KR102137483B1 - 무선 전력 송신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치는, 코일을 이용한 전자기 유도 방식을 통해 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치에 있어서, 코일 또는 전력 소자의 온도를 측정하는 온도 측정부, 코일에 입력되는 전류를 측정하는 전류 측정부, 전력 소자의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부, 코일을 통해 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 전력 전송부 및 온도 측정부, 전류 측정부 및 전압 측정부 각각의 측정 결과를 종합하여 전력 전송부의 전력 전송량을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

무선 전력 송신 장치{WIRELESS POWER TRANSMITTER}
본 발명은 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.
최근에는 무선으로 전력을 공급하는 기술이 개발되어 많은 전자 장치에 적용되고 있다. 무선 전력 전송 기술(이하에서는, '전송'과 '송신'을 혼용하도록 한다)이 적용된 전자 장치는 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고 충전 패드에 올려 놓는 것 만으로도 배터리가 충전된다. 이러한 무선 전력 전송 기술이 적용된 전자 장치는 유선 코드나 충전기가 필요하지 않으므로 휴대성이 향상되며 크기와 무게가 종래에 비해 감소한다는 장점이 있다.
무선 전력 전송 기술은 크게 코일을 이용한 전자기 유도 방식과, 공진을 이용하는 공진 방식, 그리고 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사 방식 등이 있다.
이 중 전자기 유도 방식은 무선 전력을 송신하는 장치(이하에서는, 무선 전력 송신 장치)에 구비되는 1차 코일과 무선 전력을 수신하는 장치(이하에서는, 무선 전력 수신 장치)에 구비되는 2차 코일 간의 전자기 유도를 이용하여 전력을 전송하는 기술이다.
이러한 전자기 유도 방식이 적용된 무선 전력 송신 장치의 경우, 종래에는 내부 환경 변화(예를 들어, 온도, 전압, 전류 등의 변화)를 고려하지 않고 무선 전력 수신 장치의 요청만을 토대로 전력 전송량을 결정한바, 무선 전력 전송시 과열, 과전류 등이 발생할 여지가 있다는 문제가 있었다.
본 발명은 무선 전력 송신 장치 내의 환경 변화(예를 들어, 온도, 전압, 전류 등의 변화)를 토대로 전력 전송량을 제어하는 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는, 코일을 이용한 전자기 유도 방식을 통해 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치에 있어서, 코일 또는 전력 소자의 온도를 측정하는 온도 측정부, 코일에 입력되는 전류를 측정하는 전류 측정부, 전력 소자의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부, 코일을 통해 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 전력 전송부 및 온도 측정부, 전류 측정부 및 전압 측정부 각각의 측정 결과를 종합하여 전력 전송부의 전력 전송량을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 온도 측정부는 코일 또는 전력 소자와 인접한 위치에 배치되어 코일 또는 전력 소자의 온도에 따라 저항값이 변하는 서미스터(thermistor)와, 서미스터와 제어부 사이를 연결하는 분배 저항을 포함하되, 서미스터를 통한 온도 측정 범위와 분배 저항의 저항값은 제어부의 측정 가능 전압 범위를 토대로 미리 설정된다.
상기 제어부는, 내부에 구비된 ADC(Analog To Digital Converter)를 이용하여 서미스터에 인가된 전압을 측정하고, 측정된 전압을 토대로 코일 또는 전력 소자의 온도를 판단한다.
상기 제어부는, 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 제1 기준 온도를 초과하는 경우, 무선 전력 송신 장치의 구동을 정지하고, 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 제1 기준 온도 이하이면서 제2 기준 온도를 초과하는 경우, 전력 전송부의 전력 전송량을 p%(p는 0 초과 100 미만의 정수) 감소시키고, 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 제2 기준 온도 이하이면서 제3 기준 온도를 초과하는 경우, 전력 전송부의 전력 전송량을 q%(q는 p보다 작고 0보다 큰 정수) 감소시키며, 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 제3 기준 온도 이하인 경우, 전력 전송부의 전력 전송량을 유지한다.
상기 전류 측정부는 코일에 입력되는 전류를 전압으로 변환하는 변환부를 포함하되, 변환부의 전류-전압 변환 비율은 제어부의 측정 가능 전압 범위를 토대로 미리 설정된다.
