KR102089105B1 - Wireless Power Relay Apparatus, Wireless Power Transmission System, and Wireless Power Transmission Method - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 무선 전력 송신 장치에서 생성된 자기장을 무선 전력 수신 장치에 중계하는 무선 전력 중계 장치에 있어서, 상기 자기장을 포섭하여 중계하는 중계 코일; 및 상기 중계 코일의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압과 기 설정된 전압을 비교하여 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 상기 측정된 전압에 의한 과전류가 상기 중계 코일에 흐르는 것을 방지하는 과전압 보호부; 를 구비하는 무선 전력 중계 장치를 제공한다.An embodiment of the present invention, a wireless power relay device for relaying a magnetic field generated by a wireless power transmission device to a wireless power receiving device, comprising: a relay coil for relaying by covering the magnetic field; And measuring the voltage of the relay coil, comparing the measured voltage with a preset voltage, and when the measured voltage is greater than the preset voltage, an overcurrent due to the measured voltage greater than the preset voltage is generated. An overvoltage protection unit to prevent the relay coil from flowing; It provides a wireless power relay device having a.

Description

무선 전력 중계 장치, 무선 전력 전송 시스템, 및 무선 전력 전송 방법{Wireless Power Relay Apparatus, Wireless Power Transmission System, and Wireless Power Transmission Method}Wireless power relay device, wireless power transmission system, and wireless power transmission method {Wireless Power Relay Apparatus, Wireless Power Transmission System, and Wireless Power Transmission Method}

본 발명의 일 실시예에는 무선 전력 중계 장치, 무선 전력 전송 시스템, 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a wireless power relay device, a wireless power transmission system, and a wireless power transmission method.

무선 전력 전송이란 종래의 유선으로 된 전력선 대신 무선으로 가전기기나 전기자동차에 전원을 공급하는 기술을 말하며, 전원 케이블을 이용하여 전원이 필요한 장치를 전원 콘센트에 연결하지 않고도 무선으로 충전이 가능하다는 장점 때문에 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.Wireless power transmission refers to a technology that wirelessly supplies power to home appliances or electric vehicles instead of wired power lines, and it is possible to wirelessly charge a device that requires power using a power cable without connecting it to a power outlet. Therefore, related research is actively being conducted.

무선 전력 전송 기술에는 크게 자기유도방식, 자기공진방식 및 마이크로파 방식이 있다. 마이크로파 방식은 마이크로파와 같은 초고주파의 전자파를 안테나를 통해 방사시켜서 전력을 전송하는 기술로서, 장거리 무선전력전송이 가능하지만 전자파에 의한 안전문제가 고려되어야 한다. 자기유도방식은 근접한 코일 간의 자기유도결합을 이용한 기술로서, 2 개의 송/수전 코일 간의 거리는 수 cm 이내이며 두 코일의 배열 조건에 의해서 전송 효율이 크게 좌우된다. 자기공진방식은 공진 결합(resonant coupling)에 의해 서로 떨어진 두 공진기 간에 비방사형 자기장 에너지가 전달되는 기술로서, 송/수전 코일 간의 거리가 1~2m 정도에서 무선전력전송이 가능하며, 자기유도방식에 비해 비교적 두 코일의 정렬이 유연하고, 중계 코일을 이용하여 무선충전 가능범위를 확장할 수 있다는 장점이 있다.Wireless power transmission technology is largely classified into a magnetic induction method, a magnetic resonance method, and a microwave method. Microwave method is a technology that transmits power by radiating electromagnetic waves of high frequency, such as microwaves, through an antenna. It is possible to transmit wireless power over long distances, but safety issues due to electromagnetic waves must be considered. The magnetic induction method is a technique using magnetic induction coupling between adjacent coils, and the distance between two transmitting / receiving coils is within a few cm, and the transmission efficiency is greatly influenced by the arrangement conditions of the two coils. The magnetic resonance method is a technique in which non-radiative magnetic field energy is transferred between two resonators that are separated from each other by resonant coupling, and wireless power transmission is possible when the distance between the transmitting and receiving coils is about 1 to 2 m. Compared to this, there is an advantage in that the alignment of the two coils is relatively flexible and the wireless charging range can be expanded using a relay coil.

하지만, 중계 코일을 이용하여 무선 전력 송신기에서 생성된 자기장을 무선 전력 수신기로 중계하는 경우에 무선 전력 수신기의 위치 및 개수의 변화 등 무선 전력 수신기의 임피던스의 급격한 변화에 따라 중계코일에 고전압이 유도되어 중계 코일 내부의 커패시터 등이 파손되는 경우가 있다.However, when relaying a magnetic field generated by a wireless power transmitter to a wireless power receiver using a relay coil, a high voltage is induced in the relay coil according to a rapid change in impedance of the wireless power receiver, such as a change in the position and number of the wireless power receiver. Capacitor, etc. inside the relay coil may be damaged.

이와 관련하여, 한국공개특허 제2010-0128395호에는 "비접촉 전력 전달 장치와 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다. 한국공개특허 제2010-0128395호의 발명은, 주 장치의 1차 코일과 이동 장치의 2차 코일 사이의 전자기 유도에 의해 이동 장치로 전력을 전달하는 비접촉 전력 전달 시스템에 관한 것으로서, 전기장을 유도할 수 있는 1차 코일 여러 개가 2차원으로 배열된 전력 전달 표면을 구비하고 있으며, 이동 장치의 2차 코일은 1차 코일보다 크기가 약 2배 내지 3배인 구성이 개시되어 있다.In this regard, Korean Patent Publication No. 2010-0128395 discloses an invention entitled “Non-contact power transmission device and method”. The invention of Korean Patent Publication No. 2010-0128395 relates to a non-contact power transfer system that transfers power to a mobile device by electromagnetic induction between a primary coil of a primary device and a secondary coil of a mobile device, and can induce an electric field. Several primary coils have a power transmission surface arranged in two dimensions, and the secondary coil of the mobile device is disclosed in a configuration of about 2 to 3 times larger in size than the primary coil.

하지만, 한국공개특허 제2012-0128395호의 발명은 자기공진 방식의 무선 전력 전송에 사용되는 중계 코일 시스템에 관한 것이 아니며, 다수의 1차 코일이 수평 방향으로 배열된 구조를 개시하고 있을 뿐, 특정 위치의 중계 코일에서 고전압이 인가되는 문제점 및 이에 대한 해결 방법을 개시하고 있지 않다.However, the invention of Korean Patent Publication No. 2012-0128395 is not related to a relay coil system used for wireless power transmission in a magnetic resonance method, and only discloses a structure in which a plurality of primary coils are arranged in a horizontal direction, and a specific position It does not disclose a problem that a high voltage is applied from the relay coil and a solution to the problem.

또한, 일본공개특허 제2012-0075304호의 발명은 자기 공진형 무선 전력 전송의 중계 코일 시스템에 관한 것으로, 다수의 중계 코일이 면방향으로 배열된 구조를 개시하고 있다. 하지만, 일본공개특허 제2012-0075304호의 발명은 특정 위치의 중계 코일에서 과전압이 발생되는 문제점 및 이의 해결 방법에 대해 개시되어 있지 않다.In addition, the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 2012-0075304 relates to a relay coil system of self-resonant wireless power transmission, and discloses a structure in which a plurality of relay coils are arranged in a plane direction. However, the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 2012-0075304 is not disclosed for a problem in which an overvoltage is generated in a relay coil at a specific location and a solution therefor.

