KR102257633B1 - 저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법 - Google Patents

저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 장치가 전송하는 무선 전력 신호를 수신하여 저발열로 배터리에 충전시키게 제어하는 것으로서 전력 수신 코일이 무선 전력 신호를 수신할 경우에 제어부가 임피던스 매칭/제어부를 제어하여 임피던스를 매칭시키고, 상기 제어부가, 수전장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 전류 검출부가 검출하는 전류레벨에 따라 상기 수전장치의 충전 부하상태를 판단하며, 판단한 충전 부하상태에 따라 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 선택적으로 턴 온시켜 열의 발생을 최저로 하면서 수전장치에 전력을 충전시키는 저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법{WIRELESS POWER RECEIVING APPARATUS FOR LOW HEAT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 무선 전력 전송 장치가 전송하는 무선 전력 신호를 수신하여 저발열로 배터리에 충전시키는 저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 핸드폰 및 PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 각종 휴대용 단말기에는 전력을 충전하여 동작전력을 공급하는 배터리 팩과 같은 수전장치가 장착된다. 상기 수전장치는 외부의 충전장치에서 공급되는 전력을 충전하고, 충전한 전력을 상기 휴대용 단말기에 공급하여 동작시킬 수 있도록 한다.
상기 수전장치는 전력을 충전하는 배터리 셀과, 외부의 충전장치로부터 공급되는 전력을 상기 배터리 셀에 충전시키고 충전시킨 전력을 방전시켜 휴대용 단말기로 공급하는 충·방전 회로 등을 포함할 수 있다.
상기 충전장치와 상기 수전장치를 전기적으로 연결하는 방식으로는, 상용 교류전력을 입력하여 상기 수전장치에 대응하는 전압 및 전류의 전력을 출력하는 충전장치의 전력 출력 단자와 상기 수전장치의 전력 입력 단자를 케이블을 통해 직접 연결하는 단자 연결방식이 알려져 있다.
그러나 상기 단자 연결방식은 상기 충전장치의 단자와 상기 수전장치의 단자들이 서로 다른 전위 차를 가지고 있으므로 상기 충전장치의 단자와 상기 수전장치의 단자와 상호 간에 접촉시키거나 또는 분리할 경우에 순간 방전현상이 발생하게 된다.
이러한 순간 방전현상은 상기 충전장치의 단자 및 상기 수전장치의 단자를 마모시키고, 상기 충전장치의 단자 및 상기 수전장치의 단자에 이물질이 쌓여 있을 경우에 상기 이물질에서 열이 발생하여 화재 등과 같은 안전사고가 발생할 염려가 있다.
또한 습기 등으로 인하여 상기 수전장치의 배터리 셀에 충전된 전력이 수전장치의 단자를 통해 외부로 자연 방전되고, 이로 인하여 수전장치의 사용 수명이 단축되고 사용성능의 저하를 초래하게 되는 문제점이 있었다.
최근에는 상기와 같은 단자 연결방식의 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여, 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전력 신호를 전송하고, 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전송하는 무선 전력 신호를 수신하여 배터리 셀에 충전시키는 무선 전력 수신 장치가 제시되고 있다(대한민국 공개특허공보 제10-2012-0128114호 참조).
상기 무선 전력 수신 장치는 예를 들면, 상기 무선 전력 전송 장치와 전자기 유도방식으로 결합되어 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전송하는 무선 전력 신호를 수신하고, 수신한 전력을 배터리 셀에 충전시키고 있다.
상기한 무선 전력 수신 장치는 무선으로 안정하고, 높은 효율로 전력을 수신하여 배터리 셀에 충전시킬 수 있도록 하는데 많은 노력을 기울여 왔다.
이러한 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 전송 장치로부터 수신된 무선 전력신호를 정류기로 정류하여 직류전력으로 변환하고, 변환한 직류전력을 DC/DC 컨버터가 직류전력의 전압 레벨을 배터리 셀에 대응하는 전압레벨로 변환하여 배터리 셀에 충전하고 있다.
그러나 상기 DC/DC 컨버터를 사용하여 직류전력의 전압 레벨을 변환하는 것은 DC/DC 컨버터가 직류전력의 전압 레벨을 변환하는 과정에서 많은 열을 발생하고, 이로 인하여 전력소모가 증가함은 물론 DC/DC 컨버터에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 별도의 방열수단을 필요로 하였다.
