KR102179796B1 - High frequency wireless charger for constant current/constant voltage charge and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송신단 및 수신단 간의 유도 전력 전달(IPT: Inductive Power Transfer)을 통해 정전류(CC)/정전압(CV) 충전 프로세스에 따라 배터리를 완충시키는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기 및 이의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-high frequency wireless charger for constant current (CC)/constant voltage (CV) charging and a control method thereof, and more particularly, to a constant current (CC) through inductive power transfer (IPT) between a transmitting end and a receiving end. It relates to an ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC)/constant voltage (CV) charging a battery according to a /constant voltage (CV) charging process, and a control method thereof.
최근 각광받고 있는 무선 전력 전송(WPT: Wireless Power Transfer) 시스템은 충전기 및 전자기기 간의 연결이 불필요하므로 종래의 플러그 인 충전기의 불편함을 해소할 수 있다.A wireless power transfer (WPT) system, which has recently been in the spotlight, does not require a connection between a charger and an electronic device, so that inconvenience of a conventional plug-in charger can be solved.
이러한 무선 전력 전송(WPT) 시스템의 유도 전력 전달(IPT: Inductive Power Transfer)의 스위칭 주파수는 MHz 대역(일반적으로, 6.78Hz 또는 13.56Hz)으로, 코일의 높은 큐 인자(quality factor)를 달성할 수 있으며, 장거리 또는 불균형에 의해 야기되는 낮은 결합 계수(coupling coefficient)의 영향을 경감시켜, 결과적으로는 더 나은 효율을 가질 수 있다.The switching frequency of the inductive power transfer (IPT) of such a wireless power transfer (WPT) system is in the MHz band (typically 6.78Hz or 13.56Hz), which can achieve a high quality factor of the coil. And reduce the influence of the low coupling coefficient caused by long distances or imbalances, and consequently can have better efficiency.
한편, 리튬 배터리는 랩탑, 휴대전화 등과 같은 이동성 전자 기기에 널리 사용된다. 이러한 리튬 배터리의 충전 프로세스는 리튬 배터리의 완충을 위해 일반적으로 정전류(CC: Constant Current) 충전 및 정전압(CV: Constant Voltage) 충전을 포함할 수 있다. Meanwhile, lithium batteries are widely used in mobile electronic devices such as laptops and mobile phones. The charging process of the lithium battery may generally include constant current (CC) charging and constant voltage (CV) charging to charge the lithium battery.
구체적으로는, 리튬 배터리는 먼저 정전류(CC)로 충전되고, 이때 전압은 점진적으로 증가할 수 있다. 리튬 배터리의 전압이 최대 충전 전압에 도달하는 경우, 리튬 배터리는 정전압(CV)으로 충전될 수 있다. 그리고 배터리 전류가 특정 값(일예로, 0.1C)의 속도로 감소하는 경우, 리튬 배터리의 충전 프로세스는 종료될 수 있다.Specifically, the lithium battery is first charged with a constant current (CC), and at this time, the voltage may gradually increase. When the voltage of the lithium battery reaches the maximum charging voltage, the lithium battery may be charged with a constant voltage (CV). In addition, when the battery current decreases at a rate of a specific value (for example, 0.1C), the charging process of the lithium battery may be terminated.
이러한 정전류(CC)/정전압(CV) 충전 프로세스에 있어서, 배터리의 수명을 보장하기 위해서는 충전기가 안정적으로 정확한 전류 및 전압을 제공하여야 한다. In such a constant current (CC)/constant voltage (CV) charging process, in order to ensure the life of the battery, a charger must stably provide an accurate current and voltage.
예를 들면, 고주파수의 무선 전력 전송(WPT) 시스템에서 정전류(CC)/정전압(CV) 충전 프로세스를 구현하기 위해서는 수신단에 단상 컨버터 또는 추가적인 백엔드 DC-DC 컨버터를 채택하여 주파수 변조를 위한 폐쇄 루프 제어가 실행되어야 하는데, 이는 전체 시스템의 비용, 복잡 및 전력 손실을 증가시킨다는 문제점이 있다.For example, in order to implement a constant current (CC)/constant voltage (CV) charging process in a high frequency wireless power transfer (WPT) system, a single-phase converter or an additional back-end DC-DC converter is employed at the receiving end to control closed-loop control for frequency modulation. Has to be implemented, which has the problem of increasing the cost, complexity and power loss of the entire system.
위와 같은 문제점을 해소하기 위해 무선 전력 전송(WPT) 시스템에서 개방 루프 제어를 실행하여 정전류(CC)/정전압(CV) 충전 프로세스를 구현한 방법이 제안된 바 있다. 이는 공진 보상 네트워크의 고유한 특성을 이용한 두 개의 다른 주파수가 사용되어 정전류(CC)/정전압(CV) 충전 프로세스를 구현할 수 있다. 즉, 무선 전력 전송(WPT) 시스템은 두 개의 공진 주파수 중 하나의 주파수로 동작하여 정전류(CC) 충전 또는 정전압(CV) 충전을 달성할 수 있다.In order to solve the above problems, a method of implementing a constant current (CC)/constant voltage (CV) charging process by executing open loop control in a wireless power transmission (WPT) system has been proposed. This can implement a constant current (CC)/constant voltage (CV) charging process by using two different frequencies using the inherent characteristics of the resonance compensation network. That is, the wireless power transfer (WPT) system may operate at one of two resonance frequencies to achieve constant current (CC) charging or constant voltage (CV) charging.
그러나, 무선 전력 전송(WPT) 시스템은 MHz 대역에서 동작하므로, 회로의 복잡성 및 디지털 구현의 어려움으로 인해 여러 주파수 사용이 제한된다. 또한, 무선 전력 전송(WPT) 시스템에 있어서, 주파수 변조는 무선 통신에 대한 전자기 간섭을 피하기 위해 권장되지 않는다. However, since the wireless power transfer (WPT) system operates in the MHz band, the use of multiple frequencies is limited due to circuit complexity and difficulty in digital implementation. Also, for wireless power transfer (WPT) systems, frequency modulation is not recommended to avoid electromagnetic interference to wireless communications.
이에 따라 MHz 대역에서 동작하는 무선 전력 전송(WPT) 시스템에서 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 구현하기 위해서는 공진 네트워크를 변환하는 것이 바람직하다.Accordingly, in order to implement constant current (CC)/constant voltage (CV) charging in a wireless power transmission (WPT) system operating in the MHz band, it is desirable to convert the resonance network.
무선 전력 전송(WPT) 시스템에서 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 구현하기 위해 제안된 공진 보상 회로의 기본 토폴로지는 직렬-직렬(SS), 직렬-병렬(SP), 병렬-직렬(PS) 및 병렬-병렬(PP)과 같다. 무선 전력 전송(WPT) 시스템에서 이러한 공진 보상 회로를 사용하는 경우, 부하 독립적인 정전압(CV) 및 정전류(CC) 출력 특성을 통해 자동으로 영 위상 각(ZPA: Zero Phase Angle) 조건을 달성할 수 있다. 그러나 위와 같은 공진 보상 회로의 기본 토폴로지들은 출력 값이 코일 파라미터에 크게 의존하기 때문에 공진 보상 네트워크 및 코일 설계가 제한된다는 문제점이 있다. The basic topology of the proposed resonance compensation circuit for implementing constant current (CC)/constant voltage (CV) charging in wireless power transfer (WPT) systems is series-series (SS), series-parallel (SP), and parallel-series (PS). ) And parallel-parallel (PP). When these resonance compensation circuits are used in wireless power transfer (WPT) systems, the zero phase angle (ZPA) condition can be automatically achieved through load-independent constant voltage (CV) and constant current (CC) output characteristics. have. However, the basic topologies of the resonance compensation circuit as described above have a problem in that the resonance compensation network and coil design are limited because the output value largely depends on the coil parameter.
한편, 무선 전력 전송(WPT) 시스템에서 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 구현하기 위한 공진 네트워크로 고차 공진 네트워크가 제안된 바 있다.Meanwhile, a high-order resonance network has been proposed as a resonance network for implementing constant current (CC)/constant voltage (CV) charging in a wireless power transmission (WPT) system.
