KR102195109B1 - 무선 충전 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예는 무선 충전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 한 실시 예에 따르면, 무선 충전 방법에 있어서, 무선 충전 장치가 무선 전력 수신 모드 및 무선 전력 송신 모드 중 적어도 하나의 모드를 선택하는 과정, 상기 무선 전력 수신 모드가 선택됨에 따라 무선 전력을 수신하는 과정, 상기 무선 전력 송신 모드가 선택됨에 따라 무선 전력을 송신하는 과정을 포함하는 것을 포함할 수 있다. 이외에도 다양한 실시 예들이 가능하다.

Description

무선 충전 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FOR WIRELESS CHARGE}
본 발명의 실시 예는 무선 충전 기술에 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, 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.
상기한 무선 전력 전송 기술이 무선 충전 시스템에 이용되는 경우를 일 예를 들면, 무선 충전 시스템은 전력을 송신하는 무선 전력 송신기와, 전력을 수신하여 배터리에 전력을 충전시키는 무선 전력 수신기로 구성될 수 있다. 무선 전력 송신기는 충전에 필요한 전력을 전송하여 물체에 전력을 공급한다. 무선 전력 수신기는 전송되는 전력을 이용하여 충전을 수행할 수 있다.
그런데 기존의 무선 충전 시스템의 경우 무선 전력 송신기는 외부로부터 전원을 공급받는 형태로서 임의의 장소에 고정적으로 설치되어 전력 송신만이 가능할 뿐, 전력 수신은 할 수 없었다. 또한 종래 무선 전력 송신기는 사용자가 휴대하고 다닐 수 없었고, 외부 전원이 없으면 전력 송신이 불가능한 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 전력 송신 및 수신이 모두 가능하며, 외부 전원 없이도 사용자가 휴대하고 다니면서 전력 송수신이 가능한 무선 충전 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 전력 송수신 외에도 타 무선 충전 장치들 사이에서 전력 중계가 가능하며, 무선 충전 장치들을 서로 근접시켰을 때 서로 충전할 수 있는 무선 충전 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 무선 충전 방법에 있어서, 무선 충전 장치가 무선 전력 수신 모드 및 무선 전력 송신 모드 중 적어도 하나의 모드를 선택하는 과정, 상기 무선 전력 수신 모드가 선택됨에 따라 무선 전력을 수신하는 과정, 상기 무선 전력 송신 모드가 선택됨에 따라 무선 전력을 송신하는 과정을 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 무선 충전 장치에 있어서, 공진기, 상기 공진기를 통해 무선 전력 수신 및 무선 전력 송신 중 어느 하나를 수행하는 무선 전력 송신기를 포함하는 무선 전력 송수신부, 상기 무선 전력 수신 모드가 선택됨에 따라 무선 전력을 수신하도록 제어하고, 상기 무선 전력 송신 모드가 선택됨에 따라 무선 전력을 송신하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 하나의 무선 충전 장치로 무선 전력 수신, 중계, 및 송신이 선택적으로 가능하므로 편리할 수 있다.
또한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면 외부 전원 외에 배터리를 통해 전력을 공급받을 수 있으므로, 사용자가 휴대용으로 지니고 다니며 무선 전력 수신, 중계 및 송신을 할 수 있어서 편리할 수 있다.
또한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면 복수개의 무선 충전 장치들을 근접시켜 서로 충전이 가능하도록 할 수 있어서 편리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 개념도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 TRX 모듈의 상세 블록도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 RX부 및 TX부의 구성도
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 동작 흐름도
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 SW2의 예를 나타낸 도면
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 SW1의 구성 예를 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 무선 충전 장치들간의 충전 동작을 설명하기 위한 도면
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.
