KR102143830B1 - 충전 시 무선 전력 수신기의 초과 온도 방지를 위한 방법 및 이를 위한 무선 전력 수신기 - Google Patents
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Abstract
상술한 바를 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 무선 전력 수신기는, 무선 전력 송신기로부터 교류 형태의 무선 전력을 수신하는 전력 수신부와, 상기 무선 전력을 레귤레이팅(regulating)하는 레귤레이터부와, 상기 레귤레이팅된 무선 전력을 배터리로 제공하여 충전을 제어하는 전력 관리부와, 상기 무선 전력 수신에 따라 상기 무선 전력 수신기의 일 지점의 온도를 측정하는 온도 측정부와, 상기 온도 측정부에 의해 측정된 온도가 미리 설정된 온도를 초과하면 조절된 충전 전력으로 충전되도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 무선 전력 수신기의 초과 온도를 방지하도록 하는 방법 및 이를 위한 무선 전력 수신기에 대한 것이다.
휴대전화 또는 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 이동 단말기는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리로 구동되며, 이러한 배터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전 장치를 이용하여 이동단말기의 배터리에 전기 에너지를 공급한다. 통상적으로 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서 이를 서로 접촉시킴으로 인하여 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.
하지만, 이와 같은 접촉식 충전방식은 접촉 단자가 외부에 돌출되어 있으므로, 이물질에 의한 오염이 쉽고 이러한 이유로 배터리 충전이 올바르게 수행되지 않는 문제점이 발생한다. 또한 접촉 단자가 습기에 노출되는 경우에도 충전이 올바르게 수행되지 않는다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자 기기에 활용되고 있다.
이러한 무선충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 일반적으로 무선 전동 칫솔이나 무선 전기 면도기 등으로 일반인들에게 알려져 있다. 이러한 무선충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 다가오는 전기차 시대에도 관련 기술이 크게 발전할 것으로 전망된다.
무선 전력 수신기에서, 교류 형태의 무선 전력을 직류 형태로 정류시키는 과정 또는 레귤레이팅(regulating)을 수행하는 과정에 의하여 열이 발생할 수 있다.
종래의 무선 전력 수신기는, 무선 전력 수신기의 온도를 모니터링(monitoring)하다가, 온도가 기설정된 온도 이상이 되면 무선 전력의 수신을 중단한다. 이에 따라, 온도 상승으로 인한 무선 충전이 중단되고, 온도의 하강 시 무선 충전이 재개되어야 하는 문제점이 발생한다. 하지만 무선 전력 수신기에서 무선 충전 시 끊김없이 충전을 수행하는 것이 중요하다. 하지만 종래의 무선 전력 수신기에서는 초과 온도(over temperature) 상황이 발생하여 무선 충전이 중단될 경우 온도가 하강하기 전까지는 더 이상 충전이 재개될 수 없게 된다. 따라서 다시 이전의 충전을 계속해서 진행하기 위해서는 다시 무선 전력 송신기와 연결해야 하며, 연결이 이루어질 때까지 기다리는 것은 사용자 입장에서는 매우 불편한 일이다.
따라서 본 발명의 적어도 일 실시 예는 충전이 끊김없이 진행될 수 있도록 무선 전력 수신기에서의 초과 온도를 방지하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 적어도 일 실시 예는 기설정된 온도를 초과하면, 무선 전력 수신기 내부에서 흐르는 전류의 값을 감소시켜 온도 증가를 방지하는 방법 및 이를 위한 무선 전력 수신기를 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 충전 시 초과 온도 방지를 위한 무선 전력 수신기에 있어서, 무선 전력 송신기로부터 교류 형태의 무선 전력을 수신하는 전력 수신부와, 상기 무선 전력을 레귤레이팅(regulating)하는 레귤레이터부와, 상기 레귤레이팅된 무선 전력을 배터리로 제공하여 충전을 제어하는 전력 관리부와, 상기 무선 전력 수신에 따라 상기 무선 전력 수신기의 일 지점의 온도를 측정하는 온도 측정부와, 상기 온도 측정부에 의해 측정된 온도가 미리 설정된 온도를 초과하면 조절된 충전 전력으로 충전되도록 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기에서 충전 시 초과 온도 방지를 위한 방법에 있어서, 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하는 과정과, 상기 무선 전력 수신에 따른 온도를 측정하는 과정과, 상기 측정된 온도가 미리 설정된 온도를 초과하는 경우, 조절된 충전 전력으로 충전되도록 제어하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 적어도 일 실시 예에 의하여, 기설정된 온도를 초과하면, 무선 전력 수신기 내부에서 흐르는 전류의 값을 감소시켜 온도 증가를 방지하는 무선 전력 수신기가 제공될 수 있다.