또한, 한국공개특허 제2012-0040779호의 발명은 자기 공진 방식 무선 전력 전송에 사용되는 중계 코일 시스템에 관하여 언급하고 있으나, 특정 위치의 중계 코일에서 과전압이 발생되는 문제점 및 이의 해결 방법에 대해 인지하고 있지 않으며, 선행 문헌에서 송신 코일인 베이스 코일의 회전수가 중계 코일의 회전수보다 적은 구조는 본 발명의 과제 해결수단과는 상이하다.In addition, the invention of Korean Patent Publication No. 2012-0040779 refers to a relay coil system used for wireless power transmission of a self-resonant method, but does not recognize the problem of overvoltage generated in a relay coil of a specific location and a solution thereof. The structure in which the number of revolutions of the base coil which is the transmission coil is less than the number of revolutions of the relay coil in the prior literature is different from the problem solving means of the present invention.

한국공개특허 제2010-0128395호, "비접촉 전력 전달 장치와 방법"Korea Patent Publication No. 2010-0128395, "Non-contact power transmission device and method" 일본공개특허 제2012-0075304호, "무선 전력 전송 장치"Japanese Patent Publication No. 2012-0075304, "Wireless power transmission device" 한국공개특허 제2012-0040779호, "무선 전력 전송 장치"Korea Patent Publication No. 2012-0040779, "Wireless power transmission device"

본 발명의 일 실시예의 주된 목적은 부하 임피던스의 급격한 변화에 따른 과전압 유도로 인한 중계 코일의 손상을 방지할 수 있는 무선 전력 중계 장치, 무선 전력 전송 시스템, 및 무선 전력 전송 방법을 제공하는 것이다.The main object of an embodiment of the present invention is to provide a wireless power relay device, a wireless power transmission system, and a wireless power transmission method capable of preventing damage to a relay coil due to overvoltage induction due to a rapid change in load impedance.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치는, 무선 전력 송신 장치에서 생성된 자기장을 무선 전력 수신 장치에 중계하는 무선 전력 중계 장치에 있어서, 상기 자기장을 포섭하여 중계하는 중계 코일; 및 상기 중계 코일의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압과 기 설정된 전압을 비교하여 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 상기 측정된 전압에 의한 과전류가 상기 중계 코일에 흐르는 것을 방지하는 과전압 보호부; 를 구비할 수 있다.A wireless power relay apparatus according to an embodiment of the present invention includes a wireless power relay apparatus for relaying a magnetic field generated by a wireless power transmission apparatus to a wireless power receiving apparatus, comprising: a relay coil for relaying by covering the magnetic field; And measuring the voltage of the relay coil, comparing the measured voltage with a preset voltage, and when the measured voltage is greater than the preset voltage, an overcurrent due to the measured voltage greater than the preset voltage is generated. An overvoltage protection unit to prevent the relay coil from flowing; It may be provided.

본 발명에 있어서, 상기 과전압 보호부는 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우에는 상기 중계 코일에 전류가 흐르게 하여 상기 중계 코일을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에서 상기 무선 전력 수신 장치로 전력이 전송될 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the overvoltage protection unit causes electric current to flow through the relay coil to transmit power from the wireless power transmitter to the wireless power receiver through the relay coil. Can be sent.

본 발명에 있어서, 상기 과전압 보호부는, 상기 중계 코일에 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압과 상기 기 설정된 전압을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부에서 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 크다고 판단한 경우 상기 측정된 전압에 의한 전류가 상기 중계 코일에 인가되는 것을 차단하는 차단부; 를 구비할 수 있다.In the present invention, the over-voltage protection unit, a measuring unit for measuring the voltage on the relay coil, and comparing the measured voltage and the predetermined voltage; And a blocking unit blocking the current from the measured voltage from being applied to the relay coil when the comparison unit determines that the measured voltage is greater than the preset voltage. It may be provided.

본 발명에 있어서, 상기 차단부는 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 작은 경우 상기 측정된 전압이 상기 중계 코일에 인가될 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the blocking unit may apply the measured voltage to the relay coil.

본 발명에 있어서, 상기 과전압 보호부는, 상기 중계 코일의 측정된 전압이 입력단에 인가되고, 상기 측정된 전압과 상기 기 설정된 전압의 차로 출력 전압을 출력하는 차동 증폭기; 상기 차동 증폭기의 출력단과 직렬 연결되는 다이오드; 상기 다이오드와 상기 중계 코일 사이에 배치되는 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자와 병렬 연결되는 저항; 및 상기 저항과 직렬연결되는 제너 다이오드; 를 구비할 수 있다.In the present invention, the over-voltage protection unit, the differential voltage is applied to the measured voltage of the relay coil to the input terminal, and outputs an output voltage difference between the measured voltage and the predetermined voltage; A diode connected in series with the output terminal of the differential amplifier; A switching element disposed between the diode and the relay coil; A resistor connected in parallel with the switching element; And a Zener diode connected in series with the resistor. It may be provided.

본 발명에 있어서, 상기 스위칭 소자는, 상기 다이오드의 출력단과 연결되는 제1단자, 상기 중계 코일과 연결되는 제2단자, 및 상기 저항과 연결되는 제3단자를 구비하며, 상기 저항은 상기 제1단자와 상기 제3단자 연결되어 상기 스위칭 소자와 병렬 연결될 수 있다. In the present invention, the switching element includes a first terminal connected to the output terminal of the diode, a second terminal connected to the relay coil, and a third terminal connected to the resistor, wherein the resistance is the first The terminal and the third terminal may be connected to be connected to the switching element in parallel.

본 발명에 있어서, 상기 스위칭 소자는 pMOSFET(positive Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이며, 상기 제1단자는 소스 단자이고, 상기 제2단자는 드레인 단자이며, 상기 제3단자는 게이트 단자일 수 있다.In the present invention, the switching element is a pMOSFET (positive metal oxide semiconductor field effect transistor), the first terminal is a source terminal, the second terminal is a drain terminal, and the third terminal can be a gate terminal.

본 발명에 있어서, 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 차동 증폭기는 음 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 역방향 전압이 인가되어 상기 스위칭 소자가 오픈되고, 전류는 상기 저항과 상기 제너 다이오드를 통해 흐름으로써, 상기 중계 코일에 상기 기 설정된 전압보다 더 높은 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is greater than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a negative voltage, and a reverse voltage is applied to the diode by the output voltage, so that the switching element is Opened, current flows through the resistor and the zener diode, thereby preventing a voltage higher than the preset voltage from being applied to the relay coil.

본 발명에 있어서, 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우, 상기 차동 증폭기는 양 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 순방향 전압이 인가되며, 상기 스위칭 소자가 온되어, 상기 중계 코일에 전류가 흐를 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a positive voltage, and a forward voltage is applied to the diode by the output voltage, and the switching element Is on, current may flow through the relay coil.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 자기장을 통해 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치; 상기 자기장을 포섭하여 중계하는 복수 개의 중계 코일; 상기 중계 코일의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압과 기 설정된 전압을 비교하여 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 상기 측정된 전압에 의한 과전류가 상기 중계 코일에 흐르는 것을 방지하는 과전압 보호부; 를 구비할 수 있다.Wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention, a wireless power transmission device for transmitting power through a magnetic field; A plurality of relay coils relaying the magnetic field; When the voltage of the relay coil is measured, and the measured voltage is compared with a preset voltage, when the measured voltage is greater than the preset voltage, the overcurrent due to the measured voltage greater than the preset voltage is the An overvoltage protection unit to prevent the relay coil from flowing; It may be provided.