또한 회로 기판에 상기 방열수단을 설치해야 되므로 회로 기판의 크기가 커지게 되는 등의 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0128114호(2012. 11. 26. 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수신된 전력을 수전장치에 충전하는 과정에서 열의 발생을 줄일 수 있는 저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 구비하고, 수전장치의 충전 전력에 따라 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 선택적으로 동작시키면서 수전장치에 전력을 충전함으로써 전력 손실 및 열의 발생을 줄여 충전 효율을 높일수 있는 저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법에 따르면, 충전 전력 출력부에 저발열로 동작하면서 수전장치에 충전전력을 공급하는 저발열 변압부와, 고발열로 동작하면서 수전장치에 안정된 충전전력을 공급하는 고발열 변압부를 구비한다.
그리고 제어부는 배터리에 전력을 충전하기 시작하는 초기에는 수전장치의 충전부하를 초기 경부하 상태로 판단하고, 판단한 초기 경부하 상태에 따라 고발열 변압부를 턴 온시켜 수전장치에 안정된 충전전력을 공급할 수 있게 한다.
그리고 초기 경부하 상태로 수전장치에 설정된 시간동안 안정된 충전전력을 공급하였을 경우에 중부하 상태로 판단하고, 저발열 변압부를 턴 온시켜 수전장치에 충분한 충전전력을 공급할 수 있게 한다.
이 때, 상기 저발열 변압부를 턴 온시키기 이전에 상기 저발열 변압부가 안정된 전력을 공급하는 시간동안 먼저 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 모두 턴 온시켜 시키고, 상기 저발열 변압부가 안정된 전력을 공급하는 시간이 경과될 경우에 상기 고발열 변압부를 턴 오프시켜 발열을 최소로 줄일 수 있게 한다.
또한 상기 제어부는 상기 수전장치의 충전전류를 판단하고, 판단한 충전전류에 따라 상기 수전장치의 전력 충전이 경부하 상태 또는 충전완료상태인지의 여부를 판단한다.
상기 수전장치의 전력 충전이 경부하 상태일 경우에 상기 제어부는 고발열 변압부를 턴 온시켜 수전장치에 충전완료가 될 때까지 충전전력을 공급할 수 있게 한다.
또한 상기 수전장치의 충전완료상태가 판단될 경우에 상기 제어부는 저발열변압부 및 고발열 변압부를 모두 턴 오프시키고, 충전동작을 종료한다.
그러므로 본 발명의 저발열 무선 전력 수신 장치는, 무선 전력 신호를 수신하기 위한 전력 수신 코일과, 상기 전력 수신 코일이 상기 무선 전력 신호에 공진되게 임피던스를 매칭시키고 상기 무선 전력 신호를 정류하여 직류전력으로 변환하는 임피던스 매칭/정류부와, 상호간에 병렬 연결되고 상기 임피던스 매칭/정류부의 출력전력을 수전장치에 충전전력으로 공급하는 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 포함하는 충전 전력 공급부와, 상기 수전장치에 충전되는 전력의 전류레벨을 검출하기 위한 전류 검출부와, 상기 임피던스 매칭/정류부의 임피던스 매칭을 제어하고 상기 수전장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 상기 전류 검출부가 검출하는 전류레벨에 따라 상기 수전장치의 충전 부하상태를 판단하고 판단한 충전 부하상태에 따라 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 선택적으로 턴 온시키는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수전장치에 전력의 충전을 시작할 경우에 초기 경부하 상태로 판단하여 상기 저발열 변압부는 턴 오프되게 제어하고 상기 고발열 변압부는 턴 온되게 제어하며, 기 설정된 초기 충전시간이 경과될 경우에 중부하 상태로 판단하여 상기 저발열 변압부가 턴 온되게 제어하고 상기 고발열 변압부는 턴 오프되게 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부는, 중부하를 판단할 경우에 기 설정된 소정 시간동안 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 모두 턴 온시키고, 상기 소정 시간이 경과될 경우에 상기 저발열 변압부는 계속 턴 온상태가 유지되게 하고, 상기 고발열 변압부는 턴 오프시키게 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부는, 상기 전류 검출부의 검출전류 레벨이 기 설정된 제 1 레벨의 범위로 진입하는 경우, 경부하 상태로 판단하여 상기 저발열 변압부가 턴 오프되고 상기 고발열 변압부가 턴 온되게 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부는, 상기 경부하 상태를 판단할 경우에 기 설정된 소정 시간동안 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부가 모두 턴 온되게 제어하고, 상기 소정 시간이 경과 후, 상기 저발열 변압부가 턴 오프되고 상기 고발열 변압부가 턴 온되게 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부는, 상기 전류 검출부의 검출전류로 상기 수전장치의 충전완료가 판단될 경우에 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 모두 턴 오프시키게 제어할 수 있다.