본 발명의 실시 예에 따르면 무선 충전 장치는 무선 전력 송신, 무선 전력 수신, 무선 전력 중계를 선택적으로 수행할 수 있으며, 무선 충전 패드, 무선 충전 단말 등과 같은 장치로 구현될 수 있고, 외부 전원 예컨대 외부 DC 전원을 공급받아 무선 전력 송신, 무선 전력 수신, 무선 전력 중계를 선택적으로 수행하거나, 배터리로부터 전원을 공급받아 무선 전력 송신, 무선 전력 수신, 무선 전력 중계를 선택적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 무선 충전 장치(100)는 제어부(110), 통신부(120), TRX 모듈(130), 공진부(140), 배터리(150)를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 무선 충전 장치(100)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(110)는 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 애플리케이션을 이용하여 무선 충전 장치(100)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(110)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 제어부(110)는 무선 전력 수신, 무선 전력 중계, 무선 전력 송신을 선택적으로 수행하도록 제어할 수 있다. 제어부(110)는 무선 전력 수신이 선택된 경우 TRX 모듈(130)을 통해 무선 전력을 수신하도록 제어할 수 있다. 또한 제어부(110)는 무선 전력 중계가 선택된 경우 TRX 모듈(130)을 통해 무선 전력을 중계하도록 제어할 수 있다. 또한 제어부(110)는 무선 전력 송신이 선택된 경우 TRX 모듈(130)을 통해 무선 전력을 송신하도록 제어할 수 있다. 또한 제어부(110)는 무선 전력 송신 시 외부 전원(DC)으로부터 공급되는 전원을 이용하여 무선 전력을 송신할 것인지 배터리(150)를 통해 제공되는 전원을 이용하여 무선 전력을 송신할 것인지를 제어할 수 있다.
통신부(120)는 타 무선 충전 장치(미도시) 또는 무선 전력 송신기(미도시), 무선 전력 수신기(미도시)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(120)는 타 무선 충전 장치(미도시) 또는 무선 전력 송신기(미도시), 무선 전력 수신기(미도시)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(120)는 CSMA/CA 알고리즘을 이용할 수도 있다. 한편, 상술한 통신 방식은 단순히 예시적인 것이며, 본 발명의 실시 예들은 통신부(120)에서 수행하는 특정 통신 방식으로 그 권리범위가 한정되지 않는다.
한편, 통신부(120)는 무선 충전 장치(100)의 정보에 대한 신호를 송신할 수 있다. 통신부(120)는 무선 충전 장치(100)가 무선 전력 수신을 수행할 경우, 주변에 존재하는 타 무선 충전 장치(미도시) 또는 무선 전력 송신기(미도시)로 무선 전력 송신 요청 신호를 전송할 수 있다. 또한, 통신부(120)는 무선 충전 장치(100)가 무선 전력 중계를 수행할 경우, 주변에 존재하는 타 무선 충전 장치(미도시) 또는 무선 전력 송신기(미도시) 또는 무선 전력 수신기(미도시) 로 무선 전력 중계 알림 신호를 전송할 수 있다. 통신부(120)는 무선 충전 장치(100)가 무선 전력 송신을 수행할 경우 주변에 존재하는 타 무선 충전 장치(미도시) 또는 무선 전력 수신기(미도시)로부터 무선 전력 송신 요청에 따라 무선 전력 송신 응답 신호를 전송할 수 있다. 여기에서, 통신부(120)는 상기 신호를 유니캐스트(uNicast), 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다.
TRX 모듈(130)은 무선 전력 송수신기일 수 있다. TRX 모듈(130)은 무선 충전 장치(100)가 무선 전력 수신을 수행할 경우, 공진부(140)를 통해 무선 전력을 송신하는 타 무선 충전 장치(미도시) 또는 송신측의 무선 전력 송신기(미도시)의 공진부(미도시)과 동일한 주파수로 공진하여 송신측의 무선 충전 장치(미도시) 또는 송신측의 무선 전력 송신기(미도시)로부터 송신되는 전력을 수신하고, 수신된 전력을 배터리(150)로 전달할 수 있다. TRX 모듈(130)은 무선 충전 장치(100)가 무선 전력 중계를 수행할 경우, 무선 전력 수신 또는 무선 전력 송신을 중단하여 공진부(140)를 통해 주변의 타 무선 충전 장치(미도시)간 또는 무선 전력 송신기(미도시)와 무선 전력 수신기(미도시) 사이의 무선 전력이 중계되도록 할 수 있다. TRX 모듈(130)은 무선 충전 장치(100)가 무선 전력 송신을 수행할 경우, 교류 파형의 형태로 전력을 송신하거나, 인버터를 이용하여 전력을 직류 파형에서 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 형태로 송신할 수도 있다. TRX 모듈(130)은 외부 전원(DC)으로부터 전력을 공급받아 전력을 송신하거나, 배터리(150)로부터 전원을 공급받아 전력을 송신하거나, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하여 다른 구성 요소에 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. TRX 모듈(130)은 일정한 교류 파형의 전력을 제공할 수 있는 수단을 포함한다면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.