본 발명에 있어서, 상기 과전압 보호부는 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우에는 상기 중계 코일에 전류가 흐르게 하여 상기 중계 코일을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에서 상기 무선 전력 수신 장치로 전력이 전송될 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the overvoltage protection unit causes electric current to flow through the relay coil to transmit power from the wireless power transmitter to the wireless power receiver through the relay coil. Can be sent.

본 발명에 있어서, 상기 과전압 보호부는, 상기 중계 코일에 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압과 상기 기 설정된 전압을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부에서 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 크다고 판단한 경우 상기 측정된 전압에 의한 전류가 상기 중계 코일에 인가되는 것을 차단하는 차단부; 를 구비할 수 있다.In the present invention, the over-voltage protection unit, a measuring unit for measuring the voltage on the relay coil, and comparing the measured voltage and the preset voltage; And a blocking unit blocking the current from the measured voltage from being applied to the relay coil when the comparison unit determines that the measured voltage is greater than the preset voltage. It may be provided.

본 발명에 있어서, 상기 차단부는 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 작은 경우 상기 측정된 전압이 상기 중계 코일에 인가될 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the blocking unit may apply the measured voltage to the relay coil.

본 발명에 있어서, 상기 과전압 보호부는, 상기 중계 코일의 측정된 전압이 입력단에 인가되고, 상기 측정된 전압과 상기 기 설정된 전압의 차로 출력 전압을 출력하는 차동 증폭기; 상기 차동 증폭기의 출력단과 직렬 연결되는 다이오드; 상기 다이오드와 상기 중계 코일 사이에 배치되는 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자와 병렬 연결되는 저항; 및 상기 저항과 직렬연결되는 제너 다이오드; 를 구비할 수 있다.In the present invention, the over-voltage protection unit, the differential voltage is applied to the measured voltage of the relay coil to the input terminal, and outputs an output voltage difference between the measured voltage and the predetermined voltage; A diode connected in series with the output terminal of the differential amplifier; A switching element disposed between the diode and the relay coil; A resistor connected in parallel with the switching element; And a Zener diode connected in series with the resistor. It may be provided.

본 발명에 있어서, 상기 스위칭 소자는, 상기 다이오드의 출력단과 연결되는 제1단자, 상기 중계 코일과 연결되는 제2단자, 및 상기 저항과 연결되는 제3단자를 구비하며, 상기 저항은 상기 제1단자와 상기 제3단자 연결되어 상기 스위칭 소자와 병렬 연결이 될 수 있다.In the present invention, the switching element includes a first terminal connected to the output terminal of the diode, a second terminal connected to the relay coil, and a third terminal connected to the resistor, wherein the resistance is the first The terminal and the third terminal may be connected to be in parallel with the switching element.

본 발명에 있어서, 상기 스위칭 소자는 pMOSFET(positive Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이며, 상기 제1단자는 소스 단자이고, 상기 제2단자는 드레인 단자이며, 상기 제3단자는 게이트 단자일 수 있다.In the present invention, the switching element is a pMOSFET (positive metal oxide semiconductor field effect transistor), the first terminal is a source terminal, the second terminal is a drain terminal, and the third terminal can be a gate terminal.

본 발명에 있어서, 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 차동 증폭기는 음 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 역방향 전압이 인가되어 상기 스위칭 소자가 오픈되고, 전류는 상기 저항과 상기 제너 다이오드를 통해 흐름으로써, 상기 중계 코일에 상기 기 설정된 전압보다 더 높은 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is greater than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a negative voltage, and a reverse voltage is applied to the diode by the output voltage, so that the switching element is Opened, current flows through the resistor and the zener diode, thereby preventing a voltage higher than the preset voltage from being applied to the relay coil.

본 발명에 있어서, 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우, 상기 차동 증폭기는 양 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 순방향 전압이 인가되며, 상기 스위칭 소자가 온되어, 상기 중계 코일에 전류가 흐를 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a positive voltage, and a forward voltage is applied to the diode by the output voltage, and the switching element Is on, current may flow through the relay coil.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 방법은, 무선 전력 송신 장치에서 생성된 자기장을 무선 전력 중계 장치를 통해 무선 전력 수신 장치에 전송하는 무선 전력 전송 방법에 있어서, 상기 자기장에 의해 상기 무선 전력 중계 장치의 중계 코일에 전압이 인가되는 단계; 상기 중계 코일의 전압을 측정하는 단계; 상기 측정된 전압과 기 설정된 전압을 비교하는 단계; 및 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 측정된 전압이 상기 중계 코일에 인가되는 것을 차단하고, 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우, 상기 측정된 전압이 상기 중계 코일에 인가되는 단계; 를 구비할 수 있다.Wireless power transmission method according to an embodiment of the present invention, in the wireless power transmission method for transmitting a magnetic field generated by the wireless power transmission device to the wireless power receiving device through the wireless power relay device, the wireless power by the magnetic field Applying a voltage to the relay coil of the relay device; Measuring the voltage of the relay coil; Comparing the measured voltage with a preset voltage; And when the measured voltage is greater than the preset voltage, blocking the measured voltage from being applied to the relay coil, and when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the measured voltage is the Applying to the relay coil; It may be provided.

본 발명에 있어서, 상기 무선 전력 중계 장치는 상기 중계 코일과 과전압 보호부를 구비하며, 상기 과전압 보호부에 의해 상기 측정 단계, 상기 비교 단계, 및 상기 차단 또는 인가 단계가 수행될 수 있다.In the present invention, the wireless power relay device includes the relay coil and an overvoltage protection unit, and the measurement step, the comparison step, and the blocking or applying step may be performed by the overvoltage protection unit.

본 발명에 있어서, 상기 과전압 보호부는, 상기 중계 코일에 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압과 상기 기 설정된 전압을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부에서 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 크다고 판단한 경우 상기 측정된 전압에 의한 전류가 상기 중계 코일에 인가되는 것을 차단하는 차단부; 를 구비할 수 있다.In the present invention, the over-voltage protection unit, a measuring unit for measuring the voltage on the relay coil, and comparing the measured voltage and the preset voltage; And a blocking unit blocking the current from the measured voltage from being applied to the relay coil when the comparison unit determines that the measured voltage is greater than the preset voltage. It may be provided.

본 발명에 있어서, 상기 차단부는 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 작은 경우 상기 측정된 전압이 상기 중계 코일에 인가될 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the blocking unit may apply the measured voltage to the relay coil.

