KR102187962B1 - 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법 및 무선 전력 송신기 - Google Patents

무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법 및 무선 전력 송신기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예는 무선 전력 송신기에서 무선 충전 네트워크에 진입한 무선 전력 수신기를 검출하기 위한 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법에 관한 것으로, 무선 전력 수신기를 검출하기 위한 제1 검출 전력을 전송하는 단계; 상기 제1 검출 전력이 전송되는 동안 기설정된 제1 임계값을 초과하고 제2 임계값을 초과하지 않는 임피던스 변화량이 검출되면, 제2 검출 전력을 전송하는 단계; 및 무선 전력 수신기로부터 상기 제2 검출 전력의 전송에 따른 애드버타이즈먼트 신호의 수신을 대기하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법 및 무선 전력 송신기{DIFFERENTIAL LOAD DETECTION METHOD FOR DETECTING A WIRELESS POWER RECEIVER IN WIRELESS POWER NETWORK AND WIRELESS POWER TRANSMITTER}
본 발명의 실시 예는 무선 충전 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 전력 송신기에서 무선 충전 네트워크에 진입한 무선 전력 수신기를 검출하기 위한 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법에 관한 것이다.
휴대전화 또는 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 이동 단말기는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리로 구동되며, 이러한 배터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전 장치를 이용하여 이동단말기의 배터리에 전기 에너지를 공급한다. 통상적으로 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서 이를 서로 접촉시킴으로 인하여 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.
하지만, 이와 같은 접촉식 충전방식은 접촉 단자가 외부에 돌출되어 있으므로, 이물질에 의한 오염이 쉽고 이러한 이유로 배터리 충전이 올바르게 수행되지 않는 문제점이 발생한다. 또한 접촉 단자가 습기에 노출되는 경우에도 충전이 올바르게 수행되지 않는다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자 기기에 활용되고 있다.
이러한 무선충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 별도의 충전 커넥터에 의한 연결 없이, 휴대폰을 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 일반적으로 상기 무선 충전 기술은 무선 전동 칫솔이나 무선 전기 면도기 등에 적용되어 일반인들에게 알려져 있다. 이러한 무선충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 다가오는 전기차 시대에도 관련 기술이 크게 발전할 것으로 전망된다.
이러한 무선 충전 기술에는 크게 코일을 이용한 전자기 유도방식과, 공진(Resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation) 방식이 있다.
현재까지는 전자기 유도를 이용한 방식이 주류를 이루고 있으나, 최근 국내외에서 마이크로파를 이용하여 수십 미터 거리에서 무선으로 전력을 전송하는 실험에 성공하고 있어, 가까운 미래에는 언제 어디서나 전선 없이 모든 전자제품을 무선으로 충전하는 세상이 열릴 것으로 보인다.
전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 1차 코일과 2차 코일 간의 전력을 전송하는 방식이다. 코일에 자석을 움직이면 유도 전류가 발생하는데, 이를 이용하여 송신단에서 자기장을 발생시키고 수신단에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 낸다. 이러한 현상을 자기 유도 현상이라고 일컬으며 이를 이용한 전력 전송 방법은 에너지 전송 효율이 뛰어나다.
공진 방식은 2005년 MIT의 "Soljacic" 교수에 의해 "Coupled Mode Theory"으로서 발표되었으며, 공진 방식 전력 전송 원리를 사용하여 충전장치와 몇 미터(m)나 떨어져 있어도 전기가 무선으로 전달되는 시스템이다. MIT팀의 무선 충전시스템은 공명(resonance)이라는 소리굽쇠를 울리면 옆에 있는 와인잔도 그와 같은 진동수로 울리는 물리학 개념을 이용한 것이다. 연구팀은 소리를 공명시키는 대신, 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시켰다. 공명된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.
무선 충전 방식에 대한 연구는 최근에 들어서 활발하게 진행되고 있으나, 무선 충전 순위, 무선 전력 송/수신기의 검색, 무선 전력 송/수신기 사이의 통신 주파수 선택, 무선 전력 조정, 매칭 회로의 선택, 하나의 충전 싸이클에서의 각각의 무선 전력 수신기에 대한 통신 시간 분배 등에 대한 표준이 요구되고 있다.
특히, 무선 전력 송신기(PTU; Power Transmission Unit)가 로드 감지를 할 때, 임피던스의 변화량에 대한 임계값(threshold)을 너무 작게 작을 경우, 잘못된 감지(faults detection)을 할 가능성이 높으며, 임피던스의 변화량에 대한 임계값(threshold)을 너무 크게 잡을 경우 작은 물체는 감지하지 못할 가능성이 높아지는 문제가 있다.
따라서, 무선 전력 송신기(PTU)에서 로드를 효과적으로 감지할 수 있는 방법의 필요성이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시 예는 무선 전력 송신기(PTU)에서 임피던스의 변화량에 의해 로드를 감지할 때, 복수의 임계값들로 임피던스 변화량에 대한 임계값을 설정함으로써 효과적으로 로드를 감지할 수 있는 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법에 있어서, 무선 전력 수신기를 검출하기 위한 제1 검출 전력을 전송하는 단계; 상기 제1 검출 전력이 전송되는 동안 기설정된 제1 임계값을 초과하고 제2 임계값을 초과하지 않는 임피던스 변화량이 검출되면, 제2 검출 전력을 전송하는 단계; 및 무선 전력 수신기로부터 상기 제2 검출 전력의 전송에 따른 애드버타이즈먼트 신호의 수신을 대기하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하면, 전력 절약 모드로 전환하여 무선 전력 수신기를 검출하기 위한 제1 검출 전력들을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하면, 저전력 모드에서 상기 애드버타이즈먼트 신호를 전송한 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 검출 전력이 전송되는 동안 상기 제2 임계값을 초과하는 임피던스 변화량이 검출되면, 제2 검출 전력을 전송하는 단계; 및 저전력 모드에서 미리 설정된 시간 동안 애드버타이즈먼트 신호의 수신을 대기하는 단계를 포함할 수 있다.
미리 설정된 시간 이내에 상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하면, 랫치 폴트 상태로 전환하는 단계를 포함할 수 있다.
미리 설정된 시간 이내에 상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하면, 저전력 모드에서 상기 애드버타이즈먼트 신호를 전송한 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 검출 전력은, 상기 무선 전력 수신기를 구동시키고 통신을 수행할 수 있는 전력량을 갖는 짧은 비콘(short beacon) 신호일 수 있다.
상기 제2 검출 전력은, 상기 무선 전력 수신기에 의한 로드 변경을 검출할 수 있는 최소 전력 값을 갖는 긴 비콘(long beacon) 신호일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 무선 충전에서 수신기 검출을 수행하는 무선 전력 송신기에 있어서, 무선 전력 수신기를 검출하기 위한 제1 검출 전력 또는 제2 검출 전력을 전송하는 전력 송신부; 및 상기 전력 송신부에서 상기 제1 검출 전력이 전송되는 동안 기설정된 제1 임계값을 초과하고 제2 임계값을 초과하지 않는 임피던스 변화량이 검출되면, 상기 전력 송신부에서 상기 제2 검출 전력을 전송하고, 상기 제2 검출 전력의 전송에 따른 애드버타이즈먼트 신호의 수신을 대기하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하면, 전력 절약 모드로 전환하여 무선 전력 수신기를 검출하기 위한 제1 검출 전력들을 전송하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하면, 저전력 모드에서 상기 애드버타이즈먼트 신호를 전송한 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 진행하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 검출 전력이 인가되는 동안 상기 제2 임계값을 초과하는 임피던스 변화량이 검출되면, 제2 검출 전력을 전송하고, 저전력 모드에서 미리 설정된 시간 동안 애드버타이즈먼트 신호의 수신을 대기하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 미리 설정된 시간 이내에 상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하면, 랫치 폴트 상태로 전환하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 미리 설정된 시간 이내에 상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하면, 저전력 모드에서 상기 애드버타이즈먼트 신호를 전송한 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 진행하도록 제어할 수 있다.