아울러, TRX 모듈(130)은 본 발명의 실시 예에서는 공진기(140)를 통해 교류 파형을 제공할 수 있고, 다른 실시 예에 따라 교류 파형을 전자기파 형태로 제공할 수도 있다. TRX 모듈(130)이 공진기(140)를 통해 교류 파형으로 전력을 송신하는 경우, 공진기(140)의 루프 코일의 인덕턴스(L)는 변경 가능할 수도 있다. 한편 TRX 모듈(130)은 전자기파를 송수신할 수 있는 수단이라면 공진기(140)외에도 다른 수단을 이용하는 것에 제한이 없는 것은 당업자는 용이하게 이해할 것이다.
공진기(140)는 코일 형태의 구조물일 수 있으며, LUMP형 캡 블록으로 구성되는 캐패시터부가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 TRX 모듈(130) 및 통신부(120)가 상이한 하드웨어로 구성되어 무선 충전 장치(100)가 아웃-밴드(out-band) 형식으로 통신되는 것과 같이 도시되었지만, 이는 예시적인 것이다. 본 발명은 TRX 모듈(130) 및 통신부(120)가 하나의 하드웨어로 구현되어 무선 충전 장치(100)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다.
상기한 바와 같은 무선 충전 장치(100)는 각종 신호를 송수신할 수 있으며, 이에 따라 무선 충전 장치들 간 또는 무선 충전 장치와 무선 전력 수신기간 또는 무선 충전 장치와 무선 전력 송신기간에 서로 무선 전력 송수신을 통한 충전 과정이 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 장치의 TRX 모듈의 상세 블록도이다. 도 2를 참조하면, TRX 모듈(130)은 PMIC(Power Management Intergrated Circuit)(231), Booster IC(Intergrated Circuit)(232), 제1 스위치 (SW1)(233), RX부(235), TX부(237), 제2 스위치(SW2)(239)를 포함할 수 있다.
PMIC(231)는 무선 충전 장치의 전원을 관리할 수 있다. 예를 들면, PMIC(231)는 외부 전원(DC)가 인가되면 외부 전원(DC)를 이용하여 무선 충전 장치의 각 구성부에 전원을 공급하고 배터리(250)를 충전할 수 있다. 또한 PMIC(231)는 RX부(235)로부터 공진기(140)를 통해 수신되는 전력을 전달받아 무선 충전 장치의 각 구성부에 전원을 공급하고 배터리(150)를 충전할 수도 있다.
Booster IC(232)는 배터리(150)의 전원을 이용하여 전력을 송신할 경우, 배터리로부터 공급되는 전력의 전압을 미리 정해진 전압으로 조절하여 제공할 수 있다. 예를 들면, Booster IC(232)는 배터리(150)로부터 제공되는 전력의 전압을 전력 송신에 요구되는 전압으로 상승시킬 수 있다.
배터리 전압이 필요한 전력을 위해 요구되는 전압보다 높거나 같은 경우에서는 Booster IC 대신 Buck Conveter IC를 사용하거나 제거할 수 있다.
SW1(233)은 외부 전원(DC) 및 Booster IC(232)와 TX부(237) 사이에서 스위칭을 수행할 수 있다. 예를 들면, SW1(233)은 무선 충전 장치가 무선 전력 송신 시 TX부(237)로 전력을 전달할 수 있고, 무선 충전 장치가 무선 전력 중계 시 또는 무선 전력 수신 시 TX부(237)로 전력 전달을 차단할 수 있다. SW1(233)은 TX부(237)로 전력을 전달할 경우 외부 전원(DC)로부터 수신한 전력을 TX부(237)로 전달하거나, 배터리(150)로부터 Booster IC(232)를 통해 수신한 전력을 TX부(237)로 전달할 수 있다.
RX부(235)는 무선 전력 수신기일 수 있으며, 무선 전력 수신 보드 형태일 수 있다. RX부(235)는 공진기(140)를 통해 무선 충전 장치(100)가 무선 전력 수신을 수행할 경우, 공진기(140)를 통해 무선 전력을 송신하는 타 무선 충전 장치(미도시) 또는 송신측의 무선 전력 송신기(미도시)의 공진기(미도시)과 동일한 주파수로 공진하여 송신측의 무선 충전 장치(미도시) 또는 송신측의 무선 전력 송신기(미도시)로부터 송신되는 전력을 수신할 수 있다.
TX부(237)는 무선 전력 송신기일 수 있으며, 무선 전력 송신 보드 형태일 수 있다. 무선 전력 송신 보드는 스위치 형태의 파워 증폭기를 포함할 수 있다. TX부(237)는 무선 충전 장치(100)가 무선 전력 송신을 수행할 경우, 교류 파형의 형태로 전력을 송신하거나, 직류 파형의 형태로 전력을 공급하면서 이를 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 형태로 송신할 수도 있다. TX부(237)는 SW1(233)을 통해 외부 전원(DC)로부터 수신한 전력을 전달받거나, 배터리(150)로부터 Booster IC(232)를 거쳐 수신한 전력을 전달받아 공진기(140)를 통해 송신할 수 있다.
