KR102200786B1 - 무선 전력 송신용 lcc 인버터 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 전력 송신용 LCC 인버터 및 그 동작 방법이 개시된다. 본 발명은 무선 전력 송신용 LCC 인버터에서 인버터 스위치의 출력전류와 출력전압 간의 위상차를 기초로 무선 전력 송신용 코일과 직렬로 연결된 커패시터의 크기를 동적으로 제어하여 상기 위상차를 최소화함으로써, 상기 LCC 인버터의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

무선 전력 송신용 LCC 인버터 및 그 동작 방법{LCC INVERTER FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 인버터의 출력 효율을 증대시킬 수 있는 무선 전력 송신용 LCC 인버터 및 그 동작 방법에 대한 것이다.
최근, 유선 방식의 충전 기법이 사용자의 편의를 저해한다는 점에서, 무선 방식으로 휴대용 기기의 배터리를 충전할 수 있도록 하는 무선 충전 기술이 도입되고 있다.
이러한 무선 충전 기술로는 전자기 유도에 따른 무선 충전 기법과 자기 공명에 따른 무선 충전 기법이 존재한다. 전자기 유도에 따른 무선 충전 기법과 자기 공명에 따른 무선 충전 기법은 모두 근역장에서 코일 주위에 존재하는 비 방사형 감쇄교류 신호를 사용한다. 즉, 무선 전력 송신 장치의 1차 코일과 무선 전력 수신 장치의 2차 코일간의 유도 결합을 이용하여 접촉단자 없이 배터리를 충전시키는 방식을 도입하고 있다.
무선 전력 송신 장치는 도 1에 도시된 그림과 같은 LCC 인버터가 사용될 수 있다. LCC 인버터는 인버터 스위치(111)에 연결되는 제1 인덕터(112)와 제1 커패시터(113), 및 제1 커패시터(113)와 병렬로 연결된 제2 커패시터(114)로 구성되되, 제2 커패시터(114)에 무선 전력 송신용 코일(115)이 직렬로 연결된 회로 구조를 가질 수 있다.
도 1에 도시된 회로도와 같은 LCC 인버터에서 무선 전력 송신용 코일(115)의 인덕턴스는 동작 중 상황에 따라 값이 변하게 된다. 이 경우, 임피던스(Zin)의 실수부(Rin)가 작아지고, 허수부(Xin)가 커지는 현상이 발생한다.
이렇게, 임피던스의 허수부가 커지게 되면, LCC 인버터의 출력 파워가 감소되기 때문에, 동일한 출력 파워를 유지하기 위해서, 인버터 스위치(111)의 출력전류 IS를 크게 조정해야 한다. 이렇게, 인버터 스위치(111)의 출력전류 IS의 크기를 크게 조정하는 경우, 인버터의 에너지 효율이 떨어지게 된다.
인버터 스위치(111)의 출력전류 IS를 크게 조정하지 않고, LCC 인버터의 출력 파워를 동일하게 유지하기 위한 방법으로는 임피던스의 허수부를 감쇄시키고, 실수부를 증가시키는 방법이 고려될 수 있는데, 이를 위해서는 인버터 스위치(111)의 출력전류 IS와 출력전압 VS 간의 위상차를 최소화시키는 것이다.
이때, 인버터 스위치(111)의 출력전류 IS와 출력전압 VS 간의 위상차는 도 2에 도시된 그래프에 나타낸 바와 같이, 제2 커패시터(114)의 크기가 증가할수록 감소하는 특징이 있다.
도 2의 그래프에서 붉은색 선으로 표시한 위상차(Phase)는 제2 커패시터(114, CTx)의 크기가 증가할수록 감소하는 경향을 보이고 있고, 파란색 선으로 표시한 임피던스의 실수부(Rin)는 증가하는 경향을 보이고 있으며, 녹색 선으로 표시한 허수부(Xin)는 감소하는 경향을 보이고 있다.
