KR102152670B1 - Wireless Power Transfer System and Operating method thereof - Google Patents

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Abstract

송신 코일, 상기 송신 코일에 송신전력을 제공하는 전력변환기, 수신장치로부터 수신허용전력 정보 및 제어 오차 값을 수신하여 상기 전력변환기를 제어하는 제어기, 상기 제어기는 상기 제어 오차 값에 기초한 신규 송신전력과 상기 수신허용전력 정보에 기초하여 상기 신규 송신전력의 출력 여부를 결정하는 송신장치.A transmission coil, a power converter providing transmission power to the transmission coil, a controller for controlling the power converter by receiving the reception allowable power information and a control error value from a receiving device, the controller includes a new transmission power based on the control error value and A transmission device that determines whether to output the new transmission power based on the reception allowable power information.

Description

무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법. {Wireless Power Transfer System and Operating method thereof}Wireless power transmission system and its driving method. {Wireless Power Transfer System and Operating method thereof}

본 발명은 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electroless power transmission system and a driving method thereof.

일반적으로 각종 전자 기기가 배터리를 구비하고, 배터리에 충전된 전력을 이용하여 구동한다. 이 때 전자 기기에서, 배터리는 교체될 수 있으며, 재차 충전될 수도 있다. 이를 위해, 전자 기기는 외부의 충전 장치와 접촉하기 위한 접촉 단자를 구비한다. 즉 전자 기기는 접촉 단자를 통해, 충전 장치와 전기적으로 연결된다. 그런데, 전자 기기에서 접촉 단자가 외부로 노출됨에 따라, 이물질에 의해 오염되거나 습기에 의해 단락(short)될 수 있다. 이러한 경우, 접촉 단자와 충전 장치 사이에 접촉 불량이 발생되어, 전자 기기에서 배터리가 충전되지 않는 문제점이 있다. In general, various electronic devices include batteries and are driven using electric power charged in the battery. At this time, in the electronic device, the battery may be replaced and may be recharged. To this end, the electronic device includes a contact terminal for contacting an external charging device. That is, the electronic device is electrically connected to the charging device through the contact terminal. However, in an electronic device, as the contact terminal is exposed to the outside, it may be contaminated by foreign substances or shorted by moisture. In this case, there is a problem in that the battery is not charged in the electronic device because a contact failure occurs between the contact terminal and the charging device.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 무선으로 전자 기기를 충전하기 위한 무선전력전송(Wireless Power Transfer; WPT)이 제안되고 있다.In order to solve the above problems, wireless power transfer (WPT) for wirelessly charging electronic devices has been proposed.

무선전력전송 시스템은 공간을 통하여 선 없이 전력을 전달하는 기술로써, 모바일(Mobile) 기기 및 디지털 가전 기기들에 대한 전력 공급의 편의성을 극대화한 기술이다.The wireless power transmission system is a technology that transmits power through a space without wires, and is a technology that maximizes the convenience of power supply to mobile devices and digital home appliances.

무선전력전송 시스템은 실시간 전력 사용 제어를 통한 에너지 절약, 전력 공급의 공간 제약 극복 및 배터리 재충전을 이용한 폐 건전지 배출량 절감 등의 강점을 지닌다.The wireless power transmission system has strengths such as energy saving through real-time power use control, overcoming space constraints of power supply, and reducing waste battery discharge through battery recharging.

무선전력전송 시스템의 구현 방법으로써 대표적으로 자기유도방식과 자기공진방식이 있다. 자기유도방식은 두 개의 코일을 근접시켜 한쪽의 코일에 전류를 흘려 그에 따라 발생한 자속을 매개로 하여 다른 쪽의 코일에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술로써, 수백 kHz의 주파수를 사용할 수 있다. 자기 공진 방식은 전자파나 전류를 이용하지 않고 전장 또는 자장만을 이용하는 자기 공명 기술로써 전력 전송이 가능한 거리가 수 미터 이상으로써, 수 MHz의 대역을 이용할 수 있다.As a method of implementing a wireless power transmission system, representatively, there are a magnetic induction method and a magnetic resonance method. The magnetic induction method is a non-contact energy transmission technology in which an electromotive force is generated in the other coil through a magnetic flux generated by passing a current through one coil by bringing two coils close together, and a frequency of several hundred kHz can be used. The magnetic resonance method is a magnetic resonance technology that uses only electric or magnetic fields without using electromagnetic waves or currents. Since power transmission is possible at a distance of several meters or more, a band of several MHz can be used.

무선전력전송 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 송신장치와 전력을 수신하여 배터리 등 부하를 충전하는 수신장치를 포함한다. 이 때 수신장치의 충전 방식, 즉 자기 유도 방식과 자기 공진 방식 중 어느 하나의 충전 방식을 택할 수 있고, 수신장치의 충전 방식에 대응하여 무선으로 전력을 전달할 수 있는 송신장치가 개발되고 있다.The wireless power transmission system includes a transmitting device for wirelessly transmitting power and a receiving device for receiving power and charging a load such as a battery. At this time, a charging method of the receiving device, that is, any one of a magnetic induction method and a magnetic resonance method may be selected, and a transmitting device capable of wirelessly transmitting power in response to the charging method of the receiving device has been developed.

한편 송신장치의 충전영역에 배치된 수신장치를 의도적으로 흔들거나, 자동차와 같이 수신장치의 흔들림 현상이 빈번하게 나타나는 경우, 상기 송수신장치 간의 미스 얼라인에 따른 결합계수의 급변으로 상기 송신장치로부터의 송신 전력이 급변함으로써 상기 수신장치에 손상을 가하는 문제가 있었다.On the other hand, when the receiving device disposed in the charging area of the transmitting device is intentionally shaken, or when the shaking phenomenon of the receiving device frequently appears, such as in a vehicle, a sudden change in the coupling coefficient caused by misalignment between the transmitting and receiving devices is There has been a problem of causing damage to the reception device due to a sudden change in transmission power.

실시예는 무선 충전 중인 수신장치의 흔들림 등의 원인으로 송신장치와 수신장치의 결합 계수가 급변함에 따른 전력 전송의 불안정을 해결할 수 있는 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a wireless power transmission system and a driving method thereof capable of solving the instability of power transmission due to a sudden change in a coupling coefficient between a transmission device and a reception device due to shaking of a receiving device during wireless charging.

실시예에 따른 전력 전송 방법은, 송신기로부터 수신기에 무선으로 전력을 전송하는 방법으로서, 상기 수신기의 검출을 위한 신호를 송신하는 단계; 상기 수신기로부터 식별 신호를 수신하는 단계; 상기 수신기로 제1 전력을 전송하는 단계; 상기 수신기로부터 전력 증가 요청 신호를 수신하는 단계; 상기 송신기의 제1송신코일 전류 및 상기 전력 증가 요청 신호에 기초하여 제2 송신코일 전류를 결정하는 단계; 상기 제2 송신코일 전류에 기초하여 상기 제2 전력을 결정하는 단계; 및 상기 제2 전력과 상기 수신기의 수신허용 전력량 그리고 전력 임계값을 비교하여 상기 제2 전력의 송신 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.또한 실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 제2 전력의 송신 여부를 결정하는 단계는, 상기 수신허용 전력량과 상기 제2 전력의 차이 전력량에 따라 상기 제2 전력의 송신 여부를 결정하는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.A power transmission method according to an embodiment is a method of wirelessly transmitting power from a transmitter to a receiver, the method comprising: transmitting a signal for detection by the receiver; Receiving an identification signal from the receiver; Transmitting a first power to the receiver; Receiving a power increase request signal from the receiver; Determining a second transmission coil current based on the first transmission coil current of the transmitter and the power increase request signal; Determining the second power based on the second transmission coil current; And determining whether to transmit the second power by comparing the second power with an amount of power allowed for reception of the receiver and a power threshold value. In addition, the power transmission method according to the embodiment may be provided. In the method, the step of determining whether to transmit the second power may provide a power transmission method of determining whether to transmit the second power according to a difference power amount between the allowable reception power and the second power.

또한 실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 제2 전력의 송신 여부를 결정하는 단계는, 상기 수신허용 전력량과 상기 제2 전력의 오버슈트 피크치의 차이 전력량에 따라 상기 제2 전력의 송신 여부를 결정하는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power transmission method according to the embodiment, the determining whether to transmit the second power includes determining whether to transmit the second power according to the difference between the amount of power allowed to receive and the overshoot peak value of the second power. It can provide a power transmission method.

또한 실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 차이 전력량이 상기 전력 임계값을 초과하는 경우, 상기 무선 전력 전송을 중단하는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power transmission method according to the embodiment, when the difference power amount exceeds the power threshold value, a power transmission method of stopping the wireless power transmission may be provided.

또한 실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 무선 전력 전송이 중단된 경우, 상기 수신기의 검출을 위한 신호를 송신하는 단계;를 더 포함하는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power transmission method according to the embodiment, when the wireless power transmission is stopped, transmitting a signal for detection of the receiver; a power transmission method may be provided.

또한 실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 수신기가 검출된 경우, 기 설정된 무선 전력을 전송하는 단계;를 더 포함하는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power transmission method according to the embodiment, when the receiver is detected, transmitting a preset wireless power; a power transmission method may be provided.

또한 실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 차이 전력량이 상기 전력 임계값 이하인 경우, 비례 제어, 적분 제어 및 미분 제어(proportional integral differential control; 이하 PID 제어)에 기초하여 전력변환부를 제어하는 단계;를 더 포함하는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power transmission method according to the embodiment, when the difference power amount is less than or equal to the power threshold, controlling a power conversion unit based on proportional control, integral control, and differential control (hereinafter, PID control); It may provide a power transmission method further comprising.

또한 실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 PID제어에 기초하여 전력변환부를 제어하는 단계는, 상기 PID 제어에 기초하여 제어량을 결정하는 단계; 상기 제어량 및 전회 제어 변수에 기초하여 금회 제어 변수를 결정하는 단계; 및 상기 금회 제어 변수에 기초하여 전력변환부를 제어하여 상기 제2 전력을 송신하는 단계;를 더 포함하는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power transmission method according to the embodiment, the controlling of the power conversion unit based on the PID control includes: determining a control amount based on the PID control; Determining a current control variable based on the control amount and a previous control variable; And transmitting the second power by controlling a power converter based on the control variable this time. The power transmission method may be provided.

또한 실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 오버슈트 피크치는 현재 제1 전력으로부터 상기 제2 전력으로의 증가량 및 상기 제2 전력 값 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power transmission method according to the embodiment, the overshoot peak value may be determined based on at least one of an increase amount from the current first power to the second power and the second power value.

또한 실시예에 따른 전력 전송 방법에서, 상기 제어 변수에 기초하여 상기 전력변환부의 입력 전압, 구동 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나를 조절하는 전력 전송 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power transmission method according to the embodiment, a power transmission method of adjusting at least one of an input voltage, a driving frequency, and a duty cycle of the power conversion unit based on the control variable may be provided.

또한 실시예에 따른 전력 수신 방법은, 수신기가 송신기로부터 무선으로 전력을 수신하는 방법으로서, 상기 송신기로부터의 제1 검출 신호에 대한 응답 신호를 송신하는 단계; 상기 송신기로 식별 신호를 송신하는 단계; 상기 송신기로부터 제1 전력을 수신하는 단계; 상기 송신기로 전력 증가 요청 신호를 송신하는 단계; 상기 송신기로부터 전력 수신 여부를 판단하는 단계; 및 상기 무선 전력 수신 중단 시, 상기 송신기로부터의 제2 검출 신호에 대한 응답 신호를 송신하는 단계;를 포함하는 전력 수신 방법을 제공할 수 있다.In addition, the power receiving method according to the embodiment is a method in which a receiver wirelessly receives power from a transmitter, the method comprising: transmitting a response signal to a first detection signal from the transmitter; Transmitting an identification signal to the transmitter; Receiving a first power from the transmitter; Transmitting a power increase request signal to the transmitter; Determining whether power is received from the transmitter; And transmitting a response signal to a second detection signal from the transmitter when the wireless power reception is stopped.

또한 실시예에 따른 전력 수신 방법에서, 상기 응답 신호를 수신한 상기 송신기로부터 기 설정된 전력을 수신하는 단계;를 더 포함하는 전력 수신 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power receiving method according to the embodiment, receiving a preset power from the transmitter that has received the response signal; may provide a power receiving method further comprising.

또한 실시예에 따른 전력 수신 방법에서, 상기 식별 신호는 상기 수신기의 수신허용 전력량을 포함하는 전력 수신 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power reception method according to the embodiment, the identification signal may provide a power reception method including an amount of power allowed to be received by the receiver.

또한 실시예에 따른 전력 수신 방법에서, 상기 전력 증가 요청 신호에 대응한 제2 전력을 수신 시, 상기 제2 전력과 요구 전력을 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 따라 상기 송신기로 제어 오차 값을 송신하는 단계; 상기 제어 오차 값은 양수, 영 또는 음수 중 어느 하나이고, 상기 전력 증가 요청 신호는 양수의 제어 오차 값에 대응하고, 전력 유지 요청 신호는 영의 제어 오차 값에 대응하며, 전력 감소 요청 신호는 음수의 제어 오차 값에 대응하는 전력 수신 방법을 제공할 수 있다.In addition, in the power receiving method according to the embodiment, when receiving the second power corresponding to the power increase request signal, comparing the second power and the required power; Transmitting a control error value to the transmitter according to the comparison result; The control error value is any one of positive, zero, or negative numbers, the power increase request signal corresponds to a positive control error value, the power maintenance request signal corresponds to a zero control error value, and the power reduction request signal is negative. It is possible to provide a power reception method corresponding to the control error value of.

또한 실시예에 따른 송신기는, 무선 전력 송신을 위한 송신 코일; 상기 송신 코일에 전력을 출력하는 전력변환기; 상기 송신 코일에 출력되는 전력의 양을 제어하기 위해 상기 전력변환기를 제어하는 제어기; 상기 제어기는, 수신장치로부터의 전력 증가 요청 신호에 기초하여 신규 전력을 결정하고, 상기 신규 전력과 상기 수신장치로부터의 수신허용 전력량 및 임계 전력값에 기초하여 상기 신규 전력의 생성 여부를 결정하는 송신기를 제공할 수 있다.In addition, a transmitter according to an embodiment includes: a transmission coil for wireless power transmission; A power converter outputting power to the transmitting coil; A controller controlling the power converter to control an amount of power output to the transmitting coil; The controller is a transmitter that determines new power based on a power increase request signal from a reception device, and determines whether to generate the new power based on the new power, a reception allowable power amount and a threshold power value from the reception device. Can provide.

또한 실시예에 따른 송신기는, 상기 수신허용 전력량과 상기 신규 전력의 차이 전력량에 따라 상기 신규 전력의 생성 여부를 결정하는 송신기를 제공할 수 있다.In addition, the transmitter according to the embodiment may provide a transmitter that determines whether to generate the new power according to the difference power amount between the allowable reception power and the new power.

또한 실시예에 따른 송신기는, 상기 수신허용 전력량과 상기 신규 전력의 오버슈트 피크치의 차이 전력량에 따라 상기 신규 전력의 생성 여부를 결정하는 송신기를 제공할 수 있다.In addition, the transmitter according to the embodiment may provide a transmitter that determines whether to generate the new power according to the difference power amount between the allowable reception power amount and the overshoot peak value of the new power.

또한 실시예에 따른 송신기에서, 상기 오버슈트 피크치는 상기 전력변환기의 현재 출력 전력으로부터 상기 신규 전력으로의 증가량 및 상기 신규 전력 값 중 적어도 하나에 기초하여 설정되는 송신기를 제공할 수 있다.In addition, in the transmitter according to the embodiment, the overshoot peak value may be set based on at least one of an increase amount from the current output power of the power converter to the new power and the new power value.

또한 실시예에 따른 송신기는, 상기 차이 전력 값이 전력 임계값을 초과하는 경우, 상기 신규 전력의 생성은 중단되는 송신기를 제공할 수 있다.In addition, the transmitter according to the embodiment may provide a transmitter in which generation of the new power is stopped when the difference power value exceeds a power threshold value.

또한 실시예에 따른 송신기에서, 상기 제어기는, 상기 전력 변환기의 구동 주파수, 입력 전압 또는 듀티 사이클(duty cycle) 중 어느 하나를 조절하여 상기 전력의 양을 제어하는 송신기를 제공할 수 있다.In addition, in the transmitter according to the embodiment, the controller may provide a transmitter that controls the amount of power by adjusting any one of a driving frequency, an input voltage, or a duty cycle of the power converter.

또한 실시예에 따른 송신기에서, 상기 제어기는, 상기 수신기로부터의 전력 증가 요청 신호와 상기 송신코일의 제1 전류에 기초하여 제2 전류를 결정하는 제1 연산부; 비례 제어, 적분 제어 및 미분 제어(proportional integral differential control; 이하 PID 제어)에 기초하여 제어량을 결정하는 PID 제어부; 및 상기 제어량 및 전회 제어 변수에 기초하여 금회 제어 변수를 결정하는 제2 연산부;를 포함하고, 상기 금회 제어 변수에 기초하여 상기 전력변환기를 제어하는 송신기를 제공할 수 있다.In addition, in the transmitter according to the embodiment, the controller includes: a first calculating unit configured to determine a second current based on a power increase request signal from the receiver and a first current of the transmission coil; A PID control unit that determines a control amount based on proportional control, integral control, and differential control (hereinafter referred to as PID control); And a second calculating unit that determines the current control variable based on the control amount and the previous control variable, and controls the power converter based on the current control variable.

또한 실시예에 따른 수신기는, 송신기로부터의 제1 전력을 수신하는 수신코일; 및 상기 송신기와 통신하는 제어기;를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 제1 전력과 요구 전력간의 오차를 기초로 전력 증가 요청 신호를 송신하고, 상기 전력 증가 요청 신호에 기초하여 제2 전력 또는 수신기 검출(Ping) 신호를 수신하는 수신기를 제공할 수 있다. In addition, a receiver according to an embodiment includes: a receiving coil for receiving first power from a transmitter; And a controller communicating with the transmitter; wherein the controller transmits a power increase request signal based on an error between the first power and a requested power, and detects a second power or a receiver based on the power increase request signal A receiver for receiving a (Ping) signal may be provided.

또한 실시예에 따른 수신기는, 상기 제어기는 상기 수신코일이 상기 제2 전력을 수신하면, 상기 제2 전력과 상기 요구 전력간의 오차를 판단하는 수신기를 제공할 수 있다. In addition, in the receiver according to the embodiment, the controller may provide a receiver that determines an error between the second power and the requested power when the receiving coil receives the second power.

또한 실시예에 따른 수신기에서, 상기 제어기는, 상기 검출 신호에 대한 응답 신호를 송신하는 수신기를 제공할 수 있다. In addition, in the receiver according to the embodiment, the controller may provide a receiver that transmits a response signal to the detection signal.

또한 실시예에 따른 수신기는, 상기 응답 신호를 수신한 상기 송신기로부터 기 설정된 전력을 수신하는 수신기를 제공할 수 있다.In addition, the receiver according to the embodiment may provide a receiver that receives a preset power from the transmitter that has received the response signal.