예를 들면, 고차 공진 보상 회로의 토폴로지로, S-LCC(Series-Inductor-Capacitor-Capacitor) 및 LCC-S(Inductor-Capacitor-Capacitor-Series)는 정전압(CV) 출력 및 영 위상 각(ZPA) 특성으로 인해 각광받고 있다. 또한 양면 LCC는 정전류(CC) 출력 및 영 위상각(ZPA) 조건을 달성할 수 있다는 장점을 갖는다. 아울러, 이미턴스 변환기(immittance converter)의 T-LCL, Π-CLC, T-CLC 및 Π-LCL 타입은 정전압(CV)을 정전류(CC)로, 또는 그 반대로 변환할 수 있다.For example, as the topology of a high-order resonance compensation circuit, S-LCC (Series-Inductor-Capacitor-Capacitor) and LCC-S (Inductor-Capacitor-Capacitor-Series) are constant voltage (CV) output and zero phase angle (ZPA). It is in the spotlight for its characteristics. In addition, the double-sided LCC has the advantage of being able to achieve constant current (CC) output and zero phase angle (ZPA) conditions. In addition, the T-LCL, Π-CLC, T-CLC, and Π-LCL types of the immittance converter can convert the constant voltage CV to the constant current CC or vice versa.
그러나 상술한 고차 공진 네트워크를 채택하는 무선 전력 전송(WPT) 시스템은 kHz 대역에서 동작하도록 설계되므로, 시스템의 전력 밀도가 휴대용 장치에 충분하지 않다는 문제점이 있다. However, since the wireless power transfer (WPT) system employing the above-described high-order resonance network is designed to operate in the kHz band, there is a problem that the power density of the system is not sufficient for portable devices.
본 발명의 일측면은 정전류(CC) 충전 모드 및 정전압(CV) 충전 모드 간에 공진 네트워크를 변화시켜 하나의 동작 주파수 하에서 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 구현하는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기 및 이의 제어방법을 제공한다.One aspect of the present invention is a constant current (CC) / constant voltage (CC) / constant voltage (constant current (CC) / constant voltage (CV) charging under one operating frequency by changing the resonant network between the constant current (CC) charging mode and the constant voltage (CV) charging mode) CV) Ultra-high frequency wireless charger for charging and its control method are provided.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기는 송신 코일 및 수신 코일 간의 유도 전력 전달(IPT: Inductive Power Transfer)을 통해 상기 수신 코일과 연결되는 배터리를 충전시키는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기에 있어서, 입력 전원과 연결되는 복수의 스위치의 스위칭 동작에 의해 상기 입력 전원으로부터 공급되는 입력 전압을 상기 송신 코일로 전달하는 송신단 및 상기 수신 코일과 연결되는 S-LCC 토폴로지 및 상기 S-LCC 토폴로지의 후단에 연결되는 T-LCL 토폴로지를 포함하며, 상기 S-LCC 토폴로지로 구성되는 공진 탱크에 의한 송신 코일 및 상기 수신 코일 간의 유도 전력 전달을 통해 정전압을 출력하거나, 상기 S-LCC 토폴로지 및 상기 T-LCL 토폴로지로 구성되는 공진 탱크에 의한 송신 코일 및 상기 수신 코일 간의 유도 전력 전달을 통해 정전류를 출력하여 상기 배터리를 충전시키는 수신단을 포함한다.The ultra-high frequency wireless charger for constant current (CC)/constant voltage (CV) charging according to an aspect of the present invention for solving the above problem is the receiving coil through inductive power transfer (IPT) between the transmitting coil and the receiving coil. In the ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC)/constant voltage (CV) charging a battery connected to the transmission coil, the input voltage supplied from the input power is transmitted by a switching operation of a plurality of switches connected to the input power. Transmitting end transmitting to and including an S-LCC topology connected to the receiving coil and a T-LCL topology connected to a rear end of the S-LCC topology, and a transmitting coil by a resonance tank configured in the S-LCC topology and the A constant voltage is output through induction power transfer between receiving coils, or a constant current is output through induction power transfer between the transmitting coil and the receiving coil by a resonance tank composed of the S-LCC topology and the T-LCL topology to save the battery. It includes a receiving end for charging.
한편, 상기 수신단은, 상기 S-LCC 토폴로지 및 상기 배터리와 연결되는 정류 회로를 연결하는 제1 공진 스위치, 양단이 각각 상기 T-LCL 토폴로지 및 상기 수신 코일과 연결되는 출력 전압선에 접속되는 제2 공진 스위치 및 상기 배터리의 양단 전압을 센싱하고, 상기 배터리의 양단 전압에 따라 정전류(CC) 충전 모드 및 정전압(CV) 충전 모드 간의 전환을 위해 상기 제1 공진 스위치 및 상기 제2 공진 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 공진 탱크의 구조를 변경하는 공진 스위치 제어부를 포함할 수 있다.Meanwhile, the receiving end includes a first resonance switch connecting the S-LCC topology and a rectifier circuit connected to the battery, and a second resonance having both ends connected to an output voltage line connected to the T-LCL topology and the receiving coil, respectively. A switch and a voltage at both ends of the battery are sensed, and a switching operation of the first resonance switch and the second resonance switch is performed to switch between a constant current (CC) charging mode and a constant voltage (CV) charging mode according to the voltage at both ends of the battery. It may include a resonance switch control unit for changing the structure of the resonance tank by controlling.
또한, 상기 수신단은, 상기 S-LCC 토폴로지 및 상기 배터리와 연결되는 정류 회로 사이에 마련되며, 직렬 연결된 제2 공진 인덕터 및 제3 공진 인덕터와, 상기 제2 공진 인덕터 및 상기 제3 공진 인덕터 사이의 접점에 접속되는 제3 공진 커패시터를 포함하는 상기 T-LCL 토폴로지를 포함할 수 있다.In addition, the receiving end is provided between the S-LCC topology and the rectifier circuit connected to the battery, and between the second and third resonant inductors connected in series, and between the second and third resonant inductors. It may include the T-LCL topology including a third resonant capacitor connected to a contact point.
또한, 상기 수신단은, 직렬 연결된 상기 제2 공진 인덕터 및 상기 제3 공진 인덕터의 양 끝단에 연결되는 제1 공진 스위치 및 양단이 각각 상기 제3 공진 커패시터 및 상기 수신 코일과 연결되는 출력 전압선에 접속되는 제2 공진 스위치를 포함할 수 있다.In addition, the receiving end, a first resonant switch connected to both ends of the second resonant inductor and the third resonant inductor connected in series, and both ends are respectively connected to an output voltage line connected to the third resonant capacitor and the receiving coil. It may include a second resonance switch.
또한, 상기 수신단은, 상기 수신 코일과 연결되는 제1 공진 커패시터와 병렬 연결된 상태로 상기 제1 공진 커패시터에 연결되는 제2 공진 커패시터 및 제1 공진 인덕터를 포함하는 상기 S-LCC 토폴로지를 포함할 수 있다.In addition, the receiving end may include the S-LCC topology including a second resonant capacitor and a first resonant inductor connected to the first resonant capacitor in parallel with the first resonant capacitor connected to the receiving coil. have.
또한, 상기 송신단은, 상기 입력 전원의 양단에 연결되는 브릿지에 마련되며, GaN MOSFET 스위치로 구현되는 제1 스위치 및 제2 스위치, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 턴온 또는 턴오프 동작을 제어하는 Class D 앰프, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 사이의 접점에 연결되며, ZVS 인덕터 및 ZVS 커패시터를 포함하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에 부가된 기생 커패시터를 방전시키기 위한 음의 전류를 발생시키는 ZVS 탱크 및 상기 ZVS 탱크 및 상기 송신 코일 사이에 마련되며, 상기 S-LCC 토폴로지 또는 상기 T-LCL 토폴로지와 공진 탱크를 구성하는 송신 커패시터를 포함할 수 있다.In addition, the transmitting end is provided on a bridge connected to both ends of the input power, and controls a first switch and a second switch implemented as a GaN MOSFET switch, and a turn-on or turn-off operation of the first switch and the second switch. Class D amplifier, which is connected to a contact point between the first switch and the second switch, and includes a ZVS inductor and a ZVS capacitor, and a negative current for discharging the parasitic capacitor added to the first switch and the second switch. It may include a ZVS tank for generating a ZVS tank and a transmission capacitor provided between the ZVS tank and the transmission coil, and constituting the S-LCC topology or the T-LCL topology and the resonance tank.