상기 제1 검출 전력은, 상기 무선 전력 수신기를 구동시키고 통신을 수행할 수 있는 전력량을 갖는 짧은 비콘(short beacon) 신호일 수 있다.
상기 제2 검출 전력은, 상기 무선 전력 수신기에 의한 로드 변경을 검출할 수 있는 최소 전력 값을 갖는 긴 비콘(long beacon) 신호일 수 있다.
본 발명에 따르면 무선충전 네트워크에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법이 제공될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따라 무선 전력 송신기(PTU)에서 임피던스의 변화량에 의해 로드를 감지할 때, 로드 감지를 위한 임피던스 변화량에 대한 임계값치를 둘 이상으로 분리하여 설정함으로써 효과적으로 로드를 감지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 도 7의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 도 9의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로드 검출을 위한 복수의 임계값 설정을 나타내는 그래프이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 임계값에 의해 디바이스를 검출하는 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따라 임피던스 변화량이 제1 임계값과 제2 임계값의 사이일 경우 정상 상태의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따라 임피던스 변화량이 제1 임계값과 제2 임계값의 사이일 경우 정상 통신이 아닌 상태의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따라 임피던스 변화량이 제2 임계값 이상일 경우 정상 상태의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따라 임피던스 변화량이 제2 임계값 이상일 경우 정상 통신이 아닌 상태의 동작을 나타내는 그래프이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 무선 충전 시스템의 개념을 설명하고, 이하 도 12 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 로드 검출 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)를 포함한다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)에 무선으로 각각 전력(1-1,1-2,1-n)을 송신할 수 있다. 더욱 상세하게는, 무선 전력 송신기(100)는 소정의 인증절차를 수행한 인증된 무선 전력 수신기에 대하여서만 무선으로 전력(1-1,1-2,1-n)을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)로 전자기파 형태의 무선 전력을 송신할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 여기에서 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1,2-2,2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 상술한 프레임에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 무선 전력 수신기는 특히, 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰 등으로 구현될 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신기(100)는 공진 방식을 통하여 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,1110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 30m 이하일 수 있다. 또한 무선 전력 송신기(100)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 전력제공장치(100)와 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 사이의 거리는 바람직하게는 10cm 이하일 수 있다.
무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호나, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100) 제어 정보 등을 무선 전력 송신기(100)에 송신할 수 있다. 상기의 송신 신호의 정보에 관하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
또한 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)는 각각의 충전상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시수단을 포함할 수 있으며, 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각으로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각에 무선 충전 기능을 디스에이블(disabled)하도록 하는 제어 신호를 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 충전 기능의 디스에이블 제어 신호를 수신한 무선 전력 수신기는 무선 충전 기능을 디스에이블할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212) 및 통신부(213)를 포함할 수 있다. 또한 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252) 및 통신부(253)를 포함할 수 있다.
전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 형태로 전력을 공급하면서 이를 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 형태로 공급할 수도 있다. 전력 송신부(211)는 내장된 배터리의 형태로 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하여 다른 구성 요소에 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. 전력 송신부(211)는 일정한 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.
아울러, 전력 송신부(211)는 교류 파형을 전자기파 형태로 무선 전력 수신기(250)로 제공할 수 있다. 전력 송신부(211)는 추가적으로 공진회로를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 소정의 전자기파를 송신 또는 수신할 수 있다. 전력 송신부(211)가 공진회로로 구현되는 경우, 공진회로의 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경가능할 수도 있다. 한편 전력 송신부(211)는 전자기파를 송수신할 수 있는 수단이라면 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다. 제어부(212)의 세부 동작과 관련하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 통신부(253)와 NFC(near field communication), Zigbee 통신, 적외선 통신, 가시광선 통신, 블루투스 통신, BLE(bluetooth low energy) 방식 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 CSMA/CA 알고리즘을 이용할 수 있다. 한편, 상술한 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본원 발명은 통신부(213)에서 수행하는 특정 통신 방식에 의하여 그 권리범위가 한정되지 않는다.
한편, 통신부(213)는 무선 전력 송신기(200)의 정보에 대한 신호를 송신할 수 있다. 여기에서, 통신부(213)는 상기 신호를 유니캐스트(unicast), 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다. 표 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기(200)로부터 송신되는 신호의 데이터 구조이다. 무선 전력 송신기(200)는 하기의 프레임을 가지는 신호를 기설정된 주기마다 송신할 수 있으며, 상기 신호는 이하에서는 Notice 신호로 명명될 수도 있다.
frame type protocol version sequence number network ID RX to Report(schedule mask) Reserved Number of Rx
Notice 4bit 1Byte 1Byte 1Byte 5bit 3bit
표 1에서의 frame type은 신호의 타입을 지시하는 필드로, 표 1에서는 해당 신호가 Notice 신호임을 지시한다. protocol version 필드는, 통신 방식의 프로토콜의 종류를 지시하는 필드로, 예를 들어 4bit가 할당될 수 있다. sequence number 필드는, 해당 신호의 순차적인 순서를 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 할당될 수 있다. sequence number는, 예를 들어 신호의 송수신 단계에 대응하여 1씩 증가될 수 있다. network ID 필드는, 무선 전력 송신기(200)의 네트워크 식별자(network ID)를 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 할당될 수 있다. Rx to Report(schedule mask) 필드는, 무선 전력 송신기(200)로 보고를 수행할 무선 전력 수신기들을 지시하는 필드로, 예를 들어 1Byte가 할당될 수 있다. 표 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 Rx to Report(schedule mask) 필드이다.
Rx to Report(schedule mask)
Rx1 Rx2 Rx3 Rx4 Rx5 Rx6 Rx7 Rx8
1 0 0 0 0 1 1 1
여기에서, Rx1 내지 Rx8은 무선 전력 수신기 1 내지 8에 대응할 수 있다. Rx to Report(schedule mask) 필드는 스케쥴 마스크의 번호가 1로 표시된 무선 전력 수신기가 보고를 수행하도록 구현될 수 있다.
Reserved 필드는, 향후의 이용을 위하여 예약된 필드로 예를 들어 5Byte가 할당될 수 있다. Number of Rx 필드는, 무선 전력 송신기(200)의 주위의 무선 전력 수신기의 개수를 지시하는 필드로, 예를 들어 3bit가 할당될 수 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 여기에서 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 무선 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다. 또는 더욱 상세하게 후술할 것으로, 전력 정보는 유선 충전 단자의 인입, SA 모드로부터 NSA 모드로의 전환, 에러 상황 해제 등의 정보를 포함할 수도 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250) 뿐만 아니라, 다른 무선 전력 송신기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수도 있다. 예를 들어, 통신부(213)는 다른 무선 전력 송신기로부터 상술한 표 1의 프레임의 Notice 신호를 수신할 수 있다.
한편, 도 2에서는 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 상이한 하드웨어로 구성되어 무선 전력 송신기(200)가 아웃-밴드(out-band) 형식으로 통신되는 것과 같이 도시되었지만, 이는 예시적인 것이다. 본 발명은 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 하나의 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신기(200)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다.