상기 저발열 변압부는, FET를 스위칭 소자를 사용하는 변압부이고, 상기 고발열 변압부는, LDO일 수 있다.
그리고 본 발명의 저발열 무선 전력 수신 방법은, 전력 수신 코일로 무선 전력 신호가 수신될 경우에 제어부가 임피던스 매칭/제어부를 제어하여 임피던스를 매칭시키는 단계와, 상기 제어부가, 수전장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 전류 검출부가 검출하는 전류레벨에 따라 상기 수전장치의 충전 부하상태를 판단하는 단계와, 상기 제어부가, 판단한 충전 부하상태에 따라 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 선택적으로 턴 온시켜 상기 무선 전력 신호에 따른 충전전력을 상기 수전장치에 충전시키게 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어부가, 수전장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 전류 검출부가 검출하는 전류레벨에 따라 상기 수전장치의 충전 부하상태를 판단하는 단계는, 상기 수전장치에 전력을 충전하기 시작하는 초기에 상기 수전장치의 충전 부하상태가 초기 경부하 상태로 판단하고, 기 설정된 초기 충전시간이 경과될 경우에 중부하 상태로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어부가, 판단한 충전 부하상태에 따라 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 선택적으로 턴 온시켜 상기 무선 전력 신호에 따른 충전전력을 상기 수전장치에 충전시키게 제어하는 단계는, 상기 초기 경부하 상태일 경우에 상기 저발열 변압부가 턴 오프되고 상기 고발열 변압부가 턴 온되게 제어하는 단계와, 상기 중부하로 판단할 경우에 상기 저발열 변압부가 턴 온되고 상기 고발열 변압부가 턴 오프되게 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 중부하로 판단할 경우에 상기 저발열 변압부가 턴 온되고 상기 고발열 변압부가 턴 오프되게 제어하는 단계는, 기 설정된 소정 시간동안 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부가 모두 턴 온되게 제어하는 단계와, 상기 소정 시간이 경과될 경우에 상기 저발열 변압부가 턴 온되고 상기 고발열 변압부가 턴 오프되게 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어부가, 수전장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 전류 검출부가 검출하는 전류레벨에 따라 상기 수전장치의 충전 부하상태를 판단하는 단계는, 상기 전류 검출부의 검출전류 레벨이 기 설정된 제 1 레벨의 범위로 진입하는 경우에 경부하 상태로 판단하는 단계와, 상기 전류 검출부의 검출전류 레벨이 상기 제 1 레벨보다 낮게 기 설정된 제 2 레벨 이하일 경우에 상기 수전장치의 충전 완료를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전류 검출부의 검출전류 레벨이 기 설정된 제 1 레벨의 범위로 진입하는 경우에 경부하 상태로 판단하는 단계는, 상기 제어부가, 상기 저발열 변압부는 턴 오프되고 상기 고발열 변압부는 턴 온되게 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어부가, 상기 저발열 변압부는 턴 오프되고 상기 고발열 변압부는 턴 온되게 제어하는 단계는, 상기 제어부가, 기 설정된 소정 시간동안 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 모두 턴 온되게 제어하는 단계와, 상기 제어부가, 상기 소정 시간이 경과될 경우에 상기 저발열 변압부가 턴 오프되고 상기 고발열 변압부가 턴 온을 유지하게 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전류 검출부의 검출전류 레벨이 상기 제 1 레벨보다 낮게 기 설정된 제 2 레벨 이하일 경우에 상기 수전장치의 충전 완료를 판단하는 단계는, 상기 제어부가, 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 모두 턴 오프되게 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법은, 저발열변압부 및 고발열 변압부를 구비하고, 수전장치의 충전 경과시간 및 출전전류에 따라 수전장치의 전력충전 부하상태를 판단하고, 판단한 전력충전 부하상태에 따라 상기 저발열변압부 및 상기 고발열 변압부를 선택적으로 턴 오프시켜 수전장치에 충전전력을 공급한다.
그러므로 열의 발생을 최저로 하면서 수전장치에 충분한 전력을 공급하여 충전시킬 수 있고, 또한 저발열로 인하여 전력소모를 줄일 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 저발열 무선 전력 수신 장치의 실시 예의 구성을 보인 블록도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 저발열 무선 전력 수신 방법에 따른 제어부의 동작을 보인 신호흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 임피던스 매칭/정류부의 출력전압과 수전장치의 충전전류를 예로 들어 설명하기 위한 도표, 및
도 4는 본 발명에 따른 임피던스 매칭/정류부의 출력전압과 수전장치의 충전전류를 예로 들어 동작상태를 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 본 발명과 관련된 저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 저발열 무선 전력 수신 장치의 실시 예의 구성을 보인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 저발열 무선 전력 수신 장치는 전력 수신 코일(110)과, 임피던스 매칭/정류부(120)와, 충전 전력 공급부(130)와, 전류 검출부(140)와, 수전장치(150;예컨대 배터리셀 등)와, 제어부(160)를 포함할 수 있다.