또한, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는, 상기 ZVS 탱크에 의해 영전압 스위칭 조건 하에서 스위칭 제어될 수 있다.In addition, the first switch and the second switch may be controlled to be switched under a zero voltage switching condition by the ZVS tank.
한편, 본 발명의 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기의 제어방법은, 송신단 및 수신단 간의 유도 전력 전달(IPT: Inductive Power Transfer)을 통해 상기 수신단에 마련되는 배터리를 충전시키는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기의 제어 방법에 있어서, 상기 수신단에 형성되는 공진 탱크를 직렬 연결된 S-LCC 토폴로지 및 T-LCL 토폴로지로 구성하여 정전류(CC) 충전 모드로 제어하는 단계, 상기 배터리의 양단 전압을 센싱하는 단계 및 상기 배터리의 양단 전압이 최대 충전 전압에 도달하는 경우, 상기 수신단에 형성되는 공진 탱크를 S-LCC 토폴로지로 구성하여 정전압(CV) 충전 모드로 제어하는 단계를 포함한다.On the other hand, the control method of the ultra-high frequency wireless charger for constant current (CC)/constant voltage (CV) charging of the present invention is to charge the battery provided at the receiving end through inductive power transfer (IPT) between a transmitting end and a receiving end. In the control method of an ultra-high frequency wireless charger for constant current (CC)/constant voltage (CV) charging, the resonant tank formed at the receiving end is configured in a series-connected S-LCC topology and a T-LCL topology to enter a constant current (CC) charging mode. Controlling, sensing the voltage across the battery, and when the voltage across the battery reaches the maximum charging voltage, the resonance tank formed at the receiving end is configured in an S-LCC topology to enter a constant voltage (CV) charging mode. And controlling.
한편, 상기 수신단에 형성되는 공진 탱크를 직렬 연결된 S-LCC 토폴로지 및 T-LCL 토폴로지로 구성하여 정전류(CC) 충전 모드로 제어하는 단계는, 상기 S-LCC 토폴로지 및 상기 배터리와 연결되는 정류 회로를 연결하는 제1 공진 스위치를 턴오프 제어하는 단계 및 양단이 각각 상기 T-LCL 토폴로지 및 상기 송신단으로부터 유도 전력을 전달 받는 수신 코일과 연결되는 출력 전압선에 접속되는 제2 공진 스위치를 턴온 제어하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, the step of configuring the resonance tank formed at the receiving end in a series-connected S-LCC topology and a T-LCL topology to control the constant current (CC) charging mode, the S-LCC topology and the rectifying circuit connected to the battery Turn-off control of the first resonant switch to be connected, and the steps of turning-on-controlling the second resonant switch connected to the output voltage line connected to the T-LCL topology and the receiving coil that receives the induced power from the transmitting end, respectively. Can include.
또한, 상기 배터리의 양단 전압이 최대 충전 전압에 도달하는 경우, 상기 수신단에 형성되는 공진 탱크를 S-LCC 토폴로지로 구성하여 정전압(CV) 충전 모드로 제어하는 단계는, 상기 제1 공진 스위치를 턴온 제어하는 단계 및 상기 제2 공진 스위치를 턴오프 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, when the voltage at both ends of the battery reaches the maximum charging voltage, the step of configuring a resonance tank formed at the receiving end in an S-LCC topology to control the constant voltage (CV) charging mode includes turning on the first resonance switch. It may include controlling and turning off the second resonance switch.
본 발명에 따르면 충전 모드에 따라 공진 네트워크를 변경할 수 있도록 구성되어, 하나의 동작 주파수(예컨대, 6.78MHz)에서 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 구현할 수 있다. According to the present invention, it is configured to change the resonant network according to the charging mode, and constant current (CC)/constant voltage (CV) charging can be implemented at one operating frequency (eg, 6.78 MHz).
또한, 정전류(CC)/정전압(CV) 충전 모드 구현을 위한 백-엔드 DC-DC 컨버터를 필요로 하지 않으므로 전체 시스템의 손실과 비용을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. In addition, since it does not require a back-end DC-DC converter for implementing a constant current (CC)/constant voltage (CV) charging mode, it has the advantage of reducing the loss and cost of the entire system.
또한, 송신단에 ZVS 탱크를 포함하여 전 부하 범위 내에서 송신단 전력 스위치의 영전압 스위칭 조건을 달성할 수 있으므로, 시스템의 전체 효율을 향상시킬 수 있다. In addition, since the zero voltage switching condition of the power switch of the transmitter can be achieved within the entire load range including the ZVS tank at the transmitter, the overall efficiency of the system can be improved.
또한, 정전류(CC) 충전 모드로부터 정전압(CV) 충전 모드로의 전환에 있어서 송신단 및 수신단 간의 피드백 회로를 필요로 하지 않는다. Further, in switching from the constant current (CC) charging mode to the constant voltage (CV) charging mode, a feedback circuit between the transmitting end and the receiving end is not required.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기의 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 충전기의 정전압(CV) 충전 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 도 1에 도시된 충전기의 정전류(CC) 충전 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기에 의한 충전 모드 동안 배터리의 전압 및 등가 임피던스의 일 예를 보여주는 도면이다.1 is a schematic circuit diagram of an ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC) / constant voltage (CV) according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are diagrams for explaining a constant voltage (CV) charging operation characteristic of the charger illustrated in FIG. 1.
5 to 8 are views for explaining the constant current (CC) charging operation characteristics of the charger illustrated in FIG. 1.
9 is a diagram illustrating an example of a voltage and an equivalent impedance of a battery during a charging mode by an ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC)/constant voltage (CV) according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The detailed description of the present invention to be described below refers to the accompanying drawings, which illustrate specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in detail sufficient to enable a person skilled in the art to practice the present invention. It is to be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention in relation to one embodiment. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description to be described below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if appropriately described, is limited only by the appended claims, along with all scopes equivalent to those claimed by the claims. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions over several aspects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기의 개략적으로 나타낸 회로도이다.1 is a schematic circuit diagram of an ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC) / constant voltage (CV) according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 무선 전력 전송(WPT: Wireless Power Transfer) 충전기로, 송신단(10)으로부터 수신단(20)으로의 유도 전력 전달(IPT: Inductive Power Transfer)을 통해 수신단(20)의 배터리(battery)를 충전시킬 수 있다.Referring to Figure 1, the ultra-high
본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 배터리(battery)의 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 달성할 수 있다.The ultra-high
본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 초고주파(예컨대, 6.78MHz)의 스위칭 주파수 조건 하에서 배터리(Battery)의 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 달성하기 위해 공진 네트워크를 변화시킬 수 있도록 구현될 수 있다.The ultra-high
구체적으로는, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 정전압(CV) 충전을 달성하기 위한 공진 네트워크로 S-LCC 토폴로지(21)를 채택하고, 정전류(CC) 충전을 달성하기 위한 공진 네트워크로 S-LCC 토폴로지(21) 및 S-LCC 토폴로지(21)와 연결되는 T-LCL 토폴로지(23)를 채택할 수 있다.Specifically, the ultra-high
이를 위해 수신단(20)은 수신 코일(Lrx), S-LCC 토폴로지(21), T-LCL 토폴로지(23), 제1 공진 스위치(Sa), 제2 공진 스위치(Sb) 및 정류 회로(Rectifier)를 포함할 수 있다.To this end, the receiving
수신 코일(Lrx)는 송신단(10)에 마련되는 송신 코일(Ltx)에서 발생하는 유도 전력을 전달 받을 수 있다.The receiving coil L rx may receive induced power generated from the transmitting coil L tx provided in the transmitting
S-LCC 토폴로지(21)는 제1 공진 커패시터(S1s), 제2 공진 커패시터(S2s) 및 제1 공진 인덕터(L1s)를 포함할 수 있다. 제1 공진 커패시터(S1s)는 일단이 수신 코일(Lrx)과 연결되고, 타단이 병렬 연결된 제2 공진 커패시터(S2s) 및 제1 공진 인덕터(L1s)와 연결될 수 있다.The S-
T-LCL 토폴로지(23)는 S-LCC 토폴로지(21)의 후단에 연결되며, 제2 공진 인덕터(Lsc1), 제3 공진 커패시터(Csc) 및 제3 공진 인덕터(Lsc2)를 포함할 수 있다. 제2 공진 인덕터(Lsc1) 및 제3 공진 인덕터(Lsc2)는 직렬 연결되고, 그 사이의 접점에는 제3 공진 커패시터(Csc)가 접속될 수 있다. The T-
제1 공진 스위치(Sa)는 직렬 연결된 제2 공진 인덕터(Lsc1) 및 제3 공진 인덕터(Lsc2)의 양 끝단에 연결될 수 있다.First resonance switch (S a) it can be coupled to both ends of the series-connected second resonant inductor (L sc1) and a third resonance inductor (L sc2).