SW2(239)는 RX부(235) 및 TX부(237)와 공진기(140) 사이에서 스위칭을 수행할 수 있다. SW2(239)는 무선 충전 장치가 무선 전력을 수신할 경우 RX부(235)와 공진기(140)를 연결하고 TX부(237)와 공진기(140)의 연결을 차단할 수 있다. SW2(239)는 무선 충전 장치가 무선 전력을 중계할 경우 RX부(235)와 공진기(140)의 연결을 차단하고 TX부(237)와 공진기(140)의 연결을 차단할 수 있다. SW2(239)는 무선 충전 장치가 무선 전력을 송신할 경우 RX부(235)와 공진기(140)의 연결을 차단하고 TX부(237)와 공진기(140)를 연결할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 RX부 및 TX부의 구성도이다. 도 3을 참조하면, RX부(235)는 정류부(318), DC/DC 컨버터부(316), 스위치부(314) 및 로드부(312)를 포함할 수 있다. 정류부(318)는 타 무선 충전 장치(미도시) 또는 무선 전력 송신기(미도시)로부터 수신되는 교류 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있으며, 예를 들어 브리지 다이오드의 형태로 구현될 수 있다. DC/DC 컨버터부(316)는 정류된 전력을 기설정된 이득으로 컨버팅할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(316)는 출력 전압이 5V가 되도록 정류된 전력을 컨버팅할 수 있다. 스위치부(314)는 DC/DC 컨버터부(316) 및 로드부(312)를 연결할 수 있다. 스위치부(314)는 제어부의 제어에 따라 온(oN)/오프(off) 상태를 유지할 수 있다. 로드부(312)는 스위치부(314)가 온 상태인 경우에 DC/DC 컨버터부(316)로부터 입력되는 컨버팅된 전력을 저장할 수 있고, 저장된 전력을 PMIC(231)로 제공할 수 있다.
시스템에 따라 전력 저장부가 굳이 필요 없을 경우에는 로드부(312)를 제거할 수도 있다.
TX부(237)는 구동부(322), 증폭부(324) 및 매칭부(326)를 포함할 수 있다. 구동부(322)는 SW1(233)로부터 제공되는 전력을 이용하여 기설정된 전압 값을 가지는 직류 전력을 출력할 수 있다. 구동부(322)에서 출력되는 직류 전력의 전압 값은 제어부(110) 및 통신부(120)에 의하여 제어될 수 있다.
구동부(322)로부터 출력되는 직류 전류는 증폭부(324)로 출력될 수 있다. 증폭부(324)는 기설정된 이득으로 직류 전류를 증폭할 수 있다. 아울러, 제어부 및 통신부로부터 입력되는 신호에 기초하여 직류 전력을 교류로 변환할 수도 있다. 이에 따라, 증폭부(324)는 교류 전력을 출력할 수 있다.
매칭부(326)는 송신 전력이 수신측에 전달되도록 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 매칭부(326)로부터 바라본 임피던스를 조정하여, 출력 전력이 고효율 또는 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 매칭부(326)는 제어부(110) 및 통신부(120)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭부(326)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부(110) 및 통신부(120)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 임피던스 매칭에 따라 매칭부(326)는 송신 전력을 SW2(239)를 통해 연결된 공진기(140)를 통해 송신할 수 있게 된다.
이하 상기한 바와 같이 구성된 무선 충전 장치(100)의 동작을 예를 들어 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 충전 장치(100)의 동작 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 무선 충전 장치(100)는 410 과정에서 무선 전력을 수신할 것인지, 무선 전력을 송신할 것인지 무선 전력을 중계할 것인지 판단할 수 있다. 예를 들면, 무선 충전 장치(100)는 전력 송신 모드를 우선적으로 선택한 후, 상황에 따라 전력 수신 모드 또는 전력 중계 모드를 선택할 수 있다. 다른 실시 예에 따라 사용자 선택에 따라 전력 수신 모드, 전력 중계 모드. 전력 송신 모드 중 어느 하나를 선택할 수도 있고, 외부 전원(DC) 인가 여부 또는 배터리 잔여 전력 레벨에 따라 전력 수신 모드, 전력 중계 모드, 전력 송신 모드 중 어느 하나를 선택할 수도 있다.