상기 제어부는, 내부에 구비된 ADC를 이용하여 변환부의 전압을 측정하고, 측정된 전압을 토대로 코일에 입력되는 전류의 크기를 판단한다.
상기 제어부는, 판단된 전류의 크기가 제1 기준 전류를 초과하는 경우, 무선 전력 송신 장치의 구동을 정지하고, 판단된 전류의 크기가 제1 기준 전류 이하이면서 제2 기준 전류를 초과하는 경우, 전력 전송부의 전력 전송량을 p%(p는 0 초과 100 미만의 정수) 감소시키고, 판단된 전류의 크기가 제2 기준 전류 이하이면서 제3 기준 전류를 초과하는 경우, 전력 전송부의 전력 전송량을 q%(q는 p보다 작고 0보다 큰 정수) 감소시키며, 판단된 전류의 크기가 제3 기준 전류 이하인 경우, 전력 전송부의 전력 전송량을 유지한다.
상기 전압 측정부는 전력 소자와 제어부 사이를 연결하는 제1 및 제2 분배 저항을 포함하되, 제1 및 제2 분배 저항 각각의 저항값은 제어부의 측정 가능 전압 범위를 토대로 미리 설정된다.
상기 제어부는, 내부에 구비된 ADC를 이용하여 제2 분배 저항에 인가된 전압을 측정하고, 측정된 전압을 토대로 전력 소자의 출력 전압의 크기를 판단한다.
상기 제어부는, 판단된 전압의 크기가 제1 기준 전압을 초과하는 경우, 무선 전력 송신 장치의 구동을 정지하고, 판단된 전압의 크기가 제1 기준 전압 이하이면서 제2 기준 전압을 초과하는 경우, 전력 전송부의 전력 전송량을 p%(p는 0 초과 100 미만의 정수) 감소시키고, 판단된 전압의 크기가 제2 기준 전압 이하이면서 제3 기준 전압을 초과하는 경우, 전력 전송부의 전력 전송량을 q%(q는 p보다 작고 0보다 큰 정수) 감소시키며, 판단된 전압의 크기가 제3 기준 전압 이하인 경우, 전력 전송부의 전력 전송량을 유지한다.
상기 전력 소자는 무선 전력 송신 장치가 구동되는데 필요한 전력을 공급하는 전력 공급원을 포함하되, 전력 소자의 출력 전압은 풀 브릿지(Full Bridge) 형태의 DC(Direct Current)-DC 컨버터의 스위칭 동작을 통해 승압되어 코일로 전달된다.
상기 제어부는 온도 측정부의 측정 결과가 전류 측정부 및 전압 측정부 중 적어도 하나의 측정 결과와 모순되는 경우, 온도 측정부의 측정 결과를 토대로 전력 전송부의 전력 전송량을 제어한다.
본 발명에 따르면, 무선 전력 송신 장치 내의 환경 변화(예를 들어, 온도, 전압, 전류 등의 변화)를 토대로 전력 전송량을 효율적으로 제어함으로써, 전력 전송시 과열 또는 과전류(과전압) 등이 발생할 가능성을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 전력 전송 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 도 1의 무선 전력 송신 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 무선 전력 송신 장치를 보다 구체적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 3의 온도 측정부를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 도 3의 제어부의 온도에 따른 전력 전송 제어 알고리즘을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 도 3의 전압 측정부를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 도 3의 제어부의 전압에 따른 전력 전송 제어 알고리즘을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 도 3의 제어부의 전류에 따른 전력 전송 제어 알고리즘을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 전력 전송 원리를 설명하기 위한 개략도이다. 도 2는 도 1의 무선 전력 송신 장치를 설명하기 위한 블럭도이다. 도 3은 도 2의 무선 전력 송신 장치를 보다 구체적으로 설명하기 위한 개략도이다. 도 4는 도 3의 온도 측정부를 설명하기 위한 개략도이다. 도 5는 도 3의 제어부의 온도에 따른 전력 전송 제어 알고리즘을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6은 도 3의 전압 측정부를 설명하기 위한 개략도이다. 도 7은 도 3의 제어부의 전압에 따른 전력 전송 제어 알고리즘을 설명하기 위한 순서도이다. 도 8은 도 3의 제어부의 전류에 따른 전력 전송 제어 알고리즘을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1)의 무선 전력 전송 원리가 도시되어 있다.