따라서, 무선 전력 송신용 LCC 인버터에서 LCC 인버터의 효율을 증가시키기 위해, 인버터 스위치(111)의 출력전류 IS와 출력전압 VS 간의 위상차를 고려하여 제2 커패시터(114)의 크기를 동적으로 제어할 수 있는 기술에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 무선 전력 송신용 LCC 인버터에서 인버터 스위치의 출력전류와 출력전압 간의 위상차를 기초로 무선 전력 송신용 코일과 직렬로 연결된 커패시터의 크기를 동적으로 제어하여 상기 위상차를 최소화함으로써, 상기 LCC 인버터의 에너지 효율이 증가될 수 있도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 인버터 스위치에 연결되는 제1 인덕터와 제1 커패시터, 및 상기 제1 커패시터와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되되, 상기 제2 커패시터에 무선 전력 송신용 코일이 직렬로 연결된 회로 구조를 갖는 무선 전력 송신용 LCC 인버터는 상기 제2 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 제2 커패시터의 크기를 보상하기 위한 보상 커패시터, 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 전류 간의 위상차에 따라 듀티 사이클이 조절되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생시키는 PWM 신호 발생부 및 상기 PWM 신호를 제어 신호로 수신하여 상기 PWM 신호에 따라 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결과 끊김을 스위칭함으로써, 상기 제2 커패시터의 크기를 보상하는 스위칭부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 스위치에 연결되는 제1 인덕터와 제1 커패시터, 및 상기 제1 커패시터와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되되, 상기 제2 커패시터에 무선 전력 송신용 코일이 직렬로 연결된 상태에서 상기 제2 커패시터의 크기를 보상하기 위한 보상 커패시터가 상기 제2 커패시터에 병렬로 추가로 연결된 회로 구조를 갖는 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 동작 방법은 PWM 신호 발생부가, 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 전류 간의 위상차에 따라 듀티 사이클이 조절되는 PWM 신호를 발생시키는 단계 및 스위칭부가, 상기 PWM 신호를 제어 신호로 수신하여 상기 PWM 신호에 따라 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결과 끊김을 스위칭함으로써, 상기 제2 커패시터의 크기를 보상하는 단계를 포함한다.
본 발명은 무선 전력 송신용 LCC 인버터에서 인버터 스위치의 출력전류와 출력전압 간의 위상차를 기초로 무선 전력 송신용 코일과 직렬로 연결된 커패시터의 크기를 동적으로 제어하여 상기 위상차를 최소화함으로써, 상기 LCC 인버터의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1과 도 2는 LCC 인버터의 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 이러한 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였으며, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서 상에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
본 문서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 있어서, 각 구성요소들, 기능 블록들 또는 수단들은 하나 또는 그 이상의 하부 구성요소로 구성될 수 있고, 각 구성요소들이 수행하는 전기, 전자, 기계적 기능들은 전자회로, 집적회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들 또는 기계적 요소들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 LCC 인버터(310)는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터 스위치(311), 인버터 스위치(311)에 연결되는 제1 인덕터(312)와 제1 커패시터(313), 제1 커패시터(313)에 병렬로 연결되는 제2 커패시터(314), 및 제2 커패시터(314)에 직렬로 연결되는 무선 전력 송신용 코일(315)로 구성되어 있다.
이때, LCC 인버터(310)는 도 3에 도시된 회로 구조와 같이, 제2 커패시터(314)에 병렬로 연결되어 제2 커패시터(314)의 크기를 보상하기 위한 보상 커패시터(316)를 구비할 수 있고, PWM 신호 발생부(317)와 스위칭부(318)를 더 포함할 수 있다.
도면부호 330으로 표시한 회로도는 무선 전력 수신 장치의 무선 전력 수신부를 나타낸 것으로, 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 수신용 코일(LRx)을 통해 무선 전력 송신용 코일(315)과 유도 결합하여 LCC 인버터(310)가 구비된 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신할 수 있다.
PWM 신호 발생부(317)는 인버터 스위치(311)를 통해 출력되는 전압과 전류 간의 위상차에 따라 듀티 사이클이 조절되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생시킨다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, PWM 신호 발생부(317)는 위상 비교기(319) 및 신호 발생 처리부(320)를 포함할 수 있다.
위상 비교기(319)는 인버터 스위치(311)를 통해 출력되는 전압(VS)과 전류(IS) 간의 위상차를 나타내는 위상차 검출 신호를 출력한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 위상 비교기(319)는 도면부호 324에 도시된 바와 같은 전류 센싱 회로를 이용해서, 제1 인덕터(312)와 유도 결합되는 검출용 코일을 통해 유도 전압을 생성하고, 상기 유도 전압의 위상을 90도만큼 시프트시켜 인버터 스위치(311)를 통해 출력되는 전류와 동일한 위상을 갖는 검출용 전압을 생성한 후 인버터 스위치(311)를 통해 출력되는 전압과 상기 검출용 전압 간의 위상을 비교하여 상기 위상차 검출 신호를 출력할 수 있다.