무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)는 각종 신호를 송수신할 수 있으며, 이에 따라 무선 전력 송신기(200)가 주관하는 무선 전력 네트워크로의 무선 전력 수신기(250)의 가입과 무선 전력 송수신을 통한 충전 과정이 수행될 수 있으며, 상술한 과정은 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부 및 통신부(212,213)(or MCU & Out-of-band Signaling unit), 구동부(or power supply unit) (214), 증폭부(215) 및 매칭부(216)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부 및 통신부(252,253), 정류부(254), DC/DC 컨버터부(255), 스위치부(256) 및 로드부(257)를 포함할 수 있다.
구동부(214)는 기설정된 전압 값을 가지는 직류 전력을 출력할 수 있다. 구동부(214)에서 출력되는 직류 전력의 전압 값은 제어부 및 통신부(212,213)에 의하여 제어될 수 있다.
구동부(214)로부터 출력되는 직류 전류는 증폭부(215)로 출력될 수 있다. 증폭부(215)는 기설정된 이득으로 직류 전류를 증폭할 수 있다. 아울러, 제어부 및 통신부(212,213)로부터 입력되는 신호에 기초하여 직류 전력을 교류로 변환할 수 있다. 이에 따라, 증폭부(215)는 교류 전력을 출력할 수 있다.
매칭부(216)는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 매칭부(216)로부터 바라본 임피던스를 조정하여, 출력 전력이 고효율 또는 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 매칭부(216)는 제어부 및 통신부(212,213)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭부(216)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부 및 통신부(212,213)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
전력 송신부(211)는 입력된 교류 전력을 전력 수신부(251)로 송신할 수 있다. 전력 송신부(211) 및 전력 수신부(251)는 동일한 공진 주파수를 가지는 공진 회로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 공진 주파수는 6.78MHz로 결정될 수 있다.
한편, 제어부 및 통신부(212,213)는 무선 전력 수신기(250) 측의 제어부 및 통신부(252,253)와 통신을 수행할 수 있으며, 예를 들어 양방향 2.4GHz 주파수로 통신을 수행할 수 있다.
한편, 전력 수신부(251)는 충전 전력을 수신할 수 있다.
정류부(254)는 전력 수신부(251)에 수신되는 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있으며, 예를 들어 브리지 다이오드의 형태로 구현될 수 있다. DC/DC 컨버터부(255)는 정류된 전력을 기설정된 이득으로 컨버팅할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(255)는 출력단(259)의 전압이 5V가 되도록 정류된 전력을 컨버팅할 수 있다. 한편, DC/DC 컨버터부(255)의 전단(258)에는 인가될 수 있는 전압의 최솟값 및 최댓값이 기설정될 수 있다.
스위치부(256)는 DC/DC 컨버터부(255) 및 로드부(257)를 연결할 수 있다. 스위치부(256)는 제어부(252)의 제어에 따라 온(on)/오프(off) 상태를 유지할 수 있다. 로드부(257)는 스위치부(256)가 온 상태인 경우에 DC/DC 컨버터부(255)로부터 입력되는 컨버팅된 전력을 저장할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(400)는 전원을 인가할 수 있다(S401). 전원이 인가되면, 무선 전력 송신기(400)는 환경을 설정(configuration)할 수 있다(S402).
무선 전력 송신기(400)는 전력 절약 모드(power save mode)에 진입할 수 있다(S403). 전력 절약 모드에서, 무선 전력 송신기(400)는 이종의 검출용 전력 비콘 각각을 각각의 주기로 인가할 수 있으며, 이에 대하여서는 도 6에서 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 예를 들어, 도 4에서와 같이 무선 전력 송신기(400)는 검출용 전력 비콘(power beacon)(404,405)를 인가할 수 있으며, 검출용 전력 비콘들(404,405) 각각의 전력 값의 크기는 상이할 수도 있다. 검출용 전력 비콘들(404,405) 중 일부 또는 전부는 무선 전력 수신기(450)의 통신부를 구동할 수 있는 전력량을 가질 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(450)는 검출용 전력 비콘들(404,405) 중 일부 또는 전부에 의하여 통신부를 구동시켜 무선 전력 송신기(400)와 통신을 수행할 수 있다. 상기 상태를 널(Null) 상태로 명명할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)의 배치에 의한 로드 변경을 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기(400)는 저전력 모드(S409)로 진입할 수 있다. 저전력 모드에 대하여서도 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 한편, 무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기(400)로부터 수신된 전력에 기초하여 통신부를 구동시킬 수 있다(S409).
무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기(400)로 무선 전력 송신기 검색 (PTU searching)신호를 송신할 수 있다(S410). 무선 전력 수신기(450)는 BLE 기반의 애드버타이즈먼트(Advertisement) 신호로서, 무선 전력 송신기 검색 신호를 송신할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기 검색 신호를 주기적으로 송신할 수 있으며, 무선 전력 송신기(400)로부터 응답 신호를 수신하거나 또는 기설정된 시간이 도래할 때까지 송신할 수 있다.
무선 전력 수신기(450)로부터 무선 전력 송신기 검색 신호가 수신되면, 무선 전력 송신기(400)는 응답 신호(PRU(Power Receiving Unit) Respnse) 신호를 송신할 수 있다(S411). 여기에서 응답 신호는 무선 전력 송신기(400) 및 무선 전력 수신기(400) 사이의 연결(connection)을 형성(form)할 수 있다.
무선 전력 수신기(450)는 PRU static 신호를 송신할 수 있다(S412). 여기에서, PRU static 신호는 무선 전력 수신기(450)의 상태를 지시하는 신호일 수 있으며, 무선 전력 송신기(400)가 관제하는 무선 전력 네트워크에 가입을 요청할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)는 PTU static 신호를 송신할 수 있다(S413). 무선 전력 송신기(400)가 송신하는 PTU static 신호는 무선 전력 송신기(400)의 캐퍼빌리티(capability)를 지시하는 신호일 수 있다.
무선 전력 송신기(400) 및 무선 전력 수신기(450)가 PRU static 신호 및 PTU static 신호를 송수신하면, 무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호를 주기적으로 송신할 수 있다(S414,S415). 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호는 무선 전력 수신기(450)에서 측정된 적어도 하나의 파라미터 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호는 무선 전력 수신기(450)의 정류부 후단의 전압 정보를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 수신기(450)의 상태를 부트(Boot) 상태라고 명명할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)는 전력 송신 모드로 진입하고(S416), 무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)가 충전을 수행하도록 하는 명령 신호인 무선 전력 수신기 명령(PRU command) 신호를 송신할 수 있다(S417). 전력 송신 모드에서, 무선 전력 송신기(400)는 충전 전력을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)가 송신하는 무선 전력 수신기 명령 신호는 무선 전력 수신기(450)의 충전을 인에이블/디스에이블하는 정보 및 허여(permission) 정보를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기 명령 신호는 무선 전력 송신기(400)가 무선 전력 수신기(450)의 상태를 변경하도록 하는 경우에 송신하거나 또는 기설정된 주기, 예를 들어 250ms의 주기로 송신될 수도 있다. 무선 전력 수신기(400)는 무선 전력 수신기 명령 신호에 따라서 설정을 변경하고, 무선 전력 수신기(450)의 상태를 보고하기 위한 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호를 송신할 수 있다(S418,S419). 무선 전력 수신기(450)가 송신하는 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호는 전압, 전류, 무선 전력 수신기 상태 및 온도 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 수신기(450)의 상태를 On 상태로 명명할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호는 표 3과 같은 데이터 구조를 가질 수 있다.