즉, 무선 전력 송신 장치(1)는 1차 코일(FC)을 포함하고, 무선 전력 수신 장치(1000)는 2차 코일(SC)을 포함하는바, 1차 코일(FC)과 2차 코일(SC) 간 전자기 유도를 통해 무선 전력 송신 장치(1)의 전력이 무선 전력 수신 장치(1000)로 전달될 수 있다.
참고로, 전력 공급원(PS; 후술하는 전력 공급원(50)과 동일)에서 1차 코일(FC)로 제공되는 전력량에 따라 2차 코일(FC)에 발생하는 전력량이 변동되는바, 무선 전력 수신 장치(1000)의 부하(L)로 전달되는 전력량 역시 무선 전력 송신 장치(1)의 전력 공급원(PS)에서 출력되는 전력량에 따라 변동될 수 있다.
이어서, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1)는 온도 측정부(100), 전압 측정부(200), 전류 측정부(300), 제어부(400), 전력 전송부(500)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 온도 측정부(100)는 코일 또는 전력 소자의 온도를 측정하고, 전류 측정부(300)는 코일에 입력되는 전류를 측정하며, 전압 측정부(200)는 전력 소자의 출력 전압을 측정할 수 있다.
여기에서, 코일은 예를 들어, 도 1에 도시된 1차 코일(FC)을 의미하고, 전력 소자는 예를 들어, 무선 전력 송신 장치(1)가 구동되는데 필요한 전력을 공급하는 소자로, 도 1에 도시된 전력 공급원(PS)을 의미할 수 있다.
또한 전력 전송부(500)는 코일을 통해 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하고, 제어부(400)는 온도 측정부(100), 전류 측정부(300) 및 전압 측정부(200) 각각의 측정 결과를 종합하여 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 제어할 수 있다.
여기에서, 제어부(400)는 MCU(Micro Controller Unit)을 포함할 수 있다.
참고로, 도 2에 도시된 무선 전력 송신 장치(1)는 설명의 편의를 위해 일부 구성요소가 생략된 블록도인바, 도 3을 참조하여 무선 전력 송신 장치(1)의 전체적인 구동 원리 및 나머지 구성요소에 대해 살펴보도록 한다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 송신 장치(1)의 경우, 전력 공급원(50; 도 1의 전력 공급원(PS)과 동일)에서 출력된 전압(즉, 전력)이 PWM(Pulse width modulation) 제어부(80)에 의해 변조되어 레일 전압(Rail voltage)이 되고, 레일 전압은 풀 브릿지(Full Bridge) 형태의 DC-DC 컨버터(600)로 제공될 수 있다. 또한 풀 브릿지 형태의 DC-DC 컨버터(600)는 스위칭 동작을 통해 레일 전압을 승압시켜 코일(FC)로 전달할 수 있다. 여기에서, 레일 전압이 승압되는 경우 코일(FC)로 전달되는 전압도 상승하는바, 전송 전력도 증가하게 된다.
참고로, 풀 브릿지 형태의 DC-DC 컨버터(600)는 스위칭 동작을 통해 전압 신호를 생성하여 출력하는바, 해당 전압 신호에는 리플(ripple)이 발생할 수 있다. 이에 따라, 풀 브릿지 형태의 DC-DC 컨버터(600)와 코일(FC) 사이에 LPF(Low Pass Filter)(610)가 구비될 수 있고, LPF(610)는 해당 전압 신호에 발생된 리플을 감쇄시킬 수 있다.
한편, 제어부(400)는 무선 전력 송신 장치(1)의 각 구성요소를 전반적으로 제어할 수 있고, MOS Driver(90)는 제어부(400)에서 출력된 신호를 풀 브릿지 형태의 DC-DC 컨버터(600)로 전달하여 스위칭 동작이 가능하도록 해준다.