도 1은 무선 충전 시스템을 예시한다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다양한 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 5 및 6은 본 발명의 다양한 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다양한 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 5 및 6은 본 발명의 다양한 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 한 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
도 1은 무선 충전 시스템을 예시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)를 포함한다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)의 각각에 무선으로 전력(1-1,1-2,1-n)을 송신할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)는 미리 설정된 인증절차를 통해 인증된 무선 전력 수신기에 대해서만 무선으로 전력(1-1,1-2,1-n)을 송신할 수도 있다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)와 무선 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)로 전자기파를 통해 무선 전력을 송신할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 여기에서 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1,2-2,2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 상술한 프레임에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 무선 전력 수신기는 특히, 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰 등으로 구현될 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신기(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,1110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 30m 이하일 수 있다. 또한 무선 전력 송신기(100)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 전력제공장치(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다.
적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호나, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100)를 제어하기 위한 정보(즉, 제어 정보) 등을 포함하는 메시지(2-1, 2-2, 2-n)를 무선 전력 송신기(100)에 송신할 수 있다. 상기의 송신 신호의 정보에 관하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
또한 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각은 충전 상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시부를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각에 무선 충전 기능을 디스에이블(disabled)하도록 하는 제어 신호(또는 제어 메시지)를 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 충전 기능의 디스에이블 제어 신호를 수신한 무선 전력 수신기는 무선 충전 기능을 디스에이블할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212) 및 통신부(213)를 포함할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신부(253)를 포함할 수 있다.
전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 전력을 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 전력을 공급할 수도 있다. 전력 송신부(211)는 내장된 배터리의 형태로 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하여 다른 구성 요소에 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. 전력 송신부(211)는 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.
아울러, 전력 송신부(211)는 교류 파형을 전자기파 형태로 무선 전력 수신기(250)로 제공할 수 있다. 전력 송신부(211)는 추가적으로 루프 코일을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 소정의 전자기파를 송신 또는 수신할 수 있다. 전력 송신부(211)가 루프 코일로 구현되는 경우, 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경가능할 수도 있다. 한편 전력 송신부(211)는 전자기파를 송수신할 수 있는 수단이라면 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다. 제어부(212)의 세부 동작과 관련하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 통신부(253)와 NFC(near field communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신, 블루투스 방식, 블루투스 저에너지(Bluetooth low energy) 방식 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 통신부(213)는 IEEE802.15.4 방식의 Zigbee 통신 방식 또는 블루투스 저에너지 방식을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 아울러, 통신부(213)는 CSMA/CA 알고리즘을 이용할 수 있다. 통신부(213)가 이용하는 주파수 및 채널 선택에 관한 구성은 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 한편, 상술한 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본원 발명은 통신부(213)에서 수행하는 특정 통신 방식에 의하여 그 권리범위가 한정되지 않는다.
한편, 통신부(213)는 무선 전력 송신기(200)의 정보에 대한 신호를 송신할 수 있다. 여기에서, 통신부(213)는 상기 신호를 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다.