Field octets description use units
optional field 1 defines which optional fields are populated mandatory
Vrect 2 voltage at diode output mandatory mV
Irect 2 current at diode output mandatory mA
Vout 2 voltage at charge/battery port optional mV
Iout 2 current at charge/battery port optional mA
temperature 1 temperature of PRU optional Deg C from -40C
Vrect min dyn 2 Vrect low limit(dynamic value) optional mV
Vrect set dyn 2 desired Vrect(dynamic value) optional mV
Vrect high dyn 2 Vrect high limit(dynamic value) optional mV
PRU alert 1 warnings mandatory Bit field
RFU 3 undefined
무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호는, 표 3에서와 같이 선택적 필드 정보, 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 전압 정보('Vert'), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 전류 정보('Irect'), 무선 전력 수신기의 DC/DC 컨버터의 후단의 전압 정보('Vout'), 무선 전력 수신기의 DC/DC 컨버터의 후단의 전류 정보('Iout'), 온도 정보('temperature'), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최소 전압값 정보('Vrect min dyn'), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최적 전압값 정보('Vrect set dyn'), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최대 전압값 정보('Vrect high dyn) 및 경고 정보('PRU alert?')중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
경고 정보('PRU alert')는 하기의 표 4와 같은 데이터 구조로 형성될 수 있다.
7 6 5 4 3 2 1 0
over voltage over current over temperature charge complete TA detect transition restart request RFU
경고 정보는, 표 4와 같이 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature), 충전 완료(charge complete), 유선 충전 단자 인입 감지(TA detect), SA 모드/ NSA 모드 전환(transition), 재충전 요청(restart request) 등을 포함할 수 있다.
무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 수신기 명령 신호를 수신하여 충전을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)를 충전하기에 충분한 전력을 가지는 경우 충전을 인에이블하도록 하는 무선 전력 수신기 명령 신호를 송신할 수 있다. 한편, 무선 전력 수신기 명령 신호는 충전 상태가 변경될 때마다 송신될 수 있다. 무선 전력 수신기 명령 신호는 예를 들어 250ms 마다 송신될 수 있거나, 파라미터 변경이 있을 때 송신될 수 있다. 무선 전력 수신기 명령 신호는 파라미터가 변경되지 않더라도 기설정된 임계 시간, 예를 들어 1초 이내에는 송신되어야 하도록 설정될 수도 있다.
한편, 무선 전력 수신기(450)는 에러 발생을 감지할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)는 경고 신호를 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수 있다(S420). 경고 신호는 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호로 송신되거나 또는 무선 전력 수신기 경고(PRU alert) 신호로 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(450)는 표 3의 PRU alert 필드에 에러 상황을 반영하여 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수 있다. 또는 무선 전력 수신기(450)는 에러 상황을 지시하는 단독 경고 신호를 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(400)는 경고 신호를 수신하면, 래치 실패 모드로 진입할 수 있다(S422). 무선 전력 수신기(450)는 널 상태로 진입할 수 있다(S423).
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하는 흐름도이다. 도 5의 제어 방법은 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 6은 도 5의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 구동을 개시할 수 있다(S501). 아울러, 무선 전력 송신기는 초기 설정을 리셋할 수 있다(S503). 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드에 진입할 수 있다(S505). 여기에서, 전력 절약 모드는, 무선 전력 송신기가 전력 송신부에 전력량이 상이한 이종의 전력을 인가하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 6에서의 제 2 전력(601,602) 및 제 3 전력(611,612,613,614,615)을 전력 송신부에 인가하는 구간일 수 있다. 여기에서, 무선 전력 송신기는 제 2 전력(601,602)을 제 2 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 2 전력(601,602)을 인가하는 경우에는 제 2 기간 동안 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 3 전력(611,612,613,614,615)을 제 3 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 3 전력(611,612,613,614,615)을 인가하는 경우에는 제 3 기간 동안 인가할 수 있다. 한편, 제 3 전력(611,612,613,614,615)의 각각의 전력 값은 상이한 것과 같이 도시되어 있지만, 제 3 전력(611,612,613,614,615)의 각각의 전력 값은 상이할 수도 있으며 또는 동일할 수도 있다.
무선 전력 송신기는 제 3 전력(611)을 출력한 이후에 동일한 크기의 전력량을 가지는 제 3 전력(612)을 출력할 수 있다. 상기와 같이 무선 전력 송신기가 동일한 크기의 제 3 전력을 출력하는 경우, 제 3 전력의 전력량은 가장 소형의 무선 전력 수신기, 예를 들어 카테고리 1의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
무선 전력 송신기는 제 3 전력(611)을 출력한 이후에 상한 크기의 전력량을 가지는 제 3 전력(612)을 출력할 수 있다. 상기와 같이 무선 전력 송신기가 상이한 크기의 제 3 전력을 출력하는 경우, 제 3 전력의 전력량 각각은 카테고리 1 내지 5의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량일 수 있다. 예를 들어, 제 3 전력(611)는 카테고리 5의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있으며, 제 3 전력(612)는 카테고리 3의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있으며, 제 3 전력(613)는 카테고리 1의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
한편, 제 2 전력(601,602)은 무선 전력 수신기를 구동시킬 수 있는 전력일 수 있다. 더욱 상세하게는, 제 2 전력(601,602)은 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
무선 전력 송신기는 제 2 전력(601,602) 및 제 3 전력(611,612,613,614,615)을 전력 수신부로 각각 제 2 주기 및 제 3 주기로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기 상에 무선 전력 수신기가 배치되는 경우, 무선 전력 송신기의 일 지점에서 바라보는 임피던스가 변경될 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 2 전력(601,602) 및 제 3 전력(611,612,613,614,615)이 인가되는 중 임피던스 변경을 검출할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 3 전력(615)을 인가하는 중, 임피던스가 변경되는 것을 검출할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 물체를 검출할 수 있다(S507). 물체가 검출되지 않는 경우에는(S507-아니오), 무선 전력 송신기는 이종의 전력을 주기적으로 인가하는 전력 절약 모드를 유지할 수 있다(S505).
한편, 임피던스가 변경되어 물체가 검출되는 경우에는(S507-예), 무선 전력 송신기는 저전력 모드로 진입할 수 있다. 여기에서, 저전력 모드는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가진 구동 전력을 인가하는 모드이다. 예를 들어 도 6에서는, 무선 전력 송신기는 구동 전력(620)을 전력 송신부에 인가할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(620)을 수신하여 제어부 및 통신부를 구동할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(620)에 기초하여 무선 전력 송신기와 소정의 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 인증에 요구되는 데이터를 송수신할 수 있으며, 이에 기초하여 무선 전력 송신기가 관장하는 무선 전력 네트워크에 가입할 수 있다. 다만, 무선 전력 수신기가 아닌 이물질이 배치되는 경우에는, 데이터 송수신이 수행될 수 없다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 배치된 물체가 이물질인지 여부를 결정할 수 있다(S511). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 기설정된 시간 동안 물체로부터 응답을 수신하지 못한 경우, 물체를 이물질로 결정할 수 있다.