또한 전력 공급원(50)에서 출력된 전압은 컨버터(60; 예를 들어, DC-DC 컨버터)를 통해 변환되어 LDO(70)로 제공되고, LDO(70)는 제어부(400)로 일정한 전압을 제공하는 역할을 한다.
참고로, 도 2의 전력 전송부(500)는 코일(FC)만을 포함할 수도 있고, 코일(FC) 외 기타 구성요소(예를 들어, 풀 브릿지 형태의 DC-DC 컨버터(600), LPF(610) 등)를 더 포함할 수도 있다.
이와 같이, 무선 전력 송신 장치(1)는 도 2에 도시된 구성요소 외 다른 구성요소를 더 포함할 수 있으나, 설명의 편의를 위해, 본 발명의 실시예에서는 무선 전력 송신 장치(1)가 온도 측정부(100), 전류 측정부(300), 전압 측정부(200), 제어부(400), 전력 전송부(500)를 포함하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
다시 도 2를 참조하면, 온도 측정부(100)는 코일(예를 들어, 도 3의 코일(FC)) 또는 전력 소자(예를 들어, 도 3의 전력 공급원(50))와 인접한 위치에 배치되어 코일 또는 전력 소자의 온도에 따라 저항값이 변하는 서미스터(thermistor) 및, 서미스터와 제어부(400) 사이를 연결하는 분배 저항을 포함할 수 있다.
참고로, 서미스터를 통한 온도 측정 범위와 분배 저항의 저항값은 제어부(400)의 측정 가능 전압 범위를 토대로 미리 설정될 수 있다.
즉, 전력 공급원(도 3의 50)에서 출력되어 코일(도 3의 FC)로 제공되는 전압이 제어부(400)에서 측정할 수 있는 전압 범위를 벗어날 수 있는바, 서미스터에 인가되는 전압이 제어부(400)에서 측정할 수 있는 전압 범위를 벗어나지 않도록 분배 저항이 설정될 수 있다. 즉, 분배 저항은 제어부(400)의 측정 가능 전압 범위를 토대로 설정될 수 있다.
또한 서미스터는 온도에 따라 저항값이 변하는바, 서미스터를 통해 측정되는 온도 범위는 제어부(400)의 측정 가능 전압 범위를 토대로 설정될 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부 전원(즉, 도 3의 LDO(70)에서 나오는 전압)이 V1이고, 제어부(400)에서 측정하는 전압이 V2라고 했을 때, V2가 제어부(400)의 측정 가능 전압 범위에 포함되도록 분배 저항(120)과 서미스터(110) 값이 설정될 수 있다.
물론, 제어부(400)는 V2의 값과 분배 저항(120) 및 서미스터(110)의 값을 토대로 역산하여 코일 또는 전력 소자의 온도를 유추할 수 있다.
전술한 바와 같이 구성되는 온도 측정부(100)를 통해 제어부(400)는 코일 또는 전력 소자의 온도를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(400)는 내부에 구비된 ADC(Analog To Digital Converter)(미도시)를 이용하여 서미스터에 인가된 전압을 측정하고, 측정된 전압을 토대로 코일 또는 전력 소자의 온도를 판단할 수 있다.
여기에서, 도 5를 참조하여, 제어부(400)가 온도 측정부(100)를 통해 측정된 코일 또는 전력 소자의 온도를 토대로 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 제어하는 알고리즘을 설명하도록 한다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 먼저, 서미스터에 인가된 전압을 측정한다(S100).
구체적으로, 제어부(400)는 전술한 바와 같이, 서미스터에 인가된 전압을 내부에 구비된 ADC를 이용하여 측정할 수 있다.
측정된 전압을 토대로 온도를 판단한다(S200).
즉, 제어부(400)는 측정된 전압을 토대로 코일 또는 전력 소자의 온도를 판단할 수 있다.
또한 제어부(400)는 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 제1 기준 온도(예를 들어, 75℃)를 초과하는 경우(S210), 무선 전력 송신 장치(1)의 구동을 정지할 수 있다(S310).
즉, 코일 또는 전력 소자의 온도가 제1 기준 온도를 초과하는 경우, 과열되었다고 판단하여 무선 전력 송신 장치(1) 자체의 구동을 비상 정지시킬 수 있다.