상기 전력 수신 코일(110)은, 예를 들면, 무선 전력 전송 장치의 전력 전송 코일과 전자기 유도방식 또는 자기 공명식 등으로 결합되어 상기 전력 전송 코일이 전송하는 무선 전력 신호를 수신한다.
상기 임피던스 매칭/정류부(120)는 상기 전력 수신 코일(110)이 상기 무선 전력 신호에 공진되게 임피던스를 매칭시키고 상기 전력 수신 코일(110)이 수신하는 무선 전력 신호를 정류하여 직류전력으로 변환한다.
상기 충전 전력 공급부(130)는 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력을 수전장치(150)에 충전할 충전전력으로 출력하는 것으로서 저발열 변압부(132) 및 고발열 변압부(134)를 포함할 수 있다.
상기 저발열 변압부(132)는 예를 들면, FET(Field Effect Transistor) 등과 같은 스위칭 소자를 사용하는 것으로서 상기 스위칭 소자가 턴 온될 경우에 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력을 통과시켜 충전전력으로 출력하고, 상기 스위칭 소자가 턴 오프될 경우에 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력을 차단한다. 이러한 저발열 변압부(132)는 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력의 레벨을 변환하지 않고, 스위칭시켜 통과 또는 차단시키는 역할만을 수행하는 것으로서 상기 수전장치(150)에 안정된 직류전력을 공급하지는 못하지만 직류전력의 전압레벨을 다운시키는 등의 기능을 수행하지 않아 거의 열이 발생되지 않는다.
상기 고발열 변압부(134)는 예를 들면, LDO(Low Drop Output)를 사용하는 것으로서 상기 LDO가 턴 온될 경우에는 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력의 전압 레벨을 상기 수전장치(150)가 요구하는 전압레벨로 다운시켜 출력하고, 상기 LDO가 턴 오프될 경우에는, 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력을 차단한다. 이러한 고전압 변압부(134)는 상기 수전장치(150)가 요구하는 전압레벨의 직류전력을 출력하므로 상기 수전장치(150)에 안정된 직류전력을 공급할 수 있으나, 전압레벨을 다운시키는 과정에서 많은 열이 발생한다.
상기 전류 검출부(140)는 상기 충전 전력 공급부(130)의 저발열 변압부(132) 또는 고발열 변압부(134)에서 출력되어 수전장치(150)에 충전되는 충전전력의 전류를 검출한다.
상기 제어부(160)는, 상기 전력 수신 코일(110)이 최적으로 무선 전력 신호를 수신할 수 있게 상기 임피던스 매칭/정류부(120)의 임피던스를 제어하고, 상기 수전장치(150)의 전력 충전시간 및 상기 전류 검출부(140)의 검출전류에 따라 상기 수전장치(150)의 전력 충전 부하상태를 판단하고, 판단한 부하 상태에 따라 상기 저발열 변압부(132) 및 상기 고발열 변압부(134)를 선택적으로 턴 온 및 턴 오프시키면서 상기 수전장치(150)에 전력이 충전되는 것을 제어한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 저발열 무선 전력 수신 방법에 따른 제어부의 동작을 보인 신호흐름도이다. 도 2a를 참조하면, 제어부(160)는 임피던스 매칭/정류부(120)로 무선 전력 신호가 수신되는지의 여부를 판단한다(S200). 즉, 무선 전력 전송 장치가 무선 전력신호를 전송할 경우에 전송하는 무선 전력신호를 전력 수신코일(110)이 수신하고, 수신한 무선 전력 신호는 임피던스 매칭/정류부(120)로 입력되는 것으로서 상기 제어부(160)는 임피던스 매칭/정류부(120)를 모니터링하여 무선 전력 신호가 수신되는지의 여부를 판단한다.
상기 판단 결과 무선 전력 신호가 수신될 경우에 상기 제어부(160)는 상기 임피던스 매칭/정류부(120)를 제어하여 임피던스를 매칭시키는 동작을 수행한다(S202).
여기서, 임피던스 매칭/정류부(120)의 임피던스를 매칭시키는 동작은 여러 가지의 방법이 있다.