이물질로 결정된 경우에는(S511-예), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신기는 도 6에서의 제 1 전력(631 내지 634)을 제 1 주기로 주기적으로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 1 전력을 인가하는 중에 임피던스 변경을 검출할 수 있다. 예를 들어, 이물질이 회수되는 경우에는 임피던스 변경을 검출할 수 있으며, 무선 전력 송신기는 이물질이 회수된 것으로 판단할 수 있다. 또는 이물질이 회수되지 않는 경우에는, 무선 전력 송신기는 임피던스 변경을 검출할 수 없으며, 무선 전력 송신기는 이물질이 회수되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이물질이 회수되지 않는 경우에는, 무선 전력 송신기는 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 출력하여 현재의 무선 전력 송신기의 상태가 에러 상태임을 사용자에게 알릴 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.
이물질이 회수되지 않은 것으로 판단되는 경우(S515-아니오), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드를 유지할 수 있다(S513). 한편, 이물질이 회수된 것으로 판단되는 경우(S515-예), 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드로 재진입할 수 있다(S517). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 5의 제 2 전력(651,652) 및 제 3 전력(661 내지 665)을 인가할 수 있다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 송신기는, 무선 전력 수신기가 아닌 이물질이 배치된 경우에 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드에서 인가하는 전력에 기초한 임피던스 변경에 의거하여 이물질의 회수 여부를 판단할 수 있다. 즉, 도 5 및 6의 실시 예에서의 랫치 실패 모드 진입 조건은 이물질의 배치일 수 있다. 한편, 무선 전력 송신기는 이물질의 배치 이외에도 다양한 랫치 실패 모드 진입 조건을 가질 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 배치된 무선 전력 수신기와 교차 연결될 수 있으며, 상기의 경우에서도 랫치 실패 모드로 진입될 수 있다.
이에 따라, 무선 전력 송신기는 교차 연결 발생 시, 초기 상태로의 복귀가 요구되며, 무선 전력 수신기의 회수가 요구된다. 무선 전력 송신기는 다른 무선 전력 송신기상에 배치되는 무선 전력 수신기가 무선 전력 네트워크에 가입되는 교차 연결을 랫치 실패 모드 진입 조건으로 설정할 수 있다. 교차 연결을 포함하는 에러 발생 시의 무선 전력 송신기의 동작을 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 7의 제어 방법은 도 8을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 8은 도 7의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
무선 전력 송신기는 구동을 개시할 수 있다(S701). 아울러, 무선 전력 송신기는 초기 설정을 리셋할 수 있다(S703). 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드에 진입할 수 있다(S705). 여기에서, 전력 절약 모드는, 무선 전력 송신기가 전력 송신부에 전력량이 상이한 이종의 전력을 인가하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8에서의 제 2 전력(801,802) 및 제 3 전력(811,812,813,814,815)을 전력 송신부에 인가하는 구간일 수 있다. 여기에서, 무선 전력 송신기는 제 2 전력(801,802)을 제 2 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 2 전력(801,802)을 인가하는 경우에는 제 2 기간 동안 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 3 전력(811,812,813,814,815)을 제 3 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 3 전력(811,812,813,814,815)을 인가하는 경우에는 제 3 기간 동안 인가할 수 있다. 한편, 제 3 전력(811,812,813,814,815)의 각각의 전력 값은 상이한 것과 같이 도시되어 있지만, 제 3 전력(811,812,813,814,815)의 각각의 전력 값은 상이할 수도 있으며 또는 동일할 수도 있다.
한편, 제 2 전력(801,802)은 무선 전력 수신기를 구동시킬 수 있는 전력일 수 있다. 더욱 상세하게는, 제 2 전력(801,802)은 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
무선 전력 송신기는 제 2 전력(801,802) 및 제 3 전력(811,812,813,814,815)을 전력 수신부로 각각 제 2 주기 및 제 3 주기로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기 상에 무선 전력 수신기가 배치되는 경우, 무선 전력 송신기의 일 지점에서 바라보는 임피던스가 변경될 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 2 전력(801,802) 및 제 3 전력(811,812,813,814,815)이 인가되는 중 임피던스 변경을 검출할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 3 전력(815)을 인가하는 중, 임피던스가 변경되는 것을 검출할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 물체를 검출할 수 있다(S707). 물체가 검출되지 않는 경우에는(S707-아니오), 무선 전력 송신기는 이종의 전력을 주기적으로 인가하는 전력 절약 모드를 유지할 수 있다(S705).
한편, 임피던스가 변경되어 물체가 검출되는 경우에는(S807-예), 무선 전력 송신기는 저전력 모드로 진입할 수 있다(S809). 여기에서, 저전력 모드는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가진 구동 전력을 인가하는 모드이다. 예를 들어 도 8에서는, 무선 전력 송신기는 구동 전력(820)을 전력 송신부에 인가할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(820)을 수신하여 제어부 및 통신부를 구동할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(820)에 기초하여 무선 전력 송신기와 소정의 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 인증에 요구되는 데이터를 송수신할 수 있으며, 이에 기초하여 무선 전력 송신기가 관장하는 무선 전력 네트워크에 가입할 수 있다.
이후, 무선 전력 송신기는 충전 전력을 송신하는 전력 송신 모드로 진입할 수 있다(S711). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8에서와 같이 충전 전력(821)을 인가할 수 있으며, 충전 전력은 무선 전력 수신기로 송신될 수 있다.
무선 전력 송신기는 전력 송신 모드에서, 에러가 발생하는지 여부를 판단할 수 있다. 여기에서, 에러는 무선 전력 송신기 상에 이물질이 배치되는 것, 교차 연결, 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature) 등일 수 있다. 무선 전력 송신기는 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature) 등을 측정할 수 있는 센싱부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 기준 지점의 전압 또는 전류를 측정할 수 있으며, 측정된 전압 또는 전류가 임계치를 초과하는 것을 과전압 또는 과전류 조건이 충족되는 것으로 판단할 수 있다. 또는 무선 전력 송신기는 온도 센싱 수단을 포함할 수 있으며, 온도 센싱 수단은 무선 전력 송신기의 기준 지점의 온도를 측정할 수 있다. 기준 지점의 온도가 임계치를 초과하는 경우에는, 무선 전력 송신기는 과온도 조건이 충족된 것으로 판단할 수 있다.
도 8의 실시 예에서는, 무선 전력 송신기 상에 이물질이 추가적으로 배치되는 에러가 도시되었지만, 에러는 이에 한정되지 않으며 이물질이 배치되는 것, 교차 연결, 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature)에 대하여서도 무선 전력 송신기가 유사한 과정으로 동작함을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
에러가 발생하지 않으면(S713-아니오), 무선 전력 송신기는 전력 송신 모드를 유지할 수 있다(S711). 한편, 에러가 발생하면(S713-예), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다(S715). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8과 같이 제 1 전력(831 내지 835)를 인가할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드 동안 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 포함한 에러 발생 표시를 출력할 수 있다. 이물질 또는 무선 전력 수신기가 회수되지 않은 것으로 판단되는 경우(S717-아니오), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드를 유지할 수 있다(S715). 한편, 이물질 또는 무선 전력 수신기가 회수된 것으로 판단되는 경우(S717-예), 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드로 재진입할 수 있다(S719). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8의 제 2 전력(851,852) 및 제 3 전력(861 내지 865)을 인가할 수 있다.
이상에서, 무선 전력 송신기가 충전 전력을 송신하는 중 에러가 발생한 경우의 동작에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 무선 전력 송신기 상에 복수의 무선 전력 수신기가 충전 전력을 수신하는 경우의 동작에 대하여 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 9의 제어 방법은 도 10을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 10은 도 9의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기로 충전 전력을 송신할 수 있다(S901). 아울러, 무선 전력 송신기는 추가적으로 제 2 무선 전력 수신기를 무선 전력 네트워크로 가입시킬 수 있다(S903). 또한 무선 전력 송신기는 제 2 무선 전력 수신기에도 충전 전력을 송신할 수 있다(S905). 더욱 상세하게는, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기가 요구하는 충전 전력의 합계를 전력 수신부에 인가할 수 있다.