표 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기(200)로부터 송신되는 신호의 데이터 구조이다. 무선 전력 송신기(200)는 하기의 프레임을 가지는 신호를 기설정된 주기마다 송신할 수 있으며, 상기 신호는 이하에서는 Notice 신호로 명명될 수도 있다.
| frame type | protocol version | sequence number | network ID | RX to Report(schedule mask) | Reserved | Number of Rx |
| Notice | 4bit | 1 Byte | 1Byte | 1Byte | 5bit | 3bit |
표 1에서의 frame type은 신호의 타입을 지시하는 필드로, 표 1에서는 해당 신호가 Notice 신호임을 지시한다. protocol version 필드는, 통신 방식의 프로토콜의 종류를 지시하는 필드로, 예를 들어 4bit가 할당될 수 있다. sequence number 필드는, 해당 신호의 순차적인 순서를 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 할당될 수 있다. sequence number는, 예를 들어 신호의 송수신 단계에 대응하여 1씩 증가될 수 있다. network ID 필드는, 무선 전력 송신기(200)의 네트워크 식별자(network ID)를 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 할당될 수 있다. Rx to Report(schedule mask) 필드는, 무선 전력 송신기(200)로 보고를 수행할 무선 전력 수신기들을 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 할당될 수 있다. 표 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 Rx to Report(schedule mask) 필드이다.
| Rx to Report(schedule mask) | |||||||
| Rx1 | Rx2 | Rx3 | Rx4 | Rx5 | Rx6 | Rx7 | Rx8 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
여기에서, Rx1 내지 Rx8은 무선 전력 수신기 1 내지 8에 대응할 수 있다. Rx to Report(schedule mask) 필드는 스케쥴 마스크의 번호가 1로 표시된 무선 전력 수신기가 보고를 수행하도록 구현될 수 있다.
Reserved 필드는, 향후의 이용을 위하여 예약된 필드로 예를 들어 5Byte가 할당될 수 있다. Number of Rx 필드는, 무선 전력 송신기(200)의 주위의 무선 전력 수신기의 개수를 지시하는 필드로, 예를 들어 3bit가 할당될 수 있다.
한편, 표 1의 프레임 형식의 신호는 IEEE802.15.4 형식의 데이터 구조 중 WPT에 할당되는 형식으로 구현될 수 있다.
표 3은 IEEE802.15.4의 데이터 구조이다.
| Preamble | SFD | Frame Length | WPT | CRC16 |
표 3과 같이, IEEE802.15.4의 데이터 구조는 Preamble, SFD, Frame Length, WPT, CRC16 필드를 포함할 수 있으며, 표 1과 같은 데이터 구조는 WPT 필드에 포함될 수 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 여기에서 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 무선 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)뿐만 아니라, 다른 무선 전력 송신기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수도 있다. 예를 들어, 통신부(213)는 다른 무선 전력 송신기로부터 상술한 표 1의 프레임의 Notice 신호를 수신할 수 있다.
한편, 도 2a에서는 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 상이한 하드웨어로 구성되어 무선 전력 송신기(200)가 아웃-밴드(out-band) 형식으로 통신되는 것과 같이 도시되었지만, 이는 예시적인 것이다. 본 발명은 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 하나의 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신기(200)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다.
무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)는 각종 신호를 송수신할 수 있으며, 이에 따라 무선 전력 송신기(200)가 주관하는 무선 전력 네트워크로의 무선 전력 수신기(250)의 가입과 무선 전력 송수신을 통한 충전 과정이 수행될 수 있으며, 상술한 과정은 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252), 통신부(253), 정류부(254), DC/DC 컨버터부(255), 스위치부(256) 및 충전부(257)를 포함할 수 있다.
전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신부(253)에 대한 설명은 여기에서는 생략하도록 한다. 정류부(254)는 전력 수신부(251)에 수신되는 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있으며, 예를 들어 브리지 다이오드의 형태로 구현될 수 있다. DC/DC 컨버터부(255)는 정류된 전력을 기설정된 이득으로 컨버팅할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(255)는 출력단(259)의 전압이 5V가 되도록 정류된 전력을 컨버팅할 수 있다. 한편, DC/DC 컨버터부(255)의 전단(258)에는 인가될 수 있는 전압의 최솟값 및 최댓값이 기설정될 수 있으며, 상술한 정보는 후술할 Request join 신호의 Input Voltage MIN 필드 및 Input Voltage MAX 필드에 기록될 수 있다. 아울러, DC/DC 컨버터부(255)의 후단(259)에 인가되는 정격 전압 값 및 도통되는 정격 전류 값은 Request join 신호의 Typical Output Voltage 필드 및 Typical Output Current 필드에 기재될 수 있다.