관련해서, 위상 비교기(319)는 인버터 스위치(311)를 통해 출력되는 전압과 전류 간의 위상을 비교하기 위해서, 인버터 스위치(311)를 통해 출력되는 전류를 전압으로 변환할 필요가 있다. 따라서, 위상 비교기(319)는 도면부호 324에 도시된 그림과 같은 회로를 이용해서, 제1 인덕터(312)와 유도 결합되어 검출용 코일에 인가되는 유도 전압을 생성할 수 있다. 이때, 상기 유도 전압의 위상은 인버터 스위치(311)를 통해 출력되는 전류의 위상과 90도만큼 차이가 나기 때문에, 위상 비교기(319)는 상기 유도 전압의 위상을 90도만큼 시프트시킴으로써, 인버터 스위치(311)를 통해 출력되는 전류와 동일한 위상을 갖는 검출용 전압을 생성할 수 있다.
이렇게, 상기 검출용 전압이 생성되면, 위상 비교기(319)는 인버터 스위치(311)를 통해 출력되는 전압과 상기 검출용 전압의 위상을 비교하여 두 전압 간의 위상차를 나타내는 위상차 검출 신호를 출력할 수 있다.
이렇게, 위상 비교기(319)에서 상기 위상차 검출 신호가 출력되면, 신호 발생 처리부(320)는 상기 위상차 검출 신호를 적분기(321)에 입력으로 인가하여 출력 신호를 생성한 후, 상기 출력 신호의 크기에 비례하는 듀티 사이클을 갖는 상기 PWM 신호를 발생시킨다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 신호 발생 처리부(320)는 위상 비교기(319)에서 상기 위상차 검출 신호가 출력되면, 상기 위상차 검출 신호를 적분기(321)에 입력으로 인가하여 상기 출력 신호를 생성한 후, 톱니파 생성기(322)를 통해 생성되는 기설정된(predetermined) 톱니파가 레퍼런스로 인가되는 비교기(323)에 상기 출력 신호를 입력으로 인가하여 상기 PWM 신호를 발생시킬 수 있다.
스위칭부(318)는 상기 PWM 신호를 제어 신호로 수신하여 상기 PWM 신호에 따라 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314) 간의 전기적 연결과 끊김을 스위칭함으로써, 제2 커패시터(314)의 크기를 보상한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 스위칭부(318)는 상기 PWM 신호 중 하이(high) 펄스 신호가 인가되는 경우, 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314)를 전기적으로 연결시키고, 상기 PWM 신호 중 로우(low) 펄스 신호가 인가되는 경우, 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 스위칭부(318)는 모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치로 구성될 수 있다. 이 경우, 스위칭부(318)는 게이트에 PWM 신호를 입력으로 인가받아, 상기 PWM 신호가 하이 펄스 신호를 갖는 경우, 도통 상태로 변화함으로써 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314)를 전기적으로 연결시킬 수 있고, 상기 PWM 신호가 로우 펄스 신호를 갖는 경우, 오프 상태로 변화함으로써 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314) 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 LCC 인버터(310)의 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.
우선, 위상 비교기(319)를 통해 인버터 스위치(311)에서 출력되는 전압과 전류 간의 위상차를 나타내는 위상차 검출 신호가 출력되면, 신호 발생 처리부(320)는 상기 위상차 검출 신호를 적분기(321)에 입력으로 인가하여 출력 신호를 생성한 후, 톱니파 생성기(322)를 통해 생성되는 기설정된 톱니파가 레퍼런스로 인가되는 비교기(323)에 상기 출력 신호를 입력으로 인가하여 PWM 신호를 발생시킬 수 있다.
이렇게, PWM 신호가 발생되면, 스위칭부(318)는 상기 PWM 신호를 제어 신호로 수신하여 상기 PWM 신호에 따라 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314) 간의 전기적 연결과 끊김을 스위칭함으로써, 제2 커패시터(314)의 크기를 보상할 수 있는데, 스위칭부(318)는 하이 펄스 신호가 인가되면, 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314)를 전기적으로 연결시켜, 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314)가 병렬 연결되도록 함으로써, 입력측에서 바라보았을 때, 제2 커패시터(314)의 크기가 보상 커패시터(316)만큼 증가되도록 제어할 수 있다.
그리고, 스위칭부(318)는 상기 PWM 신호 중 로우 펄스 신호가 인가되는 경우, 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314) 간의 전기적 연결을 차단하여 입력측에서 바라보았을 때, 제2 커패시터(314)만 존재하도록 제어할 수 있다.