무선 충전 장치(100)는 무선 전력을 수신하는 것으로 선택된 경우, 412 과정에서 RX부(235)와 공진기(140)가 연결되도록 SW2(239)를 제어할 수 있다. 무선 충전 장치(100)는 RX부(235)와 공진기(140)가 연결되면, 공진기(140)를 통해 타 무선 충전 장치(미도시) 또는 무선 전력 송신기(미도시)로부터 전력을 수신할 수 있다. 무선 충전 장치(100)는 RX부(235)와 공진기(140)가 연결됨에 따라 414 동작에서 수신된 전력을 이용하여 배터리(150)를 충전할 수 있다.
무선 충전 장치(100)는 무선 전력을 중계하는 것으로 선택된 경우, 422 과정에서 RX부(235)와 TX부(237)가 각각 공진기(140)와 연결되지 않도록 SW2(239)를 제어할 수 있다.
무선 충전 장치(100)는 무선 전력을 송신하는 것으로 선택된 경우, 432 과정에서 TX부(237)와 공진기(140)가 연결되도록 SW2(239)를 제어할 수 있다. 무선 충전 장치(100)는 TX부(237)와 공진기(140)가 연결되면, 공진기(140)를 통해 타 무선 충전 장치(미도시) 또는 무선 전력 수신기(미도시)로 전력을 송신할 수 있다.
무선 충전 장치(100)는 TX부(237)와 공진기(140)가 연결되면 434 과정에서 외부 전원(DC)을 이용하여 전력을 송신할 것인지 배터리를 이용하여 전력을 송신할 것인지 판단 또는 선택할 수 있다. 예를 들면, 무선 충전 장치(100)는 외부 전원(DC)가 제공되고 있는 경우 외부 전원(DC)를 이용하여 전력을 송신하고, 외부 전원(DC)가 제공되고 있지 않은 경우 배터리(150)를 이용하여 전력을 송신하는 것으로 선택할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 사용자 선택에 따라 외부 전원(DC)을 이용하여 전력을 송신할 것인지 배터리를 이용하여 전력을 송신할 것인지 선택할 수도 있다.
무선 충전 장치(100)는 외부 전원(DC)를 이용하여 전력을 송신할 경우 436 과정에서 외부 전원(DC)이 TX부(237)와 연결되도록 SW1(233)을 제어할 수 있다. 무선 충전 장치(100)는 외부 전원(DC)이 TX부(237)와 연결되면 외부 전원(DC)로부터의 전력이 TX부(237)로 전달될 수 있다. 무선 충전 장치(100)는 438 과정에서 외부 전원(DC)의 전력을 이용하여 TX부(237)를 통해 무선 전력을 송신할 수 있다.
또한, 무선 충전 장치(100)는 배터리(150)를 이용하여 전력을 송신할 경우 442 과정에서 배터리(150)의 전력이 TX부(237)에 공급되도록 SW1(233)을 제어할 수 있다. 예를 들면, 무선 충전 장치(100)는 배터리(150)로부터 제공되는 전력을 전압 상승시키는 Booster IC(232)와 TX부(237)를 연결하하도록 SW1(233)을 제어할 수 있다. Booster IC(232)와 TX부(237)가 연결되면 배터리(150)의 전력이 Booster IC(232)를 거쳐 TX부(237)에 전달될 수 있다.
무선 충전 장치(100)는 444 과정에서 배터리(150)의 전력을 이용하여 TX부(237)를 통해 무선 전력을 송신할 수 있다.
상기한 무선 충전 장치(100)의 무선 전력 수신, 무선 전력 중계, 무선 전력 송신 동작을 위한 SW2(239)는 다양한 실시 예로 구성될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 SW2(239)의 구성 예를 나타낸 도면이다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, SW2(239)는 두 개의 스위치들(239-1, 239-2)을 포함할 수 있다. 두 개의 스위치들(239-1, 239-2) 각각은 RX부(235)와 연결되는 제1단과, TX부(237)와 연결되는 제2단과, 스위치간 연결되는 제3단과 공진기(240)와 연결되는 제4단을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, SW2(239)의 두 개의 스위치들(239-1, 239-2) 각각은 무선 전력 수신 시 제1단과 제4단을 각각 연결하여 RX부(235)와 공진기(240)가 연결되도록 할 수 있다.
도 6을 참조하면, SW2(239)의 두 개의 스위치들(239-1, 239-2) 각각은 무선 전력 중계 시 두 개의 스위치들(239-1, 239-2) 각각의 제3단을 서로 연결하여 RX부(235)와 TX부(237)가 모두 공진기(240)가 연결될 수 없도록 할 수 있다.