실시예는 무선 충전 중인 수신장치의 흔들림 등의 원인으로 송신장치와 수신장치의 결합 계수가 급변함에 따른 전력 전송의 불안정, 발열, 수신장치의 시스템 손상 문제점을 미연에 방지할 수 있다.According to the embodiment, instability of power transmission, heat generation, and system damage of the receiving device can be prevented in advance due to a sudden change in a coupling coefficient between a transmitting device and a receiving device due to shaking of a receiving device during wireless charging.

도 1은 자기 유도 방식 등가회로.
도 2는 자기 공진 방식 등가회로.
도 3a 및 3b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신부를 나타낸 블록도.
도 4a 및 도 4b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신부를 나타낸 블록도.
도 5는 무선전력전송 시스템의 동작 흐름도로써, 실시예에 따른 송신장치의 동작 상태를 중심으로 한 동작 흐름도.
도 6은 수신장치의 요구 전력 결정 방법에 관한 흐름도.
도 7은 송신장치의 전송 전력 결정 방법에 관한 흐름도.
도 8은 송신장치의 전력 전송 여부 결정 흐름도.
도 9 내지 도 11은 시간에 따라 전력 신호의 과도 상태 및 정상상태를 나타낸 도면.
도 12는 전력 전송 제어 방법을 위한 송신장치의 제어부를 상세히 나타낸 도면.
도 13은 전력 전송 상태에서 송신장치의 타이밍도.
1 is a magnetic induction method equivalent circuit.
2 is a magnetic resonance method equivalent circuit.
3A and 3B are block diagrams showing a transmitter as one of sub-systems constituting a wireless power transmission system.
4A and 4B are block diagrams showing a receiver as one of sub-systems constituting a wireless power transmission system.
5 is a flowchart illustrating an operation of the wireless power transmission system, focusing on the operation state of the transmission device according to the embodiment.
6 is a flowchart illustrating a method of determining a required power of a receiving device.
7 is a flowchart illustrating a method of determining transmission power of a transmission device.
8 is a flow chart of a transmission device determining whether to transmit power.
9 to 11 are diagrams showing a transient state and a steady state of a power signal over time.
12 is a diagram showing in detail a control unit of a transmission device for a power transmission control method.
13 is a timing diagram of a transmission device in a power transmission state.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 무선으로 전력을 전송하는 기능을 구비한 송신장치와 무선으로 전력을 수신하는 수신장치를 포함한 무선전력전송 시스템을 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, a wireless power transmission system including a transmission device having a function for wirelessly transmitting power and a receiving device for wirelessly receiving power according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In addition, in the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Throughout the specification, the same reference numbers indicate the same elements.

실시예는 무선 전력 전송을 위하여 저주파(50kHz)부터 고주파(15MHz)까지의 다양한 종류의 주파수 대역을 선택적으로 사용하며, 시스템 제어를 위하여 데이터 및 제어신호를 교환할 수 있는 통신시스템을 포함할 수도 있다.The embodiment selectively uses various types of frequency bands from low frequency (50 kHz) to high frequency (15 MHz) for wireless power transmission, and may include a communication system capable of exchanging data and control signals for system control. .

실시예는 배터리를 사용하거나 필요로 하는 전자기기를 사용하는 휴대단말 산업, 스마트 시계 산업, 컴퓨터 및 노트북 산업, 가전기기 산업, 전기자동차 산업, 의료기기 산업, 로봇 산업 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.The embodiments can be applied to various industrial fields such as the portable terminal industry, the smart watch industry, the computer and notebook industry, the home appliance industry, the electric vehicle industry, the medical device industry, the robot industry, etc. .

실시예는 하나 또는 복수개의 전송 코일을 사용하여 한 개 이상의 다수기기에 전력 전송이 가능한 시스템을 고려할 수 있다.The embodiment may consider a system capable of transmitting power to one or more multiple devices using one or a plurality of transmission coils.

실시예에 따르면 스마트폰, 노트북 등 모바일 기기에서의 배터리 부족문제를 해결할 수 있고, 일 예로 테이블에 무선충전패드를 놓고 그 위에서 스마트폰, 노트북을 사용하면 자동으로 배터리가 충전되어 장시간 사용할 수 있게 된다. 또한 까페, 공항, 택시, 사무실, 식당 등 공공장소에 무선충전패드를 설치하면 모바일기기 제조사별로 상이한 충전단자에 상관없이 다양한 모바일기기를 충전할 수 있다. 또한 무선전력전송 기술이 청소기, 선풍기 등의 생활가전제품에 적용되면 전원케이블을 찾아 다닐 필요가 없게 되고 가정 내에서 복잡한 전선이 사라지면서 건물 내 배선이 줄고 공간활용 폭도 넓어질 수 있다. 또한 현재의 가정용 전원으로 전기자동차를 충전할 경우 많은 시간이 소요되지만 무선전력전송 기술을 통해서 고전력을 전송한다면 충전시간을 줄일 수 있게 되고 주차장 바닥에 무선충전시설을 설치하게 되면 전기자동차 주변에 전원케이블을 준비 해야 하는 불편함을 해소 할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to solve the problem of battery shortage in mobile devices such as smartphones and laptops. For example, if you place a wireless charging pad on a table and use a smartphone or laptop on it, the battery is automatically charged and can be used for a long time . In addition, if a wireless charging pad is installed in public places such as cafes, airports, taxis, offices, and restaurants, various mobile devices can be charged regardless of different charging terminals for each mobile device manufacturer. In addition, when wireless power transmission technology is applied to household appliances such as vacuum cleaners and fans, there is no need to search for power cables, and as complicated wires disappear in the home, wiring in the building can be reduced and the width of space utilization can be widened. In addition, it takes a lot of time to charge an electric vehicle with the current household power source, but if high power is transmitted through wireless power transmission technology, the charging time can be shortened. You can relieve the inconvenience of having to prepare.

실시예에서 사용되는 용어와 약어는 다음과 같다.Terms and abbreviations used in the examples are as follows.

무선전력전송 시스템 (Wireless Power Transfer System): 자기장 영역 내에서 무선 전력 전송을 제공하는 시스템 Wireless Power Transfer System: A system that provides wireless power transfer within a magnetic field.

송신장치(Wireless Power Transfer System-Charger; Power Transfer Unit: PTU): 자기장 영역 내에서 전력수신기에게 무선전력전송을 제공하며 시스템 전체를 관리하는 장치로 송신장치 또는 송신기로 지칭할 수 있다. Transmitter (Wireless Power Transfer System-Charger; Power Transfer Unit: PTU): A device that provides wireless power transfer to a power receiver within a magnetic field and manages the entire system. It can be referred to as a transmitter or a transmitter.

수신장치(Wireless Power Receiver System-Device; Power Receiver Unit: PRU): 자기장 영역 내에서 전력송신기로부터 무선전력 전송을 제공받는 장치로 수신장치 또는 수신기로 지칭할 수 있다. Receiver (Wireless Power Receiver System-Device; Power Receiver Unit: PRU): A device that receives wireless power transmission from a power transmitter within a magnetic field, and can be referred to as a receiver or receiver.

충전 영역(Charging Area): 자기장 영역 내에서 실제적인 무선 전력 전송이 이루어지는 지역이며, 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작주파수에 따라 변할 수 있다. Charging Area: An area where actual wireless power transmission takes place within the magnetic field area, and may vary depending on the size of the application product, the required power, and the operating frequency.

S 파라미터(Scattering parameter): S 파라미터는 주파수 분포상에서 입력전압 대 출력전압의 비로 입력 포트 대 출력 포트의 비(Transmission; S21) 또는 각각의 입/출력 포트의 자체 반사값, 즉 자신의 입력에 의해 반사되어 돌아오는 출력의 값(Reflection; S11, S22). S parameter (Scattering parameter): The S parameter is the ratio of the input voltage to the output voltage in the frequency distribution. The reflected output value (Reflection; S11, S22).

품질 지수 Q(Quality factor): 공진에서 Q의 값은 주파수 선택의 품질을 의미하고 Q 값이 높을수록 공진 특성이 좋으며, Q 값은 공진기에서 저장되는 에너지와 손실되는 에너지의 비로 표현됨. Quality factor Q (Quality factor): In resonance, the value of Q means the quality of frequency selection, the higher the Q value, the better the resonance characteristic, and the Q value is expressed as the ratio of the energy stored in the resonator and the energy lost.

무선으로 전력을 전송하는 원리를 살펴보면, 무선 전력 전송 원리로 크게 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 있다.Looking at the principle of wireless power transmission, there are largely a magnetic induction method and a magnetic resonance method as the principle of wireless power transmission.

자기 유도 방식은 소스 인덕터(Ls)와 부하 인덕터(Ll)를 서로 근접시켜 한쪽의 소스 인덕터(Ls)에 전류를 흘리면 발생하는 자속을 매개로 부하 인덕터(Ll)에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술이다. 그리고 자기 공진 방식은 2개의 공진기를 결합하는 것으로 2개의 공진기 간의 고유 주파수에 의한 자기 공진이 발생하여 동일 주파수로 진동 하면서 동일 파장 범위에서 전기장 및 자기장을 형성시키는 공명 기법을 활용하여 에너지를 무선으로 전송하는 기술이다.The magnetic induction method is a non-contact energy transmission technology in which an electromotive force is generated in the load inductor (Ll) as a medium through the magnetic flux generated when the source inductor (Ls) and the load inductor (Ll) are brought close to each other and current flows through one source inductor (Ls). to be. And the magnetic resonance method combines two resonators, and energy is transmitted wirelessly using a resonance technique that generates an electric field and a magnetic field in the same wavelength range while vibrating at the same frequency by generating magnetic resonance due to the natural frequency between the two resonators. It is a skill to do.

도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다. 1 is a magnetic induction method equivalent circuit.

도 1을 참조하면, 자기 유도 방식 등가회로에서 송신부는 전원을 공급하는 장치에 따른 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs), 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs) 그리고 수신부와의 자기적 결합을 위한 소스 코일(Ls)로 구현될 수 있고, 수신부는 수신부의 등가 저항인 부하 저항(Rl), 임피던스 매칭을 위한 부하 커패시터(Cl) 그리고 송신부와의 자기적 결합을 위한 부하 코일(Ll)로 구현될 수 있고, 소스 코일(Ls)과 부하 코일(Ll)의 자기적 결합 정도는 상호 인덕턴스(Msl)로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 1, in the magnetic induction equivalent circuit, the transmitter performs magnetic coupling with the source voltage (Vs), the source resistance (Rs), the source capacitor (Cs) for impedance matching, and the receiver according to the device supplying power. It can be implemented as a source coil (Ls) for the receiver, and the receiver is implemented with a load resistance (Rl) that is an equivalent resistance of the receiver, a load capacitor (Cl) for impedance matching, and a load coil (Ll) for magnetic coupling with the transmitter. The degree of magnetic coupling between the source coil Ls and the load coil Ll can be expressed as mutual inductance Msl.

도 1에서 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs)와 부하 커패시터(Cl)이 없는 오로지 코일로만 이루어진 자기 유도 등가회로로부터 입력전압 대 출력전압의 비(S21)를 구하여 이로부터 최대 전력 전송 조건을 찾으면 최대 전력 전송 조건은 이하 수학식 1을 충족한다.In Fig. 1, the maximum power transmission condition is obtained by obtaining the ratio of the input voltage to the output voltage (S21) from a self-induction equivalent circuit consisting only of a coil without a source capacitor (Cs) and a load capacitor (Cl) for impedance matching. The power transmission condition satisfies Equation 1 below.

수학식 1Equation 1

Ls/Rs=Ll/RlLs/Rs=Ll/Rl

상기 수학식 1에 따라 송신 코일(Ls)의 인덕턴스와 소스 저항(Rs)의 비와 부하 코일(Ll)의 인덕턴스와 부하 저항(Rl)의 비가 같을 때 최대 전력 전송이 가능하다. 인덕턴스만 존재하는 시스템에서는 리액턴스를 보상할 수 있는 커패시터가 존재하지 않기 때문에 최대 전력 전달이 이루이지는 지점에서 입/출력 포트의 자체 반사값(S11)의 값은 0이 될 수 없고, 상호 인덕턴스(Msl) 값에 따라 전력 전달 효율이 크게 변화할 수 있다. 그리하여 임피던스 매칭을 위한 보상 커패시터로써 송신부에 소스 커패시터(Cs)가 부가될 수 있고, 수신부에 부하 커패시터(Cl)가 부가될 수 있다. 상기 보상 커패시터(Cs, Cl)는 예로 수신 코일(Ls) 및 부하 코일(Ll) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한 임피던스 매칭을 위하여 송신부 및 수신부 각각에는 보상 커패시터 뿐만 아니라 추가적인 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 소자가 더 부가될 수 있다.According to Equation 1, maximum power transmission is possible when the ratio of the inductance of the transmission coil Ls and the source resistance Rs and the inductance of the load coil Ll and the load resistance Rl are the same. In a system with only inductance, since there is no capacitor capable of compensating for reactance, the value of the self-reflection value (S11) of the input/output port at the point where the maximum power transfer is achieved cannot be 0, and the mutual inductance ( Msl) value can greatly change the power transfer efficiency. Thus, the source capacitor Cs may be added to the transmitter as a compensation capacitor for impedance matching, and the load capacitor Cl may be added to the receiver. The compensation capacitors Cs and Cl may be connected in series or parallel to each of the receiving coil Ls and the load coil Ll, for example. In addition, passive elements such as additional capacitors and inductors may be further added to each of the transmitter and receiver for impedance matching.

도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다. 2 is a magnetic resonance equivalent circuit.

도 2를 참조하면, 자기 공진 방식 등가회로에서 송신부는 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs) 그리고 소스 인덕터(Ls)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 소스 코일(Source coil)과 송신측 공진 인덕터(L1)와 송신측 공진 커패시터(C1)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 송신측 공진 코일(Resonant coil)로 구현되고, 수신부는 부하 저항(Rl)와 부하 인덕터(Ll)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 부하 코일(Load coil)과 수신측 공진 인덕터(L2)와 수신측 공진 커패시터(C2)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 수신측 공진 코일로 구현되며, 소스 인덕터(Ls)와 송신측 인덕터(L1)는 K01의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 부하 인덕터(Ll)와 부하측 공진 인덕터(L2)는 K23의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 송신측 공진 인덕터(L1)와 수신측 공진 인덕터(L2)는 K12의 결합 계수로 자기적으로 결합된다. 또 다른 실시예의 등가회로에서는 소스 코일 및/또는 부하 코일을 생략하고 송신측 공진 코일과 수신측 공진 코일만으로 이루어질 수도 있다. Referring to FIG. 2, in the self-resonant equivalent circuit, the transmitting unit comprises a source coil and a transmitting-side resonance inductor forming a closed circuit by serial connection of a source voltage (Vs), a source resistance (Rs), and a source inductor (Ls). (L1) and the transmitting-side resonance capacitor (C1) are connected in series and implemented as a transmitting-side resonant coil constituting a closed circuit, and the receiving unit establishes a closed circuit by connecting the load resistance (Rl) and the load inductor (Ll) in series. It is implemented as a receiving-side resonance coil constituting a closed circuit by serial connection of a load coil, a receiving-side resonance inductor (L2) and a receiving-side resonance capacitor (C2), and a source inductor (Ls) and a transmitting-side inductor ( L1) is magnetically coupled with the coupling coefficient of K01, the load inductor Ll and the load-side resonance inductor (L2) are magnetically coupled with the coupling coefficient of K23, and the transmission-side resonance inductor (L1) and the receiving-side resonance inductor (L2) is magnetically coupled with the coupling coefficient of K12. In the equivalent circuit of another embodiment, the source coil and/or the load coil may be omitted, and only the transmitting-side resonance coil and the receiving-side resonance coil may be formed.

자기 공진 방식은 두 공진기의 공진 주파수가 동일할 때에는 송신부의 공진기의 에너지의 대부분이 수신부의 공진기로 전달되어 전력 전달 효율이 향상될 수 있고, 자기 공진 방식에서의 효율은 이하 수학식 2를 충족할 때 좋아진다.In the magnetic resonance method, when the resonance frequencies of the two resonators are the same, most of the energy of the resonator of the transmitter is transferred to the resonator of the receiver, so that power transfer efficiency can be improved, and the efficiency in the magnetic resonance method can satisfy Equation 2 below. When it gets better.

수학식 2Equation 2

k/Γ >> 1 (k는 결합계수, Γ 감쇄율)k/Γ >> 1 (k is the coupling coefficient, Γ attenuation rate)

자기 공진 방식에서 효율을 증가시키기 위하여 임피던스 매칭을 위한 소자를 부가할 수 있고, 임피던스 매칭 소자는 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 소자가 될 수 있다.In order to increase the efficiency in the magnetic resonance method, an element for impedance matching may be added, and the impedance matching element may be a passive element such as an inductor and a capacitor.

이와 같은 무선 전력 전송 원리를 바탕으로 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전달하기 위한 무선전력전송 시스템을 살펴본다.Based on the wireless power transmission principle, a wireless power transmission system for transmitting power using a magnetic induction method or a magnetic resonance method will be described.

<송신부><Sending Department>

도 3a 및 도 3b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 송신부를 나타낸 블록도이다. 3A and 3B are block diagrams illustrating a transmitter as one of sub-systems constituting a wireless power transmission system.

도 3a를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 송신부(1000)와 상기 송신부(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신부(2000)를 포함할 수 있다. 상기 송신부(1000)는 입력되는 교류 신호를 전력 변환하여 교류 신호로 출력하는 송신측 전력변환부(101)와 상기 송신측 전력변환부(101)로부터 출력되는 교류 신호에 기초하여 자기장을 생성하여 충전 영역 내의 수신부(2000)에 전력을 제공하는 송신측 공진회로부(102) 및 상기 송신측 전력변환부(101)의 전력 변환을 제어하고, 상기 송신측 전력변환부(101)의 출력 신호의 진폭과 주파수를 조절하고, 상기 송신측 공진회로부(102)의 임피던스 매칭을 수행하며, 상기 송신측 전력변환부(101) 및 상기 송신측 공진회로부(102)로부터 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하며, 상기 수신부(2000)와 무선 통신할 수 있는 송신측 제어부(103)를 포함할 수 있다. 상기 송신측 전력변환부(101)는 교류신호를 직류로 변환하는 전력변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력변환부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 상기 송신측 공진회로부(102)는 코일과 상기 코일과 공진할 수 있는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다. 또한 상기 송신측 제어부(103)는 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하기 위한 센싱부와 무선 통신부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the wireless power transmission system according to the embodiment may include a transmission unit 1000 and a reception unit 2000 that receives power wirelessly from the transmission unit 1000. The transmission unit 1000 generates a magnetic field based on an AC signal output from the transmission side power conversion unit 101 and the transmission side power conversion unit 101 that converts the power of the input AC signal and outputs the AC signal to be charged. Controls the power conversion of the transmission-side resonant circuit unit 102 and the transmission-side power conversion unit 101 providing power to the receiving unit 2000 in the region, and the amplitude of the output signal of the transmission-side power conversion unit 101 Adjusts the frequency, performs impedance matching of the transmission-side resonance circuit unit 102, senses impedance, voltage, and current information from the transmission-side power conversion unit 101 and the transmission-side resonance circuit unit 102, and the It may include a transmitting-side control unit 103 capable of wireless communication with the receiving unit 2000. The transmission-side power conversion unit 101 may include at least one of a power conversion unit for converting an AC signal to DC, a power conversion unit for outputting DC by varying a level of DC, and a power conversion unit for converting DC to AC. I can. In addition, the transmission-side resonance circuit unit 102 may include a coil and an impedance matching unit capable of resonating with the coil. In addition, the transmission-side control unit 103 may include a sensing unit and a wireless communication unit for sensing impedance, voltage, and current information.