제2 공진 스위치(Sb)는 제3 공진 커패시터(Csc)에 연결될 수 있다. 구체적으로는, 제2 공진 스위치(Sb)의 양단은 제3 공진 커패시터(Csc) 및 수신 코일(Lrx)과 연결되는 출력 전압선 상에 각각 접속될 수 있다.The second resonance switch S b may be connected to the third resonance capacitor C sc . Specifically, both ends of the second resonant switch S b may be connected to the third resonant capacitor C sc and the output voltage line connected to the receiving coil L rx , respectively.
정류 회로(Rectifier)는 4 개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)가 마련된 풀 브릿지 회로로, T-LCL 토폴로지(23)의 후단에 연결될 수 있다. 구체적으로는, 정류 회로(Rectifier)의 제1 레그에 마련되는 제1 다이오드(D1) 및 제3 다이오드(D3) 사이의 접점에는 T-LCL 토폴로지(23)가 연결되고, 정류 회로(Rectifier)의 제2 레그에 마련되는 제2 다이오드(D2) 및 제4 다이오드(D4) 사이의 접점에는 수신 코일(Lrx)과 연결되는 출력 전압선이 연결될 수 있다. 이러한 정류 회로(Rectifier)의 후단에는 병렬 연결된 출력 커패시터(Co) 및 배터리(Battery)가 연결될 수 있다.The rectifier circuit is a full bridge circuit in which four diodes D 1 , D 2 , D 3 and D 4 are provided, and may be connected to the rear end of the T-
이와 같은 수신단(20)에서 S-LCC 토폴로지(21) 및 T-LCL 토폴로지(23)는 송신단(10)으로부터의 유도 전력 전달(IPT)을 위한 공진 탱크로서 동작할 수 있다. 여기서, 수신단(20)은 제1 공진 스위치(Sa) 및 제2 공진 스위치(Sb)의 동작에 따라 공진 탱크의 구조를 변경할 수 있다. 이를 위해 수신단(20)은 공진 스위치 제어부(Driver IC)를 더 포함할 수 있다.In such a receiving
공진 스위치 제어부(Driver IC)에 의한 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 충전 모드 제어방법은 수신단(20)에 형성되는 공진 탱크를 직렬 연결된 S-LCC 토폴로지(21) 및 T-LCL 토폴로지(23)로 구성하여 정전류(CC) 충전 모드로 제어하는 단계, 배터리의 양단 전압을 센싱하는 단계 및 배터리의 양단 전압이 최대 충전 전압에 도달하는 경우, 수신단(20)에 형성되는 공진 탱크를 S-LCC 토폴로지(21)로 구성하여 정전압(CV) 충전 모드로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The method for controlling the charging mode of the ultra-high
구체적으로는, 공진 스위치 제어부(Driver IC)는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전 프로세스에 따라 먼저 정전류(CC) 충전 모드 제어를 실행할 수 있다. 이를 위해 공진 스위치 제어부(Driver IC)는 제1 공진 스위치(Sa)를 턴오프 제어 하고, 제2 공진 스위치(Sb)를 턴온 제어할 수 있다. 이에 따라, S-LCC 토폴로지(21) 및 T-LCL 토폴로지(23)를 구성하는 모든 소자들이 공진 탱크로서 공진 동작에 참여할 수 있다. 이와 같은 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 정전류(CC) 충전을 달성할 수 있을 것이다. 이와 관련하여 구체적인 설명은 후술한다. Specifically, the resonance switch controller (Driver IC) may first perform the constant current (CC) charging mode control according to the constant current (CC)/constant voltage (CV) charging process. To this end, the resonance switch controller (Driver IC) may turn off the first resonance switch (S a ) and control the turn on the second resonance switch (S b ). Accordingly, all elements constituting the S-
그리고, 공진 스위치 제어부(Driver IC)는 배터리(Battery)의 양단 전압을 센싱할 수 있다. 공진 스위치 제어부(Driver IC)는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전 프로세스에 따라 배터리(Battery)의 전압이 최대 충전 전압에 도달하는 경우, 정전압(CV) 충전 모드 제어를 실행할 수 있다. 이를 위해, 공진 스위치 제어부(Driver IC)는 제1 공진 스위치(Sa)를 턴온 제어 하고, 제2 공진 스위치(Sb)를 턴오프 제어할 수 있다. 이에 따라, T-LCL 토폴로지(23)를 구성하는 제2 공진 인덕터(Lsc1), 제3 공진 커패시터(Csc) 및 제3 공진 인덕터(Lsc2)는 공진 탱크로서 공진 동작에 참여할 수 없으며, S-LCC 토폴로지(21)를 구성하는 소자들만이 공진 동작에 참여할 수 있다. 이와 같은 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 정전압(CV) 충전을 달성할 수 있을 것이다. 이와 관련하여 구체적인 설명은 후술한다. In addition, the resonance switch controller (Driver IC) can sense the voltage across the battery (Battery). When the voltage of the battery reaches the maximum charging voltage according to the constant current (CC)/constant voltage (CV) charging process, the resonance switch driver IC may perform constant voltage (CV) charging mode control. To this end, the resonance switch controller (Driver IC) may control the turn-on of the first resonance switch (S a ) and control the turn-off of the second resonance switch (S b ). Accordingly, the second resonant inductor (L sc1 ), the third resonant capacitor (C sc ), and the third resonant inductor (L sc2 ) constituting the T-
한편, 송신단(10)은 입력 전원(VIN)과 연결될 수 있으며, 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), ZVS 탱크(ZVS tank), 송신 커패시터(Cp) 및 송신 코일(Ltx)을 포함할 수 있다.On the other hand, the
제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 GaN MOSFET 스위치로 구현될 수 있다.The first switch S 1 and the second switch S 2 may be implemented as GaN MOSFET switches.
제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)는 동일 브릿지에 마련될 수 있으며, 브릿지의 상단 및 하단에 입력 전원(VIN)의 양단이 연결되어, 스위칭 동작에 의해 입력 전원(VIN)을 송신 코일(Ltx)로 전달할 수 있다.The first switch (S 1 ) and the second switch (S 2 ) may be provided on the same bridge, and both ends of the input power (V IN ) are connected to the upper and lower ends of the bridge, and the input power (V IN ) can be transmitted to the transmitting coil (L tx ).
이러한 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)의 턴온 또는 턴오프 동작은 전력 앰프(power amp), 예컨대, Class D 앰프에 의해 제어될 수 있는데, 이와 관련하여 구체적인 설명은 후술한다.The turn-on or turn-off operation of the first switch S 1 and the second switch S 2 may be controlled by a power amp, for example, a Class D amplifier, which will be described later in detail. .
ZVS 탱크(ZVS tank)는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2) 사이의 접점에 연결되어 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)의 영전압 스위칭 조건을 달성할 수 있다. ZVS 탱크(ZVS TANK)는 ZVS 인덕터(LZVS) 및 ZVS 커패시터(CZVS)를 포함하여 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)의 턴온 동작 전에 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)에 부가된 기생 커패시터를 방전시키기 위한 음의 전류를 발생시킬 수 있다.ZVS tank (ZVS tank) has a first switch (S 1) and second switch (S 2) is connected to the contact point between the first switch (S 1) and second switches to achieve the zero voltage switching conditions of the (S 2) can do. ZVS tank (ZVS TANK) the first switch (S 1) and the second switch the first switch prior to turn-on operation of the (S 2) (S 1) and including a ZVS inductor (L ZVS) and ZVS capacitor (C ZVS) A negative current for discharging the parasitic capacitor added to the second switch S 2 may be generated.
송신 커패시터(Cp)는 ZVS 탱크(ZVS TANK) 및 송신 코일(Ltx) 사이에 마련될 수 있다. The transmission capacitor C p may be provided between the ZVS tank and the transmission coil L tx .