도 7을 참조하면, SW2(239)의 두 개의 스위치들(239-1, 239-2) 각각은 무선 전력 송신 시 두 개의 스위치들(239-1, 239-2) 각각 제2단과 제4단을 서로 연결하여 TX부(237)와 공진기(240)가 연결되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 상기 SW2(239)와 공진기(240) 사이에 캐패시터부(241)를 더 포함할 수 있다. 캐패시터부(241)는 적어도 하나 이상의 직렬 캐패시터와 병렬 캐패시터의 조합으로 이루어질 수 있으며, 공진기(240)의 공진 주파수를 조절할 수 있다.
한편, 상기한 무선 충전 장치(100)의 무선 전력 수신, 무선 전력 중계, 무선 전력 송신 동작 중 무선 전력 송신 동작 시 외부 전원(DC)를 이용할 것인지 배터리(150)를 이용할 것인지를 선택하기 위한 SW1(233)도 다양한 실시 예로 구성될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 SW1(233)의 구성 예를 나타낸 도면이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, SW1(232)은 외부 전원(DC)와 연결되는 제1단과, Booster IC(232)와 연결되는 제2단과, TX부(240)와 연결되는 제3단을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, SW1(233)은 무선 전력을 송신하는데 외부 전원(DC)을 이용하는 경우 제1단과 제3단을 각각 연결하여 외부 전원(DC)의 전력이 TX부(237)로 공급되도록 할 수 있다.
도 9를 참조하면, SW1(233)은 무선 전력을 송신하는데 배터리(150)를 이용하는 경우 제2단과 제3단을 서로 연결하여 Booster IC(232)를 통한 전력이 TX부(237)로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만 SW1(233)은 무선 전력을 중계하는 경우 TX부(237)에 전원이 공급되지 않도록 차단할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 상기한 바와 같이 구성된 무선 충전 장치(100)는 복수개인 경우 복수개의 무선 충전 장치를 근접시켜 서로 충전되도록 할 수 있다.
예를 들면, 무선 충전 장치(100)는 외부 전원(DC)로부터 전원을 공급받는 경우 마스터 무선 충전 장치가 되어 주변의 적어도 하나 이상의 슬레이브 무선 충전 장치와 통신할 수 있다. 또한, 마스터 무선 충전 장치는 상기 주변의 적어도 하나 이상의 슬레이브 무선 장치로 전력을 송신하여 상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 무선 충전 장치가 충전되도록 할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 슬레이브 무선 충전 장치가 복수개인 경우, 마스터 무선 충전 장치는 슬레이브 무선 충전 장치들 각각이 미리 정해진 조건에 따라 상기 마스터 무선 충전 장치의 전력을 수신하도록 제어할 수 있다.
예를 들면, 미리 정해진 조건은 상기 마스터 무선 충전 장치와 상기 복수개의 슬레이브 무선 장치들 각각의 거리, 상기 복수개의 슬레이브 무선 충전 장치들 각각의 배터리 잔량, 미리 정해진 시간 간격 중 어느 하나일 수 있다.
마스터 무선 충전 장치는 슬레이브 무선 충전 장치들 중 미리 정해진 조건에 따라 최우선순위의 슬레이브 무선 충전 장치를 전력을 수신하는 수신 모드로 동작하도록 하고, 최우선순위의 슬레이브 무선 충전 장치의 배터리가 완충되면, 다음 우선순위의 슬레이브 무선 충전 장치를 전력을 수신하는 수신 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 이때 수신 모드로 동작하지 않는 슬레이브 무선 충전 장치는 전력을 중계하는 중계 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 무선 충전 장치들간의 충전 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 10을 참조하면, 3개의 제1 내지 제3 무선 충전 장치(1100~1300)가 순차적으로 쌓여있는 경우 상기 제1 내지 제3 무선 충전 장치(1100~1300)는 각각의 통신부들(1120~1320)을 통해 신호를 주고 받을 수 있다. 제1 내지 제3 무선 충전 장치(1100~1300)는 각각의 통신부들(1120~1320)을 통해 자신의 충전 상태 정보(배터리 잔여 레벨 등)를 교환할 수 있고, 전력을 수신할 것인지, 전력을 중계할 것인지, 전력을 송신할 것인지에 관한 정보를 교환할 수 있다. 또한 제1 내지 제3 무선 충전 장치(1100~1300)는 각각의 통신부들(1120~1320)을 통해 자신이 외부 전원(DC)으로부터 전원을 공급받고 있는 상태인지 여부에 관한 정보를 교환할 수도 있다. 외부 전원(DC)으로부터 전원을 공급받고 있는 무선 충전 장치가 마스터 무선 충전 장치(1100)로서 나머지 무선 충전 장치들(1200 및 1300)의 충전 동작을 제어할 수 있다.