본 발명에 있어서, 상기 과전압 보호부는, 상기 중계 코일의 측정된 전압이 입력단에 인가되고, 상기 측정된 전압과 상기 기 설정된 전압의 차로 출력 전압을 출력하는 차동 증폭기; 상기 차동 증폭기의 출력단과 직렬 연결되는 다이오드; 상기 다이오드와 상기 중계 코일 사이에 배치되는 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자와 병렬 연결되는 저항; 및 상기 저항과 직렬연결되는 제너 다이오드; 를 구비할 수 있다.In the present invention, the over-voltage protection unit, the differential voltage is applied to the measured voltage of the relay coil to the input terminal, and outputs an output voltage difference between the measured voltage and the predetermined voltage; A diode connected in series with the output terminal of the differential amplifier; A switching element disposed between the diode and the relay coil; A resistor connected in parallel with the switching element; And a Zener diode connected in series with the resistor. It may be provided.

본 발명에 있어서, 상기 스위칭 소자는, 상기 다이오드의 출력단과 연결되는 제1단자, 상기 중계 코일과 연결되는 제2단자, 및 상기 저항과 연결되는 제3단자를 구비하며, 상기 저항은 상기 제1단자와 상기 제3단자 연결되어 상기 스위칭 소자와 병렬 연결이 될 수 있다.In the present invention, the switching element includes a first terminal connected to the output terminal of the diode, a second terminal connected to the relay coil, and a third terminal connected to the resistor, wherein the resistance is the first The terminal and the third terminal may be connected to be in parallel with the switching element.

본 발명에 있어서, 상기 스위칭 소자는 pMOSFET(positive Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이며, 상기 제1단자는 소스 단자이고, 상기 제2단자는 드레인 단자이며, 상기 제3단자는 게이트 단자일 수 있다.In the present invention, the switching element is a positive metal oxide semiconductor field effect transistor (pMOSFET), the first terminal is a source terminal, the second terminal is a drain terminal, and the third terminal can be a gate terminal.

본 발명에 있어서, 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 차동 증폭기는 음 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 역방향 전압이 인가되어 상기 스위칭 소자가 오픈되고, 전류는 상기 저항과 상기 제너 다이오드를 통해 흐름으로써, 상기 중계 코일에 상기 기 설정된 전압보다 더 높은 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is greater than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a negative voltage, and a reverse voltage is applied to the diode by the output voltage, so that the switching element is Opened, current flows through the resistor and the zener diode, thereby preventing a voltage higher than the preset voltage from being applied to the relay coil.

본 발명에 있어서, 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우, 상기 차동 증폭기는 양 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 순방향 전압이 인가되며, 상기 스위칭 소자가 온되어, 상기 중계 코일에 전류가 흐를 수 있다.In the present invention, when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a positive voltage, and a forward voltage is applied to the diode by the output voltage, and the switching element Is on, current may flow through the relay coil.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 부하 임피던스가 급격하게 변화하여 중계 코일에 과전압이 인가되어도 상기 과전압에 의해 상기 중계 코일이 파손되는 것을 방지할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to prevent the relay coil from being damaged by the overvoltage even when an overvoltage is applied to the relay coil due to a rapid change in load impedance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치의 동작을 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram schematically showing a wireless power relay device according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram schematically showing a wireless power relay device according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 is a circuit diagram showing the operation of the wireless power relay device according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart schematically illustrating a wireless power method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention can be variously changed and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail through detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the numbers (for example, first, second, etc.) used in the description process of the present specification are only identification symbols for distinguishing one component from other components.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Further, in this specification, when one component is referred to as "connected" or "connected" with another component, the one component may be directly connected to the other component, or may be directly connected, but in particular, It should be understood that, as long as there is no objection to the contrary, it may or may be connected via another component in the middle.

본 명세서에서, 무선 전력 수신 장치는 충전 가능한 배터리를 장착한 전기/전자 장치이거나 또는 외부의 전기/전자 장치에 연결되어 충전 전력을 공급하는 장치로서, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 내비게이션(Navigation) 등과 같은 이동 가능한 단말일 수 있으며, 또는 벽걸이 TV, 스탠드, 전자 액자, 청소기 등의 전자 기기일 수 있다.In the present specification, the wireless power receiving device is an electric / electronic device equipped with a rechargeable battery or a device that is connected to an external electric / electronic device to supply charging power, and includes a mobile phone, a smart phone, a notebook computer ( It may be a mobile terminal such as a laptop computer), digital broadcasting terminal, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player), navigation, or electronic devices such as a wall-mounted TV, stand, electronic picture frame, vacuum cleaner, etc. You can.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail for the practice of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 장치(100)와 하나 이상의 중계 코일로 된 무선 전력 중계 장치(200)를 포함할 수 있다. 무선 전력 중계 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)로부터 무선 전력 수신 장치(300)로의 경로 상에 배치되어 자기 공진 방식을 이용하여 무선 전력 수신 장치(300)로 전력 신호를 중계할 수 있다.As illustrated in FIG. 1, the wireless power transmission system of the present invention may include a wireless power transmission device 100 and a wireless power relay device 200 made of one or more relay coils. The wireless power relay device 200 may be disposed on a path from the wireless power transmission device 100 to the wireless power receiving device 300 to relay a power signal to the wireless power receiving device 300 using a magnetic resonance method. .

무선 전력 송신 장치(100)는 전력 전송을 위해 자기장을 생성하고, 무선 전력 중계 장치(200)는 상기 자기장에 자기 공진되는 다수의 중계 코일을 이용하여 자기장을 무선 전력 수신 장치(300)로 중계한다. 무선 전력 수신 장치(300)는 상기 무선 전력 중계 장치(200)에 의해 중계된 자기장에 커플링되어 내부에 저장 또는 소비되는 출력 전력을 생성할 수 있다. The wireless power transmission apparatus 100 generates a magnetic field for power transmission, and the wireless power relay apparatus 200 relays the magnetic field to the wireless power reception apparatus 300 by using a plurality of relay coils that resonate with the magnetic field. . The wireless power receiving device 300 may be coupled to a magnetic field relayed by the wireless power relay device 200 to generate output power stored or consumed therein.

무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 중계 장치(200) 및 무선 전력 수신 장치(300)는 특정 주파수에서의 상호 공진 관계로 구성되고, 인접한 장치 간의 공진 주파수가 동일 또는 근사한 경우에, 둘 간의 송전 효율은 인접한 거리의 제곱에 반비례한다.The wireless power transmission device 100 and the wireless power relay device 200 and the wireless power reception device 300 are configured in a mutual resonance relationship at a specific frequency, and when the resonance frequencies between adjacent devices are the same or approximate, power transmission between the two Efficiency is inversely proportional to the square of adjacent distances.

무선 전력 송신 장치(100)는 전력 전송 수단으로서 송전 코일(110)을 구비하며, 외부의 입력 전원(10)을 원하는 주파수의 RF 전력 신호로 변환한 후 이를 상기 송전 코일(110)에 인가하여 송전 코일(110) 주위에 자기장을 발생시킬 수 있다.The wireless power transmission apparatus 100 includes a power transmission coil 110 as a power transmission means, converts an external input power supply 10 into an RF power signal of a desired frequency, and applies it to the power transmission coil 110 to transmit power. A magnetic field may be generated around the coil 110.