송신 커패시터(Cp)는 S-LCC 토폴로지(21)와 공진 탱크를 구성하여 송신 코일(Ltx)로부터 수신 코일(Lrx)로의 유도 전력 전달을 가능하게 한다.The transmission capacitor C p configures the S-
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 정전압(CV)/정전류(CC) 충전 동작 특성에 대해 설명한다.Hereinafter, characteristics of a constant voltage (CV)/constant current (CC) charging operation of the ultra-high
상술한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 정전압(CV) 충전 동작을 구현하기 위해 S-LCC 토폴로지(21)를 공진 탱크로 채택하고, 정전류(CC) 충전 동작을 구현하기 위해 S-LCC 토폴로지(21) 및 T-LCL 토폴로지(23)를 모두 공진 탱크로 채택할 수 있다.As described above, the ultra-high
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 정전압(CV) 충전 동작 특성에 대해 설명한다.First, constant voltage (CV) charging operation characteristics of the ultra-high
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 충전기의 정전압(CV) 충전 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.2 to 4 are diagrams for explaining a constant voltage (CV) charging operation characteristic of the charger illustrated in FIG. 1.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)가 공진 탱크로 S-LCC 토폴로지(21)를 채택한 경우의 등가 회로를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, an equivalent circuit when the ultra-high
도 2에서 Ltx 및 Lrx는 각각 송신 코일 및 수신 코일의 자기 인덕턴스를 나타내고, M은 송신 코일 및 수신 코일 간의 상호 인덕턴스를 나타낸다. Cp, C1s, C2s, 및 L1s는 각각 공진 커패시턴스들 및 공진 인덕턴스를 나타낸다. 또한, Vin_AC는 전압원 및 RAC는 부하의 등가 저항을 나타내며, 이는 아래 수학식들의 각 변수로 적용될 수 있다.In FIG. 2, L tx and L rx denote the self inductance of the transmitting coil and the receiving coil, respectively, and M denotes the mutual inductance between the transmitting coil and the receiving coil. C p , C 1s , C 2s , and L 1s represent resonant capacitances and resonant inductances, respectively. In addition, V in_AC represents the voltage source and R AC represents the equivalent resistance of the load, which can be applied to each variable of the following equations.
도 2에서 제1 공진 인덕터(L1s), 제2 공진 커패시터(C2s) 및 부하(RAC)는 아래 수학식 1과 같이 등가 임피던스(ZS_cv)로 병합하여 나타낼 수 있다.In FIG. 2, the first resonant inductor L 1s , the second resonant capacitor C 2 s , and the load R AC may be expressed by merging them into an equivalent impedance Z S_cv as shown in
수학식 1은 아래 수학식 2를 만족하는 공진 주파수(ω0)에서 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 3을 참조하면, 등가 임피던스(Zs_cv)는 저항 및 커패시턴스로 구성될 수 있다. 따라서, 도 2와 같은 등가 회로는 도 3과 같이 변환할 수 있다.Referring to Equation 3, the equivalent impedance Z s_cv may be composed of resistance and capacitance. Accordingly, the equivalent circuit of FIG. 2 can be converted as shown in FIG. 3.
도 3에서 송신단(10)으로부터 수신단(20)으로의 반사 임피던스(Zref)는 아래 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.In FIG. 3, the reflected impedance Z ref from the transmitting
수학식 4에서 허수 부분을 없애기 위해서는, 아래 수학식 5와 같은 조건을 만족하여야 한다. 그 결과 공진 주파수(ω0)에서의 반사 임피던스(Zref)는 순수 저항 성분으로 아래 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.In order to remove the imaginary part in Equation 4, the condition as in Equation 5 below must be satisfied. As a result, the reflection impedance Z ref at the resonance frequency ω 0 is a pure resistance component and can be expressed as Equation 6 below.
도 3과 같은 등가 회로는 반사 임피던스(Zref)(Zref(ω0))를 적용하여 도 4와 같이 변환할 수 있다.The equivalent circuit of FIG. 3 can be converted as shown in FIG. 4 by applying the reflection impedance Z ref (Z ref (ω 0 )).
도 4에서 등가 입력 임피던스(Zin) 및 전송 전류(I1)은 아래 수학식 7 및 8과 같이 나타낼 수 있다.In FIG. 4, the equivalent input impedance Z in and the transmission current I 1 can be expressed as Equations 7 and 8 below.
등가 입력 임피던스(Zin)의 위상(phase)은 arg[im{Zin}/Re{Zin}]와 같이 결정될 수 있는데, 공진 주파수(ω0)에서 등가 입력 임피던스(Zin)의 영 위상 각(ZPA: Zero Phase Angle)을 달성하기 위해서는 등가 입력 임피던스(Zin)의 허수 성분이 아래 수학식 9와 같은 조건을 만족함으로써 제거될 필요가 있다.The phase of the equivalent input impedance (Z in ) can be determined as arg[im{Z in }/Re{Z in }], the zero phase of the equivalent input impedance (Z in ) at the resonance frequency (ω 0 ). In order to achieve the angle (ZPA: Zero Phase Angle), the imaginary component of the equivalent input impedance Z in needs to be removed by satisfying the condition as in Equation 9 below.
등가 입력 임피던스(Zin)의 허수 성분이 공진 주파수(ω0)에서 수학식 9와 같은 조건을 만족하는 경우, 공진 주파수(ω0)에서의 등가 입력 임피던스(Zin)(ω0)는 아래 수학식 10과 같이 실수 성분으로 나타낼 수 있다.If the imaginary component of the equivalent input impedance (Z in) is to satisfy the conditions such as the equation (9) at the resonance frequency (ω 0), the equivalent input impedance at the resonance frequency (ω 0) (Z in) (ω 0) is the following It can be expressed as a real component as shown in
또한, 공진 주파수(ω0)에서의 전송 전류(I1)(ω0)는 아래 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the resonance frequency transfer current (I 1) (ω 0) of the (ω 0) is expressed as Equation (11) below.
수학식 11에 따르면 공진 주파수(ω0)에서의 전송 전류(I1)(ω0)는 입력 전압과 위상이 같으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 송신 루프의 순환 전류를 크게 억제할 수 있다는 장점을 갖는다.According to Equation 11, since the transmission current (I 1 ) (ω 0 ) at the resonance frequency (ω 0 ) has the same phase as the input voltage, constant current (CC) / constant voltage (CV) charging according to an embodiment of the present invention The ultra-high
한편, 키르히호프의 전압 법칙(Kirchhoff's voltage law)을 도 3에 적용하는 경우, 수신 코일에서의 수신 전류(I2) 및 공진 주파수(ω0)에서의 수신 전류(I2)(ω0)는 각각 아래 수학식 12 및 13과 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, when applying a voltage law (Kirchhoff's voltage law) of Kirchhoff in Figure 3, the received current of the receiving electric current (I 2) and a resonant frequency (ω 0) of the receiving coil (I 2) (ω 0) is It can be expressed as
수학식 13으로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 정전압(CV) 충전 동작 시의 전압 이득은 아래 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다. From Equation 13, the voltage gain during the constant voltage (CV) charging operation of the ultra-high
수학식 14에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 공진 주파수(ω0)에서의 충전 동작 시, 출력 전압이 부하 조건과 무관하게 일정함을 확인할 수 있다. According to Equation 14, the ultra-high
수학식 14에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 공진 주파수(ω0)에서의 충전 동작 시, 출력 전압이 입력 전압(Vin_AC), 공진 인덕턴스(L1s) 및 송신 코일 및 수신 코일 간의 상호 인덕턴스(M)에 따라 변동됨을 확인할 수 있다. 여기서 상호 인덕턴스(M)가 고정되는 경우, 출력 전압은 공진 인덕턴스(L1s)에 의해 조절될 수 있다.According to Equation 14, the ultra-high
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 공진 소자들의 각 파라미터가 수학식 2, 5 및 9를 만족하도록 설계되는 경우, 정전압(CV) 충전을 구현할 수 있을 것이다.Accordingly, when the ultra-high
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 정전류(CC) 충전 동작 특성에 대해 설명한다.Hereinafter, characteristics of a constant current (CC) charging operation of the ultra-high
도 5 내지 도 8은 도 1에 도시된 충전기의 정전류(CC) 충전 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.5 to 8 are views for explaining the constant current (CC) charging operation characteristics of the charger illustrated in FIG. 1.