예를 들면, 제1 무선 충전 장치(1100)와 같이 외부 전원(DC)으로부터 전원을 공급받고 있는 상태인 경우 해당 제1 무선 충전 장치(1100)는 마스터 무선 충전 장치로 동작할 수 있으며 제1 무선 충전 장치(1100)의 제어부(1110)가 주변의 슬레이브 무선 충전 장치들 예컨대 제2 무선 충전 장치(1200) 및 제3 충전 장치(1300)와 통신을 통해 제2 무선 충전 장치(1200) 및 제3 충전 장치(1300)의 충전 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 무선 충전 장치(1100)는 전체 무선 충전 장치들(1100~1300)들의 충전 순서를 미리 정해진 조건에 따라 결정할 수 있다.
한 실시 예에 따르면 제1 무선 충전 장치(1100)는 외부 전원(DC)를 공급받고 있는 자신은 무선 전력 송신 모드로 동작하도록 하고 배터리 잔여 전력량이 제일 적은 무선 충전 장치를 수신 무선 전력 수신 모드로 동작하도록 하고, 나머지 무선 충전 장치는 무선 전력 중계 모드로 동작하도록 할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면 제1 무선 충전 장치(1100)는 외부 전원(DC)를 공급받고 있는 자신은 무선 전력 송신 모드로 동작하도록 하고 제1 무선 충전 장치(1100)와 가장 가까운 제2 무선 충전 장치(1200)를 먼저 수신 모드로 동작하도록 하고, 제3 무선 충전 장치(1300)는 중계 모드로 동작하도록 할 수 있다. 이때 제2 무선 충전 장치(1200)가 완충되면 다음 제3 무선 충전 장치(1300)를 수신 모드로 동작하도록 하고, 제2 무선 충전 장치(1200)를 중계 모드로 동작하도록 할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 제1 무선 충전 장치(1100)는 외부 전원(DC)를 공급받고 있는 자신은 무선 전력 송신 모드로 동작하도록 하고, 나머지 무선 충전 장치들(1200, 1300)은 일정한 시간 동안 수신 모드와 중계모드를 번갈아가면서 충전이 수행되도록 할 수도 있다.
한편 상기한 실시 예들에서는 무선 충전 장치들을 쌓아서 서로 충전하는 예를 들어 설명하였지만, 무선 전력 송수신 및 중계가 가능한 거리라면, 무선 충전 장치들을 다양한 방식으로 배치하여 서로 충전할 수 있음은 자명하다.
전술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 하나의 무선 충전 장치로 무선 전력 수신, 중계, 및 송신이 선택적으로 가능하므로 편리할 수 있다. 또한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면 외부 전원(DC)외에 배터리(150)를 통해 전력을 공급받을 수 있으므로, 사용자가 휴대용으로 지니고 다니며 무선 전력 수신, 중계 및 송신을 할 수 있어서 편리할 수 있다.