무선 전력 수신 장치(300)는 전력 수신 수단으로서 수전 코일(310)을 구비하며, 상기 송전 코일(110) 또는 인접한 무선 전력 중계 장치(200)의 중계 코일과 특정 주파수에서 공진 상태로 커플링된 수전 코일(310)을 통해 상기 자기장으로부터 RF 전력 신호를 수신할 수 있다. 수신된 RF 전력 신호는 직류 전력 출력으로 변환되어 무선 전력 수신 장치(300)의 구동 전력으로 사용되거나, 또는 배터리 또는 외부의 부하 장치(400)에 공급될 수 있다.The wireless power receiving device 300 includes a power receiving coil 310 as a power receiving means, and the power receiving coil coupled to the resonant state at a specific frequency with the transmitting coil 110 or the relay coil of the adjacent wireless power relay device 200. The RF power signal may be received from the magnetic field through the coil 310. The received RF power signal is converted to a DC power output and used as driving power of the wireless power receiving device 300 or may be supplied to a battery or an external load device 400.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이며, 도 3은 도 2에 도시된 무선 전력 중계 장치의 회로도를 나타낸다.2 is a configuration diagram schematically showing a wireless power relay apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a circuit diagram of the wireless power relay apparatus shown in FIG. 2.

도 2를 참조하면, 무선 전력 중계 장치(200)는 하나 이상의 중계 코일(210) 및 과전압 보호부(220)를 구비할 수 있다. 각각의 중계 코일은 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 상기 중계 코일의 직경 및 권선수는 무선 전력 전송의 전송 효율을 최대화할 수 있도록 구현될 수 있다. 각각의 중계 코일은 임의의 권선수로 감긴 코일과 코일에 병렬 연결되어 공진 및 임피던스 매칭을 위한 콘덴서로 이루어질 수 있다. 도 3에는 인덕터(212)와 커패시터(211)로 이루어진 중계 코일(210)의 등가 회로가 도시된다. 중계 코일이 동작하는 공진 주파수는 인덕터(212)의 L1값 및 커패시터(220)의 C1값을 조절하여 설정할 수 있다.Referring to FIG. 2, the wireless power relay device 200 may include one or more relay coils 210 and an overvoltage protection unit 220. Each relay coil may be arranged at regular intervals. The diameter and number of windings of the relay coil may be implemented to maximize transmission efficiency of wireless power transmission. Each relay coil may be formed of a coil wound in an arbitrary number of turns and a capacitor connected in parallel to the coil for resonant and impedance matching. 3 shows an equivalent circuit of the relay coil 210 composed of the inductor 212 and the capacitor 211. The resonance frequency at which the relay coil operates may be set by adjusting the L1 value of the inductor 212 and the C1 value of the capacitor 220.

과전압 보호부(220)는 중계 코일(210)의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압과 기 설정된 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 중계 코일(210)에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. The overvoltage protection unit 220 may measure the voltage of the relay coil 210, compare the measured voltage with a preset voltage, and prevent overcurrent from flowing through the relay coil 210 according to the comparison result.

보다 상세하게는, 과전압 보호부(220)는 중계 코일(210)의 입력단(D)의 전압을 측정할 수 있다. 과전압 보호부(220)는 기 설정된 전압값(Vref)을 가질 수 있다. 기 설정된 전압(Vref)은 중계 코일(210)의 커패시터가 견딜 수 있는 최대 전압일 수 있다. 따라서, 상기 측정 전압이 기 설정된 전압(Vref)보다 더 큰 경우에는 중계 코일(210)의 커패시터가 손상될 수 있으며, 이 경우 과전압 보호부(220)는 기 설정된 전압(Vref)보다 더 큰 전압에 의한 전류가 중계 코일(210)에 흐르는 것을 차단할 수 있다. 또한, 과전압 보호부(220)는 측정 전압이 기 설정된 전압(Vref)보다 낮은 경우에는 중계 코일(210)에 전류가 흐르게 하여 중계 코일(210)을 통해 무선 전력 송신 장치(100)에서 무선 전력 수신 장치(300)로 전력이 전송되게 할 수 있다. More specifically, the overvoltage protection unit 220 may measure the voltage of the input terminal D of the relay coil 210. The overvoltage protection unit 220 may have a preset voltage value Vref. The preset voltage Vref may be a maximum voltage that the capacitor of the relay coil 210 can withstand. Therefore, when the measured voltage is greater than the preset voltage Vref, the capacitor of the relay coil 210 may be damaged, and in this case, the overvoltage protection unit 220 is applied to a voltage greater than the preset voltage Vref. It is possible to block the current flowing through the relay coil 210. In addition, when the measured voltage is lower than the preset voltage Vref, the overvoltage protection unit 220 flows current through the relay coil 210 to receive wireless power from the wireless power transmitter 100 through the relay coil 210. Power may be transmitted to the device 300.

과전압 보호부(220)는 비교부(220a) 및 차단부(220b)로 이루어질 수 있다.The overvoltage protection unit 220 may include a comparison unit 220a and a blocking unit 220b.

비교부(220a)는 중계 코일(210)의 입력단(D)의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압과 기 설정된 전압(Vref)을 비교할 수 있다. The comparator 220a may measure the voltage of the input terminal D of the relay coil 210 and compare the measured voltage with a preset voltage Vref.

차단부(220b)는 비교부(220a)에서 측정된 전압이 기 설정된 전압(Vref)보다 더 크다고 판단한 경우, 상기 측정된 전압에 의한 전류가 중계 코일(210)에 인가되는 것을 차단하며, 비교부(220a)에서 상기 측정된 전압이 기 설정된 전압(Vref)보다 작다고 판단한 경우, 상기 측정된 전압이 중계 코일(210)에 인가되도록 할 수 있다. When it is determined that the voltage measured by the comparator 220a is greater than the preset voltage Vref, the blocking unit 220b blocks the current applied by the measured voltage from being applied to the relay coil 210, and the comparator When it is determined in 220a that the measured voltage is smaller than the preset voltage Vref, the measured voltage may be applied to the relay coil 210.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 전송 중계 장치의 회로도를 나타낸다. 3 is a circuit diagram of a power transmission relay device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 과전압 보호부(220)는 차동 증폭기(221), 다이오드(222), 스위칭 소자(223), 제너 다이오드(225), 및 커패시터(226)를 구비할 수 있다. Referring to FIG. 3, the overvoltage protection unit 220 may include a differential amplifier 221, a diode 222, a switching element 223, a zener diode 225, and a capacitor 226.

차동 증폭기(221)은 그 입력단 중 하나가 중계 코일(210)의 입력단(D)에 연결될 수 있으며, 상기 입력단(D)에서의 전압(Vd)을 측정할 수 있다. 차동 증폭기(221)의 또 다른 입력단에서는 기 설정된 전압(Vref)이 인가되며, 상기 두 입력단 전압의 차이(VD=Vref-Vd)가 차동 증폭기(221)에 입력되고, 그 출력단에서 출력전압(VP)이 출력될 수 있다. 차동 증폭기(221)의 출력전압(VP)은 전압이득(A)에 의해 다음과 같은 수학식으로 구해질 수 있다. The differential amplifier 221 may have one of its input terminals connected to the input terminal D of the relay coil 210, and measure the voltage Vd at the input terminal D. In another input terminal of the differential amplifier 221, a preset voltage Vref is applied, and a difference (V D = Vref-Vd) between the two input terminal voltages is input to the differential amplifier 221, and an output voltage ( V P ) can be output. The output voltage V P of the differential amplifier 221 may be obtained by the following equation by the voltage gain A.