도 5를 참조하면, 도 1에 도시된 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)가 공진 탱크로 직렬 연결된 S-LCC 토폴로지(21) 및 T-LCL 토폴로지(23)를 채택한 경우의 등가 회로를 확인할 수 있다. T-LCL 토폴로지(23)는 S-LCC 토폴로지(21)로부터 일정한 전압(Vin_T)을 공급 받을 수 있을 것이다.Referring to FIG. 5, an S-
도 5에서 각 파라미터는 도 2를 참조하여 설명한 것으로 대체하며, 다만 Lsc1, Lsc2 및 Csc는 각각 T-LCL 토폴로지(23)에 포함되는 공진 인덕턴스들 및 공진 커패시턴스를 의미한다.In FIG. 5, each parameter is replaced with the one described with reference to FIG. 2, but L sc1 , L sc2, and C sc denote resonance inductances and resonance capacitances included in the T-
도 6을 참조하면, T-LCL 토폴로지(23)는 두 개의 인덕터(Lsc1 및 Lsc2) 및 하나의 커패시터(Csc)를 포함하여 구성될 수 있으며, RAC는 부하의 등가 저항을 나타낸다.Referring to FIG. 6, the T-
도 6에서 제3 공진 인덕터(Lsc2), 제3 공진 커패시터(Csc) 및 부하(RAC)는 아래 수학식 15와 같이 등가 임피던스(Zeq)로 병합하여 나타낼 수 있다.In FIG. 6, the third resonant inductor L sc2 , the third resonant capacitor C sc , and the load R AC may be expressed by merging them into an equivalent impedance Z eq as shown in Equation 15 below.
수학식 15는 아래 수학식 16을 만족하는 공진 주파수(ω0)에서 아래 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.Equation 15 can be expressed as Equation 17 below at a resonance frequency (ω 0 ) that satisfies Equation 16 below.
수학식 17을 참조하면, 수학식 16과 같은 조건을 만족하는 공진 주파수(ω0)에서 등가 임피던스(Zeq)는 저항 및 커패시턴스로 구성될 수 있다. 따라서 도 6과 같은 등가 회로는 도 7과 같이 변환할 수 있다.Referring to Equation 17, the equivalent impedance Z eq at a resonance frequency ω 0 that satisfies the conditions as in Equation 16 may be composed of resistance and capacitance. Therefore, the equivalent circuit of FIG. 6 can be converted as shown in FIG. 7.
도 7에서 등가 입력 임피던스(Zin_T)는 아래 수학식 18과 같이 나타낼 수 있다.In FIG. 7, the equivalent input impedance Z in_T can be expressed as Equation 18 below.
제2 공진 인덕터(Lsc1)가 아래 수학식 19를 만족하도록 설계되는 경우, 도 7에서 리액티브 성분(reactive components)은 서로 상쇄될 수 있으며, 도 7과 같은 등가 회로는 도 8과 같이 변환할 수 있다.When the second resonant inductor L sc1 is designed to satisfy Equation 19 below, the reactive components in FIG. 7 may be canceled from each other, and the equivalent circuit of FIG. 7 can be converted as shown in FIG. I can.
제2 공진 인덕터(Lsc1)가 수학식 19를 만족하는 경우, 등가 입력 인덕턴스(Zin_T)는 아래 수학식 20과 같이 순수 저항 성분을 가질 수 있다.When the second resonant inductor L sc1 satisfies Equation 19, the equivalent input inductance Z in_T may have a pure resistance component as shown in
따라서, 도 8에서 입력 전류(Iin_T) 및 출력 전류(Io_T)는 각각 아래 수학식 21 및 22와 같이 산출될 수 있다.Accordingly, in FIG. 8, the input current I in_T and the output current I o_T can be calculated as shown in
수학식 22에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 공진 탱크로 직렬 연결된 S-LCC 토폴로지(21) 및 T-LCL 토폴로지(23)를 채택하고, 공진 주파수(ω0)에서의 충전 동작 시, 출력 전류(Io_T(ω0))가 부하 조건과 무관하게 일정함을 확인할 수 있다.According to Equation 22, the ultra-high
수학식 22에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 공진 탱크로 직렬 연결된 S-LCC 토폴로지(21) 및 T-LCL 토폴로지(23)를 채택하고, 공진 주파수(ω0)에서의 충전 동작 시, 출력 전류(Io_T(ω0))는 입력 전압(Vin_T), 동작 주파수(ω0) 및 T-LCL 토폴로지(23)에 포함되는 공진 성분들(Lsc2 및 Csc)에 따라서만 변동됨을 확인할 수 있다. According to Equation 22, the ultra-high
여기서 입력 전압(Vin_T)은 S-LCC 토폴로지(21)의 출력 전압으로, 상술한 바와 같이 S-LCC 토폴로지(21)는 공진 파라미터들이 소정의 조건을 만족하도록 설계되는 경우, 일정한 출력 전압을 생성할 수 있다.Here, the input voltage (V in_T ) is the output voltage of the S-
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 부하 독립적인 전류원으로 동작하여 정전류(CC) 충전을 구현할 수 있을 것이다.Accordingly, the ultra-high
이하에서는 아래 표 1과 같은 배터리의 정전류(CC)/정전압(CV) 충전 파라미터들과 공진 주파수(스위칭 주파수)의 조건 하에서 배터리의 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 설계 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, the present invention for achieving constant current (CC)/constant voltage (CV) charging of a battery under the conditions of the constant current (CC)/constant voltage (CV) charging parameters and the resonance frequency (switching frequency) of the battery as shown in Table 1 below. A method of designing an ultra-high
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기에 의한 충전 모드 동안 배터리의 전압 및 등가 임피던스의 일 예를 보여주는 도면이다.9 is a diagram illustrating an example of a voltage and an equivalent impedance of a battery during a charging mode by an ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC)/constant voltage (CV) according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)가 표 1과 같은 조건으로 설계되는 경우, 배터리는 도 9와 같이 정전류(CC)/정전압(CV) 모드로 충전되어 완충될 것이다.When the ultra-high
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 송신단(10) 설계에 대해 설명한다.First, the design of the
본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 송신단(10)을 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2) 및 ZVS 탱크로 구성할 수 있는데, 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2) 제어를 위한 Class D 앰프를 포함할 수 있다(도 1 참조). The ultra-high frequency wireless charger (1) for constant current (CC) / constant voltage (CV) charging according to an embodiment of the present invention connects the
예를 들면, Class D 앰프의 출력은 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)의 게이트 전압이 될 수 있다.For example, the output of the Class D amplifier may be the gate voltage of the first switch (S 1 ) and the second switch (S 2 ).
일반적으로 초고주파 무선 전력 전송(WPT) 시스템에서 Class D 앰프 또는 Class E 앰프가 널리 사용된다. Class E 앰프의 경우 Class D 앰프와 비교하였을 때 기생 성분의 수가 적으므로 높은 변환 효율을 갖는다. 그러나, Class E 앰프는 Class D 앰프와 비교하였을 때, 부하 변화에 민감하여 전체 부하 범위에 대하여 영전압 스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching) 조건을 달성하기 어렵다. 이에 따라 최근에는 Class D 앰프가 영전압 스위칭 동작을 구현할 수 있으며, 초크 인덕터를 필요로 하지 않는다는 점에서 Class E 앰프에 비해 높은 효율을 달성할 수 있는 것으로 평가 받고 있다. In general, Class D amplifiers or Class E amplifiers are widely used in ultra-high frequency wireless power transfer (WPT) systems. Class E amplifiers have high conversion efficiency as the number of parasitic components is small compared to Class D amplifiers. However, when compared to Class D amplifiers, Class E amplifiers are sensitive to load changes, making it difficult to achieve ZVS (Zero Voltage Switching) conditions for the entire load range. Accordingly, in recent years, Class D amplifiers can implement zero voltage switching operation and are evaluated as being able to achieve higher efficiency compared to Class E amplifiers in that they do not require a choke inductor.
아울러, GaN MOSFETs 스위치의 경우, 실리콘 스위치에 비해 낮은 게이트 전하 및 출력 커패시턴스를 가져 무선 전력 전송(WPT) 시스템에서 우수한 성능을 보인다. 저전력 컨버터에 있어서 스위치 동작에 요구되는 전하는 상대적으로 크므로 낮은 게이트 전하 및 출력 커패시턴스는 중요한 요소라 할 수 있다.In addition, GaN MOSFETs switches have lower gate charge and output capacitance than silicon switches, and thus show excellent performance in wireless power transfer (WPT) systems. In a low-power converter, since the charge required for switch operation is relatively large, low gate charge and output capacitance are important factors.