또한 제어부(400)는 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 제1 기준 온도(예를 들어, 75℃) 이하이면서 제2 기준 온도(예를 들어, 65℃)를 초과하는 경우(S220), 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 p%(p는 0 초과 100 미만의 정수) 감소시킬 수 있다(S320).
즉, 코일 또는 전력 소자의 온도가 제1 기준 온도 이하이면서 제2 기준 온도를 초과하는 경우, 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 예를 들어, 50% 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 감소시킴으로써 무선 전력 송신 장치(1)에서 사용하는 전력량을 저감할 수 있고, 무선 전력 송신 장치(1)에서 사용하는 전력량이 저감되면 무선 전력 송신 장치(1)의 온도도 저감될 수 있다.
한편 제어부(400)는 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 제2 기준 온도(예를 들어, 65℃) 이하이면서 제3 기준 온도(예를 들어, 55℃)를 초과하는 경우(S230), 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 q%( q는 p보다 작고 0보다 큰 정수) 감소시킬 수 있다(S330).
즉, 코일 또는 전력 소자의 온도가 제2 기준 온도 이하이면서 제3 기준 온도를 초과하는 경우, 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 예를 들어, 25% 감소시킬 수 있다.
물론, 제어부(400)는 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 제3 기준 온도 이하인 경우, 별다른 제어 동작 없이 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 유지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어부(400)는 온도 측정부(100)를 통해 측정된 코일 또는 전력 소자의 온도를 토대로 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 효율적으로 제어할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 전압 측정부(200)는 전력 소자(예를 들어, 도 3의 전력 공급원(50))와 제어부(400) 사이를 연결하는 복수개의 분배 저항(예를 들어, 제1 및 제2 분배 저항)을 포함할 수 있다.
참고로, 복수개의 분배 저항 각각의 저항값은 제어부(400)의 측정 가능 전압 범위를 토대로 미리 설정될 수 있다.
즉, 전력 소자의 출력 전압이 제어부(400)에서 측정할 수 있는 전압 범위를 벗어날 수 있는바, 복수개의 분배 저항 중 측정 대상 분배 저항(예를 들어, 제2 분배 저항)에 인가되는 전압이 제어부(400)에서 측정할 수 있는 전압 범위를 벗어나지 않도록 각각의 분배 저항이 설정될 수 있다. 즉, 복수개의 분배 저항 각각은 제어부(400)의 측정 가능 전압 범위를 토대로 설정될 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 전력 소자의 출력 전압(즉, 도 3의 전력 공급원(50)의 출력 전압)이 V1이고, 제어부(400)에서 측정하는 전압이 V2라고 했을 때, V2가 제어부(400)의 측정 가능 전압 범위에 포함되도록 제1 및 제2 분배 저항(130, 140)의 저항값이 설정될 수 있다.
물론, 제어부(400)는 V2의 값과 제1 및 제2 분배 저항(130, 140)의 미리 설정된 저항값을 토대로 역산하여 전력 소자의 출력 전압을 유추할 수 있다.
전술한 바와 같이 구성되는 전압 측정부(200)를 통해 제어부(400)는 전력 소자의 출력 전압의 크기를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(400)는 내부에 구비된 ADC를 이용하여 측정 대상 분배 저항(예를 들어, 제2 분배 저항(140))에 인가된 전압을 측정하고, 측정된 전압을 토대로 전력 소자의 출력 전압의 크기를 판단할 수 있다.
여기에서, 도 7을 참조하여, 제어부(400)가 전압 측정부(200)를 통해 측정된 전력 소자의 출력 전압의 크기를 토대로 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 제어하는 알고리즘을 설명하도록 한다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 먼저, 측정 대상 분배 저항(예를 들어, 도 6의 제2 분배 저항(140))에 인가된 전압을 측정한다(S400).
구체적으로, 제어부(400)는 전술한 바와 같이, 측정 대상 분배 저항에 인가된 전압을 내부에 구비된 ADC를 이용하여 측정할 수 있다.
측정된 전압을 토대로 전압의 크기를 판단한다(S500).
즉, 제어부(400)는 측정된 전압을 토대로 전력 소자의 출력 전압의 크기를 판단할 수 있다.