[수학식 1][Equation 1]

VP=AVD=A(Vref-Vd)V P = AV D = A (Vref-Vd)

따라서, 기 설정된 전압(Vref)보다 측정 전압(Vd)가 작은 경우에는 출력전압(VP)은 양 전압이 되며, 기 설정된 전압(Vref)보다 측정 전압(Vd)이 더 큰 경우 출력전압(VP)은 음 전압이 될 수 있다.Therefore, when the measured voltage Vd is smaller than the preset voltage Vref, the output voltage V P becomes a positive voltage, and when the measured voltage Vd is larger than the preset voltage Vref, the output voltage V P ) can be a negative voltage.

차동 증폭기(221)의 출력전압(VP)은 다이오드(222)의 입력단에 인가될 수 있다. 다이오드(222)는 그 특성상 순방향 전압이 인가된 경우에는 전류를 흐르게 하지만, 역방향 전압이 인가된 경우에는 전류를 흐르지 않게 하는바, 기 설정된 전압(Vref)보다 측정 전압(Vd)가 작은 경우에는 출력전압(VP)이 양 전압이 되어 다이오드(222)에 순방향 전압이 인가되어 다이오드(222)를 통해 전류가 흐르게 된다. 그러나, 기 설정된 전압(Vref)보다 측정 전압(Vd)이 더 큰 경우에는 출력전압(VP)이 음 전압이 되어 다이오드(222)에 역방향 전압이 인가되어 전류가 흐르지 않게 될 수 있다. The output voltage V P of the differential amplifier 221 may be applied to the input terminal of the diode 222. The diode 222 flows current when a forward voltage is applied due to its characteristics, but prevents current from flowing when a reverse voltage is applied, and outputs when the measurement voltage Vd is smaller than the preset voltage Vref. The voltage V P becomes a positive voltage and a forward voltage is applied to the diode 222 so that a current flows through the diode 222. However, when the measurement voltage Vd is greater than the preset voltage Vref, the output voltage V P becomes a negative voltage, and a reverse voltage is applied to the diode 222 to prevent current from flowing.

스위칭 소자(223)는 다이오드(222)와 중계 코일(210) 사이에 배치되어 중계 코일(210)로의 전류 흐름을 통제할 수 있다. The switching element 223 is disposed between the diode 222 and the relay coil 210 to control the current flow to the relay coil 210.

스위칭 소자(223)는 일 예로서 3개의 단자를 갖는 트랜지스터일 수 있다. 스위칭 소자(223)의 제1단자는 다이오드(222)의 출력단과 연결되고, 제2단자는 중계 코일(210)과 연결되며, 제3단자는 제너 다이오드(225)와 연결될 수 있다. 스위칭 소자(223)는 pMOSFET일 수 있으며, 제1단자는 소스(Source) 단자, 제2단자는 드레인(Drain) 단자, 제3단자는 게이트(Gate) 단자일 수 있다. 소스 단자는 도 3에 도시된 바와 같이 다이오드(222)의 출력단, 저항(R1)의 일단, 커패시터(C2)의 일단과 연결될 수 있으며, 드레인 단자는 중계 코일(210)의 입력단과 연결될 수 있고, 게이트 단자는 저항(R1)의 타단과 제너 다이오드(225)의 일단과 연결될 수 있다. 즉, 저항(R1)은 스위칭 소자(223)의 소스 단자와 게이트 단자 사이에서 병렬 연결되며, 제너 다이오드(225)는 저항(R1)과 직렬 연결될 수 있다. The switching element 223 may be, for example, a transistor having three terminals. The first terminal of the switching element 223 may be connected to the output terminal of the diode 222, the second terminal may be connected to the relay coil 210, and the third terminal may be connected to the Zener diode 225. The switching element 223 may be a pMOSFET, the first terminal may be a source terminal, the second terminal may be a drain terminal, and the third terminal may be a gate terminal. The source terminal may be connected to the output terminal of the diode 222, one end of the resistor R1, one end of the capacitor C2, as shown in FIG. 3, and the drain terminal may be connected to the input terminal of the relay coil 210, The gate terminal may be connected to the other end of the resistor R1 and one end of the Zener diode 225. That is, the resistor R1 is connected in parallel between the source terminal and the gate terminal of the switching element 223, and the Zener diode 225 may be connected in series with the resistor R1.

도 3의 회로의 동작을 도 4 및 5와 함께 설명하면 다음과 같다.The operation of the circuit of FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 4 and 5 as follows.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치의 동작을 나타내는 회로도이며, 상세하게는 도 4는 정상 전압이 인가된 경우이고, 도 5는 과전압이 인가된 경우를 나타내는 회로도이다.4 and 5 is a circuit diagram showing the operation of the wireless power relay apparatus according to an embodiment of the present invention, in detail 4 is a normal voltage is applied to the case, Figure 5 is a circuit diagram showing the case when the overvoltage is applied to be.

도 4를 참조하면, 측정 전압이 기 설정된 전압(Vref)보다 작은 경우, 차등 증폭기(221)의 출력전압(VP)이 양 전압을 가지며, 이에 따라 다이오드(222)에 순방향 전압이 인가되어 다이오드(222)에 전류가 흐르게 되며, 스위칭 소자(223)의 게이트 단자에 OV가 인가되어 스위칭 소자(223)는 온 상태가 될 수 있다. 즉, 스위칭 소자(223)의 소스 단자에서 드레인 단자로 전류가 흐르게 되며, 상기 전류는 중계 코일(210)에 흐르게 되어 전력 중계가 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 4, when the measured voltage is smaller than the preset voltage Vref, the output voltage V P of the differential amplifier 221 has a positive voltage, and accordingly, a forward voltage is applied to the diode 222 to thereby diode A current flows through 222, and OV is applied to the gate terminal of the switching element 223, so that the switching element 223 may be turned on. That is, a current flows from the source terminal to the drain terminal of the switching element 223, and the current flows through the relay coil 210 to relay power.

그러나, 도 5를 참조하면, 측정 전압이 기 설정된 전압(Vref)보다 큰 경우, 차등 증폭기(221)의 출력전압(VP)이 음 전압을 가지며, 이에 따라 다이오드(222)에 역방향 전압이 인가되어 다이오드(222)에 전류가 흐르지 않게 될 수 있으며, 제너 다이오드(225)에 제너전압이 인가되고, 상기 제너전압이 게이트 단자에 인가되어 스위칭 소자(223)는 오프 상태가 될 수 있다. 즉, 스위칭 소자(223)의 소스 단자와 드레인 단자 사이에 전류가 흐르지 않을 수 있다. 측정 전압이 기 설정된 전압(Vref)보다 큰 경우, 즉 중계 코일(210)에 과전압이 인가된 경우에는 상기 과전압에 의한 과전류는 스위칭 소자(223)에 의해 차단되어 중계 코일(210)에는 흐르지 않지만, 저항(R1)과 제너 다이오드(225)를 통해 흐르게 흐를 수 있다. However, referring to FIG. 5, when the measured voltage is greater than a preset voltage Vref, the output voltage V P of the differential amplifier 221 has a negative voltage, and thus a reverse voltage is applied to the diode 222. The current may not flow through the diode 222, the Zener voltage is applied to the Zener diode 225, and the Zener voltage is applied to the gate terminal, so that the switching element 223 may be turned off. That is, current may not flow between the source terminal and the drain terminal of the switching element 223. When the measured voltage is greater than a preset voltage (Vref), that is, when an overvoltage is applied to the relay coil 210, the overcurrent due to the overvoltage is blocked by the switching element 223 and does not flow through the relay coil 210, It may flow through the resistor R1 and the zener diode 225.