도 10에서는 상기의 S901 단계 내지 S905 단계에 대한 일 실시 예가 도시된다. 예를 들어 무선 전력 송신기는 제 2 전력(1001,1002) 및 제 3 전력(1011 내지 1015)을 인가하는 전력 절약 모드를 유지할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기를 검출하고, 상기 제 1 무선 전력 수신기를 검출하는 데 적용된 검출 전력(1020)을 유지하는 저전력 모드로 진입할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신기는 제 1 충전 전력(1030)을 인가하는 전력 송신 모드로 진입할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 2 무선 전력 수신기를 검출할 수 있으며, 제 2 무선 전력 수신기를 무선 전력 네트워크에 가입시킬 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기가 요구하는 전력량의 합계의 전력량을 가지는 제 2 충전 전력(1040)을 인가할 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기는 제 1 및 제 2 무선 전력 수신기 양자에 충전 전력을 송신하는 중(S905), 에러 발생을 검출할 수 있다(S907). 여기에서, 에러는 상술한 바와 같이, 이물질 배치, 교차 연결, 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature) 등일 수 있다. 에러가 발생하지 않으면(S907-아니오), 무선 전력 송신기는 제 2 충전 전력(1040)의 인가를 유지할 수 있다.
한편, 에러가 발생하면(S907-예), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다(S909). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 10의 제 1 전력(1051 내지 1055)를 제 1 주기로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기 모두가 회수되는지를 판단할 수 있다(S911). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 1 전력(1051 내지 1055)의 인가 중 임피던스 변경을 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기는 임피던스가 초기 수치로 복귀하는지 여부에 기초하여 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기 모두가 회수되는지를 판단할 수 있다.
제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기 모두가 회수된 것으로 판단되면(S911-예), 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드로 진입할 수 있다(S913). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 10과 같이 제 2 검출 전력(1061,1062) 및 제 3 검출 전력(1071 내지 1075)을 각각 제 2 주기 및 제 3 주기로 인가할 수 있다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 송신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신기에 충전 전력을 인가하는 경우에 있어서도, 에러 발생 시 용이하게 무선 전력 수신기 또는 이물질이 회수되는지 여부를 판단할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
무선 전력 송신기(1100)는 통신부(1100), 전력 증폭기(power amplifier, PA)(1120) 및 공진기(1130)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(1150)는 통신부(1151), 어플리케이션 프로세서(application processor,AP)(1152), 전력 관리 집적회로(power management integrated circuit,PMIC)(1153), 무선 전력 집적회로(wireless power integrated circuit)(1154), 공진기(resonator)(1155), 인터페이스 전력 관리 집적회로(interface power management IC,IFPM)(1157), 유선 충전 어댑터(travel adapter)(1158) 및 배터리(1158)를 포함할 수 있다.
통신부(1100)는 통신부(1151)과 소정의 방식, 예를 들어 BLE 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(1150)의 통신부(1151)는 표 3의 데이터 구조를 가지는 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호를 무선 전력 송신기(1100)의 통신부(1110)로 송신할 수 있다. 상술한 바와 같이, 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호는 무선 전력 수신기(1150)의 전압 정보, 전류 정보, 온도 정보 및 경고 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
수신된 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호에 기초하여, 전력 증폭기(1120)로부터의 출력 전력 값이 조정될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(1150)에 과전압, 과전류, 과온도가 인가되면, 전력 증폭기(1120)로부터 출력되는 전력 값이 감소될 수 있다. 아울러, 무선 전력 수신기(1150)의 전압 또는 전류가 기설정된 값 미만인 경우에는 전력 증폭기(1120)로부터 출력되는 전력 값이 증가될 수 있다.
공진기(1130)로부터의 충전 전력은 공진기(1155)에 무선으로 송신될 수 있다.
무선 전력 집적회로(1154)는 공진기(1155)로부터 수신된 충전 전력을 정류하고, DC/DC 컨버팅할 수 있다. 무선 전력 집적회로(1154)는 컨버팅된 전력을 통신부(1151)를 구동하거나 또는 배터리(1159)를 충전하도록 한다.
한편, 유선 충전 어댑터(1158)에는 유선 충전 단자가 인입될 수 있다. 유선 충전 어댑터(1158)는 30핀 커넥터 또는 USB 커넥터 등의 유선 충전 단자가 인입될 수 있으며, 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 수신하여 배터리(1159)를 충전할 수 있다.
인터페이스 전력 관리 집적회로(1157)는 유선 충전 단자로부터 인가되는 전력을 처리하여 배터리(1159) 및 전력 관리 집적회로(1153)로 출력할 수 있다.
전력 관리 집적회로(1153)는 무선으로 수신된 전력 또는 유선으로 수신된 전력과 무선 전력 수신기(1150)의 구성 요소 각각에 인가되는 전력을 관리할 수 있다. AP(1152)는 전력 관리 집적회로(1153)로부터 전력 정보를 수신하여, 이를 보고하기 위한 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호를 송신하도록 통신부(1151)를 제어할 수 있다.
한편, 무선 전력 집적회로(1154)에 연결되는 노드(1156)에는 유선 충전 어댑터(1158)에도 연결될 수 있다. 유선 충전 어댑터(1158)에 유선 충전 커넥터가 인입되는 경우에는, 노드(1156)에 기설정된 전압, 예를 들어 5V가 인가될 수 있다. 무선 전력 집적회로(1154)는 노드(1156)에 인가되는 전압을 모니터링하여 유선 충전 어댑터의 인입 여부를 판단할 수 있다.
이하, 도 12 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 로드 검출(Load detection)을 위한 방법으로서, 먼저 무선 전력 송신기(PTU)는 제1 검출 전력(예컨대, 짧은 비콘(short beacon))을 통해 전력을 전송하고 임피던스(Zin)의 변화를 모니터링한다.
이때, 로드 감지(Load detection)를 하기 위해서는 미리 정해진 특정 임피던스(Zin)의 변화(Zin_load_change) 이상을 감지해야 한다.
예컨대, 감지된 임피던스의 변화량(ΔZin)이 미리 설정된 임피던스 변화량(Zin_load_change)의 임계값을 초과하면 무선 충전 송신기(PTU) 위에 물체가 놓여진 것으로 감지한다. 이에 따라, PTU는 자신 위에 놓여진 물체로부터의 통신 시도를 스캔(scan)하게 된다. 이때, 놓여진 물체로부터 통신 시도가 있으면 상기 통신 시도를 통해 놓여진 물체와 통신을 하여 무선 충전이 가능한 물체 인지를 판별한다.
한편, 이와 같은 로드 감지 방법은 모순이 발생할 수 있다.
예컨대, 로드 감지(Load detection)를 할 때 임피던스(Zin)의 변화량(ΔZin)의 임계값(Threshold)을 작게 잡으면 잘못된 감지(faults detection)를 할 가능성이 높아진다.
반면, 로드 감지(Load detection)를 할 때 임피던스(Zin)의 변화량(ΔZin)의 임계값(Threshold)을 크게 잡으면 작은 물체는 감지하지 못할 가능성이 높아진다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 도 13에 도시된 바와 같이 로드 감지를 위한 임피던스 변화량(ΔZin)의 임계값을 두 개로 분리하여 설정함으로써 다양한 임피던스 변화에 따른 효과적인 로드 감지가 가능해진다.