또한, 제어부(400)는 판단된 전력 소자의 전압의 크기가 제1 기준 전압(예를 들어, 12V)을 초과하는 경우(S510), 무선 전력 송신 장치(1)의 구동을 정지할 수 있다(S610).
즉, 전력 소자의 출력 전압의 크기가 제1 기준 전압을 초과하는 경우, 과전압이 인가되었다고 판단하여 무선 전력 송신 장치(1) 자체의 구동을 비상 정지시킬 수 있다.
또한 제어부(400)는 판단된 전력 소자의 출력 전압의 크기가 제1 기준 전압(예를 들어, 12V) 이하이면서 제2 기준 전압(예를 들어, 10V)을 초과하는 경우(S520), 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 p%(p는 0 초과 100 미만의 정수) 감소시킬 수 있다(S620).
즉, 전력 소자의 출력 전력의 크기가 제1 기준 전압 이하이면서 제2 기준 전압을 초과하는 경우, 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 예를 들어, 50% 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 감소시킴으로써 무선 전력 송신 장치(1)에서 사용하는 전력량을 저감할 수 있고, 무선 전력 송신 장치(1)에서 사용하는 전력량이 저감되면 무선 전력 송신 장치(1)가 과전압으로 인해 과열되는 것을 방지할 수 있다.
한편 제어부(400)는 판단된 전력 소자의 출력 전압의 크기가 제2 기준 전압(예를 들어, 10V) 이하이면서 제3 기준 전압(예를 들어, 8V)을 초과하는 경우(S530), 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 q%( q는 p보다 작고 0보다 큰 정수) 감소시킬 수 있다(S630).
즉, 전력 소자의 출력 전압의 크기가 제2 기준 전압 이하이면서 제3 기준 전압을 초과하는 경우, 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 예를 들어, 25% 감소시킬 수 있다.
물론, 제어부(400)는 판단된 전력 소자의 출력 전압의 크기가 제3 기준 전압 이하인 경우, 별다른 제어 동작 없이 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 유지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어부(400)는 전압 측정부(200)를 통해 측정된 전력 소자의 출력 전압의 크기를 토대로 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 효율적으로 제어할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 전류 측정부(300)는 코일(예를 들어, 도 3의 코일(FC))에 입력되는 전류를 전압으로 변환하는 변환부(미도시)를 포함할 수 있다.
참고로, 변환부의 전류-전압 변환 비율은 제어부(400)의 측정 가능 전압 범위를 토대로 미리 설정될 수 있다.
즉, 코일에 입력되는 전류가 제어부(400)에서 측정할 수 있는 전압 범위를 벗어날 수 있는바, 코일에 입력되는 전류가 제어부(400)에서 측정할 수 있는 전압 범위를 벗어나지 않도록 변환부의 전류-전압 변환 비율이 설정될 수 있다. 즉, 변환부의 전류-전압 변환 비율은 제어부(400)의 측정 가능 전압 범위를 토대로 설정될 수 있다.
물론, 제어부(400)는 변환부에서 측정된 전압과 변환부의 전류-전압 변환 비율을 토대로 역산하여 코일에 입력되는 전류의 크기를 유추할 수 있다.
전술한 바와 같이 구성되는 전류 측정부(300)를 통해 제어부(400)는 코일에 입력되는 전류의 크기를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(400)는 내부에 구비된 ADC를 이용하여 변환부의 전압을 측정하고, 측정된 전압을 토대로 코일에 입력되는 전류의 크기를 판단할 수 있다.
여기에서, 도 8을 참조하여, 제어부(400)가 전류 측정부(300)를 통해 측정된 코일에 입력되는 전류의 크기를 토대로 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 제어하는 알고리즘을 설명하도록 한다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 먼저, 변환부의 전압을 측정한다(S700).
구체적으로, 제어부(400)는 전술한 바와 같이, 변환부에서 변환된 전압을 내부에 구비된 ADC를 이용하여 측정할 수 있다.
측정된 전압을 토대로 전류의 크기를 판단한다(S800).
즉, 제어부(400)는 측정된 전압을 토대로 코일에 입력되는 전류의 크기를 판단할 수 있다.
