터 공급받는 입력전압을 임계치까지 감소시킬 수 있다. 시간 t22 동안 제1수신기(RX1)에 공급되는 입력 전압이 임계치 이하로 감소하면, 수신기들(200)로 공급되는 총 부하량(Total RXs load)은 송신기(100)의 총 무선 전력량(Tx Power Capacity)를 초과하지 않게 된다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템에서의 수신기로 전송되는 전력량을 나타낸 그래프이다.
도 8a는 수신기들(RXs)에 인가되는 총 부하량(Total RXs Load(W))을 나타낸 그래프이고, 도 8b는 송신기(TX:100)에 의해 수신기들(200)로 공급되는 무선 전력의 추정량(Estimated TX Power Budget(W))을 나타낸 그래프이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, t32에 예를 들어, 수신기(200)가 구비된 클라이언트 디바이스(client device)에 부하기 인가되기 전의 시점 t31에 수신기(RX:200)는 턴 온하여 송신기(100)에 클라이언트 디바이스의 요구전력 정보를 전송할 수 있다. 도 8b에서 송신기(100)에 의해 수신기들(200)로 공급될 수 있는 총 무선 전력량의 임계치를 W1라 가정하기로 한다. 또한 클라이언트 디바이스로부터 요구되는 전력량은 W2라 가정하기로 한다.
송신기(100)는 클라이언트 디바이스의 요구전력 정보를 기초로 총 무선 전력량을 추정한다. 도 8a 및 도 8b의 경우, 클라이언트 디바이스와 수신기(200) 모두에 부하가 인가된 경우, 상기 기기들에 공급되는 무선 전력의 추정량은 임계치 W1을 초과하게 된다. 따라서 수신기(RX)는 대기상태를 유지하고, 클라이언트 디바이스만 송신기(100)로부터 무선 전력을 공급받도록 할 수 있다.
이외에도 본 발명의 다양한 실시예 또는 변형예가 있을 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고, 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
100: 송신기 102: Tx 공진기
104: Tx 매칭회로 106: Tx 전력 변환부
110: Tx 제어부 200: 수신기
202: Rx 공진기 204: Rx 매칭회로
206: Rx 전력 변환부 208: 통신 인터페이스
210: Rx 제어부

Claims (24)

  1. 전자 장치에서 무선 전력의 전송을 제어하는 방법에 있어서,
    충전 영역 내의 수신기로부터 전력 정보를 수신하는 동작;
    상기 전력 정보에 기초하여 상기 수신기에 전력이 사용될 수 있는지 여부를 판단하는 동작;
    상기 수신기에 상기 전력이 사용될 수 있는 경우, 상기 수신기의 충전을 요청하는 제1 응답을 상기 수신기로 전송하는 동작; 및
    상기 수신기에 상기 전력이 사용될 수 없는 경우, 상기 수신기의 대기 상태의 유지를 요청하는 제2 응답을 상기 수신기로 전송하는 동작;을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 응답은,
    상기 전자 장치의 이용 가능한 전력량에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 응답은,
    상기 전자 장치로부터 상기 수신기로 제공될 수 있는 총 전력량을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수신기에 상기 전력이 사용될 수 있는지 여부를 판단하는 동작은,
    상기 전자 장치의 잔여 전력을 식별하는 동작; 및
    상기 잔여 전력이, 상기 수신기를 충전하기 위하여 이용될 전력보다 큰지 여부를 판단하는 동작;을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 잔여 전력이 상기 수신기를 충전하기 위하여 이용될 전력보다 크지 않으면, 상기 수신기에 상기 전력이 이용될 수 없는 것으로 판단하는 동작;을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력이 상기 수신기에 사용될 수 없는 경우, 상기 전자 장치로부터의 다른 응답을 수신하기 위한 대기 요청을 전송하는 동작;을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수신기에 상기 전력이 사용될 수 있는지 여부를 판단하는 동작은,
    상기 전자 장치로부터 상기 수신기로 공급될 수 있는 총 전력량을 식별하는 동작; 및
    상기 총 전력량이 상기 수신기를 충전하기 위하여 이용될 전력보다 큰지 여부를 판단하는 동작;을 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 총 전력량이 상기 수신기를 충전하기 위하여 이용될 전력보다 크면, 상기 전력이 상기 수신기에 이용될 수 있는 것으로 판단하는 동작;을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  9. 무선 전력의 전송을 제어하는 전자 장치에 있어서,
    통신 인터페이스를 포함하는 통신부; 및