이렇게, 스위칭부(318)는 상기 PWM 신호의 펄스 주기에 따라 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314)를 전기적으로 연결하였다 끊는 동작을 반복함으로써, 제2 커패시터(314)의 크기가 입력측에서 바라보았을 때, 증가하도록 제어할 수 있다.
이러한 방식으로, LCC 인버터(310)는 위상차에 기초하여 생성된 PWM 신호를 이용해서 제2 커패시터(314)의 크기를 보상함으로써, 출력 전류와 전압 간의 위상차를 줄이는 과정을 반복수행할 수 있다.
만약, 상기 PWM 신호의 듀티 사이클이 큰 경우에는 PWM 신호에서 하이 펄스 신호가 나타나는 시간이 긴 것을 의미하기 때문에, 보상 커패시터(316)와 제2 커패시터(314)가 연결되는 시간이 길어져서, 제2 커패시터(314)에 대한 크기 보상 값이 증가할 수 있다.
이와 관련해서, 인버터 스위치(311)에서 출력되는 전압과 전류 간의 위상차가 발생하는 경우, 위상 비교기(319)에서 출력되는 위상차 검출 신호가 적분기(321)에 인가됨에 따라 출력되는 출력 신호는 적분기(321)의 특성상 입력 신호를 시간 축으로 적분한 값이기 때문에 시간이 경과할수록 그 크기가 점점 증가하게 된다.
이로 인해, 인버터 스위치(311)에서 출력되는 전압과 전류 간의 위상차가 계속 발생하는 경우, 적분기(321)를 통해서 출력되는 출력 신호의 크기가 점점 큰 값으로 출력되고, 상기 출력 신호의 크기가 커질수록 비교기(323)에 레퍼런스로 인가되는 톱니파의 크기와 비교하였을 때, 상기 출력 신호의 크기가 큰 값을 갖는 시간이 길어져서, 결국 신호 발생 처리부(320)는 듀티 사이클이 상기 출력 신호의 크기에 비례하여 점점 증가하는 PWM 신호를 출력하게 된다.
이렇게, 신호 발생 처리부(320)에 의해 듀티 사이클이 점점 증가하는 PWM 신호가 발생되면, 제2 커패시터(314)에 대한 크기 보상 값은 스위칭부(318)에 의해서 시간이 경과할수록 점점 증가하게 된다.
이렇게, 제2 커패시터(314)에 대한 크기 보상이 진행되면, 도 2의 그래프에서 나타낸 바와 같이, 인버터 스위치(311)에서 출력되는 전압과 전류 간의 위상차는 점점 감소하게 될 것이다.
만약, 인버터 스위치(311)에서 출력되는 전압과 전류 간의 위상차가 0도가 되는 경우, 위상 비교기(319)에서 출력되는 위상차 검출 신호는 0이 됨에 따라, 적분기(321)를 통해 출력되는 출력 신호는 이전 시점에서의 출력 신호의 크기를 그대로 유지하게 될 것이고, 이로 인해, 비교기(323)에 인가되는 출력 신호의 크기가 변화하지 않아, 신호 발생 처리부(320)는 이전 시점에서 발생시켰던 듀티 사이클의 크기와 동일한 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호를 발생시키게 된다.
이렇게, 인버터 스위치(311)에서 출력되는 전압과 전류 간의 위상차에 따라 듀티 사이클의 크기가 변화되는 PWM 신호를 발생시켜 제2 커패시터(314)에 대한 크기 보상을 수행하는 과정을 반복하다가, 인버터 스위치(311)에서 출력되는 전압과 전류 간의 위상차가 0도가 되어 동일한 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호가 발생하고, 이로 인해 보상 커패시터(316)의 스위칭 타이밍이 일정하게 유지되는 상황을 고정(settle) 상태라고 칭할 수 있다.
LCC 인버터(310)는 고정 상태가 되는 경우, 인버터 스위치(311)에서 출력되는 전압과 전류 간의 위상차가 0도이기 때문에 최대의 에너지 효율을 갖는 상태로 동작할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
우선, 상기 LCC 인버터는 인버터 스위치에 연결되는 제1 인덕터와 제1 커패시터, 및 상기 제1 커패시터와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되되, 상기 제2 커패시터에 무선 전력 송신용 코일이 직렬로 연결된 상태에서 상기 제2 커패시터의 크기를 보상하기 위한 보상 커패시터가 상기 제2 커패시터에 병렬로 추가로 연결된 회로 구조를 갖는다.