예를 들면, 상기 제어부(160)가 통신부(도면에 도시되지 않았음)를 통해 무선 전력 전송 장치와 통신을 수행하여 상기 임피던스 매칭/정류부(120)의 임피던스를 매칭시킬 세팅값을 수신하고, 수신한 세팅값에 따라 상기 임피던스 매칭/정류부(120)를 제어하여 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
또는 상기 세팅값이 소정의 범위를 가지는 것으로서 상기 제어부(160)는 상기 세팅값의 범위에 따라 상기 임피던스 매칭/정류부(120)의 임피던스를 가변시키면서 수신되는 무선 전력 신호의 세기를 검출하고, 검출한 무선 전력 신호의 세기가 가장 크게 되는 값으로 상기 임피던스 매칭/정류부(120)를 제어하여 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
또는 상기 제어부(160)가 상기 임피던스 매칭/정류부(120)의 임피던스를 가변시키면서 입력되는 무선 전력 신호의 세기를 검출하고, 검출한 무선 전력 신호의 세기가 가장 크게 되는 값으로 상기 임피던스 매칭/정류부(120)를 제어하여 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
또한 상기한 방법들 이외에도 여러 가지의 방법들을 사용하여 상기 임피던스 매칭/정류부(120)의 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
이와 같은 상태에서 상기 임피던스 매칭/정류부(120)는 상기 전력 수신 코일(100)로부터 입력되는 무선 전력신호를 정류하여 직류전력으로 변환하고, 변환한 직류전력을 충전 전력 공급부(130)의 저발열 변압부(132) 및 고발열 변압부(134)로 출력한다.
이 때, 상기 제어부(160)는 수전장치(150)에 전력을 충전하지 않아 상기 충전 전력 공급부(130)의 저발열 변압부(132) 및 고발열 변압부(134)를 모두 턴 오프시키고 있는 상태이다.
그러면, 상기 임피던스 매칭/정류부(120)에서 출력되는 전력의 전압 레벨은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 예를 들면, 약 7∼10.5V 정도이고, 전류 검출부(140)의 검출전류는 없는 상태이다.
이와 같은 상태에서 상기 제어부(160)는 수전장치(150)에 전력을 충전시키는 초기에 수전장치(150)의 충전부하가 초기 경부하 상태인 것으로 판단하고 충전 전력 공급부(130)의 저발열 변압부(132)는 턴 오프시키고, 고발열 변압부(134)는 턴 온시킨다(S204).
그러면, 상기 고발열 변압부(134)는 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력의 전압레벨을 DC/DC 변환하여 출력하고, 상기 고발열 변압부(134)가 출력하는 직류전력은 전류 검출부(140)를 통해 수전장치(150)로 입력되어 충전된다.
여기서, 상기 고발열 변압부(134)는 상술한 바와 같이 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력의 전압 레벨을 상기 수전장치(150)가 요구하는 전압레벨로 다운시켜 출력하므로 상기 수전장치(150)에는 안정된 직류전력이 공급되나, 상기 고발열 변압부(134)는 직류전력의 전압레벨을 DC/DC 변환하므로 많은 열이 발생하게 된다.
그리고 상기 고발열 변압부(134)가 직류전력을 출력하여 수전장치(150)에 충전됨에 따라, 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력의 전압 레벨은 예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 약 5.45∼5.6V 정도로 낮아지게 되고, 전류 검출부(140)는 수전장치(150)의 전력 충전상태에 따라 상이하기는 하나, 전력 충전상태가 낮을 경우에 예를 들면, 200∼1000㎃의 전류를 검출하게 된다.
여기서, 상기 제어부(160)가 초기 경부하 상태일 경우에 상기 고발열 변압부(134)를 턴 온시켜 상기 수전장치(150)에 전력을 충전시키는 이유는 상기 수전장치(150)에 안정된 직류전력을 충전시키기 위한 것이다.
이와 같은 상태에서 상기 제어부(160)는 초기 경부하 상태에서의 충전 설정시간이 경과되었는지의 여부를 판단한다(S206).
상기 판단 결과 충전 설정시간이 경과되지 않았을 경우에 상기 제어부(160)는 전류 검출부(140)의 검출전류를 입력하여 상기 수전장치(150)에 충전되는 전력의 전류레벨을 판단하고(S208), 판단한 전류 레벨로 상기 수전장치(150)의 충전부하가 경부하 상태 또는 충전완료 상태인지의 여부를 판단한다(S210, S212).