또한 도 3b를 참조하면, 상기 송신부(1000)는 송신측 교류/직류 변환부(1100), 송신측 직류/교류 변환부(1200), 송신측 임피던스 매칭부(1300), 송신 코일부(1400) 그리고 송신측 통신 및 제어부(1500)을 포함할 수 있다. Also, referring to FIG. 3B, the transmission unit 1000 includes a transmission-side AC/DC converter 1100, a transmission-side DC/AC conversion unit 1200, a transmission-side impedance matching unit 1300, and a transmission coil unit 1400. And it may include a transmission side communication and control unit 1500.

송신측 교류/직류 변환부(1100)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 외부로부터 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 전력 변환부로써, 상기 송신측 교류/직류 변환부(1100)는 서브 시스템으로 정류기(1110)와 송신측 직류/직류 변환부(1120)을 포함할 수 있다. 상기 정류기(1110)는 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 시스템으로써 이를 구현하는 실시예로 고주파수 동작 시 상대적으로 높은 효율을 가지는 다이오드 정류기, 원-칩(one-chip)화가 가능한 동기 정류기 또는 원가 및 공간 절약이 가능하고 및 데드 타임(Dead time)의 자유도가 높은 하이브리드 정류기가 될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 교류를 직류로 변환하는 시스템이라면 적용 가능하다. 또한 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 상기 정류기(1110)으로부터 제공되는 직류 신호의 레벨을 조절하는 것으로 이를 구현하는 예로 입력 신호의 레벨을 낮추는 벅 컨버터(Buck converter), 입력 신호의 레벨을 높이는 부스트 컨버터(Boost converter), 입력 신호의 레벨을 낮추거나 높일 수 있는 벅 부스트 컨버터(Buck Boost converter) 또는 축 컨버터(Cuk converter)가 될 수 있다. 또한 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)는 전력 변환 제어 기능을 하는 스위치소자와 전력 변환 매개 역할 또는 출력 전압 평활 기능을 하는 인덕터 및 커패시터, 전압 이득을 조절 또는 전기적인 분리 기능(절연 기능)을 하는 트랜스 등을 포함할 수 있으며, 입력되는 직류 신호에 포함된 리플 성분 또는 맥동 성분(직류 신호에 포함된 교류 성분)을 제거하는 기능을 할 수 있다. 그리고 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)의 출력 신호의 지령치와 실제 출력 치와의 오차는 피드백 방식을 통해 조절될 수 있고, 이는 상기 송신측 통신 및 제어부(1500)에 의하여 이루어 질 수 있다.The transmission side AC/DC conversion unit 1100 is a power conversion unit that converts an AC signal provided from the outside into a DC signal under the control of the transmission side communication and the control unit 1500, and the transmission side AC/DC conversion unit 1100 May include a rectifier 1110 and a transmission-side DC/DC converter 1120 as a subsystem. The rectifier 1110 is a system that converts a provided AC signal into a DC signal, and is an embodiment that implements this. A diode rectifier having a relatively high efficiency during high frequency operation, a one-chip synchronous rectifier or cost And it is possible to save space and can be a hybrid rectifier having a high degree of freedom in dead time. However, it is not limited thereto, and can be applied to a system that converts AC to DC. In addition, the transmission-side DC/DC converter 1120 controls the level of the DC signal provided from the rectifier 1110 under the control of the transmission-side communication and control unit 1500. For example, the level of the input signal is lowered. It may be a buck converter, a boost converter that increases the level of an input signal, a buck boost converter that can lower or increase the level of an input signal, or a Cuk converter. In addition, the transmission-side DC/DC converter 1120 includes a switch element serving as a power conversion control function, an inductor and a capacitor serving as a power conversion medium or output voltage smoothing function, and a voltage gain control or electrical separation function (insulation function). A transformer or the like may be included, and may function to remove a ripple component or a pulsation component (AC component included in the DC signal) included in the input DC signal. In addition, an error between the command value of the output signal of the transmitting DC/DC converter 1120 and the actual output value may be adjusted through a feedback method, which may be achieved by the transmitting communication and the control unit 1500. .

송신측 직류/교류 변환부(1200)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 송신측 교류/직류 변환부(1100)으로부터 출력되는 직류 신호를 교류 신호로 변환하고, 변환된 교류 신호의 주파수를 조절할 수 있는 시스템으로 이를 구현하는 예로 하프 브릿지 인버터(Half bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(Full bridge inverter)가 있다. 그리고 무선전력전송 시스템은 직류를 교류로 변환하는 다양한 증폭기가 적용될 수 있고, 예로 A급, B급, AB급, C급, E 급 F급 증폭기가 있다. 또한 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 출력 신호의 주파수를 생성하는 오실레이터(Ocillator)와 출력 신호를 증폭하는 파워 증폭부를 포함할 수 있다.The transmission-side DC/AC converter 1200 converts the DC signal output from the transmission-side AC/DC converter 1100 into an AC signal under the control of the transmission-side communication and control unit 1500, and converts the frequency of the converted AC signal. An example of implementing this as a system that can control the system is a half bridge inverter or a full bridge inverter. In addition, various amplifiers that convert DC into AC can be applied to the wireless power transmission system, for example, A class, B class, AB class, C class, E class F class amplifier. In addition, the transmission-side DC/AC converter 1200 may include an oscillator generating a frequency of an output signal and a power amplifier amplifying an output signal.

상기 교류/직류 변환부(1100) 및 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 구성은 교류 전력 공급기로 대체할 수 있으며, 생략되거나 또 다른 구성으로 대체할 수도 있다.The configurations of the AC/DC converter 1100 and the transmission-side DC/AC converter 1200 may be replaced with an AC power supply, or may be omitted or replaced with another configuration.

송신측 임피던스 매칭부(1300)는 서로 다른 임피던스를 가진 지점에서 반사파를 최소화하여 신호의 흐름을 좋게 한다. 송신부(1000)와 수신부(2000)의 두 코일은 공간적으로 분리되어 있어 자기장의 누설이 많으므로 상기 송신부(1000)와 수신부(2000)의 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정하여 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 인덕터, 커패시터 그리고 저항 소자 중 적어도 하나로 구성될 수 있고, 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 상기 인덕터의 인덕턴스와 커패시터의 커패시턴스 그리고 저항의 저항 값을 가변하여 임피던스 매칭을 위한 임피던스 값을 조정할 수 있다. 그리고 무선전력전송 시스템이 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 직렬 공진 구조 또는 병렬 공진 구조를 가질 수 있고, 송신부(1000)와 수신부(2000) 사이의 유도 결합 계수를 증가시켜 에너지 손실을 최소화 할 수 있다. 그리고 무선전력전송 시스템이 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 송신부(1000)와 수신부(2000) 간의 이격 거리가 변화되거나 금속성 이물질(FO; Foreign Object), 다수의 디바이스에 의한 상호 영향 등에 따라 코일의 특성의 변화로 에너지 전송 선로상의 매칭 임피던스 변화에 따른 임피던스 매칭의 실시간 보정을 가능하게 할 수 있고, 그 보정 방식으로써 커패시터를 이용한 멀티 매칭 방식, 멀티 안테나를 이용한 매칭 방식, 멀티 루프를 이용한 방식 등이 될 수 있다.The transmission-side impedance matching unit 1300 minimizes reflected waves at points having different impedances to improve signal flow. Since the two coils of the transmitting unit 1000 and the receiving unit 2000 are spatially separated, there is a lot of leakage of the magnetic field, so the difference in impedance between the two connecting terminals of the transmitting unit 1000 and the receiving unit 2000 is corrected to improve power transfer efficiency. I can make it. The transmission-side impedance matching unit 1300 may be composed of at least one of an inductor, a capacitor, and a resistance element, and under the control of the communication and control unit 1500, the inductance of the inductor, the capacitance of the capacitor, and the resistance value of the resistor are varied You can adjust the impedance value for matching. And when the wireless power transmission system transmits power in a magnetic induction method, the transmission-side impedance matching unit 1300 may have a series resonance structure or a parallel resonance structure, and an inductive coupling between the transmission unit 1000 and the reception unit 2000 Energy loss can be minimized by increasing the coefficient. In addition, when the wireless power transmission system transmits power in a self-resonant manner, the transmission-side impedance matching unit 1300 may change the separation distance between the transmission unit 1000 and the reception unit 2000, or a metallic foreign object (FO), It is possible to perform real-time correction of impedance matching according to the change of matching impedance on the energy transmission line due to the change of the characteristics of the coil according to the mutual influence of the device. It may be a matching method, a method using a multi-loop, or the like.

송신측 코일(1400)은 복수개의 코일 또는 단수개의 코일로 구현될 수 있고, 송신측 코일(1400)이 복수개로 구비되는 경우 이들은 서로 이격되어 배치되거나 서로 중첩되어 배치될 수 있고, 이들이 중첩되어 배치되는 경우 중첩되는 면적은 자속 밀도의 편차를 고려하여 결정할 수 있다. 또한 송신측 코일(1400)을 제작할 때 내부 저항 및 방사 저항을 고려하여 제작할 수 있고, 이 때 저항 성분이 작으면 품질 지수(Quality factor)가 높아지고 전송 효율이 상승할 수 있다.The transmitting-side coil 1400 may be implemented as a plurality of coils or a singular number of coils, and when a plurality of transmitting-side coils 1400 are provided, they may be spaced apart from each other or disposed to overlap each other, and they may be disposed to overlap. In this case, the overlapping area can be determined in consideration of variations in magnetic flux density. In addition, when manufacturing the transmitting-side coil 1400, it may be manufactured in consideration of internal resistance and radiation resistance. In this case, when the resistance component is small, a quality factor may increase and transmission efficiency may increase.

통신 및 제어부(1500)는 송신측 제어부(1510)와 송신측 통신부(1520)를 포함할 수 있다. 상기 송신측 제어부(1510)는 수신부(2000)의 전력 요구량, 현재 충전량, 수신부의 정류기 출력단의 전압(Vrect), 복수 수신부의 각 충전 효율 그리고 무선 전력 방식중 적어도 하나 이상을 고려하여 상기 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 출력 전압(또는 송신 코일에 흐르는 전류(Itx_coil)을 조절하는 역할을 할 수 있다. 그리고 최대 전력 전송 효율를 고려하여 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)를 구동하기 위한 주파수 및 스위칭 파형들을 생성하여 전송될 전력을 제어할 수 있다. 또한 수신부(2000)의 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 수신부(2000)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 한편 상기 송신측 제어부(1510)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤유닛(Micro Controller Unit) 또는 마이콤(Micom)이라고 지칭할 수 있다. 상기 송신측 통신부(1520)는 수신측 통신부(2620)와 통신을 수행할 수 있고, 통신 방식의 일 예로 블루투스, NFC, Zigbee 등의 근거리 통신 방식을 이용할 수 있다. 상기 송신측 통신부(1520)와 수신측 통신부(2620)는 서로간에 충전 상황 정보 및 충전 제어 명령 등의 송수신을 진행할 수 있다. 그리고 상기 충전 상황 정보로는 수신부(2000)의 개수, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 그리고 송신부(1000)의 전송 전력량 등을 포함할 수 있다. 또한 송신측 통신부(1520)는 수신부(2000)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있고, 상기 충전 기능 제어 신호는 수신부(2000)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다. The communication and control unit 1500 may include a transmission-side control unit 1510 and a transmission-side communication unit 1520. The transmission-side control unit 1510 considers at least one of a power request amount of the receiving unit 2000, a current charge amount, a voltage (Vrect) of the rectifier output terminal of the receiving unit, each charging efficiency of a plurality of receiving units, and a wireless power method. It may play a role of adjusting the output voltage of the /DC converter 1100 (or the current flowing through the transmission coil (Itx_coil). And driving the transmission side DC/AC converter 1200 in consideration of maximum power transmission efficiency) The power to be transmitted can be controlled by generating frequency and switching waveforms for the reception unit 2000. Also, the operation of the reception unit 2000 using an algorithm, program, or application required for control read from the storage unit (not shown) of the reception unit 2000 Meanwhile, the transmission-side control unit 1510 may be referred to as a microprocessor, a microcontroller unit, or a Micom, and the transmission-side communication unit 1520 is a receiving-side communication unit. 2620), and as an example of a communication method, a short-range communication method such as Bluetooth, NFC, Zigbee, etc. may be used. The transmitting-side communication unit 1520 and the receiving-side communication unit 2620 provide charging status information between each other. And transmission and reception of a charge control command, etc. And the charging status information includes the number of receivers 2000, remaining battery capacity, number of times of charging, usage, battery capacity, battery ratio, and transmission power amount of the transmitter 1000. In addition, the transmission-side communication unit 1520 may transmit a charging function control signal that controls the charging function of the receiving unit 2000, and the charging function control signal controls the receiving unit 2000 to enable the charging function. It may be a control signal to enable (enabled) or disable (disabled).

이처럼, 송신측 통신부(1520)는 별도의 모듈로 구성되는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 형식으로 통신될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 송신부가 전송하는 전력신호를 이용하여 수신부가 송신부에 전달하는 피드백 신호를 이용하고, 송신부가 전송하는 전력신호의 주파수를 쉬프트(Frequency shift)를 이용하여 송신부가 수신부에 신호를 전송하는 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 수신부는 피드백 신호를 변조하여 충전 개시, 충전 종료, 배터리 상태 등의 정보를 피드백 신호를 통해 송신기에 전달할 수도 있다. 또한 상기 송신측 통신부(1520)는 상기 송신측 제어부(1510)와 별도로 구성될 수 있고, 상기 수신부(2000) 또한 수신측 통신부(2620)가 수신 장치의 제어부(2610)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다.In this way, the transmitting-side communication unit 1520 may communicate in an out-of-band format configured as a separate module, but is not limited thereto, and the receiving unit uses the power signal transmitted by the transmitting unit. Communication can also be performed in an in-band format in which the transmitter transmits a signal to the receiver by using a feedback signal transmitted to the transmitter and by shifting the frequency of the power signal transmitted by the transmitter. have. For example, the receiver may modulate the feedback signal to transmit information such as charging start, charging end, and battery status to the transmitter through the feedback signal. In addition, the transmitting-side communication unit 1520 may be configured separately from the transmitting-side control unit 1510, and the receiving unit 2000 and the receiving-side communication unit 2620 may be included in or separately configured in the control unit 2610 of the receiving device. have.

또한 실시예에 따른 무선전력전송 시스템의 송신부(1000)는 검출부(1600)를 추가로 구비할 수 있다.In addition, the transmission unit 1000 of the wireless power transmission system according to the embodiment may further include a detection unit 1600.

상기 검출부(1600)는 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 입력 신호, 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 출력 신호, 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 입력 신호, 송신측 직류/교류 변환부(1200)의 출력 신호, 송신측 임피던스 매칭부(1300)의 입력 신호, 송신측 임피던스 매칭부(1300)의 출력 신호, 송신측 코일(1400)의 입력 신호 또는 송신측 코일(1400) 상의 신호 중 적어도 하나를 검출할 수 있다. 일 예로, 상기 신호는 전류에 대한 정보, 전압에 대한 정보 또는 임피던스에 대한 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 검출된 신호는 통신 및 제어부(1500)로 피드백되고 이를 기초로 상기 통신 및 제어부(1500)는 송신측 교류/직류 변환부(1100), 송신측 직류/교류 변환부(1200), 송신측 임피던스 매칭부(1300)를 제어할 수 있다. 또한 상기 검출부(1600)의 검출 결과를 기초하여 상기 통신 및 제어부(1500)는 FOD(Foreign object detection)를 수행할 수 있다. 그리고 상기 검출되는 신호는 전압 및 전류 중 적어도 하나일 수 있다. 한편 상기 검출부(1600)는 통신 및 제어부(1500)와 상이한 하드웨어로 구성되거나, 하나의 하드웨어로 구현될 수 있다.The detection unit 1600 includes an input signal of the transmitting AC/DC converter 1100, an output signal of the transmitting AC/DC converter 1100, an input signal of the transmitting DC/AC converter 1200, and The output signal of the DC/AC converter 1200, the input signal of the transmission-side impedance matching unit 1300, the output signal of the transmission-side impedance matching unit 1300, the input signal of the transmission-side coil 1400, or a transmission-side coil ( At least one of the signals on 1400) may be detected. As an example, the signal may include at least one of information on current, information on voltage, and information on impedance. The detected signal is fed back to the communication and control unit 1500, and based on this, the communication and control unit 1500 uses the transmission side AC/DC conversion unit 1100, the transmission side DC/AC conversion unit 1200, and the transmission side impedance matching. The unit 1300 can be controlled. Also, the communication and control unit 1500 may perform foreign object detection (FOD) based on the detection result of the detection unit 1600. In addition, the detected signal may be at least one of voltage and current. Meanwhile, the detection unit 1600 may be configured with hardware different from the communication and control unit 1500 or may be implemented as one piece of hardware.