예컨대, 작은 물체가 PTU에 놓여지거나, 로드가 PTU를 스쳐 지나가는 경우, 큰 물체가 PTU에 놓여지는 경우 등 어떠한 상황에서도 최적의 로드 검출 및 충전 상황을 진행시킬 수가 있게 된다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로드 검출을 위한 복수의 임계값 설정을 나타내는 그래프이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 로드 검출을 위한 임피던스 변화에 대한 임계값을 제1 임계값(Th1)과 제2 임계값(Th2)으로 두 개로 분리하여 설정한다.
상기 제1 임계값(Th1)은 상기 제2 임계값(Th2)보다 작게 설정하여 짧은 비콘 모드(short beacon mode)(제1 검출 전력 전송 모드)에서 작은 변화가 발생해도 긴 비콘 모드(long beacon mode)(제2 검출 전력 전송 모드)로 전환하여 물체(object)(로드)와 통신을 시도할 수 있도록 한다. 즉, 로드 검출(load detection)의 감도(sensitivity)를 높일 수 있도록 설정한다.
한편, 임피던스(Zin)의 변화량(ΔZin))이 제1 임계값(Th1)과 제2 임계값(Th2)의 사이값을 가지면 작은 변화로 검출(detect)은 되나 임피던스(Zin)가 작아서 많은 전력을 소비하지 않는다. 따라서, 긴 비콘 모드(log beacon mode)에서 통신 시도가 없을 경우, 오류 경보(Faults alert)로 간주하고 전력 절약 모드(Power save mode)로 복귀한다.
또한, 제2 임계값(Th2)은 상기 제1 임계값(Th1)보다 더 높게 설정하여 상대적으로 큰 변화에 대해 감지(detect)할 수 있도록 하고, 상기 제2 임계값(Th2)보다 높은 임피던스(Zin)의 변화를 일으키는 물체가 감지되면 긴 비콘 모드(long beacon mode)를 거쳐서 저 전력 모드(Low power mode)로 진행되도록 한다.
이때, 저 전력 모드(Low power mode)에서도 통신이 이루어 지지 않거나 등록 타이머(Registration timer)가 만료(expire)하게 되면 이물질로 감지하여 렛치 폴트(Latch fault) 모드로 진행한다.
즉, 도 13을 참조하면, 제1 객체(Object1)에 대해서는 상대적으로 작은 임피던스 변화(예컨대, 제1 임계값(Th1)보다 작은 임피던스 변화)가 감지되어 상기 제1 임계값(Th1)보다 낮은 임피던스 변화가 감지될 수 있다. 이때, 상기 제1 객체에 대해서는 임피던스 변화가 제1 임계값(Th1) 미만이므로 PTU 임피던스 변화 감지에 의해 검출될 수 없고 무시된다. 긴 비콘 모드에 의해서만 검출될 수 있다.
제2 객체(Object2)에 대해서는 중간 정도의 임피던스 변화량(ΔZin)(예컨대, 제1 임계값(Th1)과 제2 임계값(Th2) 사이의 임피던스 변화)이 감지되어 상기 제1 임계값(Th1) 보다는 높은 임피던스 변화를 갖지만 제2 임계값(Th2) 보다는 낮은 임피던스 변화가 감지될 수 있다. 이때, 상기 제2 객체에 대해서는 임피던스 변화량(ΔZin)이 제1 임계값(Th1)을 초과하므로 PTU 임피던스 변화 감지에 의해 검출될 수 있다.
또한, 제3 객체(Object3)에 대해서는 상대적으로 큰 정도의 임피던스 변화량(ΔZin)(예컨대, 제2 임계값(Th1)을 초과하는 임피던스 변화)이 감지되어 상기 제2 임계값(Th2)보다 높은 임피던스 변화가 감지될 수 있다. 이때, 상기 제3 객체에 대해서는 임피던스 변화량(ΔZin)이 제1 임계값(Th1) 및 제2 임계값(Th2)을 초과하므로 PTU 임피던스 변화 감지에 의해 검출될 수 있다.
이하, 도 14 및 도 15를 참조하여, 복수의 임계값에 의해 디바이스를 검출하는 절차를 설명한다.
도 14를 참조하면, 전력 절약 모드(power save mode)(S1402)에서, PTU는 로드 변화 감지를 위해 제1 검출 전력(예컨대, 짧은 비콘)을 전송할 수 있다. 이때, 로드의 변화가 감지(S1406)되면, 감지된 로드 변화를 제1 임계값과 비교(S1408)한다.
상기 비교 결과, 감지된 로드의 변화량이 제1 임계값보다 작을 경우, 현재의 전력 절약 모드를 계속 유지(S1418)한다.
반면, 상기 비교 결과, 감지된 로드의 변화량이 제1 임계값보다 클 경우, 다시 상기 감지된 로드의 변화량을 제2 임계값과 비교(S1410)한다.
상기 비교 결과, 감지된 로드의 변화량이 제2 임계값보다 작을 경우(즉, 감지된 로드의 변화량이 제1 임계값과 제2 임계값의 사이일 경우), 제2 검출 전력(예컨대, 긴 비콘)을 전송(S1412)한다.
PTU가 상기 제2 검출 전력 전송 이후, 애드버타이즈먼트 신호를 수신(S1414)하면, 저전력 모드(low power mode)로 전환(S1416)되고, 상기 저전력 모드에서 등록(registration) 절차를 진행한다. 정상적으로 등록이 완료되면, 전력 송신 모드(power transfer mode)로 전환되어 충전이 개시된다.
상기 비교 결과, 감지된 로드의 변화량이 제2 임계값보다 클 경우(즉, 감지된 로드의 변화량이 제1 임계값 및 제2 임계값보다 클 경우)(S1410), 도 15의 절차를 진행한다.
도 15를 참조하면, 감지된 로드의 변화량이 제2 임계값보다 클 경우, 제2 검출 전력(에컨대, 긴 비콘)을 전송(S1502)한다. PTU가 상기 제2 검출 전력 전송 이후, 애드버타이즈먼트 신호를 수신(S1504)하면, 저전력 모드(low power mode)로 전환(S1506)되고, 상기 저전력 모드에서 등록(registration) 절차를 진행(S1508)한다. 정상적으로 등록이 완료되면, 전력 송신 모드(power transfer mode)로 전환(S1512)되어 충전이 개시(S1510)된다.
이때, PTU가 상기 제2 검출 전력 이후, 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하더라도, 미리 설정된 시간(예컨대, 등록 타이머(registration timer) 설정 시간(예컨대, 500ms)) 동안 애드버타이즈먼트 신호의 수신을 대기하기 위해 저전력 모드를 유지(S1514)할 수 있다.
상기 미리 설정된 시간 이내에 애드버타이즈 신호를 수신하면, 등록 절차를 진행한 후 충전이 개시될 수 있다.
반면, 상기 미리 설정된 시간 이내에 애드버타이즈 신호를 수신하지 못하고, 타임 아웃이 발생(S1516)하면, 감지된 로드는 로그 디바이스(rogue device)로 판단(S1518)하고, 랫치 폴트 모드(latch fault mode)로 전환(S1520)될 수 있다.