    상기 통신부를 통해, 충전 영역 내의 수신기로부터 전력 정보를 수신하고, 상기 전력 정보에 기초하여 상기 수신기에 전력이 사용될 수 있는지 여부를 판단하고, 상기 수신기에 상기 전력이 사용될 수 있는 경우, 상기 수신기의 충전을 요청하는 제1 응답을 상기 수신기로 전송하도록 상기 통신부를 제어하고, 상기 수신기에 상기 전력이 사용될 수 없는 경우, 상기 수신기의 대기 상태의 유지를 요청하는 제2 응답을 상기 수신기로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 프로세서;를 포함함을 특징으로 하는 전자 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 응답은,
    상기 전자 장치의 이용 가능한 전력량에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 전자 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 응답은,
    상기 전자 장치로부터 상기 수신기로 제공될 수 있는 총 전력량을 포함함을 특징으로 하는 전자 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 전자 장치의 잔여 전력을 식별하고, 상기 잔여 전력이, 상기 수신기를 충전하기 위하여 이용될 전력보다 큰지 여부를 판단함을 특징으로 하는 전자 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 잔여 전력이 상기 수신기를 충전하기 위하여 이용될 전력보다 크지 않으면, 상기 수신기에 상기 전력이 이용될 수 없는 것으로 판단함을 특징으로 하는 전자 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 전력이 상기 수신기에 사용될 수 없는 경우, 상기 전자 장치로부터의 다른 응답을 수신하기 위한 대기 요청을 전송하도록 상기 통신부를 제어함을 특징으로 하는 전자 장치.
  15. 제9항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 전자 장치로부터 상기 수신기로 공급될 수 있는 총 전력량을 식별하고, 상기 총 전력량이 상기 수신기를 충전하기 위하여 이용될 전력보다 큰지 여부를 판단함을 특징으로 하는 전자 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 총 전력량이 상기 수신기를 충전하기 위하여 이용될 전력보다 크면, 상기 전력이 상기 수신기에 이용될 수 있는 것으로 판단함을 특징으로 하는 전자 장치.
  17. 수신기에서 무선 전력을 수신하는 방법에 있어서,
    전자 장치로 전력 정보를 전송하는 동작;
    상기 전자 장치로부터, 상기 수신기에 상기 무선 전력이 이용될 수 있음을 나타내는 제1 응답이 수신되면, 충전을 수행하는 동작; 및
    상기 전자 장치로부터, 상기 수신기에 상기 무선 전력이 이용될 수 없음을 나타내는 제2 응답이 수신되면, 대기 상태를 유지하는 동작;을 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 응답은,
    상기 전자 장치의 이용 가능한 전력량에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 응답은,
    상기 전자 장치로부터 상기 수신기로 공급될 수 있는 총 전력량을 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 무선 전력이 상기 수신기에 이용될 수 없으면, 상기 전자 장치로부터의 다른 응답을 기다리는 동작;을 더 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.
  21. 무선 전력을 수신하는 수신기에 있어서,
    통신 인터페이스를 포함하는 통신부; 및
    전자 장치로 전력 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어하고, 상기 전자 장치로부터, 상기 수신기에 상기 무선 전력이 이용될 수 있음을 나타내는 제1 응답이 수신되면, 충전을 수행하고, 상기 전자 장치로부터, 상기 수신기에 상기 무선 전력이 이용될 수 없음을 나타내는 제2 응답이 수신되면, 대기 상태를 유지하는 프로세서;를 포함함을 특징으로 하는 수신기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 응답은,
    상기 전자 장치의 이용 가능한 전력량에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 수신기.
  23. 제21항에 있어서, 상기 제1 응답은,
    상기 전자 장치로부터 상기 수신기로 공급될 수 있는 총 전력량을 포함함을 특징으로 하는 수신기.
  24. 제21항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 무선 전력이 상기 수신기에 이용될 수 없으면, 상기 전자 장치로부터의 다른 응답을 기다리도록 상기 수신기를 제어함을 특징으로 하는 수신기.
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