즉, 상기 수전장치(150)에 전력이 충전되어 있는 상태에서 전력 충전을 시작할 경우에 충전된 전력량에 따라 상기 수전장치(150)에 충전되는 전력의 전류레벨은 낮아지게 되는 것으로서 상기 제어부(160)는 예를 들면, 상기 수전장치(150)에 충전되는 전력의 전류레벨이 200∼500㎃ 정도일 경우에 상기 수전장치(150)의 충전부하가 경부하인 것으로 판단하고, 80㎃ 이하일 경우에 상기 수전장치(150)의 충전이 완료된 상태인 것으로 판단한다.
상기 단계(S208)의 판단 결과 상기 수전장치(150)의 충전부하가 경부하 상태 또는 충전완료 상태가 아닐 경우에 상기 제어부(160)는 상기 단계(S204)로 복귀하여 충전 전력 공급부(130)의 저발열 변압부(132)는 계속 턴 오프시키고, 고발열 변압부(134)는 계속 턴 온시켜 상기 수전장치(150)에 전력을 충전시키며, 충전 설정시간이 경과되었는지의 여부를 판단하는 동작을 반복 수행한다.
이와 같은 상태에서 충전 설정시간이 경과되면, 상기 수전장치(150)에는 안정된 초기 전력이 충전된 상태로서 상기 제어부(160)는 상기 수전장치(150)의 충전부하가 중부하 상태인 것으로 판단한다.
상기 제어부(160)는, 상기 수전장치(150)의 충전부하가 중부하 상태인 것으로 판단될 경우에 저발열 변압부(132) 및 고발열 변압부(134)를 모두 턴 온시켜 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력이 상기 저발열 변압부(132) 또는 고발열 변압부(134)를 통하고, 전류 검출부(140)를 통해 수전장치(150)에 충전되게 하고(S214), 상기 저발열 변압부(132) 및 상기 고발열 변압부(134)를 모두 턴 온시킨 상태를 설정시간동안 유지시킨다(S216).
여기서, 상기 제어부(160)가, 저발열 변압부(132) 및 고발열 변압부(134)를 모두 턴 온시킨 상태를 설정시간 동안을 유지하는 이유는, 상기 저발열 변압부(132)가 충전전력을 출력할 때까지 상기 고발열 변압부(134)가 계속 충전전력을 공급하도록 하기 위한 것이다.
상기 제어부(160)는, 상기 저발열 변압부(132) 및 상기 고발열 변압부(134)를 모두 턴 온시킨 상태를 설정시간 동안을 유지한 이후에 상기 저발열 변압부(132)는 계속 턴 온시키고, 상기 고발열 변압부(134)는 턴 오프시킨다(S218).
상기 제어부(160)가, 상기 저발열 변압부(132)를 계속 턴 온시킴에 따라, 상기 수전장치(150)에는 계속 전력이 충전되고, 전력의 충전에 따른 발열은 최소로 할 수 있다.
이 때, 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력의 전압 레벨은, 예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 약 5.15∼5.3V 정도로 낮아지게 되고, 전류 검출부(140)에서는 수전장치(150)의 전력 충전상태에 따라 상이하기는 하나, 350∼1000㎃의 전류를 검출하게 된다.
이와 같은 상태에서 상기 제어부(160)는, 전류 검출부(140)의 검출전류를 입력하여 상기 수전장치(150)에 충전되는 직류전력의 전류레벨을 판단하고(S220), 판단한 전류 레벨로 상기 수전장치(150)의 충전부하가 경부하 상태로 되었는지의 여부를 판단한다(S222). 즉, 상기 제어부(160)는 상기 수전장치(150)에 충전되는 직류전력의 전류레벨이 예를 들면, 200∼500㎃ 정도인지의 여부를 판단하고, 200∼500㎃ 정도일 경우에 상기 수전장치(150)의 충전부하가 경부하 상태인 것으로 판단한다.
상기 제어부(160)는, 상기 단계(S210) 또는 상기 단계(S222)에서 경부하 상태가 판단될 경우에 상기 저발열 변압부(132) 및 상기 고발열 변압부(134)를 모두 턴 온시키고(S224), 상기 저발열 변압부(132) 및 상기 고발열 변압부(134)를 모두 턴 온시킨 상태를 설정시간동안 유지시킨다(S226).
여기서, 상기 제어부(160)가 저발열 변압부(132) 및 고발열 변압부(134)를 모두 턴 온시킨 상태를 설정시간동안 유지하는 이유는 상기 고발열 변압부(134)가 안정된 전력을 출력하기 시작할 때까지 상기 저발열 변압부(132)가 계속 충전전력을 출력하도록 하기 위한 것이다.