이와 같이, 부하단, 즉 무선 전력 수신 장치(300) 또는 부하(400)의 급격한 변화로 인하여 중계 코일(210)에 과전압이 인가되는 경우, 본 발명의 일 실시예는 상기 과전압으로 인한 과전류가 중계 코일(210)에 흐르는 것을 차단하여 예기치 않은 과전압으로부터 중계 코일(210)을 보호할 수 있다.
As described above, when an overvoltage is applied to the relay coil 210 due to a sudden change in the load stage, that is, the wireless power receiving apparatus 300 or the load 400, an embodiment of the present invention relays overcurrent due to the overvoltage By blocking the flow of the coil 210, the relay coil 210 can be protected from unexpected overvoltage.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.6 is a flowchart schematically illustrating a wireless power method according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 우선, 무선 전력 송신 장치(100)에서 생성된 자기장에 의해 무선 전력 중계 장치(200)의 중계 코일(210)에 전압이 인가되고, 과전압 보호부(220)가 중계 코일(210)에 인가되는 전압을 측정할 수 있다(S101).Referring to FIG. 6, first, a voltage is applied to the relay coil 210 of the wireless power relay device 200 by a magnetic field generated by the wireless power transmission device 100, and the overvoltage protection unit 220 has a relay coil ( 210) may be measured (S101).

다음으로, 과전압 보호부(220)의 비교부(220a)는 상기 측정된 전압과 기 설정된 전압을 비교할 수 있다(S102). 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 차단부(220b)는 상기 측정된 전압이 중계 코일(210)에 인가되는 것을 차단할 수 있다(S103). Next, the comparison unit 220a of the overvoltage protection unit 220 may compare the measured voltage with a preset voltage (S102). When the measured voltage is greater than the preset voltage, the blocking unit 220b may block the measured voltage from being applied to the relay coil 210 (S103).

그러나, 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우에는 측정된 전압이 중계 코일(210)에 인가되어(S104), 중계 코일(210)에 의해 무선 전력 수신 장치(300)로 전력이 전송될 수 있다(S105).
However, when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the measured voltage is applied to the relay coil 210 (S104), and power is transmitted to the wireless power receiving device 300 by the relay coil 210. It can be (S105).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10: 외부 전원 100: 무선 전력 송신 장치
110: 송전 코일 200: 무선 전력 중계 장치
210: 중계 코일 220: 과전압 보호부
300: 무선 전력 수신 장치 310: 수전 코일10: external power supply 100: wireless power transmission device
110: transmission coil 200: wireless power relay device
210: relay coil 220: overvoltage protection
300: wireless power receiving device 310: receiving coil

Claims (27)