<수신부><Receiver>

도 4a 및 도 4b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 수신부(또는, 수신 장치)를 나타낸 블록도이다. 도 4a를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 송신부(1000)와 상기 송신부(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신부(2000)를 포함할 수 있다. 상기 수신장치(2000)는 상기 송신장치(1000)로부터 전송되는 교류 신호를 수신하는 수신측 공진회로부(201), 상기 수신측 공진회로부(201)로부터의 교류 전력을 전력 변환하여 직류 신호로 출력하는 수신측 전력변환부(202)와 상기 수신측 전력변환부(202)로부터 출력되는 직류 신호를 수신하여 충전되는 부하(2500) 그리고 상기 수신측 공진회로부(201)의 전류 전압을 센싱하거나, 상기 수신측 공진회로부(201)의 임피던스 매칭을 수행하거나, 상기 수신측 전력변환부(202)의 전력 변환을 제어하고, 상기 수신측 전력변환부(202)의 출력 신호의 레벨을 조절하거나, 상기 수신측 전력변환부(202)의 입력 또는 출력 전압이나 전류를 센싱하거나, 상기 수신측 전력변환부(202)의 출력 신호의 상기 부하(2500)로의 공급 여부를 제어하거나, 상기 송신장치(1000)와 통신할 수 있는 수신측 제어부(203)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 수신측 전력변환부(202)는 교류신호를 직류로 변환하는 전력변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력변환부를 포함할 수 있다. 또한 도 4b를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 송신부(또는, 송신 장치)(1000)와 상기 송신부(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 수신부(또는, 수신 장치)(2000)를 포함할 수 있고, 상기 수신부(2000)는 수신측 코일부(2100) 및 수신측 임피던스 매칭부(2200)로 구성된 수신측 공진회로부(2120), 수신측 교류/직류 변환부(2300), 직류/직류변환부(2400), 부하(2500) 및 수신측 통신 및 제어부(2600)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 교류 신호를 직류 신호로 정류하는 정류부로 지칭할 수 있다. 4A and 4B are block diagrams illustrating a receiving unit (or receiving device) as one of sub-systems constituting a wireless power transmission system. Referring to FIG. 4A, the wireless power transmission system according to the embodiment may include a transmission unit 1000 and a reception unit 2000 that receives power wirelessly from the transmission unit 1000. The reception device 2000 converts AC power from the reception side resonance circuit unit 201 and the reception side resonance circuit unit 201 to receive the AC signal transmitted from the transmission device 1000 and outputs a DC signal. A load 2500 charged by receiving the DC signal output from the receiving-side power conversion unit 202 and the receiving-side power conversion unit 202 and sensing the current voltage of the receiving-side resonance circuit unit 201, or Performs impedance matching of the side resonance circuit unit 201, controls power conversion of the receiving side power conversion unit 202, adjusts the level of the output signal of the receiving side power conversion unit 202, or Sensing the input or output voltage or current of the power conversion unit 202, controlling whether the output signal of the receiving-side power conversion unit 202 is supplied to the load 2500, or communicating with the transmitting device 1000 It may include a receiving-side control unit 203 capable of. In addition, the receiving-side power conversion unit 202 may include a power conversion unit for converting an AC signal to DC, a power conversion unit for outputting DC by varying a level of DC, and a power conversion unit for converting DC to AC. In addition, referring to FIG. 4B, the wireless power transmission system according to the embodiment includes a transmission unit (or transmission device) 1000 and a reception unit (or reception device) 2000 that receives power wirelessly from the transmission unit 1000. The receiving unit 2000 may include a receiving-side resonant circuit unit 2120 comprising a receiving-side coil unit 2100 and a receiving-side impedance matching unit 2200, a receiving-side AC/DC conversion unit 2300, and DC/ It may include a DC converter 2400, a load 2500, and a communication and control unit 2600 on the receiving side. In addition, the receiving-side AC/DC converter 2300 may be referred to as a rectifier that rectifies an AC signal into a DC signal.

수신측 코일부(2100)은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식을 통해 전력을 수신할 수 있다. 이와 같이 전력 수신 방식에 따라서 유도 코일 또는 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. The receiving-side coil unit 2100 may receive power through a magnetic induction method or a magnetic resonance method. In this way, at least one or more of an induction coil or a resonance coil may be included according to the power reception method.

일 실시예로, 수신측 코일부(2100)는 근거리 통신용 안테나(NFC: Near Field Communication)와 함께 휴대단말에 배치될 수 있다. 그리고 상기 수신측 코일부(2100)은 송신측 코일부(1400)와 동일할 수도 있고, 수신 안테나의 치수는 수신부(200)의 전기적 특성에 따라 달라질 수도 있다.In one embodiment, the receiving-side coil unit 2100 may be disposed in a mobile terminal together with an antenna for near field communication (NFC). In addition, the receiving coil unit 2100 may be the same as the transmitting coil unit 1400, and the size of the receiving antenna may vary according to the electrical characteristics of the receiving unit 200.

수신측 임피던스 매칭부(2200)는 송신기(1000)와 수신기(2000) 사이의 임피던스 매칭을 수행한다. The receiving-side impedance matching unit 2200 performs impedance matching between the transmitter 1000 and the receiver 2000.

상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 수신측 코일부(2100)으로부터 출력되는 교류 신호를 정류하여 직류 신호를 생성한다. 그리고 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압은 정류 전압(Vrect)로 지칭할 수 있고, 수신측 통신 및 제어부(2600)는 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압을 검출하거나 변경할 수 있고, 상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)의 출력 전압의 최소값인 최소 정류 전압(Vrect_min)(또는 최소 출력 전압(Vrect_min)으로 지칭), 최대값인 최대 정류 전압(Vrect_max)(또는 최대 출력 전압(Vrect_max)으로 지칭), 상기 최소값과 최대값 사이의 값 중 어느 하나의 전압 값을 가지는 최적 정류 전압(Vrect_set)(또는 최적 출력 전압(Vrect_set)으로 지칭)에 대한 정보와 같은 상태 파라미터 정보를 송신부(1000)에 전송할 수 있다.The receiving-side AC/DC converter 2300 rectifies the AC signal output from the receiving-side coil unit 2100 to generate a DC signal. And the output voltage of the receiving-side AC/DC converter 2300 may be referred to as a rectified voltage, and the receiving-side communication and control unit 2600 is an output voltage of the receiving-side AC/DC converter 2300 May be detected or changed, the minimum rectified voltage Vrect_min (or referred to as the minimum output voltage Vrect_min), which is the minimum value of the output voltage of the receiving AC/DC converter 2300, and the maximum rectified voltage Vrect_max. ) (Or referred to as the maximum output voltage (Vrect_max)), information on the optimum rectified voltage (Vrect_set) (or referred to as the optimum output voltage (Vrect_set)) having one of the voltage values between the minimum and maximum values, and The same state parameter information may be transmitted to the transmitter 1000.

수신측 직류/직류변환부(2400)는 수신측 교류/직류 변환부(2300)에서 출력되는 직류 신호의 레벨을 부하(2500)의 용량에 맞게 조정할 수 있다.The receiving-side DC/DC converter 2400 may adjust the level of the DC signal output from the receiving-side AC/DC converter 2300 according to the capacity of the load 2500.

상기 부하(2500)는 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서, 배터리 관리부 그리고 각종 센서들을 포함할 수 있다. 그리고 상기 부하(2500)는 도 4a와 같이 적어도 배터리(2510) 및 배터리 관리부(2520)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 관리부(2520)는 상기 배터리(2510)의 충전 상태를 감지하여 상기 배터리(2510)로 인가되는 전압과 전류를 조절할 수 있다.The load 2500 may include a battery, a display, an audio output circuit, a main processor, a battery manager, and various sensors. In addition, the load 2500 may include at least a battery 2510 and a battery management unit 2520 as shown in FIG. 4A. The battery manager 2520 may detect a state of charge of the battery 2510 and adjust a voltage and a current applied to the battery 2510.

수신측 통신 및 제어부(2600)는 송신측 통신 및 제어부(1500)로부터 웨이크-업 전력에 의해 활성화 될 수 있고, 상기 송신측 통신 및 제어부(1500)와 통신을 수행하고, 수신부(2000)의 서브 시스템의 동작을 제어할 수 있다.The receiving-side communication and control unit 2600 may be activated by a wake-up power from the transmitting-side communication and control unit 1500, and perform communication with the transmitting-side communication and control unit 1500, and serve as a sub of the receiving unit 2000. You can control the operation of the system.

상기 수신부(2000)는 단수 또는 복수개로 구성되어 송신부(1000)로부터 동시에 에너지를 무선으로 전달 받을 수 있다. 즉 자기 공진 방식의 무선전력전송 시스템에서는 하나의 송신부(1000)로부터 복수의 타켓 수신부(2000)가 전력을 공급받을 수 있다. 이때 상기 송신부(1000)의 송신측 매칭부(1300)는 복수개의 수신부(2000)들 사이의 임피던스 매칭을 적응적으로 수행할 수 있다. 이는 자기 유도 방식에서 서로 독립적인 수신측 코일부를 복수개 구비하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.The receiving unit 2000 may be composed of a single number or a plurality of units, and simultaneously receive energy wirelessly from the transmitting unit 1000. That is, in the self-resonant wireless power transmission system, a plurality of target receivers 2000 may receive power from one transmitter 1000. In this case, the transmission-side matching unit 1300 of the transmission unit 1000 may adaptively perform impedance matching between the plurality of receiving units 2000. This can be applied equally to a case in which a plurality of mutually independent receiving coil units are provided in the magnetic induction method.

또한 상기 수신부(2000)가 복수개로 구성된 경우 전력 수신 방식이 동일한 시스템이거나, 서로 다른 종류의 시스템이 될 수 있다. 이 경우, 송신부(1000)는 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 시스템이거나 양 방식을 혼용한 시스템일 수 있다.In addition, when the receiving unit 2000 is configured in a plurality, the power reception method may be the same system or different types of systems. In this case, the transmitter 1000 may be a system that transmits power in a magnetic induction method or a magnetic resonance method, or a system in which both methods are mixed.

한편 무선전력전송 시스템의 신호의 크기와 주파수 관계를 살펴보면, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신부(1000)에서 송신측 교류/직류 변환부(1100)은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가 받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 직류 신호를 인가 받아 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신부(2000)의 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 입력 받아 수V 내지 수십V, 수백V대(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 수신측 직류/직류변환부(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다. 그리고 자기 공진 방식의 무선 전력 전송의 경우, 송신부(1000)에서 송신측 교류/직류 변환부(1100)은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가 받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 직류 신호를 인가받아 MHz대(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 수신부(2000)의 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 MHz(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 입력 받아 수V 내지 수십V, 수백V (예를 들어 10V~20V)의 수신측 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 직류/직류변환부(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다.On the other hand, looking at the relationship between the signal size and frequency of the wireless power transmission system, in the case of the magnetic induction type wireless power transmission, the transmission side AC/DC converter 1100 in the transmission unit 1000 has several tens or hundreds of V units (for example, 110V~220V) of dozens or hundreds of Hz (for example, 60Hz) of AC signal is applied and converted into a DC signal of several to tens of V, hundreds of V (for example, 10V to 20V) and output. The side DC/AC converter 1200 may receive a DC signal and output an AC signal in the KHz band (for example, 125 KHz). In addition, the reception side AC/DC converter 2300 of the reception unit 2000 receives an AC signal in the KHz range (for example, 125KHz), and receives a DC signal in the range of several V to tens and hundreds of V (for example, 10V to 20V). It may be converted into a signal and output, and the receiving-side DC/DC converter 2400 may output a DC signal suitable for the load 2500, for example, 5V, and transmit it to the load 2500. And, in the case of wireless power transmission of the self-resonant method, the transmission-side AC/DC converter 1100 in the transmission unit 1000 is in the tens or hundreds of V bands (for example, 110V to 220V) of tens or hundreds of Hz (for example, 60Hz) of AC signal can be applied and converted into a DC signal of several V to tens of V and hundreds of V (for example, 10 V to 20 V) and output, and the DC/AC converter 1200 on the transmitting side applies a DC signal. It can receive and output an AC signal in the MHz band (for example, 6.78 MHz). In addition, the receiving side AC/DC converter 2300 of the receiving unit 2000 receives an AC signal of MHz (for example, 6.78 MHz) and receives an AC signal of several V to tens of V and hundreds of V (for example, 10 V to 20 V). The DC signal may be converted and output, and the DC/DC converter 2400 may output a DC signal suitable for the load 2500, for example, 5V, and transmit it to the load 2500.

<송신장치의 동작 상태><Operation status of transmitting device>

도 5는 무선전력전송 시스템의 동작 흐름도로써, 실시예에 따른 송신장치의 동작 상태를 중심으로 한 동작 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating an operation of the wireless power transmission system, focusing on the operation state of the transmission device according to the embodiment.

도 5를 참조하면, 실시예에 따른 송신장치는 적어도 1) 선택 상태, 2) 검출 상태, 3) 식별 및 설정 상태, 4) 전력 전달 상태 및 5) 충전 종료 상태를 가질 수 있다.Referring to FIG. 5, the transmitter according to the embodiment may have at least 1) a selection state, 2) a detection state, 3) an identification and setting state, 4) a power transfer state, and 5) a charging end state.

[선택 상태(Selection Phase)][Selection Phase]

(1) 선택 상태에서 송신장치(1000)는 감지 영역 또는 충전 영역에 존재하는 수신장치(200)를 선택하기 위하여 검출 과정을 수행할 수 있다.(1) In the selected state, the transmitting device 1000 may perform a detection process to select the receiving device 200 existing in the sensing area or the charging area.

(2) 상기 감지 영역 또는 충전 영역은, 전술된 바와 같이, 해당 영역 내의 물체가 상기 송신측 전력변환부(101)의 전력의 특성에 영향을 미칠 수 있는 영역을 지칭할 수 있다. 검출 상태와 비교하여, 상기 선택 상태에서 수신장치(2000)의 선택을 위한 검출 과정은 전력 제어 메시지를 이용하여 상기 수신장치(2000)로부터 응답을 수신하는 방식 대신에, 상기 송신장치(1000) 측의 전력 변환부에서 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력량이 변화하는 것을 감지하여 일정 범위 내에 물체가 존재하는지 확인하는 과정이다. 상기 선택 상태에서의 검출 과정은 후술될 검출 상태에서 디지털 형식의 패킷을 이용 않고, 무선 전력 신호를 이용하여 물체를 검출하는 점에서 아날로그 검출 과정(analog ping)으로 지칭할 수 있다.(2) The sensing area or the charging area, as described above, may refer to an area in which an object in the corresponding area can affect the power characteristic of the transmission-side power conversion unit 101. Compared with the detection state, the detection process for selection of the reception device 2000 in the selection state is performed by the transmission device 1000 side instead of receiving a response from the reception device 2000 using a power control message. This is a process of checking whether an object exists within a certain range by detecting a change in the amount of power for forming a wireless power signal in the power converter of. The detection process in the selected state may be referred to as an analog detection process (analog ping) in that an object is detected using a wireless power signal instead of using a digital packet in a detection state to be described later.

(3) 선택 상태에서 송신장치(1000)는 상기 감지 영역 또는 충전 영역 내에 객체(object)가 들어오고 나가는 것을 감지할 수 있다. 또한 상기 송신장치(1000)는 상기 감지 영역 또는 충전 영역 내에 있는 물체들 중에서 무선으로 전력을 전달할 수 있는 수신장치(2000)와 그 밖의 물체들(예를 들어, 열쇠, 동전 등)을 구분할 수 있다.(3) In the selected state, the transmission device 1000 may detect that an object enters or leaves the sensing area or the charging area. In addition, the transmission device 1000 may distinguish between the receiving device 2000 capable of wirelessly transmitting power among objects in the sensing area or the charging area and other objects (eg, keys, coins, etc.). .

전술된 바와 같이, 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력을 전송할 수 있는 거리가 다르므로 상기 선택 상태에서 물체가 검출되는 감지 영역은 서로 다를 수 있다.As described above, since the distance at which power can be transmitted wirelessly is different according to the inductive coupling method and the resonance coupling method, the sensing regions in which an object is detected in the selected state may be different from each other.

(4) 먼저, 유도 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 상기 선택 상태의 송신장치(1000)는 물체들의 배치 및 제거를 감지하기 위하여 인터페이스 표면(미도시)을 모니터링 할 수 있다.(4) First, when power is transmitted according to the inductive coupling method, the transmission device 1000 in the selected state may monitor the interface surface (not shown) to detect the placement and removal of objects.

또한 상기 송신장치(1000)는 상기 인터페이스 표면의 상부에 놓인 무선 전력 수신장치(2000)의 위치를 감지할 수도 있다.In addition, the transmission device 1000 may detect the position of the wireless power receiver 2000 placed on the interface surface.

(5) 상기 송신장치(1000)가 하나 이상의 전송 코일을 포함하는 경우, 상기 선택 상태에서 상기 검출 상태로 진입하고, 상기 검출 상태에서 각각의 코일을 이용하여 상기 object로부터 검출 신호에 대한 응답이 전송되는지 여부를 확인하거나 또는 그 후 상기 식별 상태로 진입하여 상기 object로부터 식별 정보가 전송되는지 여부를 확인하는 방법을 수행할 수 있다. (5) When the transmission device 1000 includes one or more transmission coils, the selection state enters the detection state, and in the detection state, a response to the detection signal is transmitted from the object using each coil. It can be checked whether or not, or after entering the identification state, a method of checking whether identification information is transmitted from the object may be performed.

상기 송신장치(1000)는 이와 같은 과정을 통하여 획득한 상기 감지된 수신장치(2000)의 위치에 기초하여 무선 전력 전송에 사용될 코일을 결정할 수 있다.The transmission device 1000 may determine a coil to be used for wireless power transmission based on the sensed position of the reception device 2000 obtained through such a process.

(6) 또한, 공진 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 상기 선택 상태의 송신장치(1000)는 상기 감지 영역 또는 충전 영역 내의 물체로 인한 상기 전력 변환부의 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상이 변경되는 것을 감지함으로써 상기 object를 검출할 수 있다.(6) In addition, when power is transmitted according to the resonance coupling method, the transmission device 1000 in the selected state changes one or more of the frequency, current, and voltage of the power converter due to an object in the sensing area or the charging area. The object can be detected by detecting what is being done.

(7) 한편, 상기 선택 상태의 송신장치(1000)는 상기 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따른 검출 방법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 물체를 검출할 수 있다. (7) Meanwhile, the transmission device 1000 in the selected state may detect an object by at least one of a detection method according to the inductive coupling method and the resonance coupling method.

(8) 상기 송신장치(1000)는 각 전력 전송 방식에 따른 물체 검출 과정을 수행하고, 이후에 다른 상태들로 진행하기 위하여 무선 전력 전달을 위한 결합 방식 중에서 상기 물체를 검출한 방식을 선택할 수 있다.(8) The transmission device 1000 may perform an object detection process according to each power transmission method, and then select a method for detecting the object from a combination method for wireless power transmission in order to proceed to other states. .

(9) 한편, 상기 선택 상태의 송신장치(1000)는 물체를 검출하기 위하여 형성하는 무선 전력 신호와 이후 상태들에서의 디지털 검출, 식별, 설정 및 전력 전송을 위하여 형성하는 무선 전력 신호는 그 주파수, 세기 등의 특성이 다를 수 있다. 이는 상기 송신장치(1000)의 선택 상태는 물체를 검출하기 위한 대기 상태(idle phase)에 해당하여, 상기 송신장치(1000)가 대기 중의 소비 전력을 줄이거나 또는 효율적인 물체 검출을 위하여 특화된 신호를 생성시킬 수 있도록 하기 위함이다.(9) On the other hand, the transmission device 1000 in the selected state includes a wireless power signal formed to detect an object and a wireless power signal formed for digital detection, identification, setting and power transmission in subsequent states. And strength may be different. This is because the selection state of the transmission device 1000 corresponds to an idle phase for detecting an object, and the transmission device 1000 reduces power consumption in standby or generates a specialized signal for efficient object detection. This is to make it possible to do it.

[검출 상태(Ping Phase)][Detection Status (Ping Phase)]

(1) 검출 상태에서 송신장치(1000)가 전력 제어 메시지를 통해 감지 영역 또는 충전 영역 내에 존재하는 수신장치(2000)를 검출하는 과정을 수행할 수 있다. 상기 선택 상태에서 무선 전력 신호의 특성 등을 이용한 수신장치(2000)의 검출 과정과 비교하여, 상기 검출 상태에서의 검출 과정은 디지털 검출 과정(digital ping)이라 지칭할 수 있다.(1) In the detection state, the transmission device 1000 may perform a process of detecting the reception device 2000 existing in the sensing area or the charging area through a power control message. Compared with the detection process of the receiving device 2000 using the characteristics of the wireless power signal in the selected state, the detection process in the detection state may be referred to as a digital ping process.