이때, 단계(S410)에서는 PWM 신호 발생부가, 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 전류 간의 위상차에 따라 듀티 사이클이 조절되는 PWM 신호를 발생시킨다.
단계(S420)에서는 스위칭부가, 상기 PWM 신호를 제어 신호로 수신하여 상기 PWM 신호에 따라 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결과 끊김을 스위칭함으로써, 상기 제2 커패시터의 크기를 보상한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S410)에서는 위상 비교기가, 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 전류 간의 위상차를 나타내는 위상차 검출 신호를 출력하는 단계 및 신호 발생 처리부가, 상기 위상차 검출 신호를 적분기에 입력으로 인가하여 출력 신호를 생성한 후, 상기 출력 신호의 크기에 비례하는 듀티 사이클을 갖는 상기 PWM 신호를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 출력 신호의 크기에 비례하는 듀티 사이클을 갖는 상기 PWM 신호를 발생시키는 단계는 상기 신호 발생 처리부가, 상기 위상차 검출 신호를 상기 적분기에 입력으로 인가하여 상기 출력 신호를 생성한 후, 톱니파 생성기를 통해 생성되는 기설정된 톱니파가 레퍼런스로 인가되는 비교기에 상기 출력 신호를 입력으로 인가하여 상기 PWM 신호를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 위상차 검출 신호를 출력하는 단계는 상기 위상 비교기가, 상기 제1 인덕터와 유도 결합되는 검출용 코일을 통해 유도 전압을 생성하고, 상기 유도 전압의 위상을 90도만큼 시프트시켜 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전류와 동일한 위상을 갖는 검출용 전압을 생성한 후 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 상기 검출용 전압 간의 위상을 비교하여 상기 위상차 검출 신호를 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S420)에서는 상기 스위칭부가, 상기 PWM 신호 중 하이 펄스 신호가 인가되는 경우, 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터를 전기적으로 연결시키고, 상기 PWM 신호 중 로우 펄스 신호가 인가되는 경우, 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 스위칭부는 모스펫 스위치로 구성될 수 있고, 단계(S420)에서는 상기 스위칭부가, 게이트에 상기 PWM 신호를 입력으로 인가받아, 상기 게이트에 인가되는 상기 PWM 신호가 하이 펄스 신호를 갖는 경우, 도통 상태로 변화함으로써 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터를 전기적으로 연결시키고, 상기 PWM 신호가 로우 펄스 신호를 갖는 경우, 오프 상태로 변화함으로써 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
이상, 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 동작 방법에 대해 설명하였다. 여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 동작 방법은 도 3을 이용하여 설명한 무선 전력 송신용 LCC 인버터(110)의 동작에 대한 구성과 대응될 수 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
310: 무선 전력 송신용 LCC 인버터
311: 인버터 스위치 312: 제1 인덕터
313: 제1 커패시터 314: 제2 커패시터
315: 무선 전력 송신용 코일 316: 보상 커패시터
317: PWM 신호 발생부 318: 스위칭부
319: 위상 비교기 320: 신호 발생 처리부
321: 적분기 322: 톱니파 생성기
323: 비교기

Claims (12)

  1. 인버터 스위치에 연결되는 제1 인덕터와 제1 커패시터, 및 상기 제1 커패시터와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되되, 상기 제2 커패시터에 무선 전력 송신용 코일이 직렬로 연결된 회로 구조를 갖는 무선 전력 송신용 LCC 인버터에 있어서,
    상기 제2 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 제2 커패시터의 크기를 보상하기 위한 보상 커패시터;
    상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 전류 간의 위상차에 따라 듀티 사이클이 조절되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생시키는 PWM 신호 발생부; 및
    상기 PWM 신호를 제어 신호로 수신하여 상기 PWM 신호에 따라 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결과 끊김을 스위칭함으로써, 상기 제2 커패시터의 크기를 보상하는 스위칭부
    를 포함하고,
    상기 PWM 신호 발생부는
    상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 전류 간의 위상차를 나타내는 위상차 검출 신호를 출력하는 위상 비교기; 및
    상기 위상차 검출 신호를 적분기에 입력으로 인가하여 출력 신호를 생성한 후, 톱니파 생성기를 통해 생성되는 기설정된(predetermined) 톱니파가 레퍼런스로 인가되는 비교기에 상기 출력 신호를 입력으로 인가함으로써, 상기 출력 신호의 크기에 비례하는 듀티 사이클을 갖는 상기 PWM 신호를 발생시키는 신호 발생 처리부