상기 제어부(160)는, 상기 저발열 변압부(132) 및 상기 고발열 변압부(134)를 모두 턴 온시킨 상태를 설정시간동안 유지한 이후에, 상기 저발열 변압부(132)는 턴 오프시키고, 상기 고발열 변압부(134)는 턴 온시킨 상태를 유지시켜 상기 고발열 변압부(134)가 상기 수전장치(150)에 충전전력을 공급하게 한다(S228).
이 때, 상기 고발열 변압부(134)가 상기 수전장치(150)에 충전전력을 공급함에 따라, 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력의 전압 레벨은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 예를 들면, 약 5.45∼6.0V 정도로 상승하게 되고, 충전시간의 경과에 따라 예를 들면, 7.0∼7.2V 정도로 상승하게 되며, 전류 검출부(140)는 수전장치(150)의 전력 충전상태에 따라 상이하기는 하나, 약 200∼500㎃의 전류를 검출하게 된다.
이와 같은 상태에서 상기 제어부(160)는, 전류 검출부(140)의 검출전류를 입력하여 상기 수전장치(150)에 충전되는 전력의 전류레벨을 판단하고(S230), 판단한 전류 레벨로 상기 수전장치(150)에 전력이 완전 충전되었는지의 여부를 판단한다(S232). 즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 수전장치(150)에 충전이 완료될 경우에 상기 임피던스 매칭/정류부(120)가 출력하는 직류전력의 전압 레벨은 예를 들면, 약 7.2∼7.4V 정도로 상승하게 되고, 전류 검출부(140)의 검출전류는 예를 들면, 약 80㎃ 이하로 된다.
상기 제어부(160)는, 상기 전류 검출부(140)의 검출전류가 약 80㎃ 이하일 경우에 상기 수전장치(150)에 전력이 완전 충전된 것으로 판단하고, 상기 저발열 변압부(132) 및 상기 고발열 변압부(134)를 모두 턴오프시키고(S234), 충전 동작을 종료한다.
상기와 같이 설명된 저발열 무선 전력 수신 장치 및 방법은 상기 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들의 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
110 : 전력 수신 코일 120 : 임피던스 매칭/정류부
130 : 충전 전력 공급부 132 : 저발열 변압부
134 : 고발열 변압부 140 : 전류 검출부
150 : 수전장치 160 : 제어부

Claims (17)

  1. 저발열 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    무선 전력 신호를 수신하기 위한 전력 수신 코일;
    상기 전력 수신 코일이 상기 무선 전력 신호에 공진되게 임피던스를 매칭시키고 상기 무선 전력 신호를 정류하여 직류전력으로 변환하는 임피던스 매칭/정류부;
    상호간에 병렬 연결되고 상기 임피던스 매칭/정류부의 출력전력을 전력 수신 장치에 충전전력으로 공급하는 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 포함하는 충전 전력 공급부; 및
    상기 전력 수신 장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 상기 전력 수신 장치에 저장되는 전력의 전류 레벨에 기초하여 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 턴 온시키도록 구성된 제어부를 포함하고,
    상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부는 서로 독립적으로 턴 온 또는 오프되는 것인, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 수신 장치에 저장되는 전력의 전류 레벨을 검출하도록 구성된 전류 검출부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 전력 수신 장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 상기 전류레벨에 따라 상기 전력 수신 장치의 충전 부하상태를 판단하도록 구성되고,
    상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 턴 온하는 것은 판단한 충전 부하상태에 따라 수행되는 것인, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력 수신 장치에 전력의 충전을 시작할 경우에 초기 경부하 상태로 판단하여 상기 저발열 변압부는 턴 오프되게 제어하고 상기 고발열 변압부는 턴 온되게 제어하며, 기 설정된 초기 충전시간이 경과될 경우에 중부하 상태로 판단하여 상기 저발열 변압부가 턴 온되게 제어하고 상기 고발열 변압부는 턴 오프되게 제어하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    중부하를 판단할 경우에 기 설정된 미리 정해진 시간동안 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 모두 턴 온시키고, 상기 미리 정해진 시간이 경과될 경우에 상기 저발열 변압부는 계속 턴 온상태가 유지되게 하고, 상기 고발열 변압부는 턴 오프시키게 제어하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류 검출부의 검출전류 레벨이 기 설정된 제 1 레벨의 범위로 진입하는 경우, 경부하 상태로 판단하여 상기 저발열 변압부가 턴 오프되고 상기 고발열 변압부가 턴 온되게 제어하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 경부하 상태를 판단할 경우에 기 설정된 미리 정해진 시간동안 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부가 모두 턴 온되게 제어하고, 상기 미리 정해진 시간이 경과한 후, 상기 저발열 변압부가 턴 오프되고 상기 고발열 변압부가 턴 온되게 제어하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류 검출부의 검출전류로 상기 전력 수신 장치의 충전완료가 판단될 경우에 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 모두 턴 오프시키게 제어하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 저발열 변압부는,
    FET를 스위칭 소자를 사용하는 변압부이고,
    상기 고발열 변압부는,
    LDO인 것인, 저발열 무선 전력 수신 장치.