따라서 GaN MOSFETs 스위치 및 영전압 스위칭 특성을 갖는 Class D 앰프는 무선 전력 전송(WPT) 충전기의 전력 앰프로 적용되기에 적합하다.Therefore, GaN MOSFETs switches and Class D amplifiers with zero voltage switching characteristics are suitable to be applied as power amplifiers for wireless power transfer (WPT) chargers.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 송신단(10)에 마련되는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 GaN MOSFET 스위치로 구현할 수 있으며, 이를 제어하는 Class D 앰프 및 이의 영전압 스위칭 조건을 달성하기 위한 ZVS 탱크를 포함하여 송신단(10)을 구성할 수 있다.Accordingly, the ultra-high
송신단(10)의 최대 효율을 달성하기 위해서는 ZVS 탱크가 공진 조건에서 정확하게 공진 동작을 실행할 수 있도록 설계되어야 한다.In order to achieve the maximum efficiency of the transmitting
본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 Class D 앰프에 의해 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)의 영전압 스위칭 조건을 달성할 수 있다. 그러나, Class D 앰프는 특정 부하 범위 내에서는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)의 기생 커패시턴스에 의해 높은 스위칭 손실을 발생시킬 수 있다.The ultra-high
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 ZVS 탱크를 포함할 수 있다. ZVS 탱크는 직렬 연결된 ZVS 인덕터(LZVS) 및 ZVS 커패시터(CZVS)를 포함할 수 있다(도 1 참조). ZVS 탱크는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)의 턴온 동작 전에 기생 커패시터를 방전시키기 위한 충분한 음의 전류를 발생시킬 수 있다. 이를 위한 ZVS 탱크의 ZVS 탱크 인덕터(LZVS)의 값은 아래 수학식 23과 같이 산출될 수 있다.Accordingly, the ultra-high
수학식 23에서 △tvt는 제1 스위치(S1) 또는 제2 스위치(S2)의 전압 전이 시간을 의미하고, Coss는 제1 스위치(S1) 또는 제2 스위치(S2)의 기생 커패시턴스를 의미한다.△ t vt in equation (23) is of the first switch (S 1) or the second switch (S 2), and a voltage transition represents the time C oss the first switch (S 1) or the second switch (S 2) Means parasitic capacitance.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 수신단(20)에 포함되는 공진 탱크의 설계에 대해 설명한다.Hereinafter, a design of a resonance tank included in the receiving
본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 DC 입력 및 AC 출력 간의 관계는 FHA(Fundamental Harmonic Analysis)에 기반하여 아래 수학식 24와 같이 나타낼 수 있다.The relationship between the DC input and the AC output of the ultra-high
수학식 24의 Vin_AC 및 Vo_AC를 수학식 14에 대입하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 DC 전압 이득(Gv(ω0))은 아래 수학식 25와 같이 산출할 수 있다. Substituting V in_AC and V o_AC of Equation 24 into Equation 14, the DC voltage gain (G v ) of the ultra-high
수학식 22를 이용하면, T-LCL 토폴로지(23)의 상호인덕턴스 이득(Gi_T(ω0))은 아래 수학식 26과 같이 산출할 수 있다.Using Equation 22, the mutual inductance gain G i_T (ω 0 ) of the T-
한편 T-LCL 토폴로지(23)는 S-LCC 토폴로지(21)와 캐스케이드 구조로 연결되어 있으므로, 수신단(20)의 상호인덕턴스 이득(Gi(ω0))은 수학식 24, 25 및 26에 따라 아래 수학식 27과 같이 산출할 수 있다.Meanwhile, since the T-
본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)의 공진 탱크는 다음과 같은 순서에 따라 설계할 수 있다.The resonance tank of the ultra-high
표 1과 같이 입력 DC 전압(Vi), 정격 전력(Po), 요구되는 정전류(CC)/정전압(CV) 값(IO, VO) 및 코일 거리 및 치수 등이 정해지는 경우, 송신단(10) 및 수신단(20) 각각의 송신 코일(Ltx) 및 수신 코일(Lrx)의 인덕턴스와 상호 인덕턴스(M)를 산출할 수 있다.If the input DC voltage (V i ), rated power (P o ), required constant current (CC)/constant voltage (CV) values (I O , V O ) and coil distance and dimensions are determined as shown in Table 1, the transmitter Inductance and mutual inductance (M) of the transmitting coil (L tx ) and the receiving coil (L rx ) of each of (10) and the receiving
그리고 수학식 9를 이용하여 송신단(10)의 공진 커패시터(Cp)의 커패시턴스를 설정하고, 수학식 25를 이용하여 S-LCC 토폴로지(21)의 제1 공진 인덕터(L1s)의 인덕턴스를 설정하고, 수학식 2를 이용하여 S-LCC 토폴로지(21)의 제2 공진 커패시터(C2s)의 커패시턴스를 설정하며, 수학식 5를 이용하여 S-LCC 토폴로지(21)의 제1 공진 커패시터(C1s)의 커패시턴스를 설정할 수 있다.And setting the inductance of the first resonance inductor (L 1s) of the resonant capacitor (C p) S-
또한, 수학식 27을 이용하여 T-LCL 토폴로지(23)의 제2 및 제3 공진 인덕터(Lsc1, Lsc2)의 인덕턴스를 설정하고, 수학식 16을 이용하여 T-LCL 토폴로지(23)의 제3 공진 커패시터(Csc)의 커패시턴스를 설정할 수 있다.In addition, the inductance of the second and third resonant inductors L sc1 and L sc2 of the T-
본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 위와 같이 설정되는 파라미터들로 공진 탱크를 설계할 수 있으며, 아래 표 2는 위와 같은 순서에 따라 설정된 공진 탱크의 파라미터의 일 예를 보여준다.The ultra-high
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 충전 모드에 따라 공진 네트워크를 변경할 수 있도록 구성되어, 하나의 동작 주파수(예컨대, 6.78MHz)에서 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 구현할 수 있다. The ultra-high
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전 모드 구현을 위한 백-엔드 DC-DC 컨버터를 필요로 하지 않으므로 전체 시스템의 손실과 비용을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. As such, the ultra-high
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 송신단(10)에 ZVS 탱크를 포함하여 전 부하 범위 내에서 송신단(10) 전력 스위치(S1, S2)의 영전압 스위칭 조건을 달성할 수 있으므로, 시스템의 전체 효율을 향상시킬 수 있다. In addition, the ultra-high
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기(1)는 정전류(CC) 충전 모드로부터 정전압(CV) 충전 모드로의 전환에 있어서 송신단(10) 및 수신단(20) 간의 피드백 회로를 필요로 하지 않으므로, 무선 전력 전송(WPT) 시스템에 적용될 수 있다. In addition, the ultra-high
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims I will be able to.
1: 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기
10: 송신단
20: 수신단
21: S-LCC 토폴로지
23: T-LCL 토폴로지1: Ultra-high frequency wireless charger for constant current (CC)/constant voltage (CV) charging
10: transmitting end
20: receiving end
21: S-LCC topology
23: T-LCL topology
Claims (10)
입력 전원과 연결되는 복수의 스위치의 스위칭 동작에 의해 상기 입력 전원으로부터 공급되는 입력 전압을 상기 송신 코일로 전달하는 송신단; 및
상기 수신 코일과 연결되는 S-LCC 토폴로지 및 상기 S-LCC 토폴로지의 후단에 연결되는 T-LCL 토폴로지를 포함하며, 상기 S-LCC 토폴로지로 구성되는 공진 탱크에 의한 송신 코일 및 상기 수신 코일 간의 유도 전력 전달을 통해 정전압을 출력하거나, 상기 S-LCC 토폴로지 및 상기 T-LCL 토폴로지로 구성되는 공진 탱크에 의한 송신 코일 및 상기 수신 코일 간의 유도 전력 전달을 통해 정전류를 출력하여 상기 배터리를 충전시키는 수신단을 포함하고,
상기 수신단은,
상기 S-LCC 토폴로지 및 상기 배터리와 연결되는 정류 회로를 연결하는 제1 공진 스위치;
양단이 각각 상기 T-LCL 토폴로지 및 상기 수신 코일과 연결되는 출력 전압선에 접속되는 제2 공진 스위치; 및
상기 배터리의 양단 전압을 센싱하고, 상기 배터리의 양단 전압에 따라 정전류(CC) 충전 모드 및 정전압(CV) 충전 모드 간의 전환을 위해 상기 제1 공진 스위치 및 상기 제2 공진 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 공진 탱크의 구조를 변경하는 공진 스위치 제어부를 포함하는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기.In the ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC) / constant voltage (CV) charging a battery connected to the receiving coil through inductive power transfer (IPT) between a transmitting coil and a receiving coil,
A transmission terminal for transferring an input voltage supplied from the input power to the transmission coil by a switching operation of a plurality of switches connected to the input power; And
An S-LCC topology connected to the receiving coil and a T-LCL topology connected to a rear end of the S-LCC topology, and induced power between the transmitting coil and the receiving coil by a resonance tank composed of the S-LCC topology Includes a receiving end for charging the battery by outputting a constant voltage through transmission, or outputting a constant current through induction power transfer between the transmitting coil and the receiving coil by a resonance tank composed of the S-LCC topology and the T-LCL topology. and,
The receiving end,
A first resonant switch connecting the S-LCC topology and a rectifier circuit connected to the battery;
A second resonance switch having both ends connected to an output voltage line connected to the T-LCL topology and the receiving coil, respectively; And
By sensing the voltage at both ends of the battery and controlling the switching operation of the first resonance switch and the second resonance switch to switch between the constant current (CC) charging mode and the constant voltage (CV) charging mode according to the voltage of both ends of the battery Ultra-high frequency wireless charger for charging constant current (CC) / constant voltage (CV) including a resonance switch control unit that changes the structure of the resonance tank.