스위치부(256)는 DC/DC 컨버터부(255) 및 충전부(257)를 연결할 수 있다. 스위치부(256)는 제어부(252)의 제어에 따라 온(on)/오프(off) 상태를 유지할 수 있다. 충전부(257)는 스위치부(256)가 온 상태인 경우에 DC/DC 컨버터부(255)로부터 입력되는 컨버팅된 전력을 저장할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다. 도 3의 무선 전력 수신기는 전력 수신 유닛(310) 및 단말(320)을 포함할 수 있다. 또한 전력 수신 유닛(310)은, 수신 코일(311), 정류부(rectifier)(312), 레귤레이터(regulator)(313), 온도 측정부(314) 및 제어부(315)를 포함한다. 단말(320)은 전력 관리부(PMIC(power managing integrated chip))(321) 및 배터리(322)를 포함한다. 도 3a에서는 PMIC(321) 내에 충전부 IC(Charger IC) 및 MCU가 통합된 형태로 구현된 경우를 예시하나, 충전부 IC(Charger IC)는 PMIC와 별도로 분리되어 구현될 수도 있다.
전력 수신 유닛(310)의 수신부는 무선 전력 송신기(미도시)로부터 무선 전력을 수신하는 역할을 하며, 본 발명의 실시 예에서는 수신부가 수신 코일(311)로 구현된 경우를 예시하고 있다. 수신 코일(311)에서 출력되는 교류 형태의 무선 전력은 정류부(312)로 출력될 수 있다.
정류부(312)는 입력된 교류 형태의 무선 전력을 직류 형태로 변환할 수 있다. 레귤레이터(313)는 직류 형태로 변환된 무선 전력을 조절(regulation) 하여 출력할 수 있다. 이러한 레귤레이터(313)는 예컨대, DC-DC 컨버터 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 규제된 전류 레벨을 출력하도록 구성될 수도 있다. 레귤레이터(313)의 입력단은 정류부(312)의 출력단과 연결되며, 레귤레이터(313)의 출력단은 PMIC(321)의 입력단에 연결된다. 또한 도 3a에 도시된 바와 같이, 레귤레이터(313)는 제어부(315)로부터 전류 레벨 조절을 위한 제어 신호를 제공받는다. 즉, 레귤레이터(313)로부터 출력되는 전류는 제어 신호에 따라 조절된다.
온도 측정부(314)는 무선 전력 수신기로부터의 전력 전송에 대응하여 온도를 측정하기 시작한다. 이때, 온도 측정은 미리 설정된 제1주기 또는 비주기적으로 이루어질 수 있다. 이러한 온도 측정부(314)는 무선 전력 수신기의 일 지점의 온도를 측정할 수 있으며, 예컨대, 수신 코일(311), 정류부(312), 레귤레이터부(313), PMIC(321), 배터리(322) 중 적어도 하나의 소자 온도를 측정할 수 있다.
한편, 제어부(315)는 전력 수신 유닛(310)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 아울러, 제어부(315)는 온도 측정부(314)로부터 입력된 전력 수신 유닛(310)의 소자 각각의 온도 정보를 관리할 수 있다. 이와 같이 전류 레벨을 조절하는 것과 관련하여, 제어부(315)는 레귤레이터(313)의 출력 전류의 레벨을 임계치 내로 조정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(315)는 온도 측정부(314)를 이용하여 무선 전력 수신기 내의 일 지점에서의 온도를 모니터링하며, 상기 모니터링 결과 온도가 기설정된 수치를 초과하면 조절된 충전 전력으로 충전되도록 제어를 수행한다. 본 발명의 실시 예에 따라 제어부(315)는 상기 레귤레이터(313) 및 PMIC(321)에 흐르는 전류 중 적어도 하나의 값을 감소시키는 제어를 수행할 수 있다. 이에 따라 제어부(315)는 상기 레귤레이터(313)로 제어 신호를 출력하여, 상기 레귤레이터(313)로부터 상기 PMIC(321)로의 출력 전류를 감소시킴으로써 상기 충전 전력을 조절할 수 있으며, 다르게는 PMIC(321)로 제어 신호를 출력하여, 상기 PMIC(321)로부터 배터리(322)로의 충전 전류를 감소시킬 수 있다.