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 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (19)

  1. 전자 장치에서 무선 충전 방법에 있어서,
    무선 전력 수신 모드, 무선 전력 송신 모드, 및 무선 전력 중계 모드 중 적어도 하나의 모드를 선택하는 과정,
    상기 무선 전력 수신 모드 선택에 기반하여 상기 전자 장치의 공진기와 상기 전자 장치의 전력 수신기를 연결하여 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 과정,
    상기 무선 전력 송신 모드 선택에 기반하여 상기 전자 장치의 상기 공진기와 상기 전자 장치의 전력 송신기를 연결하여 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 송신하는 과정,
    상기 무선 전력 중계 모드 선택에 기반하여 상기 공진기와 상기 전력 수신기 사이의 연결 및 상기 공진기와 상기 전력 송신기 사이의 연결을 해제하여 상기 전력 송신 장치로부터의 전력을 상기 전력 수신 장치에 무선으로 전달하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신 모드 선택에 기반하여 외부 전원 및 배터리 중 하나를 선택하는 과정을 더 포함하고,
    상기 전자 장치는 상기 외부 전원이 선택되면 상기 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 무선으로 전력을 송신하고, 상기 배터리가 선택되면 상기 배터리로부터 전력을 공급받아 무선으로 전력을 송신하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자 장치가 외부 전원으로부터 전원을 공급받는 경우 상기 전자 장치 주변의 적어도 하나의 외부 장치와 통신하는 과정을 더 포함하고,
    상기 전자 장치는 상기 적어도 하나의 외부 장치를 충전하기 위해 상기 외부 전원으로부터 공급된 전력을 이용하여 상기 적어도 하나의 외부 장치에 무선으로 전력을 송신하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 외부 장치가 미리 정해진 조건에 기반하여 상기 전자 장치로부터 송신되는 무선 전력을 수신하도록 제어하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 미리 정해진 조건은 상기 전자 장치와 상기 적어도 하나의 외부 장치간의 거리, 상기 적어도 하나의 외부 장치 각각의 배터리 잔량, 미리 정해진 시간 간격 중 하나인 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 외부 장치가 복수의 외부 장치들을 포함하는 경우 미리 정해진 조건에 따라 상기 복수의 외부 장치들의 충전 순서를 확인하는 과정, 및
    상기 충전 순서에 기반하여 상기 복수의 외부 장치들 중 하나의 외부 장치는 무선 전력 수신 모드에서 동작하도록 제어하고, 상기 복수의 외부 장치들 중 다른 하나의 외부 장치는 무선 전력 중계 모드에서 동작하도록 제어하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 방법.
  8. 무선 충전 장치에 있어서,
    공진기,
    전력 송신기 및 전력 수신기를 포함하는 전력 송수신부, 및
    제어부를 포함하고, 상기 제어부는,
    무선 전력 수신 모드 선택에 기반하여 상기 공진기와 상기 전력 수신기를 연결하여 상기 전력 송수신부가 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하도록 제어하고,
    무선 전력 송신 모드 선택에 기반하여 상기 공진기와 상기 전력 송신기를 연결하여 상기 전력 송신부가 전력 수신 장치에 무선 전력을 송신하도록 제어하고,
    무선 전력 중계 모드 선택에 기반하여 상기 공진기와 상기 전력 수신기 사이의 연결 및 상기 공진기와 상기 전력 송신기의 연결을 해제하여 상기 전력 송수신부가 상기 전력 송신기로부터의 무선 전력을 상기 전력 수신기에 전달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    제1 스위치를 더 포함하고,
    상기 제1 스위치는 상기 무선 전력 수신 모드 선택에 기반하여 상기 전력 수신기와 상기 공진기를 연결하고, 상기 무선 전력 송신 모드 선택에 기반하여 상기 전력 송신기와 상기 공진기를 연결하고, 상기 무선 전력 중계 모드 선택에 기반하여 상기 전력 송신기 및 상기 수신기 각각이 상기 공진기와 연결되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    배터리와,
    외부 전원 및 상기 배터리 중 어느 하나와 상기 전력 송신기를 연결하는 제2 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 제2 스위치 사이에 상기 배터리의 전압을 미리 정해진 값으로 조절하는 Booster IC를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 제2 스위치 사이에 상기 배터리의 전압을 미리 정해진 값으로 조절하는 Buck conveter IC를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기에 의해 수신된 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 PMIC(Power Management IC)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기에 의해 수신된 무선 전력을 수신하여 상기 배터리를 충전하는 Charger IC를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  16. 제8항에 있어서,
    통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 통신부를 통해 외부 전원으로부터 전원을 공급받는 경우 상기 무선 충전 장치 주변의 적어도 하나의 외부 장치를 확인하고, 상기 적어도 하나의 외부 장치를 충전하기 위해 상기 외부 전원으로부터 공급된 전력을 이용하여 상기 적어도 하나의 외부 장치에 무선 전력을 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 적어도 하나의 외부 장치가 미리 정해진 조건에 기반하여 상기 무선 충전 장치로부터 전송되는 무선 전력을 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 미리 정해진 조건은 상기 무선 충전 장치와 상기 적어도 하나의 외부 장치 간의 거리, 상기 적어도 하나의 외부 장치 각각의 배터리 잔량, 미리 정해진 시간 간격 중 하나인 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 외부 장치가 복수의 외부 장치들을 포함하는 경우 미리 정해진 조건에 따라 상기 복수의 외부 장치들의 충전 순서를 확인하고, 상기 충전 순서에 기반하여 상기 복수의 외부 장치들 중 하나의 외부 장치는 무선 전력 수신 모드에서 동작하도록 하고, 상기 복수의 외부 장치들 중 다른 하나의 외부 장치는 무선 전력 중계 모드에서 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 충전 장치.
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