(2) 송신장치(1000)는 수신장치(2000)를 검출하기 위한 무선 전력 신호를 형성하고, 상기 수신장치(2000)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하고, 상기 복조된 무선 전력 신호로부터 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 디지털 데이터 형태의 전력 제어 메시지를 획득할 수 있다.(2) The transmission device 1000 forms a wireless power signal for detecting the reception device 2000, demodulates the wireless power signal modulated by the reception device 2000, and uses the demodulated wireless power signal. A power control message in the form of digital data corresponding to a response to the detection signal may be obtained.

(3) 상기 송신장치(1000)는 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지를 수신함으로써 전력 전송의 대상이 되는 상기 수신장치(2000)를 인지 할 수 있다.(3) The transmitting device 1000 may recognize the receiving device 2000 to be a target of power transmission by receiving a power control message corresponding to a response to the detection signal.

(4) 검출 상태에 있는 송신장치(1000)가 디지털 검출 과정을 수행하기 위하여 형성하는 검출 신호는 특정 동작 포인트(operating point)의 전력 신호를 일정한 시간 동안 인가함으로써 형성되는 무선 전력 신호일 수 있다. (4) The detection signal formed by the transmission device 1000 in the detection state to perform the digital detection process may be a wireless power signal formed by applying a power signal of a specific operating point for a predetermined time.

여기서의 동작 포인트는 송신 코일부(1400)에 인가되는 전압의 주파수, 듀티 사이클(duty cycle) 및 진폭을 의미할 수 있다. The operating point here may mean a frequency, a duty cycle, and an amplitude of a voltage applied to the transmission coil unit 1400.

상기 송신장치(1000)는 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 인가함으로써 생성된 상기 검출 신호를 일정한 시간 동안 생성하고, 상기 수신장치(2000)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 것을 시도할 수 있다.The transmission device 1000 may generate the detection signal generated by applying the power signal of the specific operation point for a predetermined period of time, and attempt to receive a power control message from the reception device 2000.

(5) 한편, 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지는 상기 수신장치(2000)가 수신한 무선 전력 신호의 강도(strength)를 나타내는 메시지일 수 있다. 예를 들어, 상기 수신장치(2000)는 상기 검출 신호에 대한 응답으로서 수신된 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지가 포함된 신호 강도 패킷(Signal Strength Packet)을 전송할 수 있다. 상기 패킷은 신호 강도를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더 및 상기 수신장치(2000)가 수신한 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지 내의 전력 신호의 강도는 상기 송신장치(1000)와 상기 수신장치(2000) 사이의 전력 전송을 위한 유도 결합 또는 공진 결합의 정도(degree of coupling)를 나타내는 값일 수 있다.(5) On the other hand, the power control message corresponding to the response to the detection signal may be a message indicating the strength of the wireless power signal received by the receiver 2000. For example, the receiving device 2000 may transmit a signal strength packet including a message indicating the strength of the received wireless power signal as a response to the detection signal. The packet may be configured to include a header indicating that the packet is a packet indicating signal strength and a message indicating the strength of the power signal received by the receiving apparatus 2000. The strength of the power signal in the message may be a value indicating a degree of coupling for power transmission between the transmitting device 1000 and the receiving device 2000.

(6) 상기 송신장치(1000)는 상기 검출 신호에 대한 응답 메시지를 수신하여 상기 수신장치(2000)를 발견한 후에, 상기 디지털 검출 과정을 연장하여 식별 및 검출 상태로 진입할 수 있다. 즉, 상기 송신장치(1000)는 상기 수신장치(2000)를 발견한 후에 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 유지하여 상기 식별 및 검출 상태에서 필요한 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다.(6) After receiving the response message to the detection signal and discovering the reception device 2000, the transmission device 1000 may extend the digital detection process to enter the identification and detection state. That is, after discovering the receiving device 2000, the transmission device 1000 may maintain the power signal of the specific operation point and receive a power control message required in the identification and detection state.

다만, 상기 송신장치(1000)가 전력을 전달할 수 있는 수신장치(2000)를 발견하지 못한 경우, 상기 송신장치(1000)의 동작 상태는 상기 선택 상태로 되돌아갈 수 있다.However, when the transmission device 1000 does not find the reception device 2000 capable of transmitting power, the operating state of the transmission device 1000 may return to the selected state.

[식별 및 설정 상태(Identification and Configuration Phase)][Identification and Configuration Phase]

(1) 상기 식별 및 설정 상태에서 송신장치(1000)는 수신장치(2000)가 전송하는 식별 정보 및/또는 설정 정보를 수신하여 전력 전달이 효율적으로 이루어지도록 제어할 수 있다.(1) In the identification and setting state, the transmitting device 1000 may receive identification information and/or setting information transmitted from the receiving device 2000 and control the power to be efficiently delivered.

(2) 상기 식별 및 설정 상태에서 상기 수신장치(2000)는 자신의 식별 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 수신장치(2000)는, 예컨대, 상기 수신장치(2000)의 식별 정보를 나타내는 메시지가 포함된 식별 패킷(Identification Packet)을 전송할 수 있다. 상기 패킷은 식별 정보를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더 및 상기 수신장치(2000)의 식별 정보를 포함하는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지는 무선 전력 전송을 위한 규약의 버전을 나타내는 정보, 상기 수신장치(2000)의 제조 업체를 식별하는 정보, 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보 및 기본 장치 식별자를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보에 확장 장치 식별자가 존재하는 것으로 표시되는 경우, 확장 장치 식별자를 포함한 확장 식별 패킷(Extended Identification Packet) 이 별도로 전송될 수 있다. 상기 패킷은 확장 장치 식별자를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더 및 확장 장치 식별자를 포함하는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 확장 장치 식별자가 사용되는 경우에, 상기 수신장치(2000)를 식별하기 위하여 상기 제조 업체의 식별 정보, 상기 기본 장치 식별자 및 상기 확장 장치 식별자에 기초한 정보가 사용될 수 있다.(2) In the identification and setting state, the receiving device 2000 may transmit a power control message including its identification information. To this end, the receiving device 2000 may transmit, for example, an identification packet including a message indicating identification information of the receiving device 2000. The packet may be configured to include a header indicating that it is a packet indicating identification information and a message including identification information of the receiving device 2000. The message may be configured to include information indicating a version of a protocol for wireless power transmission, information identifying a manufacturer of the receiving device 2000, information indicating the presence or absence of an extended device identifier, and a basic device identifier. In addition, when the information indicating the presence or absence of the extended device identifier indicates that the extended device identifier exists, an extended identification packet including the extended device identifier may be separately transmitted. The packet may be configured to include a header indicating that it is a packet indicating the extended device identifier and a message including the extended device identifier. When the extended device identifier is used as described above, information based on the manufacturer's identification information, the basic device identifier, and the extended device identifier may be used to identify the receiving device 2000.

(3) 상기 식별 및 설정 상태에서 상기 수신장치(2000)는 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 수신장치(2000)는, 예컨대, 설정 패킷(Configuration Packet)을 전송할 수 있다. 상기 패킷은 설정 패킷임을 알리는 헤더 및 상기 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. (3) In the identification and setting state, the receiving device 2000 may transmit a power control message including information on the expected maximum power. To this end, the receiving device 2000 may transmit, for example, a configuration packet. The packet may be configured to include a header indicating that it is a configuration packet and a message including information on the expected maximum power.

또한 상기 수신장치(2000)는 자신의 허용 가능한 수신허용 전력량에 대한 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 다만 상기 수신장치(2000)의 허용 가능한 수신허용 전력량에 관한 정보는 식별 및 설정 상태가 아닌 전력 전달 상태에서도 송신장치(1000)로 제공될 수 있다.In addition, the receiving device 2000 may transmit a power control message including information on its own allowable amount of allowable reception power. However, the information on the allowable reception power amount of the reception device 2000 may be provided to the transmission device 1000 even in a power delivery state other than the identification and setting state.

상기 메시지는 전력 클래스, 예상 최대 전력에 대한 정보, 무선 전력 송신장치(1000) 측의 주요 셀의 전류를 결정하는 방법을 나타내는 지시자, 선택적인 설정 패킷들의 수를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 지시자는 무선 전력 전송을 위한 규약에 명시된 대로 상기 송신장치(1000) 측의 주요 셀의 전류가 결정될 것인지 여부를 나타내는 것일 수 있다.The message may be configured to include a power class, information on an expected maximum power, an indicator indicating a method of determining a current of a main cell of the wireless power transmitter 1000, and the number of optional configuration packets. The indicator may indicate whether the current of the main cell of the transmission device 1000 is to be determined as specified in the protocol for wireless power transmission.

(4) 한편, 상기 송신장치(1000)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 상기 수신장치(2000)와 전력 충전에 사용되는 전력 전달 규약(power transfer contract)을 생성할 수 있다. 상기 전력 전달 규약은 상기 전력 전달 상태에서의 전력 전달 특성을 결정하는 파라미터들의 한정 사항들(limits)을 포함할 수 있다.(4) On the other hand, the transmission device 1000 may generate a power transfer contract used for power charging with the reception device 2000 based on the identification information and/or setting information. The power transfer protocol may include limits of parameters that determine power transfer characteristics in the power transfer state.

(5) 상기 송신장치(1000)는 상기 전력 전달 상태로 진입하기 전에 상기 식별 및 설정 상태를 종료하고, 상기 선택 상태로 되돌아 갈 수 있다. 예컨대, 상기 송신장치(1000)는 무선으로 전력을 수신할 수 있는 다른 수신장치(2000)를 찾기 위하여 상기 식별 및 설정 상태를 종료할 수 있다.(5) The transmission device 1000 may terminate the identification and setting state before entering the power delivery state and return to the selected state. For example, the transmitting device 1000 may end the identification and setting state in order to find another receiving device 2000 capable of wirelessly receiving power.

[전력 전달 상태(Power Transfer Phase)][Power Transfer Phase]

(1) 상기 전력 전송 상태에서의 상기 송신장치(1000)는 상기 수신장치(2000)로 전력을 전송한다.(1) The transmission device 1000 in the power transmission state transmits power to the reception device 2000.

(2) 상기 송신장치(1000)는 전력을 전송하는 도중에 상기 수신장치(2000)로부터 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신한 전력 제어 메시지에 대응하여 상기 송신 코일부(1400) 인가되는 전력의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 송신 코일의 전력 특성을 조절하기 위해 사용되는 전력 제어 메시지는 제어 오차 패킷(Control Error Packet)에 포함될 수 있다. 상기 패킷은 제어 오차 패킷임을 알리는 헤더와 제어 오차 값을 포함하는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 송신장치(1000)는 상기 제어 오차 값(control error value)에 따라 상기 송신 코일에 인가되는 전력을 조절할 수 있다. 즉, 상기 제어 오차 값이 0인 경우, 수신장치(2000)가 요구하는 제어 포인트(desired control point)와 수신장치(2000)의 실제 제어 포인트(actual control point)가 실질적으로 동일하므로 상기 전송 코일에 인가되는 전류는 유지되고, 음수(negative value)인 경우에 감소되고, 양수(positive value)인 경우에 증가하도록 조절될 수 있다.(2) The transmitting device 1000 receives a power control message from the receiving device 2000 while transmitting power, and the characteristics of the power applied to the transmitting coil unit 1400 in response to the received power control message Can be adjusted. For example, a power control message used to adjust the power characteristics of the transmission coil may be included in a control error packet. The packet may be configured to include a header indicating that the packet is a control error packet and a message including a control error value. The transmission device 1000 may adjust the power applied to the transmission coil according to the control error value. That is, when the control error value is 0, the desired control point required by the receiving device 2000 and the actual control point of the receiving device 2000 are substantially the same. The applied current is maintained and can be adjusted to decrease in the case of a negative value and increase in the case of a positive value.

(3) 상기 전력 전송 상태에서 상기 송신장치(1000)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 생성된 전력 전달 규약(power transfer contract) 내의 파라미터들을 모니터링할 수 있다. 상기 파라미터들을 모니터링 한 결과, 상기 수신장치(2000)와의 전력 전송이 상기 전력 전달 규약 내에 포함되어 있는 한정 사항들을 위반하게 되는 경우에는 상기 송신장치(1000)는 상기 전력 전송을 취소하고 선택 상태로 되돌아갈 수 있다.(3) In the power transmission state, the transmission device 1000 may monitor parameters in a power transfer contract generated based on the identification information and/or setting information. As a result of monitoring the parameters, when power transmission with the receiving device 2000 violates the limitations included in the power transfer protocol, the transmitting device 1000 cancels the power transmission and returns to the selected state. I can go.

(4) 한편 상기 전력 전달 규약은 수신장치(2000)가 수신 가능한 최대 전력 량(수신허용전력)과 송신장치(1000)로부터 수신장치(2000)로 전송되는 전력의 특성에 관한 경계 조건(boundary conditions)을 포함할 수 있다. 또한 상기 전력 전달 규약(power transfer contract)은 전송 전력이 증가하여 목표하는 전력 신호의 정상 상태에 도달 전 과도 상태에서 발생하는 오버 슈트(over shoot)와 상기 수신허용전력 또는 목표하는 신규 전력 신호와 상기 수신허용전력을 기초로 설정된 전력 임계값에 관한 정보를 포함할 수 있다.(4) On the other hand, the power transfer protocol is the boundary conditions regarding the maximum amount of power that the receiving device 2000 can receive (receivable power) and the characteristics of the power transmitted from the transmitting device 1000 to the receiving device 2000. ) Can be included. In addition, the power transfer contract includes an over shoot that occurs in a transient state before reaching a normal state of a target power signal due to an increase in transmission power, and the allowable reception power or a target new power signal and the It may include information on a power threshold set based on the allowable reception power.

(5) 상기 송신장치(1000)는 상기 수신장치(2000)로부터 전달된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 전송 상태를 종료할 수 있다. (5) The transmission device 1000 may terminate the power transmission state based on the power control message transmitted from the reception device 2000.

예를 들어, 상기 수신장치(2000)가 전달된 전력을 이용하여 배터리를 충전하는 도중에 상기 배터리의 충전이 완료된 경우, 상기 송신장치(1000)로 무선 전력 전송을 중지할 것을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 송신장치(1000)는 상기 전력 전송의 중지를 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 선택 상태로 되돌아 갈 수 있다.For example, when the charging of the battery is completed while the receiving device 2000 is charging the battery using the transmitted power, a power control message requesting to stop the wireless power transmission to the transmitting device 1000 is sent. I can deliver. In this case, after receiving a message requesting to stop the power transmission, the transmission device 1000 may terminate wireless power transmission and return to the selected state.

또 다른 예를 들어, 상기 수신장치(2000)는 이미 생성된 전력 전달 규약을 갱신하기 위하여 재협상(renegotiation) 또는 재설정(reconfigure)을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 수신장치(2000)는 현재 전송되는 전력량보다 많거나 적은 양의 전력이 필요한 경우에 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 송신장치(1000)는 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 식별 및 설정 상태로 되돌아 갈 수 있다.For another example, the receiving device 2000 may transmit a power control message requesting renegotiation or reconfigure in order to update an already generated power transfer protocol. The receiving device 2000 may transmit a message requesting renegotiation of the power transfer protocol when more or less power than the amount of power currently transmitted is required. In this case, after receiving a message requesting renegotiation of the power transfer protocol, the transmission device 1000 may terminate wireless power transmission and return to the identification and setting state.

이를 위하여, 상기 수신장치(2000)가 전송하는 메시지는, 예컨대, 도 18에 도시된 바와 같은 전력 전송 중단 패킷(End Power Transfer Packet)일 수 있다. 상기 패킷은 전력 전송 중단 패킷임을 알리는 헤더 및 중단의 이유를 나타내는 전력 전송 중단 코드를 포함하는 메시지를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 전송 중단 코드는 충전 완료(Charge Complete), 내부 오차(Internal Fault), 과열(Over Temperature), 과전압(Over Voltage), 과전류(Over Current), 배터리 오차(Battery Failure), 재설정(Reconfigure), 무응답(No Response), 알려지지 않은 오차(Unknown) 중 어느 하나를 나타낼 수 있다.To this end, the message transmitted by the receiving device 2000 may be, for example, an End Power Transfer Packet as shown in FIG. 18. The packet may be configured to include a message including a header indicating that the packet is a power transmission stop packet and a power transmission stop code indicating the reason for the stop. The power transmission interruption code includes: Charge Complete, Internal Fault, Over Temperature, Over Voltage, Over Current, Battery Failure, Reconfigure, It may represent either No Response or Unknown Error.

한편 상기 송신장치(1000)는 전송 중이 현재 송신전력과 전송할 목표 전력인 신규 송신전력 그리고 수신허용 전력으로부터 산출된 전력량이 전력 임계값 이상이 되는 경우 전력 전송을 중단할 수 있다. Meanwhile, the transmission device 1000 may stop power transmission when the amount of power calculated from the current transmission power, the new transmission power that is the target power to be transmitted, and the allowable reception power during transmission exceed the power threshold.

도 6은 수신장치의 요구 전력 결정 방법에 관한 흐름도이고, 도 7은 송신장치의 전송 전력 결정 방법에 관한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of determining a required power of a receiving device, and FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of determining a transmission power of a transmitting device.

<전력 전송 제어><Power transmission control>

- 수신장치의 요구 전력 결정 방법.-How to determine the required power of the receiving device.

도 6을 참조하면, 수신장치(2000)는 1) 요구되는 제어 포인트(desired control point)를 결정하는 단계(S210), 2) 실제 제어 포인트(actual control point)를 검출하는 단계(S230), 3) 제어 오차 값(control error value) 생성 단계(S250)를 수행하여 수신하고자 하는 전력, 즉 요구 전력을 결정할 수 있다.Referring to FIG. 6, the receiving apparatus 2000 includes 1) determining a desired control point (S210), 2) detecting an actual control point (S230), and 3 ) The power to be received, that is, the required power, may be determined by performing a control error value generating step S250.