이하, 도 16 내지 도 19를 참조하여, 임피던스 변화량(ΔZin)이 제1 임계값(Th1)과 제2 임계값(Th2)의 사이일 경우(도 16 및 도 17에 해당)와 임피던스 변화량(ΔZin)이 제2 임계값을 초과할 경우(도 18 및 도 19에 해당)에 대한 실시 예를 상세히 설명한다.
< 제1 실시 예: 제1 임계값(Th1) < 임피던스 변화량(ΔZin) < 제2 임계값(Th2) >
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따라 임피던스 변화량(ΔZin)이 제1 임계값(Th1)과 제2 임계값(Th2)의 사이일 경우 정상 상태의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 16을 참조하면, PTU에서 짧은 비콘 신호가 송신될 때(또는 짧은 비콘 신호와 긴 비콘 신호가 송신될 때), 제2 객체가 PTU에 놓여지면(Object2 placed), 짧은 비콘 신호에 의한 임피던스 변화량(ΔZin)을 측정함으로써 제2 객체가 검출될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따라 임피던스 변화량(ΔZin)이 제1 임계값(Th1)과 제2 임계값(Th2)의 사이값을 가질 경우, PTU는 긴 비콘 신호를 전송하고, 대상 물체와 통신함으로써 애드버타이즈먼트 신호에 대한 수신을 대기할 수 있다. 이때, 도 16에 도시된 바와 같이 미리 설정된 시간 이내에 애드버타이즈먼트 신호를 수신하면, 저 전력 모드(low power mode)에서 등록 절차를 진행할 수 있다.
반면, 도 17에 도시된 바와 같이, 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하면, 상기 로드 변화를 무시하고, 다시 전력 절약 모드(power save mode)로 돌아가서, 짧은 비콘 신호를 전송한다. 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따라 임피던스 변화량(ΔZin)이 제1 임계값(Th1)과 제2 임계값(Th2)의 사이일 경우 정상 통신이 아닌 상태의 동작을 나타내는 그래프이다.
<제2 실시 예: 임피던스 변화량(ΔZin) > 제2 임계값(Th2) >
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따라 임피던스 변화량(ΔZin)이 제2 임계값 (Th2)이상일 경우 정상 상태의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 18을 참조하면, PTU에서 짧은 비콘 신호와 긴 비콘 신호가 송신될 때, 제3 객체가 PTU에 놓여지면(Object3 placed), 짧은 비콘 신호에 의한 임피던스 변화를 측정함으로써 제3 객체가 검출될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따라 임피던스 변화량(ΔZin)이 제2 임계값(Th2)을 초과할 경우, PTU는 긴 비콘 신호를 전송하고, 대상 물체와 통신함으로써 애드버타이즈먼트 신호에 대한 수신을 대기할 수 있다. 이때, 도 18에 도시된 바와 같이 미리 설정된 시간 이내에 애드버타이즈먼트 신호를 수신하면, 저 전력 모드(low power mode)에서 등록 절차를 진행할 수 있다. 그런 다음, 충전을 개시하고 전력 전송 모드로 진입할 수 있다.
반면, 도 19에 도시된 바와 같이, 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하면, 저 전력 모드로 진입하고, 등록을 위한 미리 설정된 시간을 초과할 때까지 등록이 완료되지 못하면, 해당 물체를 로그 디바이스(rogue device)로 판단한다. 이에 따라, PTU는 렛치 폴트 모드(latch fault mode)로 진입한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (16)

  1. 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법에 있어서,
    무선 전력 수신기를 검출하기 위한 제1 검출 전력을 무선 전력 전송기가 전송하는 단계;
    상기 제1 검출 전력이 전송되는 동안 기설정된 제1 임계값을 초과하고 제2 임계값을 초과하지 않는 임피던스 변화량이 검출되면, 제2 검출 전력을 전송하는 단계; 및
    상기 무선 전력 수신기로부터의 상기 제2 검출 전력의 전송에 따른 애드버타이즈먼트 신호를 스캔하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 검출 전력은, 상기 무선 전력 수신기를 구동시키고 통신을 수행할 수 있는 전력량을 갖는 짧은 비콘(short beacon) 신호이며,
    상기 제2 검출 전력은, 상기 무선 전력 수신기에 의한 로드 변경을 검출할 수 있는 최소 전력 값을 갖는 긴 비콘(long beacon) 신호인, 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하면, 전력 절약 모드로 전환하여 무선 전력 수신기를 검출하기 위한 제1 검출 전력들을 전송하는 단계를 포함하는, 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하면, 저전력 모드에서 상기 애드버타이즈먼트 신호를 전송한 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 진행하는 단계를 포함하는, 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 검출 전력이 전송되는 동안 상기 제2 임계값을 초과하는 임피던스 변화량이 검출되면, 제2 검출 전력을 전송하는 단계; 및
    저전력 모드에서 미리 설정된 시간 동안 애드버타이즈먼트 신호의 수신을 대기하는 단계를 포함하는, 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    미리 설정된 시간 이내에 상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하면, 랫치 폴트 상태로 전환하는 단계를 포함하는, 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    미리 설정된 시간 이내에 상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하면, 저전력 모드에서 상기 애드버타이즈먼트 신호를 전송한 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 진행하는 단계를 포함하는, 무선 충전에서 수신기 검출을 위한 로드 변화 감지 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 무선 충전에서 수신기 검출을 수행하는 무선 전력 송신기에 있어서,
    무선 전력 수신기를 검출하기 위한 제1 검출 전력 또는 제2 검출 전력을 전송하는 전력 송신부; 및
    상기 전력 송신부에서 상기 제1 검출 전력이 전송되는 동안 기설정된 제1 임계값을 초과하고 제2 임계값을 초과하지 않는 임피던스 변화량이 검출되면, 상기 전력 송신부에서 상기 제2 검출 전력을 전송하고, 상기 무선 전력 수신기로부터 상기 제2 검출 전력의 전송에 따른 애드버타이즈먼트 신호를 스캔하도록 제어하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 제1 검출 전력은, 상기 무선 전력 수신기를 구동시키고 통신을 수행할 수 있는 전력량을 갖는 짧은 비콘(short beacon) 신호이며,
    상기 제2 검출 전력은, 상기 무선 전력 수신기에 의한 로드 변경을 검출할 수 있는 최소 전력 값을 갖는 긴 비콘(long beacon) 신호인, 무선 전력 송신기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하면, 전력 절약 모드로 전환하여 무선 전력 수신기를 검출하기 위한 제1 검출 전력들을 전송하도록 제어하는, 무선 전력 송신기.
  11. 제9항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하면, 저전력 모드에서 상기 애드버타이즈먼트 신호를 전송한 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 진행하도록 제어하는, 무선 전력 송신기.
  12. 제9항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 제1 검출 전력이 인가되는 동안 상기 제2 임계값을 초과하는 임피던스 변화량이 검출되면, 제2 검출 전력을 전송하고, 저전력 모드에서 미리 설정된 시간 동안 애드버타이즈먼트 신호의 수신을 대기하도록 제어하는, 무선 전력 송신기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 프로세서는,
    미리 설정된 시간 이내에 상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하지 못하면, 랫치 폴트 상태로 전환하도록 제어하는, 무선 전력 송신기.
  14. 제12항에 있어서, 상기 프로세서는,
    미리 설정된 시간 이내에 상기 애드버타이즈먼트 신호를 수신하면, 저전력 모드에서 상기 애드버타이즈먼트 신호를 전송한 무선 전력 수신기에 대한 등록 절차를 진행하도록 제어하는, 무선 전력 송신기.
  15. 삭제
  16. 삭제
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