상기 수신단은,
상기 S-LCC 토폴로지 및 상기 배터리와 연결되는 정류 회로 사이에 마련되며, 직렬 연결된 제2 공진 인덕터 및 제3 공진 인덕터와, 상기 제2 공진 인덕터 및 상기 제3 공진 인덕터 사이의 접점에 접속되는 제3 공진 커패시터를 포함하는 상기 T-LCL 토폴로지를 포함하는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기.The method of claim 1,
The receiving end,
A third provided between the S-LCC topology and the rectifier circuit connected to the battery and connected to a contact point between the second and third resonant inductors connected in series, and the second and third resonant inductors. Ultra-high frequency wireless charger for charging constant current (CC)/constant voltage (CV) including the T-LCL topology including a resonant capacitor.
상기 수신단은,
직렬 연결된 상기 제2 공진 인덕터 및 상기 제3 공진 인덕터의 양 끝단에 연결되는 제1 공진 스위치; 및
양단이 각각 상기 제3 공진 커패시터 및 상기 수신 코일과 연결되는 출력 전압선에 접속되는 제2 공진 스위치를 포함하는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기.The method of claim 3,
The receiving end,
A first resonant switch connected to both ends of the second resonant inductor and the third resonant inductor connected in series; And
An ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC)/constant voltage (CV) including a second resonance switch having both ends connected to the third resonance capacitor and an output voltage line connected to the receiving coil.
상기 수신단은,
상기 수신 코일과 연결되는 제1 공진 커패시터와 병렬 연결된 상태로 상기 제1 공진 커패시터에 연결되는 제2 공진 커패시터 및 제1 공진 인덕터를 포함하는 상기 S-LCC 토폴로지를 포함하는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기.The method of claim 1,
The receiving end,
Constant current (CC)/constant voltage including the S-LCC topology including a second resonant capacitor and a first resonant inductor connected to the first resonant capacitor in parallel with the first resonant capacitor connected to the receiving coil ( CV) Ultra-high frequency wireless charger for charging.
상기 송신단은,
상기 입력 전원의 양단에 연결되는 브릿지에 마련되며, GaN MOSFET 스위치로 구현되는 제1 스위치 및 제2 스위치;
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 턴온 또는 턴오프 동작을 제어하는 Class D 앰프;
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 사이의 접점에 연결되며, ZVS 인덕터 및 ZVS 커패시터를 포함하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에 부가된 기생 커패시터를 방전시키기 위한 음의 전류를 발생시키는 ZVS 탱크; 및
상기 ZVS 탱크 및 상기 송신 코일 사이에 마련되며, 상기 S-LCC 토폴로지 또는 상기 T-LCL 토폴로지와 공진 탱크를 구성하는 송신 커패시터를 포함하는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기.The method of claim 1,
The transmitting end,
A first switch and a second switch provided on a bridge connected to both ends of the input power and implemented as GaN MOSFET switches;
A Class D amplifier controlling a turn-on or turn-off operation of the first switch and the second switch;
A ZVS tank connected to a contact point between the first switch and the second switch and generating a negative current for discharging the parasitic capacitor added to the first switch and the second switch including a ZVS inductor and a ZVS capacitor ; And
An ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC)/constant voltage (CV) provided between the ZVS tank and the transmission coil and comprising a transmission capacitor constituting the S-LCC topology or the T-LCL topology and the resonance tank.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는,
상기 ZVS 탱크에 의해 영전압 스위칭 조건 하에서 스위칭 제어되는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기.The method of claim 6,
The first switch and the second switch,
An ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC)/constant voltage (CV) controlled by switching under a zero voltage switching condition by the ZVS tank.
상기 수신단에 형성되는 공진 탱크를 직렬 연결된 S-LCC 토폴로지 및 T-LCL 토폴로지로 구성하여 정전류(CC) 충전 모드로 제어하는 단계;
상기 배터리의 양단 전압을 센싱하는 단계; 및
상기 배터리의 양단 전압이 최대 충전 전압에 도달하는 경우, 상기 수신단에 형성되는 공진 탱크를 S-LCC 토폴로지로 구성하여 정전압(CV) 충전 모드로 제어하는 단계를 포함하는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기의 제어방법.In the method of controlling an ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC)/constant voltage (CV) charging a battery provided in the receiving end through inductive power transfer (IPT) between a transmitting end and a receiving end,
Configuring a resonant tank formed at the receiving end in a series-connected S-LCC topology and a T-LCL topology to control in a constant current (CC) charging mode;
Sensing a voltage across the battery; And
When the voltage at both ends of the battery reaches the maximum charging voltage, a constant current (CC)/constant voltage (CV) comprising the step of controlling a resonant tank formed at the receiving end in an S-LCC topology to a constant voltage (CV) charging mode. ) How to control ultra-high frequency wireless charger for charging.
상기 수신단에 형성되는 공진 탱크를 직렬 연결된 S-LCC 토폴로지 및 T-LCL 토폴로지로 구성하여 정전류(CC) 충전 모드로 제어하는 단계는,
상기 S-LCC 토폴로지 및 상기 배터리와 연결되는 정류 회로를 연결하는 제1 공진 스위치를 턴오프 제어하는 단계; 및
양단이 각각 상기 T-LCL 토폴로지 및 상기 송신단으로부터 유도 전력을 전달 받는 수신 코일과 연결되는 출력 전압선에 접속되는 제2 공진 스위치를 턴온 제어하는 단계를 포함하는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기의 제어방법.The method of claim 8,
The step of configuring a resonance tank formed at the receiving end in a series-connected S-LCC topology and a T-LCL topology to control in a constant current (CC) charging mode,
Turning-off control of a first resonant switch connecting the S-LCC topology and a rectifier circuit connected to the battery; And
Constant current (CC)/constant voltage (CV) charging comprising the step of turning on a second resonant switch connected to an output voltage line connected to a receiving coil and a receiving coil that receives induction power from the T-LCL topology and the transmitting end, respectively. How to control ultra-high frequency wireless charger for use.
상기 배터리의 양단 전압이 최대 충전 전압에 도달하는 경우, 상기 수신단에 형성되는 공진 탱크를 S-LCC 토폴로지로 구성하여 정전압(CV) 충전 모드로 제어하는 단계는,
상기 제1 공진 스위치를 턴온 제어하는 단계; 및
상기 제2 공진 스위치를 턴오프 제어하는 단계를 포함하는 정전류(CC)/정전압(CV) 충전을 위한 초고주파 무선 충전기의 제어방법.The method of claim 9,
When the voltage at both ends of the battery reaches the maximum charging voltage, the step of configuring a resonance tank formed at the receiving end in an S-LCC topology to control the constant voltage (CV) charging mode,
Turning on the first resonance switch; And
Control method of an ultra-high frequency wireless charger for charging a constant current (CC)/constant voltage (CV) comprising the step of controlling the turn-off of the second resonance switch.
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