구체적으로 요구되는 제어 포인트(desired control point)를 결정하는 단계(S210)에서 수신장치(2000)는 전압, 전류, 온도 등에 관한 요구되는 제어 포인트를 결정할 수 있다. 그리고 실제 제어 포인트(actual control point)를 검출하는 단계(S230)에서 수신장치(2000)는 실제 전압, 전류, 온도 등에 관한 실제 제어 포인트를 결정할 수 있다. 상기 수신장치(2000)가 상기 실제 제어 포인트를 결정할 때 전압이나 전류 검출, 온도 센싱 등 다양한 방법을 적용할 수 있고, 전력 전송 상태 중 어느 시간에서든 이와 같은 과정을 수행할 수 있다. 그리고 제어 오차 값(control error value) 생성 단계(S250)에서 수신장치(2000)는 예를 들어 요구되는 제어 전압 값과 실제 제어 전압 값의 차이 등을 기초하여 제어 오차 값을 생성할 수 있다. 그리고 상기 제어 오차 값은 양의 값과 음의 값을 지칭하는 파라미터일 수 있고, 요구되는 전력량보다 실제 전력량이 작은 경우 상기 제어 오차 값은 양의 값을 지칭할 수 있고, 요구되는 전력량보다 실제 전력량이 많은 경우 상기 제어 오차 값은 음의 값을 지칭할 수 있으며 요구되는 전력량과 실제 전력량이 동일한 경우, 0(zero) 값을 가질 수 있다.In step S210 of determining a specific desired control point (S210), the receiving device 2000 may determine a required control point for voltage, current, temperature, and the like. In addition, in the step S230 of detecting an actual control point, the receiving device 2000 may determine an actual control point regarding an actual voltage, current, temperature, and the like. When the receiving device 2000 determines the actual control point, various methods such as voltage or current detection and temperature sensing may be applied, and such a process may be performed at any time in the power transmission state. In addition, in the control error value generating step S250, the reception device 2000 may generate a control error value based on, for example, a difference between a required control voltage value and an actual control voltage value. In addition, the control error value may be a parameter indicating a positive value and a negative value, and when the actual amount of power is smaller than the required amount of power, the control error value may refer to a positive value. In many cases, the control error value may refer to a negative value, and may have a value of 0 (zero) when the required amount of power and the actual amount of power are the same.

한편 상기 제어 오차 값은 제어 오차 패킷(control error packet) 형태로 송신장치(1000)로 전송될 수 있다.Meanwhile, the control error value may be transmitted to the transmission device 1000 in the form of a control error packet.

상기 제어 오차 값을 수신한 송신장치로부터 신규 송신전력이 수신되면, 전술한 단계를 거쳐 상기 신규 송신전력이 요구된 전력을 만족시키는지 판단할 수 있다.When new transmission power is received from the transmission device receiving the control error value, it may be determined whether the new transmission power satisfies the requested power through the above-described steps.

한편 상기 제어 오차 값을 수신한 송신장치로부터 신규 송신전력이 수신되지 않는 경우, 전력 전송 중단임을 판단할 수 있다. 그리고 상기 송신장치로부터 검출 신호(검출 상태(Ping Phase))가 수신되면 이에 대한 응답으로 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 그리고 상기 전력 제어 메시지를 수신한 송신장치(1000)는 상기 전력 제어 메시지에 대한 응답으로 무선 전력을 송신할 수 있고, 상기 수신장치(2000)는 상기 무선 전력을 수신할 수 있다. 즉, 검출 상태(Ping Phase) 후 식별 및 설정 상태(Identification and Configuration Phase)로 진입하지 않고 바로 전력 전달 상태(Power Transfer Phase)로 진입할 수 있다.Meanwhile, when new transmission power is not received from the transmission device that has received the control error value, it may be determined that power transmission is stopped. In addition, when a detection signal (Ping Phase) is received from the transmission device, a power control message may be transmitted in response thereto. In addition, the transmitting device 1000 receiving the power control message may transmit wireless power in response to the power control message, and the receiving device 2000 may receive the wireless power. That is, after the Ping Phase, the identification and configuration phase may not be entered, but the power transfer phase may be immediately entered.

- 송신장치의 전송 전력 결정 방법.-How to determine the transmission power of the transmitting device.

도 7을 참조하면, 송신장치(1000)는 1) 제어 오차 패킷 수신 단계(S110), 2) 신규 송신 코일 전류 결정 단계(S120), 3) 신규 송신전력 결정 단계(S130), 4) 전력 임계값과 비교 단계(S140), 5) 신규 전력 생성 단계(S150), 6) 전력 전송 중단 단계(S160)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the transmission device 1000 includes 1) a control error packet reception step (S110), 2) a new transmission coil current determination step (S120), 3) a new transmission power determination step (S130), and 4) a power threshold. A value and comparison step (S140), 5) a new power generation step (S150), and 6) a power transmission stop step (S160) may be included.

송신장치(1000)는 상기 제어 오차 패킷 수신 단계(S110)에서 수신장치(2000)로부터의 제어 오차 패킷을 수신하고, 상기 제어 오차 패킷에 포함된 제어 오차 값을 읽어드릴 수 있다. 그리고 신규 송신 코일 전류 결정 단계(S120)에서 상기 제어 오차 값과 현재 송신 코일부(1400)의 전류에 기초하여 신규 송신 코일 전류를 결정할 수 있다. 그리고 신규 송신전력 결정 단계(S130)에서 상기 신규 송신 코일 전류에 대응하는 신규 송신전력을 결정할 수 있다. 상기 신규 송신 코일 전류에 대응하는 신규 송신전력에 대한 정보는 제어부(103)에 구비된 또는 상기 제어부(130)와 별도로 구비된 메모리에 룩업 테이블로 저장될 수 있고, 상기 제어부(103)는 상기 메모리로부터 상기 신규 송신 코일 전류에 대응하는 신규 송신전력에 대한 정보를 읽어드릴 수 있다. 그리고 전력 임계값과 비교 단계(S140)에서 수신장치(2000)의 수신허용 전력량과 현재 송신 전력량 그리고 상기 신규 송신전력을 전력 임계값과 비교하여 후속 단계로 신규 전력 생성 단계(S150) 또는 전력 전송 중단 단계(S160) 중 어느 하나로 진입할 수 있다.The transmission device 1000 may receive a control error packet from the reception device 2000 in the control error packet receiving step (S110) and read a control error value included in the control error packet. In addition, in step S120 of determining a new transmission coil current, a new transmission coil current may be determined based on the control error value and the current of the current transmission coil unit 1400. In addition, a new transmission power corresponding to the new transmission coil current may be determined in step S130 of determining a new transmission power. The information on the new transmission power corresponding to the new transmission coil current may be stored as a lookup table in a memory provided in the control unit 103 or separately provided from the control unit 130, and the control unit 103 From, information on new transmission power corresponding to the new transmission coil current may be read. And in the power threshold and comparison step (S140), the reception allowed power amount, the current transmit power amount, and the new transmit power of the receiving device 2000 are compared with the power threshold value, and a new power generation step (S150) or power transmission is stopped. It is possible to enter any one of steps S160.

송신장치(1000)가 신규 전력 생성 단계(S150)로 진입한 경우, 비례, 적분, 미분 제어(Proportional Integral Differential Control; 이하 PID 제어), 즉 PID 제어 단계(S151)을 수행하고, 상기 PID 제어에 기초하여 제어 변수를 결정(S152)할 수 있고, 상기 제어 변수에 기초하여 전력변환부(101)를 제어함(S153)으로써 신규 전력을 송신(S154) 할 수 있다. 그리고 수신장치(1000)는 상기 신규 전력을 수신한 이후, 다음 번 제어 오류 패킷을 송신할 수 있다.When the transmitter 1000 enters the new power generation step (S150), proportional, integral, differential control (Proportional Integral Differential Control; hereinafter, PID control), that is, a PID control step (S151) is performed, and the PID control is performed. A control variable may be determined based on the control variable (S152), and new power may be transmitted (S154) by controlling the power converter 101 based on the control variable (S153). In addition, after receiving the new power, the receiving device 1000 may transmit the next control error packet.

한편 수신장치(2000)가 금번 제어 오류 패킷을 송신한 시점부터 다음 번 제어 오류 패킷을 송신한 시점까지의 시 구간 내에, 상기 수신장치(2000)로부터의 전력 증가 요청 신호에 대응하여, 현재 송신 전력 량을 신규 전력량으로 증가시킬 수 있다. 그리고 상기 시 구간 동안 상기 피드백 방식의 상기 PID 제어는 반복 수행될 수 있다. 즉, 상기 PID 제어를 반복 수행함에 따라, 송신 코일부(1400)에서 실제 생성된 신규 전력과 목표하는 신규 전력의 오차는 줄어들 수 있다.On the other hand, in response to the power increase request signal from the reception device 2000 within a time period from the time when the reception device 2000 transmits the current control error packet to the time when the next control error packet is transmitted, the current transmission power The amount can be increased to a new amount of electricity. In addition, the PID control of the feedback method may be repeatedly performed during the time period. That is, as the PID control is repeatedly performed, an error between the new power actually generated by the transmitting coil unit 1400 and the new target power may be reduced.

송신장치(1000)가 전력 전송 중단 단계(S160)로 진입한 경우, 전력 송신을 중단(S161)하고, 검출(Ping) 신호를 송신(S162)할 수 있다. 그리고, 수신장치(2000)로부터 상기 검출 신호에 대한 응답 신호를 수신하면, 기 설정된 전력을 송신(S163)할 수 있다. 상기 기 설정된 전력은 S110 단계를 수신할 당시 송신했던 전력이거나, S130 단계에서 결정된 신규 송신 전력보다 작은 전력이 될 수 있다. 그리고 상기 기 설정된 전력을 수신한 수신장치(2000)로부터 다음 번 제어 오류 패킷을 수신할 수 있다.When the transmission device 1000 enters the power transmission stopping step (S160), the power transmission may be stopped (S161) and a detection (Ping) signal may be transmitted (S162). In addition, when a response signal to the detection signal is received from the receiving device 2000, a preset power may be transmitted (S163). The preset power may be the power transmitted at the time of receiving step S110, or may be less than the new transmit power determined in step S130. In addition, the next control error packet may be received from the receiving device 2000 that has received the preset power.

이와 같이 송신장치(1000)는 신규 송신전력을 결정한 후, 상기 신규 송신전력의 생성 및 송신 여부를 결정함으로써, 과 전력이 수신장치(2000)로 송신되는 것을 미리 방지할 수 있다. As described above, after determining the new transmission power, the transmission device 1000 may prevent the overpower from being transmitted to the reception device 2000 by determining whether to generate and transmit the new transmission power.

이와 같이 결정된 신규 송신전력의 출력 여부는 후술할 과정에 기초하여 결정될 수 있다.Whether to output the new transmission power determined as described above may be determined based on a process to be described later.

<송신장치로부터의 전력 전송 여부 결정 방법><How to determine whether to transmit power from the transmitting device>

도 8은 송신장치의 전력 전송 여부 결정 흐름도이다. 그리고 도 9 내지 도 11은 시간에 따라 전력 신호의 과도 상태 및 정상상태를 나타낸 도면이다.8 is a flow chart of a transmission device determining whether to transmit power. 9 to 11 are diagrams showing a transient state and a normal state of a power signal over time.

(1) 일반적으로 전력 효율이 100% 아니므로, 송신장치(1000)로부터 출력되는 전력의 일부만이 수신장치(2000)가 수신할 수 있다. 따라서 수신장치(2000)가 요구하는 전력을 전송하기 위하여 상기 송신장치(1000)는 상기 요구 전력보다 더 높은 신규 송신전력을 출력할 필요가 있다.(1) Since power efficiency is generally not 100%, only a part of the power output from the transmission device 1000 can be received by the reception device 2000. Accordingly, in order to transmit the power required by the reception device 2000, the transmission device 1000 needs to output a new transmission power higher than the required power.

다만, 전력 효율에 따라서 송신장치(1000)는 수신장치(2000)의 요구 전력을 크게 상회하는 신규 송신전력을 생성할 수 있고, 이 경우, 상기 수신장치(2000)가 수신하는 전력을 제외한 전력의 양에 따라서 상기 수신장치(2000)에 손상을 가할 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위하여 상기 송신장치(1000)는 필요한 경우 신규 송신전력을 생성하지 않고, 전력 전송을 중단할 필요가 있다. 이를 구체적으로 설명한다.However, depending on the power efficiency, the transmission device 1000 may generate new transmission power that greatly exceeds the required power of the reception device 2000. In this case, the power of the transmission device excluding the power received by the Depending on the amount, the receiving device 2000 may be damaged. Therefore, in order to prevent this, the transmission device 1000 needs to stop transmitting power without generating new transmission power if necessary. This will be described in detail.

(제3 전력의 오버 슈트를 고려하지 않는 경우, 도 9)(If the overshoot of the third power is not considered, Fig. 9)

(2) 식별 및 설정 상태 또는 전력 전송 단계에서 송신장치(1000)는 수신장치(2000)로부터 상기 수신장치(2000)의 수신 허용 전력량에 관한 정보를 포함한 메시지를 수신할 수 있다. 그리고 전력 전송 단계에서 송신장치(1000)는 제1 전력을 출력할 수 있고, 수신장치(2000)는 전력 효율에 따라 상기 제1 전력 중 일부 전력인 제2 전력을 수신할 수 있다. 그리고 상기 수신장치(2000)가 요구하는 요구 전력량이 상기 제2 전력보다 높은 경우, 수신장치(2000)는 송신 전력 증가 요청 신호(제어 오차 값(control error value)이 양수(positive value))를 포함한 제어 오차 패킷을 송신장치(1000)로 송신할 수 있다.(2) In the identification and setting state or the power transmission step, the transmission device 1000 may receive a message including information on the amount of power allowed for reception of the reception device 2000 from the reception device 2000. In the power transmission step, the transmission device 1000 may output first power, and the reception device 2000 may receive second power, which is some of the first power, according to power efficiency. And, when the amount of power required by the reception device 2000 is higher than the second power, the reception device 2000 includes a transmission power increase request signal (control error value is a positive value). The control error packet may be transmitted to the transmission device 1000.

상기 제어 오차 패킷을 수신한 송신장치(1000)는 상기 제어 오차 패킷의 전력 증가 요청 신호에 기초하여 제1 전력보다 높은 제3 전력량을 결정 할 수 있다. Upon receiving the control error packet, the transmitter 1000 may determine a third amount of power higher than the first power based on the power increase request signal of the control error packet.

그 후 송신장치(1000)는 상기 제3 전력량과 상기 수신 허용 전력량에 기초하여 상기 제3 전력의 생성 및 송신 여부를 결정할 수 있다.Thereafter, the transmission device 1000 may determine whether to generate and transmit the third power based on the third power amount and the reception allowable power amount.

상기 제3 전력의 생성 및 송신 여부를 결정하는 방법으로는, 상기 제3 전력량과 상기 수신허용 전력량의 전력 차이 값이 전력 임계값을 초과하는지를 판단할 수 있다.As a method of determining whether to generate and transmit the third power, it may be determined whether a power difference value between the third power amount and the allowable reception power exceeds a power threshold.

- 전력 차이 값이 전력 임계값을 초과한 경우(전력 전송 중단)-When the power difference value exceeds the power threshold (power transmission is interrupted)

상기 전력 차이 값이 전력 임계값을 초과하는 경우, 송신장치(1000)는 신규 송신전력인 상기 제3 전력을 최종적으로 생성하지 않고, 전력 전송을 중단할 수 있다. When the power difference value exceeds a power threshold value, the transmission device 1000 may stop power transmission without finally generating the third power, which is a new transmission power.

이와 같이 전력 차이 값이 전력 임계값을 초과하는 경우 전력 전송을 중단하는 이유는, 신규 송신전력인 상기 제3 전력 출력된다면 비록 수신장치(2000)는 자신의 요구 전력량 또는 수신 허용 전력량만큼 전력을 수신할지라도, 이를 제외한 나머지 전력량이 수신장치(2000)의 수신 코일부(2100)에 영향을 끼쳐 상기 수신장치(2000)가 손상되고, 상기 수신장치(2000)의 시스템이 다운될 수 있기 때문이다.In this way, when the power difference value exceeds the power threshold, the reason for stopping power transmission is that, even if the third power, which is the new transmission power, is output, the receiving device 2000 receives power as much as its own requested power amount or reception allowable power amount. However, this is because the amount of power other than this affects the receiving coil unit 2100 of the receiving apparatus 2000, thereby damaging the receiving apparatus 2000 and shutting down the system of the receiving apparatus 2000.

- 전력 차이 값이-Power difference value 전력 임계값 이하인 경우(전력 전송 유지)Below the power threshold (keep power transmission)

만약 전력 차이 값이 전력 임계값을 초과하지 않는 경우, 상기 송신장치(1000)는 상기 제3 전력을 생성하여 전송할 수 있다. 그리고 수신장치(2000)는 전송효율에 따라서 상기 제3 전력의 일부 전력인 제4 전력을 수신할 수 있다. 이 때, 상기 제4 전력은 수신장치(2000)가 요구한 전력일 수 있다. 다만, 수신한 제4 전력이 요구 전력과 차이가 나는 경우, 다음번 제어 오차 패킷을 이러한 오차 정보를 포함시켜 송신 전력의 양을 조절하도록 송신장치(1000)로 요청할 수 있다.If the power difference value does not exceed the power threshold value, the transmission device 1000 may generate and transmit the third power. In addition, the receiving device 2000 may receive fourth power, which is a part of the third power, according to transmission efficiency. In this case, the fourth power may be the power requested by the receiving device 2000. However, when the received fourth power is different from the required power, the next control error packet may be requested to the transmission apparatus 1000 to adjust the amount of transmission power by including such error information.

한편 상기 전력 임계값은 상기 수신장치(2000)의 수신 코일이나 시스템에 손상을 가할 수 있을 정도의 전력 임계값으로써, 수신장치(2000)의 특성에 따라서 실험적으로 미리 결정될 수 있다.Meanwhile, the power threshold is a power threshold that may damage the receiving coil or system of the receiving apparatus 2000 and may be experimentally determined in advance according to the characteristics of the receiving apparatus 2000.

또 한편 상기 송신장치(1000)는 수신 허용 전력량에 관한 정보 등을 포함한 수신장치(2000)의 특성 정보를 수신하고, 상기 수신장치(2000)의 특성 정보로부터 전력 임계값을 결정하고, 상기 수신허용 전력량과 제3 전력에 대한 정보를 기초로 상기 제3 전력의 생성 및 송신 여부를 결정할 수 있다.On the other hand, the transmission device 1000 receives characteristic information of the reception device 2000 including information on the amount of power allowed to receive, etc., determines a power threshold value from the characteristic information of the reception device 2000, and allows the reception Whether to generate and transmit the third power may be determined based on the amount of power and the information on the third power.

(제3 전력의 오버슈트를 고려하는 경우, 도 10, 도 11)(In the case of considering the overshoot of the third power, FIGS. 10 and 11)

(3) 또한 송신장치(1000)는 식별 및 설정 상태 또는 전력 전송 단계에서 송신장치(1000)는 수신장치(2000)로부터 상기 수신장치(2000)의 수신 가능한 허용 전력에 관한 정보를 포함한 메시지를 수신할 수 있다. 그리고 전력 전송 단계에서 송신장치(1000)는 제1 전력을 출력할 수 있고, 수신장치(2000)는 전력 효율에 따라 상기 제1 전력 중 일부 전력인 제2 전력을 수신할 수 있다. 그리고 상기 수신장치(2000)가 요구하는 전력량이 상기 제2 전력보다 높은 경우, 수신장치(2000)는 송신 전력 증가 요청 신호를 포함한 제어 오차 패킷을 송신장치(1000)로 송신할 수 있다.(3) In addition, the transmission device 1000 receives a message including information on the allowable power of the reception device 2000 from the reception device 2000 in the identification and setting state or power transmission stage. can do. In the power transmission step, the transmission device 1000 may output first power, and the reception device 2000 may receive second power, which is some of the first power, according to power efficiency. In addition, when the amount of power requested by the reception device 2000 is higher than the second power, the reception device 2000 may transmit a control error packet including a transmission power increase request signal to the transmission device 1000.