  9. 저발열 무선 전력 수신 방법에 있어서,
    전력 수신 코일로 무선 전력 신호가 수신될 경우에 제어부가 임피던스 매칭/제어부를 제어하여 임피던스를 매칭시키는 단계; 및
    제어부가, 전력 수신 장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 상기 전력 수신 장치에 저장되는 전력의 전류 레벨에 기초하여, 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 턴 온시켜 상기 무선 전력 신호에 따른 충전전력으로 상기 전력 수신 장치를 충전시키게 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부는 서로 독립적으로 턴 온 또는 오프되는 것인, 저발열 무선 전력 수신 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 전력 수신 장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 상기 전류 레벨에 따라 상기 전력 수신 장치의 충전 부하상태를 판단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 턴 온하는 것은 판단한 충전 부하상태에 따라 수행되는 것인, 저발열 무선 전력 수신 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 전력 수신 장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 상기 전류 레벨에 따라 상기 전력 수신 장치의 충전 부하상태를 판단하는 단계는,
    상기 전력 수신 장치에 전력을 충전하기 시작하는 초기에 상기 전력 수신 장치의 충전 부하상태를 초기 경부하 상태로 판단하고, 기 설정된 초기 충전시간이 경과될 경우에 중부하 상태로 판단하는 단계를 포함하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부가, 판단한 충전 부하상태에 따라 저발열 변압부 및 고발열 변압부를 턴 온시켜 상기 무선 전력 신호에 따른 충전전력을 상기 전력 수신 장치에 충전시키게 제어하는 단계는,
    상기 초기 경부하 상태일 경우에 상기 저발열 변압부가 턴 오프되고 상기 고발열 변압부가 턴 온되게 제어하는 단계; 및
    상기 중부하로 판단할 경우에 상기 저발열 변압부가 턴 온되고 상기 고발열 변압부가 턴 오프되게 제어하는 단계를 포함하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 중부하로 판단할 경우에 상기 저발열 변압부가 턴 온되고 상기 고발열 변압부가 턴 오프되게 제어하는 단계는,
    기 설정된 미리 정해진 시간동안 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부가 모두 턴 온되게 제어하는 단계; 및
    상기 미리 정해진 시간이 경과될 경우에 상기 저발열 변압부가 턴 온되고 상기 고발열 변압부가 턴 오프되게 제어하는 단계를 포함하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 전력 수신 장치에 전력을 충전하는 시간의 경과 및 상기 전류 레벨에 따라 상기 전력 수신 장치의 충전 부하상태를 판단하는 단계는,
    상기 전류 레벨이 기 설정된 제 1 레벨의 범위로 진입하는 경우에 경부하 상태로 판단하는 단계; 및
    상기 전류 레벨이 상기 제 1 레벨보다 낮게 기 설정된 제 2 레벨 이하일 경우에 상기 전력 수신 장치의 충전 완료를 판단하는 단계를 포함하는 것인 저발열 무선 전력 수신 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전류 레벨이 기 설정된 제 1 레벨의 범위로 진입하는 경우에 경부하 상태로 판단하는 단계는,
    상기 제어부가, 상기 저발열 변압부는 턴 오프되고 상기 고발열 변압부는 턴 온되게 제어하는 단계를 포함하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 저발열 변압부는 턴 오프되고 상기 고발열 변압부는 턴 온되게 제어하는 단계는,
    상기 제어부가, 기 설정된 미리 정해진 시간동안 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 모두 턴 온되게 제어하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 미리 정해진 시간이 경과될 경우에 상기 저발열 변압부가 턴 오프되고 상기 고발열 변압부가 턴 온을 유지하게 제어하는 단계를 포함하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 전류 레벨이 상기 제 1 레벨보다 낮게 기 설정된 제 2 레벨 이하일 경우에 상기 전력 수신 장치의 충전 완료를 판단하는 단계는,
    상기 제어부가, 상기 저발열 변압부 및 상기 고발열 변압부를 모두 턴 오프되게 제어하는 단계를 포함하는 것인, 저발열 무선 전력 수신 방법.
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