또한, 제어부(400)는 판단된 코일에 입력되는 전류의 크기가 제1 기준 전류(예를 들어, 5A)를 초과하는 경우(S810), 무선 전력 송신 장치(1)의 구동을 정지할 수 있다(S910).
즉, 코일에 입력되는 전류의 크기가 제1 기준 전류를 초과하는 경우, 과전류가 인가되었다고 판단하여 무선 전력 송신 장치(1) 자체의 구동을 비상 정지시킬 수 있다.
또한 제어부(400)는 판단된 코일에 입력되는 전류의 크기가 제1 기준 전류(예를 들어, 5A) 이하이면서 제2 기준 전류(예를 들어, 4A)를 초과하는 경우(S820), 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 p%(p는 0 초과 100 미만의 정수) 감소시킬 수 있다(S920).
즉, 전력 소자의 출력 전력의 크기가 제1 기준 전류 이하이면서 제2 기준 전류를 초과하는 경우, 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 예를 들어, 50% 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 감소시킴으로써 무선 전력 송신 장치(1)에서 사용하는 전력량을 저감할 수 있고, 무선 전력 송신 장치(1)에서 사용하는 전력량이 저감되면 무선 전력 송신 장치(1)가 과전류로 인해 과열되는 것을 방지할 수 있다.
한편 제어부(400)는 판단된 코일에 입력되는 전류의 크기가 제2 기준 전류(예를 들어, 4A) 이하이면서 제3 기준 전류(예를 들어, 3A)를 초과하는 경우(S830), 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 q%( q는 p보다 작고 0보다 큰 정수) 감소시킬 수 있다(S930).
즉, 코일에 입력되는 전류의 크기가 제2 기준 전류 이하이면서 제3 기준 전류를 초과하는 경우, 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 예를 들어, 25% 감소시킬 수 있다.
물론, 제어부(400)는 판단된 코일에 입력되는 전류의 크기가 제3 기준 전류 이하인 경우, 별다른 제어 동작 없이 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 유지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어부(400)는 전류 측정부(300)를 통해 측정된 코일에 입력되는 전류의 크기를 토대로 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 효율적으로 제어할 수 있다.
즉, 제어부(400)는 앞서 살펴본 바와 같이, 온도 측정부(100), 전압 측정부(200) 및 전류 측정부(300) 각각의 측정 결과를 토대로 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 제어할 수 있다.
그러나, 전력 전송부(500)의 전력 전송량에 대한 보다 효율적인 제어를 위해 제어부(400)는 온도 측정부(100), 전류 측정부(300) 및 전압 측정부(200) 각각의 측정 결과를 종합하여 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 제어할 수 있다.
다만, 제어부(400)는 온도 측정부(100)의 측정 결과가 전류 측정부(300) 및 전압 측정부(200) 중 적어도 하나의 측정 결과와 모순되는 경우, 온도 측정부(100)의 측정 결과를 우선적으로 고려하여 전력 전송부(500)의 전력 전송량을 최종적으로 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(1)에 따르면, 무선 전력 송신 장치(1) 내의 환경 변화(예를 들어, 온도, 전압, 전류 등의 변화)를 토대로 전력 전송량을 효율적으로 제어함으로써, 전력 전송시 과열 또는 과전류(과전압) 등이 발생할 가능성을 저감할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 온도 측정부 200: 전압 측정부
300: 전류 측정부 400: 제어부
500: 전력 전송부

Claims (12)

  1. 코일을 이용한 전자기 유도 방식을 통해 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치에 있어서,
    상기 코일 또는 전력 소자의 온도를 측정하는 온도 측정부;
    상기 코일에 입력되는 전류를 측정하는 전류 측정부;
    상기 전력 소자의 출력 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 코일을 통해 상기 무선 전력 수신 장치로 전력을 전송하는 전력 전송부; 및
    상기 온도 측정부, 상기 전류 측정부 및 상기 전압 측정부 각각의 측정 결과를 종합하여 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 측정부의 측정 결과가 상기 전류 측정부 및 상기 전압 측정부 중 적어도 하나의 측정 결과와 모순되는 경우,
    상기 온도 측정부의 측정 결과를 토대로 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 제어하는 무선 전력 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 측정부는
    상기 코일 또는 상기 전력 소자와 인접한 위치에 배치되어 상기 코일 또는 상기 전력 소자의 온도에 따라 저항값이 변하는 서미스터(thermistor)와,
    상기 서미스터와 상기 제어부 사이를 연결하는 분배 저항을 포함하되,