상기 제어 오차 패킷을 수신한 송신장치(1000)는 상기 송신 전력 증가 요청 신호에 기초하여 상기 요구 전력량을 충족시키기 위한 제3 전력을 결정할 수 있다. Upon receiving the control error packet, the transmission device 1000 may determine a third power to satisfy the required amount of power based on the transmission power increase request signal.

그 후 송신장치(1000)는 상기 제1 전력량, 상기 제3 전력량과 상기 수신 허용 전력량에 기초하여 상기 제3 전력의 생성 및 송신 여부를 결정할 수 있다.Thereafter, the transmission device 1000 may determine whether to generate and transmit the third power based on the first amount of power, the third amount of power, and the amount of allowable reception power.

상기 제3 전력의 생성 및 송신 여부를 결정하는 방법으로는, 상기 제3 전력의 과도 상태에서의 오버슈트 피크치(Overshoot peak value)를 결정할 수 있고, 상기 오버슈트 피크치와 상기 수신 허용 전력량의 전력 차이 값이 전력 임계값을 초과하는지를 판단할 수 있다.As a method of determining whether to generate and transmit the third power, an overshoot peak value in the transient state of the third power may be determined, and a power difference between the overshoot peak value and the allowable reception power amount It can be determined whether the value exceeds the power threshold.

상기 전력 차이 값이 전력 임계값을 초과하는 경우, 송신장치(1000)는 상기 제3 전력을 최종적으로 생성하지 않고, 전력 전송을 중단할 수 있다. When the power difference value exceeds the power threshold value, the transmission device 1000 may stop power transmission without finally generating the third power.

상기 오버슈트는 목표하는 제3 전력의 크기에 이르기 전, 전력 신호의 과도 상태에서 상기 제3 전력의 크기를 초과하는 신호의 크기이다. 그리고 첫번째 오버슈트를 최대 오버 슈트(Max Overshoot)로 지칭할 수 있다.The overshoot is a magnitude of a signal that exceeds the magnitude of the third power in a transient state of the power signal before reaching a target magnitude of the third power. And the first overshoot can be referred to as a maximum overshoot.

상기 오버슈트 피크치는 제3 전력의 전력 신호의 크기에 의해 달라질 수 있고, 상기 제1 전력으로부터 상기 제3 전력으로의 전력 증가량에 따라서 달라질 수 있다. 그리고 생성할 신규 송신전력의 정보과 현재 출력하는 송신전력의 정보 그리고, 현재 출력되는 송신전력으로부터 신규 송신전력의 증가량과 오버슈트 피크치를 실험적으로 결정한 데이터를 미리 저장하여, 송신장치(1000)가 신규 송신전력을 생성할 때, 이를 참조하여 오버슈트 피크치를 결정할 수 있다. The overshoot peak value may vary depending on the magnitude of the power signal of the third power, and may vary according to the amount of power increase from the first power to the third power. In addition, the new transmission power information to be generated, information on the currently output transmission power, and data experimentally determined from the current output transmission power and the increase amount of the new transmission power and the overshoot peak value are stored in advance, and the transmission device 1000 transmits the new transmission power. When generating power, the overshoot peak value can be determined by referring to this.

이처럼 실시예는 수신장치(2000)로부터 피드백되는 전력 제어 정보에 기초하여 송신장치(1000)의 출력 전력을 제어하는 경우, 상기 송신장치(1000)가 출력하는 전력이 순간적으로 높아져, 상기 수신장치(2000)로부터 현재 과도한 전력이 수신된다는 메시지를 피드백 받기도 전에 상기 수신장치(2000)의 시스템이 다운되는 것을 방지할 수 있다.As described above, in the embodiment, when the output power of the transmission device 1000 is controlled based on the power control information fed back from the reception device 2000, the power output from the transmission device 1000 is instantaneously increased, and the reception device ( It is possible to prevent the system of the receiving apparatus 2000 from being down before receiving a feedback message indicating that excessive power is currently being received from (2000).

한편 상기 수신장치(2000)의 허용 수신 전력량은 상기 수신장치(2000)의 종류나 수신측 코일부(2100), 수신측 전력변환부(202)의 허용 용량을 고려하여 결정된 값으로, 이는 전력 전달 규약(power transfer contract)에 포함된 정보가 될 수 있다. Meanwhile, the allowable received power amount of the receiving device 2000 is a value determined in consideration of the type of the receiving device 2000 or the allowable capacity of the receiving coil unit 2100 and the receiving power converting unit 202, which is It can be the information contained in the power transfer contract.

(4-1) 제3 전력이 수신 허용 전력보다 높은 경우, 도 9, 도 10.(4-1) When the third power is higher than the reception allowable power, Figs. 9 and 10.

송신장치(1000)에서 생성하고자 하는 제3 전력이 수신장치(2000)의 수신 허용 전력보다 높은 경우, 1) 도 9와 같이 수신장치(2000)의 수신 허용 전력과 제3 전력의 차이 값이 전력 임계값을 초과하는지 여부 또는 2) 도 10과 같이 수신장치(2000)의 수신 허용 전력과 제3 전력의 전력 신호의 오버슈트 피크치의 전력 차이 값이 전력 임계값을 초과하는지 여부 중 적어도 하나를 판단할 수 있다. 오버슈트 피크치를 결정할 때, 도면에 도시된 바와 같이 전력 상승량을 함께 고려할 수 있다.When the third power to be generated by the transmission device 1000 is higher than the reception allowable power of the reception device 2000, 1) the difference between the reception allowable power and the third power of the reception device 2000 as shown in FIG. Determines at least one of whether or not the threshold value is exceeded or 2) whether the power difference value between the reception allowable power of the receiving device 2000 and the overshoot peak value of the power signal of the third power exceeds the power threshold, as shown in FIG. can do. When determining the overshoot peak value, the amount of power increase may be considered together as shown in the figure.

(4-2) 제3 전력이 수신 허용 전력보다 낮은 경우, 도 10.(4-2) When the third power is lower than the reception allowable power, Fig. 10.

도 11과 같이 수신장치(2000)의 수신 허용 전력과 제3 전력의 전력 신호의 오버슈트 피크치의 전력 차이 값이 전력 임계치 이상인지 여부를 판단할 수 있고, 이 경우 전력 상승량을 함께 고려할 수 있다.As shown in FIG. 11, it may be determined whether a power difference value between the reception allowable power of the receiving apparatus 2000 and the overshoot peak value of the power signal of the third power is equal to or greater than the power threshold value, and in this case, the amount of power increase may be considered.

이와 같이 전력 차이 값을 산출하여 전력 임계치를 초과하는지 판단하여 상기 제3 전력을 생성하지 않고, 전력 전송을 중단할 수 있다.In this way, by calculating a power difference value, it is determined whether the power threshold is exceeded, and the power transmission may be stopped without generating the third power.

한편 전력 전송이 중단된 경우, 송신장치(1000)는 검출 상태에 진입하여 수신장치(2000)의 검출을 수행하고, 상기 수신장치(2000)가 검출된 경우, 식별 및 설정 상태를 진입하지 않고, 바로 전력 전송 단계로 진입할 수 있다. 이 경우, 제3 전력 보다 작은 전력, 예를 들어 제1 전력을 전송할 수 있다.On the other hand, when the power transmission is stopped, the transmission device 1000 enters the detection state to perform detection of the reception device 2000, and when the reception device 2000 is detected, the identification and setting state does not enter, You can immediately enter the power transfer phase. In this case, power smaller than the third power, for example, the first power may be transmitted.

이하 신규 전력을 생성 및 전송하는 방법에 관하여 상술한다.Hereinafter, a method of generating and transmitting new power will be described in detail.

<전력 전송 제어 방법><Power transmission control method>

도 12는 전력 전송 제어 방법을 위한 송신장치의 제어부를 상세히 나타낸 도면이다. 그리고 도 13은 전력 전송 상태에서 송신장치의 타이밍도이다.12 is a diagram showing in detail a control unit of a transmission apparatus for a method of controlling power transmission. And Figure 13 is a timing diagram of the transmission device in the power transmission state.

도 12를 참조하면, 전력 전송 제어 방법으로, 송신장치(1000)의 제어부(103)는 송신 코일부(1400)의 전류를 제어하여 새로운 송신 코일 전류가 되도록 할 수 있다. 이러한 전력 전송 제어는 proportional integral differential(PID) algorithm에 기반하여 실행될 수 있다.Referring to FIG. 12, as a power transmission control method, the control unit 103 of the transmission device 1000 may control the current of the transmission coil unit 1400 to become a new transmission coil current. This power transfer control can be implemented based on a proportional integral differential (PID) algorithm.

PDI 알고리즘을 실행하기 위하여 송신장치(1000)는 제1 연산기(11)와 제2 연산기(15) 그리고 비례 제어기(12a), 적분 제어기(12b), 미분 제어기(12c)를 포함할 수 있고, 또한 제1 내지 제5 증폭기(13a, 13b, 13c, 13d, 13e) 그리고 제1 및 제2 합산기(14a, 14b)를 포함할 수 있으며, 다음과 같은 과정을 수행하여 전력변환부(101)을 제어 할 수 있다.In order to execute the PDI algorithm, the transmission device 1000 may include a first operator 11 and a second operator 15 and a proportional controller 12a, an integral controller 12b, and a derivative controller 12c. The first to fifth amplifiers 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, and first and second summers 14a and 14b may be included, and the power conversion unit 101 is converted by performing the following process. Can be controlled.

이하의 j=1, 2, 3,..은 송신장치(1000)가 수신한 제어 오차 패킷(Control Error Packet)의 순번을 지칭할 수 있다. 그리고 상기 제1 내지 제5 증폭기(13a, 13b, 13c, 13d, 13e) 각각은 증폭기, 버퍼, 지연기 중 적어도 하나의 기능을 가질 수 있다.The following j=1, 2, 3, ... may refer to the sequence number of the control error packet received by the transmission device 1000. In addition, each of the first to fifth amplifiers 13a, 13b, 13c, 13d, and 13e may have at least one function of an amplifier, a buffer, and a delay.

(1) 새로운 송신 코일 전류 계산 단계.(1) New transmit coil current calculation step.

1) 송신장치(1000)의 제1 연산기(11)가 j(th) 제어 오차 패킷(Control Error Packet)을 수신하면 수학식 3에 따라 새로운 송신 코일 전류(td(j))를 계산할 수 있다.1) When the first operator 11 of the transmission device 1000 receives a j(th) control error packet, a new transmission coil current td(j) may be calculated according to Equation 3.

수학식 3Equation 3

Figure 112017073186793-pat00001
Figure 112017073186793-pat00001

2) 여기서 ta(j-1)은 이전 제어 오차 패킷 c(j-1)에 따라 결정된, 실제(현재) 송신 코일 전류(actual Primary Cell current)를 지칭하고, c(j)는 j(th) 제어 오차 패킷(Control Error Packet)에 포함된 제어 오차 값(Control Error Value)를 지칭할 수 있다. 또한 ta(0)은 전력 전송 상태의 시작 시점의 송신 코일부(1400)의 전류를 의미할 수 있다.2) Here, ta(j-1) refers to the actual (current) transmission coil current determined according to the previous control error packet c(j-1), and c(j) is j(th) It may refer to a control error value included in a control error packet. In addition, ta(0) may mean the current of the transmission coil unit 1400 at the start of the power transmission state.

상기 송신 코일 전류에 기초하여 송신 코일부(1400)에 자기장이 발생하여 출력 전력이 생성될 수 있다.Output power may be generated by generating a magnetic field in the transmitting coil unit 1400 based on the transmitting coil current.

3) 상기 제1 연산기(11)는 j번째 제어 오차 패킷(Control Error Packet) 및 제1 증폭기(13a)를 통해 실제 송신 코일 전류 ta(j-1)을 입력 받아 상기 수학식 3에 따른 연산 과정을 거친 후 새로운 송신 코일 전류 td(j)를 계산하여 출력 할 수 있다.3) The first operator 11 receives the actual transmission coil current ta(j-1) through the j-th control error packet and the first amplifier 13a, and the operation process according to Equation 3 After passing through, the new transmission coil current td(j) can be calculated and output.

4) 만약 제어 오차 값(Control Error Value)인 c(j)가 0이 아닌 경우(non-zero), 송신장치(1000)는 기 설정된 시간(도 13의 t_active) 동안 송신 코일 전류를 조절할 수 있다. 이를 위해 송신장치(1000)는 후술할 스텝을 포함하는 루프(loop)를 실행할 수 있다.4) If the control error value c(j) is non-zero (non-zero), the transmitting device 1000 may adjust the transmission coil current for a preset time (t_active in FIG. 13). . To this end, the transmission device 1000 may execute a loop including steps to be described later.

여기서 i=1, 2, 3,..max는 루프의 반복 횟수를 지칭할 수 있다.Here, i=1, 2, 3, ..max may refer to the number of repetitions of the loop.

(2) 전력 전송 중단 여부 결정 단계.(2) Determining whether to stop power transmission.

계산된 새로운 송신 코일 전류(ta(j))에 기초하여 신규 송신 전력을 결정할 수 있다. 상기 신규 송신 전력과 현재 송신 코일 전류(ta(j-1))에 따른 현재 송신 전력량과, 수신장치(2000)의 수신허용 전력량 그리고 전력 임계값의 비교 결과에 따라 상기 신규 송신 전력을 생성하지 않고 전력 전송을 중단하거나, 후술할 스텝에 따라 상기 신규 송신 전력 생성 및 송신할 수 있다.The new transmission power may be determined based on the calculated new transmission coil current ta(j). The new transmission power is not generated according to the comparison result of the current transmission power amount according to the new transmission power and the current transmission coil current ta(j-1), the reception allowable power amount of the receiver 2000, and a power threshold value. Power transmission may be stopped, or the new transmission power may be generated and transmitted according to a step to be described later.

(3) 오차(error) 계산 단계.(3) Error calculation step.

1) 송신장치(1000)는 수학식 4에 따라 새로운 송신 코일 전류(td(j))와 i-1번째 루프에 따른 실제 송신 코일 전류(ta(j,i-1))의 차이에 따라 i번째 루프에서의 오차( error)를 계산할 수 있다.1) The transmission device 1000 is i according to the difference between the new transmission coil current (td(j)) and the actual transmission coil current (ta(j,i-1)) according to the i-1th loop according to Equation 4 The error in the second loop can be calculated.

수학식 4Equation 4

Figure 112017073186793-pat00002
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여기서 ta(j, i-1)는 i-1번째 루프에 의해 결정된 송신 코일 전류를 지칭할 수 있다. 여기서 ta(j,0)은 루프의 시작 시점에서의 실제 송신 코일 전류를 지칭할 수 있다.Here, ta(j, i-1) may refer to the transmission coil current determined by the i-1 th loop. Here, ta(j,0) may refer to the actual transmission coil current at the start of the loop.

2) 상기 제1 합산부(14a)는 새로운 송신 코일 전류 td(j)와 제2 증폭기(13a)로부터의 i-1번째 루프에 의해 결정된 실제 송신 코일 전류 ta(j, i-1)을 합산하여 오차(error)를 계산하고 계산된 오차를 PID 제어기(12)로 출력할 수 있다.2) The first summing unit 14a sums the new transmission coil current td(j) and the actual transmission coil current ta(j, i-1) determined by the i-1th loop from the second amplifier 13a. Thus, an error can be calculated and the calculated error can be output to the PID controller 12.

(4) 제어량 계산 단계.(4) Control amount calculation step.

1) 송신장치(1000)의 PID 제어기(12)는 오차에 비례하여 제어량을 변화시키 위한 비례 제어(P), 오차를 적분하여 제어하는 적분 제어(I) 및 오차의 변화량을 통해 제어량을 결정하는 미분 제어(D)를 실행할 수 있다.1) The PID controller 12 of the transmission device 1000 determines the control amount through the proportional control (P) for changing the control amount in proportion to the error, the integral control (I) for integrating and controlling the error, and the change amount of the error. Differential control (D) can be executed.

PID 제어기(12)는 수학식 5에서 표현된 바와 같이 비례 요소(proportional term), 적분 요소(integral term) 및 미분 요소(derivative term)를 계산할 수 있다. 구체적으로 비례 제어기(12a)는 오차에 기초하여 비례 요소 P(j,i)를 계산하고, 적분 제어기(12b)는 오차의 누적값에 기초하여 적분 요소 I(j,i)를 계산하며, 미분 제어기(12c)는 오차의 변화량에 기초하여 미분 요소 D(j,i)를 계산할 수 있다.The PID controller 12 may calculate a proportional term, an integral term, and a derivative term as expressed in Equation (5). Specifically, the proportional controller 12a calculates the proportional factor P(j,i) based on the error, and the integral controller 12b calculates the integral factor I(j,i) based on the accumulated value of the error, and The controller 12c can calculate the differential factor D(j,i) based on the amount of change in the error.

수학식 5Equation 5

Figure 112017073186793-pat00003
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Figure 112017073186793-pat00004
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Figure 112017073186793-pat00005
Figure 112017073186793-pat00005

2) 여기서 Kp는 비례 게인(Gain)이고, Ki는 적분 게인이며, Kd는 미분 게인이다. 그리고 t_inner은 하나의 루프가 반복되는데 요구되는 시간이다. 그리고 적분 항 I(j,0)=0, 오차 e(j,0)=0이다. 그리고 송신장치(1000)는 적분 항 I(j,i)는 M_I..+M_I 범위 내로 제한할 수 있고, 필요에 따라서 계산된 적분 요소 I(j,i)를 적절한 경계값으로 변경할 수 있다. 여기서 M_I는 적분 요소 제한 파라미터(Integral term limit Parameter)이다.2) Here, Kp is the proportional gain, Ki is the integral gain, and Kd is the differential gain. And t_inner is the time required to repeat one loop. And the integral term I(j,0)=0, and the error e(j,0)=0. In addition, the transmission device 1000 may limit the integral term I(j,i) within the range of M_I..+M_I, and may change the calculated integral element I(j,i) to an appropriate boundary value as necessary. Here, M_I is an integral term limit parameter.

3) 상기 적분 제어기(12b)의 출력 신호는 제4 증폭기(13d)를 경유하여 자신의 입력으로 피드백 될 수 있고, 이 때 피드백된 출력 신호는 전회(i-1번째) 루프의 적분항(I(j,i-1))이다. 또한 미분 제어기(12c)의 입력 신호는 제3 증폭기(13c)를 경유하여 상기 미분 제어기(12c)로 입력될 수 있고, 이 때 입력 신호는 전회(i-1번째) 루프의 오차(e(j,i-1))이다..3) The output signal of the integral controller 12b can be fed back to its own input via the fourth amplifier 13d, and the fed back output signal is the integral term (I) of the previous (i-1th) loop. (j,i-1)). In addition, the input signal of the differential controller 12c may be input to the differential controller 12c via the third amplifier 13c, and at this time, the input signal is the error of the previous (i-1th) loop (e(j)). ,i-1))..