제어부(315)는 예를 들어, 정류부(312)의 온도가 기설정된 온도를 초과하는 경우에 있어서, 레귤레이터(313)의 출력 전류를 감소시키는 제어 신호를 레귤레이터(313)로 출력할 수 있다. 즉, PMIC(321)의 충전 전류를 감소시키기 위한 제어 신호를 레귤레이터(313)로 출력할 수 있다. 여기서, 기설정된 온도는 모니터링이 요구되는 온도로 과열 등의 충전 이상 상태에 해당하는 OTP(Over Temperature Protection) 온도보다 낮게 설정된 온도이다.
따라서 제어부(315)는 온도 측정부(314)에서의 측정 온도가 상기 기설정된 온도 이상인지를 판단하여, 만일 측정 온도가 상기 기설정된 온도 이상일 경우 무선 전력 수신기에서의 무선 충전에 따라 온도가 과열되고 있는 상태이므로 충전 상태를 주시해야 할 필요가 있다.
예를 들어, 제어부(315)는 측정 온도가 상기 기설정된 온도 이상일 경우 현재의 전류 레벨을 소정 레벨의 전류 레벨로 다운시키기 위한 제어 신호를 레귤레이터(313)로 출력할 수 있다. 다르게는 상기 기설정된 온도와 상기 OTP 온도 사이를 일정 구간으로 분할한 후, 측정 온도가 속하는 구간에 따라 예를 들어, 제1단계 전류 레벨, 제2단계 전류 레벨 등으로 구분되는 제어 신호를 출력할 수도 있다. 이러한 온도 조절을 위한 제어 신호는 측정 온도와 조절해야 할 전류 간을 관계를 맵핑한 미리 설정된 테이블 등을 참조하여 정해질 수 있다. 즉, 제어부(315)는 상기 테이블을 참조하여 어떠한 방식으로 얼마만큼씩 온도를 조절할 지를 정할 수 있다. 또한, 측정 온도가 상기 기설정된 온도 이상일 경우 미리 정해진 제2주기로 온도가 측정될 수 있다. 이때, 상기 제2주기는 상기 제1주기보다 짧다.
이와 같이 레귤레이터(313)로부터의 출력 전류가 감소되도록 전류 레벨 조절을 위한 제어 신호를 출력할 경우, PMIC(321)로 전달되는 출력 전류도 줄어들게 되어, 결과적으로 온도 상승을 방지할 수 있다. 이후, 제어부(315)는 출력 전류를 감소시키기 위한 제어 신호를 출력한 이후에도 온도를 모니터링하여, 상기 측정되는 온도가 상기 미리 설정된 온도 이하로 되면, 상기 조절된 충전 전력을 증가시키는 제어 신호를 출력한다. 반면, 상기 측정되는 온도가 상기 미리 설정된 온도를 초과하는 경우 상기 조절된 충전 전력을 감소시키는 제어 신호를 출력한다. 이때, 온도 측정 결과 상기 기설정된 온도 이상이면서 상기 OTP 온도를 초과하게 되면, 무선 전력 수신기가 과열로 인해 손상될 수 있으므로, 이러한 손상을 막기 위해 제어부(315)는 로드 스위치를 오프하도록 제어할 수 있다.