무선 전력 송신 장치에서 생성된 자기장을 무선 전력 수신 장치에 중계하는 무선 전력 중계 장치에 있어서,
상기 자기장을 포섭하여 중계하는 중계 코일; 및
상기 중계 코일의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압과 기 설정된 전압을 비교하여 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 상기 측정된 전압에 의한 과전류가 상기 중계 코일에 흐르는 것을 방지하는 과전압 보호부; 를 구비하고,
상기 과전압 보호부는 상기 중계 코일의 측정된 전압이 입력단에 인가되고, 상기 측정된 전압과 상기 기 설정된 전압의 차로 출력 전압을 출력하는 차동 증폭기; 상기 차동 증폭기의 출력단과 직렬 연결되는 다이오드; 상기 다이오드와 상기 중계 코일 사이에 배치되는 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자와 병렬 연결되는 저항; 및 상기 저항과 직렬연결되는 제너 다이오드; 를 구비하며,
상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 차동 증폭기는 음 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 역방향 전압이 인가되어 상기 스위칭 소자가 오픈되고, 전류는 상기 저항과 상기 제너 다이오드를 통해 흐름으로써, 상기 중계 코일에 상기 기 설정된 전압보다 더 높은 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 중계 장치.In the wireless power relay device for relaying the magnetic field generated by the wireless power transmission device to the wireless power receiving device,
A relay coil that relays the magnetic field; And
When the voltage of the relay coil is measured and the measured voltage is compared with a preset voltage, when the measured voltage is greater than the preset voltage, the overcurrent due to the measured voltage greater than the preset voltage is the An overvoltage protection unit to prevent the relay coil from flowing; Equipped with,
The overvoltage protection unit is a differential amplifier for applying the measured voltage of the relay coil to the input terminal, and outputting an output voltage as a difference between the measured voltage and the preset voltage; A diode connected in series with the output terminal of the differential amplifier; A switching element disposed between the diode and the relay coil; A resistor connected in parallel with the switching element; And a Zener diode connected in series with the resistor. Equipped with,
When the measured voltage is greater than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a negative voltage, and a reverse voltage is applied to the diode by the output voltage to open the switching element, and the current is By flowing through the resistor and the zener diode, a wireless power relay device, characterized in that it is possible to prevent a voltage higher than the predetermined voltage is applied to the relay coil. 제1항에 있어서,
상기 과전압 보호부는 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우에는 상기 중계 코일에 전류가 흐르게 하여 상기 중계 코일을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에서 상기 무선 전력 수신 장치로 전력이 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 중계 장치.According to claim 1,
The overvoltage protection unit is characterized in that when the measured voltage is smaller than the preset voltage, current flows through the relay coil to transmit power from the wireless power transmitter to the wireless power receiver through the relay coil. Wireless power repeater. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 스위칭 소자는, 상기 다이오드의 출력단과 연결되는 제1단자, 상기 중계 코일과 연결되는 제2단자, 및 상기 저항과 연결되는 제3단자를 구비하며,
상기 저항은 상기 제1단자와 상기 제3단자에 연결되어 상기 스위칭 소자와 병렬 연결이 되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 중계 장치.According to claim 1,
The switching element includes a first terminal connected to the output terminal of the diode, a second terminal connected to the relay coil, and a third terminal connected to the resistor,
The resistance is connected to the first terminal and the third terminal, the wireless power relay device, characterized in that in parallel connection with the switching element. 제6항에 있어서,
상기 스위칭 소자는 pMOSFET(positive Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이며,
상기 제1단자는 소스 단자이고, 상기 제2단자는 드레인 단자이며, 상기 제3단자는 게이트 단자인 것을 특징으로 하는 무선 전력 중계 장치.The method of claim 6,
The switching element is a pMOSFET (positive metal oxide semiconductor field effect transistor),
The first terminal is a source terminal, the second terminal is a drain terminal, and the third terminal is a wireless power relay device, characterized in that the gate terminal. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우, 상기 차동 증폭기는 양 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 순방향 전압이 인가되며, 상기 스위칭 소자가 온되어, 상기 중계 코일에 전류가 흐르는 것을 특징으로 하는 무선 전력 중계 장치.According to claim 1,
When the measured voltage is smaller than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a positive voltage, a forward voltage is applied to the diode by the output voltage, and the switching element is turned on, Wireless power relay device, characterized in that a current flows in the relay coil. 자기장을 통해 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치;
상기 자기장을 포섭하여 중계하는 복수 개의 중계 코일;
상기 중계 코일의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압과 기 설정된 전압을 비교하여 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 상기 측정된 전압에 의한 과전류가 상기 중계 코일에 흐르는 것을 방지하는 과전압 보호부; 를 구비하고,
상기 과전압 보호부는 상기 중계 코일의 측정된 전압이 입력단에 인가되고, 상기 측정된 전압과 상기 기 설정된 전압의 차로 출력 전압을 출력하는 차동 증폭기; 상기 차동 증폭기의 출력단과 직렬 연결되는 다이오드; 상기 다이오드와 상기 중계 코일 사이에 배치되는 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자와 병렬 연결되는 저항; 및 상기 저항과 직렬연결되는 제너 다이오드; 를 구비하며,
상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 차동 증폭기는 음 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 역방향 전압이 인가되어 상기 스위칭 소자가 오픈되고, 전류는 상기 저항과 상기 제너 다이오드를 통해 흐름으로써, 상기 중계 코일에 상기 기 설정된 전압보다 더 높은 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.A wireless power transmission device that transmits power through a magnetic field;
A plurality of relay coils relaying the magnetic field;
When the voltage of the relay coil is measured, and the measured voltage is compared with a preset voltage, when the measured voltage is greater than the preset voltage, the overcurrent due to the measured voltage greater than the preset voltage is the An overvoltage protection unit to prevent the relay coil from flowing; Equipped with,
The overvoltage protection unit is a differential amplifier for applying the measured voltage of the relay coil to the input terminal, and outputting an output voltage as a difference between the measured voltage and the preset voltage; A diode connected in series with the output terminal of the differential amplifier; A switching element disposed between the diode and the relay coil; A resistor connected in parallel with the switching element; And a Zener diode connected in series with the resistor. Equipped with,
When the measured voltage is greater than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a negative voltage, and a reverse voltage is applied to the diode by the output voltage to open the switching element, and the current is Wireless power transmission system, characterized in that by passing through the resistor and the zener diode, it is possible to prevent a voltage higher than the predetermined voltage is applied to the relay coil. 제10항에 있어서,
상기 과전압 보호부는 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우에는 상기 중계 코일에 전류가 흐르게 하여 상기 중계 코일을 통해 상기 무선 전력 송신 장치에서 상기 무선 전력 수신 장치로 전력이 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.The method of claim 10,
The overvoltage protection unit is characterized in that when the measured voltage is smaller than the preset voltage, current flows through the relay coil to transmit power from the wireless power transmitter to the wireless power receiver through the relay coil. Wireless power transmission system. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 스위칭 소자는, 상기 다이오드의 출력단과 연결되는 제1단자, 상기 중계 코일과 연결되는 제2단자, 및 상기 저항과 연결되는 제3단자를 구비하며,
상기 저항은 상기 제1단자와 상기 제3단자에 연결되어 상기 스위칭 소자와 병렬 연결이 되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.The method of claim 10,
The switching element includes a first terminal connected to the output terminal of the diode, a second terminal connected to the relay coil, and a third terminal connected to the resistor,
The resistance is connected to the first terminal and the third terminal, the wireless power transmission system, characterized in that in parallel connection with the switching element. 제15항에 있어서,
상기 스위칭 소자는 pMOSFET(positive Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이며,
상기 제1단자는 소스 단자이고, 상기 제2단자는 드레인 단자이며, 상기 제3단자는 게이트 단자인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.The method of claim 15,
The switching element is a pMOSFET (positive metal oxide semiconductor field effect transistor),
The first terminal is a source terminal, the second terminal is a drain terminal, and the third terminal is a wireless power transmission system, characterized in that the gate terminal. 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우, 상기 차동 증폭기는 양 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 순방향 전압이 인가되며, 상기 스위칭 소자가 온되어, 상기 중계 코일에 전류가 흐르는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.The method of claim 10,
When the measured voltage is smaller than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a positive voltage, a forward voltage is applied to the diode by the output voltage, and the switching element is turned on, Wireless power transmission system characterized in that the current flows in the relay coil. 무선 전력 송신 장치에서 생성된 자기장을 제1항의 무선 전력 중계 장치를 통해 무선 전력 수신 장치에 전송하는 무선 전력 전송 방법에 있어서,
상기 자기장에 의해 상기 무선 전력 중계 장치의 중계 코일에 전압이 인가되는 단계;
상기 중계 코일의 전압을 측정하는 단계;
상기 측정된 전압과 기 설정된 전압을 비교하는 단계; 및
상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 큰 경우, 상기 측정된 전압이 상기 중계 코일에 인가되는 것을 차단하고, 상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우, 상기 측정된 전압이 상기 중계 코일에 인가되는 단계; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.In the wireless power transmission method for transmitting the magnetic field generated by the wireless power transmission device to the wireless power receiving device through the wireless power relay device of claim 1,
Applying a voltage to a relay coil of the wireless power relay device by the magnetic field;
Measuring the voltage of the relay coil;
Comparing the measured voltage with a preset voltage; And
When the measured voltage is greater than the preset voltage, the measured voltage is blocked from being applied to the relay coil, and when the measured voltage is smaller than the preset voltage, the measured voltage is the relay Applying to the coil; Wireless power transmission method comprising a. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제19항에 있어서,
상기 스위칭 소자는, 상기 다이오드의 출력단과 연결되는 제1단자, 상기 중계 코일과 연결되는 제2단자, 및 상기 저항과 연결되는 제3단자를 구비하며,
상기 저항은 상기 제1단자와 상기 제3단자에 연결되어 상기 스위칭 소자와 병렬 연결이 되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.The method of claim 19,
The switching element includes a first terminal connected to the output terminal of the diode, a second terminal connected to the relay coil, and a third terminal connected to the resistor,
The resistance is connected to the first terminal and the third terminal, the wireless power transmission method characterized in that the parallel connection with the switching element. 제24항에 있어서,
상기 스위칭 소자는 pMOSFET(positive Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이며,
상기 제1단자는 소스 단자이고, 상기 제2단자는 드레인 단자이며, 상기 제3단자는 게이트 단자인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.The method of claim 24,
The switching element is a pMOSFET (positive metal oxide semiconductor field effect transistor),
The first terminal is a source terminal, the second terminal is a drain terminal, and the third terminal is a wireless power transmission method, characterized in that the gate terminal. 삭제delete 제19항에 있어서,
상기 측정된 전압이 상기 기 설정된 전압보다 더 작은 경우, 상기 차동 증폭기는 양 전압인 상기 출력 전압을 출력하고, 상기 출력 전압에 의해 상기 다이오드에 순방향 전압이 인가되며, 상기 스위칭 소자가 온되어, 상기 중계 코일에 전류가 흐르는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.The method of claim 19,
When the measured voltage is smaller than the preset voltage, the differential amplifier outputs the output voltage, which is a positive voltage, a forward voltage is applied to the diode by the output voltage, and the switching element is turned on, Wireless power transmission method characterized in that the current flows in the relay coil.
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