    상기 서미스터를 통한 온도 측정 범위와 상기 분배 저항의 저항값은 상기 제어부의 측정 가능 전압 범위를 토대로 미리 설정되는
    무선 전력 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    내부에 구비된 ADC(Analog To Digital Converter)를 이용하여 상기 서미스터에 인가된 전압을 측정하고,
    상기 측정된 전압을 토대로 상기 코일 또는 상기 전력 소자의 온도를 판단하는
    무선 전력 송신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 제1 기준 온도를 초과하는 경우, 상기 무선 전력 송신 장치의 구동을 정지하고,
    상기 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 상기 제1 기준 온도 이하이면서 제2 기준 온도를 초과하는 경우, 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 p%(p는 0 초과 100 미만의 정수) 감소시키고,
    상기 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 상기 제2 기준 온도 이하이면서 제3 기준 온도를 초과하는 경우, 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 q%(q는 p보다 작고 0보다 큰 정수) 감소시키며,
    상기 판단된 코일 또는 전력 소자의 온도가 상기 제3 기준 온도 이하인 경우, 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 유지하는
    무선 전력 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 측정부는 상기 코일에 입력되는 전류를 전압으로 변환하는 변환부를 포함하되,
    상기 변환부의 전류-전압 변환 비율은 상기 제어부의 측정 가능 전압 범위를 토대로 미리 설정되는
    무선 전력 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    내부에 구비된 ADC를 이용하여 상기 변환부의 전압을 측정하고,
    상기 측정된 전압을 토대로 상기 코일에 입력되는 전류의 크기를 판단하는
    무선 전력 송신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 판단된 전류의 크기가 제1 기준 전류를 초과하는 경우, 상기 무선 전력 송신 장치의 구동을 정지하고,
    상기 판단된 전류의 크기가 상기 제1 기준 전류 이하이면서 제2 기준 전류를 초과하는 경우, 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 p%(p는 0 초과 100 미만의 정수) 감소시키고,
    상기 판단된 전류의 크기가 상기 제2 기준 전류 이하이면서 제3 기준 전류를 초과하는 경우, 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 q%(q는 p보다 작고 0보다 큰 정수) 감소시키며,
    상기 판단된 전류의 크기가 상기 제3 기준 전류 이하인 경우, 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 유지하는
    무선 전력 송신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전압 측정부는 상기 전력 소자와 상기 제어부 사이를 연결하는 제1 및 제2 분배 저항을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 분배 저항 각각의 저항값은 상기 제어부의 측정 가능 전압 범위를 토대로 미리 설정되는
    무선 전력 송신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    내부에 구비된 ADC를 이용하여 상기 제2 분배 저항에 인가된 전압을 측정하고,
    상기 측정된 전압을 토대로 상기 전력 소자의 출력 전압의 크기를 판단하는
    무선 전력 송신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 판단된 전압의 크기가 제1 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 무선 전력 송신 장치의 구동을 정지하고,
    상기 판단된 전압의 크기가 상기 제1 기준 전압 이하이면서 제2 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 p%(p는 0 초과 100 미만의 정수) 감소시키고,
    상기 판단된 전압의 크기가 상기 제2 기준 전압 이하이면서 제3 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 q%(q는 p보다 작고 0보다 큰 정수) 감소시키며,
    상기 판단된 전압의 크기가 상기 제3 기준 전압 이하인 경우, 상기 전력 전송부의 전력 전송량을 유지하는
    무선 전력 송신 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전력 소자는 상기 무선 전력 송신 장치가 구동되는데 필요한 전력을 공급하는 전력 공급원을 포함하되,
    상기 전력 소자의 출력 전압은 풀 브릿지(Full Bridge) 형태의 DC-DC 컨버터의 스위칭 동작을 통해 승압되어 상기 코일로 전달되는
    무선 전력 송신 장치.
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