PMIC(321)는 무선으로 수신된 전력 또는 유선으로 수신된 전력과 무선 전력 수신기의 구성 요소 각각에 인가되는 전력을 관리할 수 있다. 이에 따라 PMIC(321)는 배터리(322)의 충전을 위해 전력을 배터리(322)에 제공하여 충전을 제어할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다. 도 3a의 실시 예에서, 제어부(315)가 레귤레이터(313)의 출력 전류를 조정한 것과는 대조적으로, 도 3b의 제어부(315)는 PMIC(321)의 출력 전류를 조정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(315)는 온도 측정 결과, 온도가 기설정된 수치를 초과한 경우에 있어서, PMIC(321)의 출력 전류값을 감소시킬 수 있다. 이와 같이 제어부(315)는 PMIC(321)의 출력 전류값을 감소시킴으로써 배터리(322)로의 충전 전류를 감소시켜 온도 상승을 방지할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 배터리(322)로의 출력 전류를 조정한다는 의미는 출력 전력을 조정한다는 의미로도 해석될 수 있다. 즉, 배터리(322)가 정전압 방식의 배터리일 경우 전류가 조절됨에 따라 전력이 변하는 것이므로, 출력 전류 및 출력 전력의 조정은 같은 의미로 해석될 수 있는 것이다.
아울러, 제어부(315)는 온도가 기설정된 수치 미만으로 하강한 경우에, PMIC(321)의 출력 전류값을 다시 증가시킬 수 있다. 상술한 바에서는 레귤레이터(313)의 출력 전류 또는 충전 전류를 감소시키는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 전압을 미리 설정된 레벨의 전압으로 감소시킬 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신기는 수신 코일(410) 및 단말 장치(420)를 포함할 수 있다. 단말 장치(420)는 정류부(421), 레귤레이터부(422), PMIC(423), 배터리(424), 온도 측정부(425) 및 제어부(426)를 포함할 수 있다. 도 3b의 무선 전력 수신기와는 상이하게, 도 4의 무선 전력 수신기는 단말 장치가, 정류부(421), 레귤레이터부(422), 온도 측정부(425) 및 제어부(426)를 포함할 수 있다. 즉, 정류부(421), 레귤레이터부(422), 온도 측정부(425) 및 제어부(426)가 수신 코일(410)로부터 독립적으로 격납될 수 있다. 여기에서, 수신 코일(410), 정류부(421), 레귤레이터부(422), PMIC(423), 배터리(424), 온도 측정부(425)의 동작은 도 3b의 각 소자와 동일하거나 극히 유사할 수 있다.
PMIC(423)은 출력된 레귤레이팅된 전력의 전압 값을 단말 장치(420)의 다른 소자에서 이용하는 전압 값으로 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 레귤레이팅된 무선 전력의 전압 값이 25V이고, 배터리 (424)에서 이용하는 전압 값이 5V인 경우에, PMIC(423)는 DC/DC 컨버팅을 통하여 25V의 입력 전압을 5V로 변환하여 출력할 수 있다.
배터리(424)는 전압 값이 변환된 무선 전력을 저장할 수 있다.
온도 측정부(425)는 정류부(421), 레귤레이터부(422), PMIC(423), 배터리 (424) 등의 소자 온도를 측정할 수 있으며, 측정 결과를 제어부(426)로 출력할 수 있다.
제어부(426)는 단말 장치(420)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(426)는 소자 온도 결과에 기초하여 PMIC(423)의 출력 전력을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부(426)는 측정된 온도가 기설정된 값을 초과하는 경우에, PMIC(423)의 출력 전력을 감소시킬 수 있다. 아울러, 제어부(426)는 측정된 온도가 기설정된 값 미만으로 하강하면, PMIC(423)의 출력 전력을 다시 증가시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하며, 무선 충전을 시작할 수 있다(510). 무선 전력 수신기 내부의 온도 측정기는, 무선 전력 수신기의 일 지점의 온도를 측정할 수 있다(520). 무선 전력 수신기는 측정된 온도의 결과를 모니터링한다. 측정된 온도가 기설정된 수치 미만인 경우에는(530-Y), 무선 충전을 계속하여 진행할 수 있다(540). 한편, 측정된 온도가 기설정된 수치 이상인 경우에는(530-N), 충전 전류의 값을 낮출 수 있다(550). 즉, 무선 전력 수신기는 무선 전력 수신기에 포함되는 적어도 하나의 소자의 충전 전력의 전류 값을 낮출 수 있다.