4) 송신장치(1000)의 제2 합산기(14b)는 수학식 6과 같이, 비례 제어기(12a)로부터 출력되는 비례 요소 P(j,i), 적분 제어기(12b)로부터 출력되는 적분 요소 I(j,i) 및 미분 제어기(12c)로부터 출력되는 미분 요소 D(j,i)를 합산(sum)하여 금회(i) 제어량 PID(j,i)를 계산할 수 있다.4) The second summer 14b of the transmission device 1000 is a proportional element P(j,i) output from the proportional controller 12a and an integral element I output from the integral controller 12b, as shown in Equation 6 By summing (j,i) and the differential element D(j,i) output from the differential controller 12c, the control amount PID(j,i) can be calculated this time (i).

수학식 6Equation 6

Figure 112017073186793-pat00006
Figure 112017073186793-pat00006

5) 이러한 계산에 따라 송신장치(1000)는 금회(i) 제어량 PID(j,i)를 출력할 수 있고, 상기 금회(i) 제어량 PID(j,i)는 –M_PID..+M_PID 범위 내로 제한할 수 있다. 여기서 M_PID는 제어량 제한 파라미터(PID output limit Parameter)이다.5) According to this calculation, the transmission device 1000 can output the current (i) control amount PID(j,i), and the current (i) control amount PID (j,i) is within the range of -M_PID..+M_PID. Can be limited. Here, M_PID is a PID output limit parameter.

(5) 새로운 제어 변수 값 계산 단계.(5) New control variable value calculation step.

1) 송신장치(1000)는 수학식 7을 기초한 새로운 제어 변수(controlled variable) 값을 계산할 수 있다.1) The transmission device 1000 may calculate a new controlled variable value based on Equation 7.

수학식 7Equation 7

Figure 112017073186793-pat00007
Figure 112017073186793-pat00007

2) 여기서 Sv는 제어 변수에 기초한 스케링 팩터(scaling factor)를 지칭할 수 있다. 또한 제어 변수 v(i,0)=v(j-1, i_max)이고, v(0,0)은 전력 전송 상태의 시작 시점에서의 제어 변수의 실제 값(actual value of the controlled variable)을 지칭할 수 있다. 그리고 상기 제어 변수는 동작 주파수(Operating Frequency), 직류/교류 변환부(1200)의 듀티 싸이클(duty cycle) 또는 직류/교류 변환부(1200)의 입력 전압 중 어느 하나가 될 수 있다. 만약 계산된 v(j,i)가 기 설정 범위를 초과하는 경우 송신장치(1000)는 상기 계산된 v(j,i)를 적절한 한계값으로 변경할 수 있다.2) Here, Sv may refer to a scaling factor based on a control variable. Also, the control variable v(i,0)=v(j-1, i_max), and v(0,0) refers to the actual value of the controlled variable at the start of the power transmission state. can do. In addition, the control variable may be any one of an operating frequency, a duty cycle of the DC/AC converter 1200, or an input voltage of the DC/AC converter 1200. If the calculated v(j,i) exceeds a preset range, the transmission device 1000 may change the calculated v(j,i) to an appropriate limit value.

3) 제2 연산기(15)는 입력되는 금회(i) 제어량 PID(j,i)과 자신의 출력이 제5 증폭기(13e)를 경유하여 피드백 되는, 전회(i-1번째) 루프의 제어 변수 값을 기초하여 상기 수학식 7에 따라 새로운 제어 변수 값 v(j,i)을 계산할 수 있다.3) The second operator 15 is a control variable of the previous (i-1th) loop in which the input current (i) control amount PID (j, i) and its output are fed back via the fifth amplifier 13e. Based on the value, a new control variable value v(j,i) may be calculated according to Equation 7.

(6) 새로운 제어 변수를 기초하여 전력변환부를 제어하는 단계.(6) controlling the power converter based on the new control variable.

1) 송신장치(1000)는 새로운 값의 제어 변수 v(j,i)를 직류/교류 변환부(1200)에 적용할 수 있다. 또한, 상기 제어 변수는 교류/직류 변환부(1100)의 출력 전압이 될 수 있고, 이 경우, 상기 송신장치(1000)는 상기 새로운 값의 제어 변수 v(j,i)를 상기 교류/직류 변환부(1100)의 출력 전압에 적용하여 상기 직류/교류 변환부(1200)로 입력되는 입력 전압을 조절할 수 있다.1) The transmission device 1000 may apply a control variable v(j,i) of a new value to the DC/AC converter 1200. In addition, the control variable may be an output voltage of the AC/DC converter 1100, and in this case, the transmission device 1000 converts the control variable v(j,i) of the new value to the AC/DC conversion The input voltage input to the DC/AC converter 1200 may be adjusted by applying it to the output voltage of the unit 1100.

2) 송신장치(1000)는 새로운 값의 제어 변수 v(j,i)에 기초하여 제1 연산부(11)에 의해 결정된 송신 코일 전류(ta(j,i))에 따른 신규 전력을 생성할 수 있다.2) The transmission device 1000 may generate new power according to the transmission coil current ta(j,i) determined by the first operation unit 11 based on the control variable v(j,i) of the new value. have.

(7) 한편 도 10을 참조하면, 송신장치(1000)는 송신 코일 전류(ta(j))를 j(th) 제어 오차 패킷의 수신 종료 시점 이후 t_delay+t_active+t_settle 시간 동안 결정할 수 있다. (7) Meanwhile, referring to FIG. 10, the transmission device 1000 may determine the transmission coil current ta(j) during the time t_delay+t_active+t_settle after the reception of the j(th) control error packet ends.

여기서 t_delay는 이전 제어 오차 패킷을 수신 후 상기 이전 제어 오차 패킷에 따른 전력 제어를 수행하는데 지연되는 시간을 의미할 수 있고, t_active는 상기 이전 제어 오차 패킷에 따라 전력 제어를 수행(도면에 따른 예로 전송 전력 증가)하는데 걸린 시간을 의미 할 수 있으며, t_settle는 목표하는 전력 값의 정착 시간을 의미할 수 있다.Here, t_delay may mean a time delay in performing power control according to the previous control error packet after receiving the previous control error packet, and t_active is performing power control according to the previous control error packet (transmitted as an example according to the drawing). Power increase) may mean a time taken, and t_settle may mean a settling time of a target power value.

한편, PID 제어기(12)의 게인들(Ki, Ki, Kd)와, 적분 항 제한 파라미터(M_I), PID 출력 제한 파라미터(M_PID), v(j,i)가 기 설정 범위를 초과하는 경우를 판단할 때의 상기 기 설정 범위와 상기 스케링 팩터(Sv)는 전력 전달 규약(power transfer contract)의 전송 전력 특성, 송신장치(1000)의 스펙, 송신 코일부(1400)의 규격과 용량 등을 고려하여 결정될 수 있다.On the other hand, the case where the gains (Ki, Ki, Kd) of the PID controller 12, the integral term limit parameter (M_I), the PID output limit parameter (M_PID), and v(j,i) exceed the preset range. When determining, the preset range and the scaling factor (Sv) take into account the transmission power characteristics of the power transfer contract, the specifications of the transmission device 1000, the specifications and the capacity of the transmission coil unit 1400, etc. Can be determined.

또한 상기 전력 전달 규약(power transfer contract)은 전력 임계값에 관한 정보를 포함할 수 있다.In addition, the power transfer contract may include information on a power threshold.

이와 같이, 상기 제어 오차 패킷을 수신하는 송신장치(1000)는 새로운 송신 코일 전류를 결정하고 상기 새로운 송신 코일 전류에 기초하여 신규 송신 전력을 결정할 수 있다. 그리고 상기 신규 송신 전력량에 따라, 상기 신규 송신 전력을 생성하지 않고 무선 전력 송신을 중단하거나, 상기 신규 송신 전력을 생성하여 무선 전력 송신을 지속할 수 있다.In this way, the transmission apparatus 1000 for receiving the control error packet may determine a new transmission coil current and determine a new transmission power based on the new transmission coil current. Further, according to the amount of new transmission power, wireless power transmission may be stopped without generating the new transmission power, or the new transmission power may be generated to continue wireless power transmission.

실시예에 따르면, 송신장치(1000)와 수신장치(2000)의 미스 얼라인으로 인하여 결합 계수가 낮은 경우, 상기 송신장치(1000)로부터 출력되는 전력 대비 상기 수신장치(2000)의 수신전력이 낮아, 상기 수신장치(2000)는 더 많은 전력을 요구할 수 있어 상기 송신장치(1000)의 송신 전력 량은 증가할 수 있다. 이 때, 증가된 송신 전력을 생성하기 전, 송신 전력을 전력 임계치와 비교하여 송신하기에 적절한지를 미리 판단하고, 그에 따라 전력 생성 및 송신 여부를 결정함으로써, 과도한 송신 전력 및 과도한 송신 전력에 따른 발열에 기인하여 수신장치(2000)가 손상되는 문제를 해결할 수 있다.According to an embodiment, when the coupling coefficient is low due to misalignment between the transmission device 1000 and the reception device 2000, the reception power of the reception device 2000 is lower than the power output from the transmission device 1000. , Since the receiving device 2000 may request more power, the amount of transmission power of the transmitting device 1000 may be increased. At this time, before generating the increased transmission power, by comparing the transmission power with the power threshold to determine whether it is suitable for transmission, and determining whether to generate and transmit the power accordingly, heat generation due to excessive transmission power and excessive transmission power It is possible to solve a problem in which the receiving apparatus 2000 is damaged due to this.

특히 차량 무선 충전 시스템과 같이, 송신장치(1000)와 수신장치(2000)가 차량의 흔들림 등의 원인으로 미스 얼라인이 순간적이고 반복적으로 일어나는 경우, 송신장치(1000)의 송신 전력이 순간적으로 급변할 수 있으나, 수신장치(2000)의 안정성을 고려하여 송신 전력의 생성 자체를 결정할 수 있으므로, 상기 수신장치(2000)에 손상을 가하는 것을 미연에 방지할 수 있다.In particular, as in the vehicle wireless charging system, when the transmission device 1000 and the reception device 2000 are instantaneous and repetitively misaligned due to a vehicle shaking or the like, the transmission power of the transmission device 1000 changes instantly. However, since the generation of transmission power itself can be determined in consideration of the stability of the reception device 2000, damage to the reception device 2000 can be prevented in advance.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.In the detailed description of the present invention described above, it has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but those skilled in the art or those of ordinary skill in the relevant technical field of the present invention described in the claims to be described later It will be understood that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and technical scope. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the content described in the detailed description of the specification, but should be determined by the claims.

11 제1 연산기
12 PID 제어기
12a 비례 제어기
12b 적분 제어기
12c 미분 제어기
13a 제1 증폭기
13b 제2 증폭기
13c 제3 증폭기
13d 제4 증폭기
13e 제5 증폭기
14a 제1 합산부
14b 제2 합산부
15 제2 연산기
101 전력변환부
102 송신측 공진회로부
103 제어부
1100 송신측 교류/직류 변환부(1600
1110 정류기
1120 송신측 직류/직류 변환부
1200 송신측 직류/교류 변환부
1300 송신측 임피던스 매칭부
1400 송신 코일부
1500 송신측 통신 및 제어부
1510 송신측 제어부
1520 송신측 통신부
1600 검출부
2000 수신장치
2100 수신측 코일부
201, 2120 수신측 공진회로부
2200 수신측 임피던스 매칭부
202 수신측 전력변환부
2300 수신측 교류/직류 변환부
2400 수신측 직류/직류 변환부
2500 부하부
2510 배터리
2520 배터리 관리부
2600 수신측 통신 및 제어부
203, 2610 수신측 제어부
2620 수신측 통신부
11 first operator
12 PID controller
12a proportional controller
12b integral controller
12c differential controller
13a first amplifier
13b second amplifier
13c third amplifier
13d fourth amplifier
13e fifth amplifier
14a first summing section
14b second summing section
15 second operator
101 Power conversion unit
102 Transmission side resonance circuit
103 control unit
1100 Transmission side AC/DC converter (1600
1110 rectifier
1120 Transmission side DC/DC converter
1200 Transmission side DC/AC converter
1300 Transmitter impedance matching unit
1400 transmitting coil part
1500 Transmission side communication and control unit
1510 Sending side control
1520 Transmission side communication unit
1600 detector
2000 receiver
2100 receiving side coil part
201, 2120 receiver side resonance circuit
2200 receiver impedance matching unit
202 Power conversion unit on the receiving side
2300 AC/DC converter on the receiving side
2400 DC/DC converter on the receiving side
2500 load
2510 battery
2520 battery management
2600 Receiver communication and control unit
203, 2610 receiver control
2620 receiving side communication unit

Claims (25)

송신기로부터 수신기로 무선으로 전력을 전송하는 방법으로서,
상기 수신기의 검출을 위한 신호를 송신하는 단계;
상기 수신기로부터 식별 신호를 수신하는 단계;
상기 수신기로 제1 전력을 전송하는 단계;
상기 수신기로부터 전력 증가 요청 신호를 수신하는 단계;
상기 송신기의 제1송신코일 전류 및 상기 전력 증가 요청 신호에 기초하여 제2 송신코일 전류를 결정하는 단계;
상기 제2 송신코일 전류에 기초하여 제2 전력을 결정하는 단계; 및
수신 허용 전력과 상기 제2 전력의 오버 슈트 피크치 사이의 차이 및 전력 임계값을 서로 비교하여 상기 제2 전력의 송신 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 전력 전송 방법.
A method of wirelessly transmitting power from a transmitter to a receiver, comprising:
Transmitting a signal for detection by the receiver;
Receiving an identification signal from the receiver;
Transmitting a first power to the receiver;
Receiving a power increase request signal from the receiver;
Determining a second transmission coil current based on the first transmission coil current of the transmitter and the power increase request signal;
Determining a second power based on the second transmission coil current; And
Comprising: determining whether to transmit the second power by comparing a power threshold value and a difference between the allowed reception power and the overshoot peak value of the second power.
삭제delete 삭제delete 제1항에있어서,
상기 차이가 상기 전력 임계값을 초과하는 경우, 무선 전력 전송이 종료되는 전력 전송 방법.
In paragraph 1,
When the difference exceeds the power threshold, the wireless power transmission is terminated.
제 4 항에있어서,
무선 전력 전송이 종료되는 경우, 상기 수신기를 검출하기 위한 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 전력 전송 방법.
In paragraph 4,
When the wireless power transmission is terminated, the power transmission method further comprising the step of transmitting a signal for detecting the receiver.
제 5 항에있어서,
상기 수신기가 검출되는 경우, 미리 결정된 무선 전력을 전송하는 단계를 더 포함하는 전력 전송 방법.
In paragraph 5,
When the receiver is detected, the power transmission method further comprising the step of transmitting a predetermined wireless power.
제1항에있어서,
상기 차이가 상기 전력 임계값 이하인 경우, 비례 적분 및 미분 제어 (PID) 제어에 기초하여 전력 변환기를 제어하는 단계를 더 포함하는 전력 전송 방법.
In paragraph 1,
When the difference is less than or equal to the power threshold, controlling a power converter based on proportional integral and differential control (PID) control.
제 7 항에있어서,
상기 PID 제어에 기초하여 상기 전력 변환기를 제어하는 단계는,
상기 PID 제어에 기초하여 제어값을 결정하는 단계;
상기 제어값 및 이전에 제어된 변수에 기초하여 현재 제어 변수를 결정하는 단계; 및
상기 제2 전력을 전송하기 위해 상기 현재 제어 변수에 기초하여 상기 전력 변환기를 제어하는 단계를 더 포함하는 전력 전송 방법.
In claim 7,
Controlling the power converter based on the PID control,
Determining a control value based on the PID control;
Determining a current control variable based on the control value and a previously controlled variable; And
Controlling the power converter based on the current control variable to transmit the second power.
제 1 항에있어서,
상기 오버 슈트 피크치는 상기 제2 전력 및 상기 제1 전력으로부터 상기 제2 전력으로의 증가 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는 전력 전송 방법.
In claim 1,
The overshoot peak value is determined based on at least one of the second power and an increase from the first power to the second power.
제 8 항에있어서,
상기 전력 변환기의 입력 전압, 구동 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나는 상기 현재 제어 변수에 기초하여 조절되는 전력 전송 방법.
In clause 8,
At least one of an input voltage, a driving frequency, and a duty cycle of the power converter is adjusted based on the current control variable.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 전력을 무선으로 전송하기 위한 송신 코일;
상기 송신 코일로 전력을 출력하는 전력변환기; 및
상기 송신 코일에 출력되는 전력의 양을 제어하기 위해 상기 전력변환기를 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 제어기는,
수신기로부터의 전력 증가 요청 신호에 기초하여 신규 전력을 결정하고,
상기 수신기로부터의 수신 허용 전력과 제2 전력의 오버 슈트 피크치 사이의 차이 및 전력 임계값에 기초하여 상기 신규 전력의 생성 여부를 결정하는 송신기.
A transmission coil for wirelessly transmitting power;
A power converter for outputting power to the transmission coil; And
A controller for controlling the power converter to control the amount of power output to the transmission coil,
The controller,
Determine new power based on the power increase request signal from the receiver,
A transmitter configured to determine whether to generate the new power based on a power threshold and a difference between the reception allowable power from the receiver and an overshoot peak value of the second power.
삭제delete 삭제delete 제15 항에있어서,
상기 제2 전력의 오버 슈트 피크치는 상기 신규 전력 및 상기 전력 변환기의 현재 출력 전력으로부터 상기 신규 전력으로의 증가 중 적어도 하나에 기초하여 설정되는 송신기.
In paragraph 15,
The overshoot peak value of the second power is set based on at least one of the new power and an increase from the current output power of the power converter to the new power.
제15항에있어서,
상기 신규 전력의 생성은 상기 차이가 상기 전력 임계값을 초과하는 경우 종료하는 송신기.
In paragraph 15,
The generation of the new power is terminated when the difference exceeds the power threshold.
제15 항에있어서,
상기 제어기는 상기 전력변환기의 구동 주파수, 입력 전압 또는 듀티 사이클 중 어느 하나를 조절하여 전력량을 제어하는 송신기.
In paragraph 15,
The controller controls the amount of power by adjusting any one of a driving frequency, an input voltage, or a duty cycle of the power converter.
제15 항에있어서,
상기 제어기는,
상기 수신기로부터의 상기 전력 증가 요청 신호 및 상기 송신 코일의 제1 전류에 기초하여 제2 전류를 결정하는 제1 계산기;
PID 제어에 기초하여 제어값을 결정하는 PID 제어기; 및
상기 제어값과 이전에 제어된 변수에 기초하여 현재 제어 변수를 결정하는 제2 계산기를 포함하고,
상기 전력 변환기는,
상기 현재 제어 변수에 기초하여 제어되는 송신기.
In paragraph 15,
The controller,
A first calculator configured to determine a second current based on the power increase request signal from the receiver and the first current of the transmission coil;
A PID controller that determines a control value based on the PID control; And
And a second calculator for determining a current control variable based on the control value and the previously controlled variable,
The power converter,
Transmitter controlled based on the current control variable.
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