    를 포함하며,
    상기 위상 비교기는
    상기 제1 인덕터와 유도 결합되는 검출용 코일을 통해 유도 전압을 생성하고, 상기 유도 전압의 위상을 90도만큼 시프트시켜 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전류와 동일한 위상을 갖는 검출용 전압을 생성한 후 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 상기 검출용 전압 간의 위상을 비교하여 상기 위상차 검출 신호를 출력하는 무선 전력 송신용 LCC 인버터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는
    상기 PWM 신호 중 하이(high) 펄스 신호가 인가되는 경우, 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터를 전기적으로 연결시키고, 상기 PWM 신호 중 로우(low) 펄스 신호가 인가되는 경우, 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결을 차단하는 무선 전력 송신용 LCC 인버터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위칭부는
    모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치로 구성되며, 게이트에 상기 PWM 신호를 입력으로 인가받아, 상기 게이트에 인가되는 상기 PWM 신호가 하이 펄스 신호를 갖는 경우, 도통 상태로 변화함으로써 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터를 전기적으로 연결시키고, 상기 PWM 신호가 로우 펄스 신호를 갖는 경우, 오프 상태로 변화함으로써 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결을 차단하는 무선 전력 송신용 LCC 인버터.
  7. 인버터 스위치에 연결되는 제1 인덕터와 제1 커패시터, 및 상기 제1 커패시터와 병렬로 연결된 제2 커패시터로 구성되되, 상기 제2 커패시터에 무선 전력 송신용 코일이 직렬로 연결된 상태에서 상기 제2 커패시터의 크기를 보상하기 위한 보상 커패시터가 상기 제2 커패시터에 병렬로 추가로 연결된 회로 구조를 갖는 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 동작 방법에 있어서,
    PWM 신호 발생부가, 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 전류 간의 위상차에 따라 듀티 사이클이 조절되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생시키는 단계; 및
    스위칭부가, 상기 PWM 신호를 제어 신호로 수신하여 상기 PWM 신호에 따라 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결과 끊김을 스위칭함으로써, 상기 제2 커패시터의 크기를 보상하는 단계
    를 포함하고,
    상기 PWM 신호를 발생시키는 단계는
    위상 비교기가, 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 전류 간의 위상차를 나타내는 위상차 검출 신호를 출력하는 단계; 및
    신호 발생 처리부가, 상기 위상차 검출 신호를 적분기에 입력으로 인가하여 출력 신호를 생성한 후, 톱니파 생성기를 통해 생성되는 기설정된(predetermined) 톱니파가 레퍼런스로 인가되는 비교기에 상기 출력 신호를 입력으로 인가함으로써, 상기 출력 신호의 크기에 비례하는 듀티 사이클을 갖는 상기 PWM 신호를 발생시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 위상차 검출 신호를 출력하는 단계는
    상기 위상 비교기가, 상기 제1 인덕터와 유도 결합되는 검출용 코일을 통해 유도 전압을 생성하고, 상기 유도 전압의 위상을 90도만큼 시프트시켜 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전류와 동일한 위상을 갖는 검출용 전압을 생성한 후 상기 인버터 스위치를 통해 출력되는 전압과 상기 검출용 전압 간의 위상을 비교하여 상기 위상차 검출 신호를 출력하는 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 동작 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 커패시터의 크기를 보상하는 단계는
    상기 스위칭부가, 상기 PWM 신호 중 하이(high) 펄스 신호가 인가되는 경우, 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터를 전기적으로 연결시키고, 상기 PWM 신호 중 로우(low) 펄스 신호가 인가되는 경우, 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결을 차단하는 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭부는 모스펫(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치로 구성되며,
    상기 제2 커패시터의 크기를 보상하는 단계는
    상기 스위칭부가, 게이트에 상기 PWM 신호를 입력으로 인가받아, 상기 게이트에 인가되는 상기 PWM 신호가 하이 펄스 신호를 갖는 경우, 도통 상태로 변화함으로써 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터를 전기적으로 연결시키고, 상기 PWM 신호가 로우 펄스 신호를 갖는 경우, 오프 상태로 변화함으로써 상기 보상 커패시터와 상기 제2 커패시터 간의 전기적 연결을 차단하는 무선 전력 송신용 LCC 인버터의 동작 방법.
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