무선 전력 수신기는 측정 온도가 기설정된 수치 미만인지를 다시 측정할 수 있다(560). 측정 온도가 기설정된 수치 미만으로 측정되면(560-Y), 무선 충전을 계속 진행할 수 있다. 한편, 측정 온도가 기설정된 수치 이상으로 측정되면(560-N), 무선 전력 수신기는 다시 충전 전류를 낮출 수 있다(570). 한편, 무선 전력 수신기는 다시 측정 온도가 기설정된 수치 미만인지를 판단할 수 있으며, 측정 온도가 기설정된 수치 미만이면(580-Y), 무선 충전을 계속 진행할 수 있다. 즉, 도 5의 실시 예에 의한 무선 전력 수신기는, 무선 전력 수신기에 인가되는 전력의 전류 값을 단계적으로 하강시킬 수 있다. 이때, 580단계에서 측정 온도가 기설정된 수치 이상이면(580-N), 즉, 미리 설정된 시간이 지난 후에 다시 온도 측정한 결과 여전히 기설정된 수치 이상일 경우 정상 상태로 회복되지 않은 것이므로 과온도(OTP) 상황이라고 판단하여 590단계에서 무선 충전을 중지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
무선 전력 수신기는 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하며, 무선 충전을 시작할 수 있다(610). 무선 전력 수신기 내부의 온도 측정기는, 무선 전력 수신기의 일 지점의 온도를 측정할 수 있다(620). 무선 전력 수신기는 측정된 온도의 결과를 모니터링한다. 측정된 온도가 기설정된 수치 미만인 경우에는(630-Y), 무선 충전을 계속하여 진행할 수 있다(640). 한편, 측정된 온도가 기설정된 수치 이상인 경우에는(630-N), 온도 차이(△온도)에 기초하여 충전 전류를 재설정할 수 있다(650). 여기에서, 온도 차이는 측정된 온도와 기설정된 수치 사이의 차이일 수 있다. 무선 전력 수신기는 온도 차이와 재설정될 충전 전류와의 관계 정보를 미리 저장할 수 있다. 무선 전력 수신기는, 측정된 온도가 기설정된 수치 미만인 경우에 관계 정보를 독출하고, 관계 정보에 기초하여 충전 전류를 재설정할 수 있다. 즉, 충전 전류를 낮추도록 재설정할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신기는, 측정 온도를 기설정된 수치와 다시 비교할 수 있다(660). 비교 결과, 측정 온도가 기설정된 수치 미만인 경우에는(660-Y), 무선 충전을 재설정된 전류 값으로 진행할 수 있다(640). 다시 말하면, 충전 전류를 조절한 결과 측정 온도가 기설정된 수치 이하로 내려간 것이 확인되면, 측정 온도가 기설정된 수치를 초과하기 이전에 해당하는 충전 전류로 복원될 수 있도록 충전 전류가 증가되도록 조절할 수 있다.
한편, 측정 온도가 기설정된 수치 이상인 경우(660-N), 관계 정보에 기초하여 충전 전류를 재설정할 수 있다(670). 무선 전력 수신기는, 측정 온도를 기설정된 수치와 다시 비교할 수 있다(680). 비교 결과, 측정 온도가 기설정된 수치 미만인 경우에는(680-Y), 무선 충전을 재설정된 전류 값으로 진행할 수 있다(640). 이때, 680단계에서 측정 온도가 기설정된 수치 이상이면(680-N), 즉, 미리 설정된 시간이 지난 후에 다시 온도 측정한 결과 여전히 기설정된 수치 이상일 경우 정상 상태로 회복되지 않은 것이므로 과온도(OTP) 상황이라고 판단하여 690단계에서 무선 충전을 중지한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
Claims (15)
- 충전 시 초과 온도 방지를 위한 무선 전력 수신기에 있어서,
무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하는 전력 수신부와,
상기 전력을 레귤레이팅(regulating)하는 레귤레이터부와,
상기 레귤레이팅된 전력을 배터리로 제공하는 전력 관리부와,
상기 무선 전력 수신기의 일 지점의 온도를 측정하는 온도 측정부와,
제어부를 포함하고, 상기 제어부는,
상기 온도가 기설정된 제1온도보다 낮으면, 상기 전력 관리부를 통해 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 제1레벨로 유지하고,
상기 레귤레이팅된 전력의 양이 상기 제1레벨이고 상기 온도가 상기 기설정된 제1온도 이상이면, 상기 전력 관리부를 통해 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 상기 제1레벨로부터 상기 제1레벨보다 낮은 제2레벨로 감소하고, 상기 온도가 상기 기설정된 제1온도보다 낮아질 때까지 상기 제2레벨로 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 유지하고,
상기 온도가 상기 기설정된 제1온도보다 높은 기설정된 제2온도 이상이면, 상기 레귤레이팅된 전력의 제공을 중단하도록 설정된 무선 전력 수신기.
- 제1항에 있어서, 상기 기설정된 제2온도는,
OTP(Over Temperature Protection) 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
- 제1항에 있어서,
상기 전력 수신부는, 코일과 캐피시터를 포함하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
- 제1항에 있어서,
상기 전력 수신부와 상기 레귤레이터부에 연결된 정류부를 더 포함하고,
상기 정류부는 교류 형태의 상기 수신된 전력을 직류 형태로 정류하여 상기 레귤레이터로 출력하도록 설정된 무선 전력 수신기.
- 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 레귤레이팅된 전력의 양이 상기 제2레벨이고 상기 온도가 상기 기설정된 제1온도보다 낮으면, 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 상기 제1레벨로 증가하도록 설정된 무선 전력 수신기.
- 제4항에 있어서, 상기 온도 측정부는,
상기 전력 수신부, 상기 레귤레이터, 상기 정류부, 상기 배터리 중 적어도 하나의 온도를 측정함을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
- 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 온도가 상기 기설정된 제1온도 이상이면, 상기 온도를 모니터링하고,
상기 온도와 상기 기설정된 제1온도를 비교하는 동작을 반복하여 수행함을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
- 삭제
- 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 온도가 상기 기설정된 제1온도 이상이면, 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 감소시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 수신기.
- 무선 전력 수신기의 동작 방법에 있어서,
무선 전력 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하는 과정과,
상기 전력을 레귤레이팅(regulating)하고, 상기 레귤레이팅된 전력을 배터리로 제공하는 과정과,
상기 무선 전력 수신기의 일 지점의 온도를 측정하는 과정과,
상기 온도가 기설정된 제1온도보다 낮으면, 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 제1레벨로 유지하는 과정과,
상기 레귤레이팅된 전력의 양이 상기 제1레벨이고 상기 온도가 상기 기설정된 제1온도 이상이면, 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 상기 제1레벨로부터 상기 제1레벨보다 낮은 제2레벨로 감소시키고, 상기 온도가 상기 기설정된 제1온도보다 낮아질 때까지 상기 제2레벨로 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 유지하는 과정과,
상기 온도가 상기 기설정된 제1온도보다 높은 기설정된 제2온도 이상이면, 상기 레귤레이팅된 전력의 제공을 중단하는 과정을 포함하는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 기설정된 제2온도는,
OTP(Over Temperature Protection) 온도를 포함하는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 감소하는 과정은,
상기 배터리로 출력되는 전류를 감소시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 레귤레이팅된 전력의 양이 상기 제2레벨이고 상기 온도가 상기 기설정된 제1온도보다 낮으면, 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 상기 제1레벨로 증가하는 과정을 더 포함하는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 온도가 상기 기설정된 제1온도 이상이면, 상기 온도를 모니터링하는 과정과,
상기 온도와 상기 기설정된 제1온도를 비교하는 동작을 반복하여 수행하는 과정을 더 포함하는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 온도가 상기 기설정된 제1온도 이상이면, 상기 레귤레이팅된 전력의 양을 감소시키는 과정을 더 포함하는 무선 전력 수신기의 동작 방법.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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