KR102312096B1 - Wireless power transfer method, apparatus and system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전류를 자속으로 변환하여 무선 전력 수신장치에 전력을 전송하도록 코일 및 캐패시터로 형성된 전력 변환부와 상기 전력 변환부와 연결되어, 상기 코일에 흐르는 전류 및 상기 캐패시터의 전압 중 적어도 하나의 위상을 검출하는 위상 검출부와 상기 전력 변환부와 연결되어, 상기 전력 변환부에서 전송되는 전력의 공진 주파수를 제어하기 위한 교류 전압을 생성하도록 적어도 두 개의 스위치로 형성된 인버터부 및 상기 전력 변환부, 위상 검출부 및 인버터부를 함께 제어되어 상기 전력 변환부에서 전송되는 전력의 출력을 조절하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 위상 검출부에서 검출된 전류 및 전압 중 적어도 하나의 위상에 기초하여, 상기 인버터부를 형성하는 적어도 두 개의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 온 시점을 결정하는 것을 특징으로 한다.The present invention is connected to the power converter and a power converter formed of a coil and a capacitor to convert a current into a magnetic flux to transmit power to the wireless power receiver, the current flowing in the coil and the voltage of the capacitor at least one phase An inverter unit formed of at least two switches connected to the phase detection unit for detecting and the power conversion unit to generate an AC voltage for controlling a resonant frequency of power transmitted from the power conversion unit, and the power conversion unit, the phase detection unit and a control unit controlling the inverter unit together to adjust the output of the power transmitted from the power conversion unit, wherein the control unit forms the inverter unit based on at least one phase of current and voltage detected by the phase detection unit It is characterized in that at least one of the two switches is determined when the on time of the switch is turned on.
Description
본 발명은 무선 전력 전송 및 수신분야에서, 무선 전력 수신방법, 무선 전력 수신장치 및 무선 충전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power receiving method, a wireless power receiving apparatus, and a wireless charging system in the field of wireless power transmission and reception.
전통적으로 무선 전력 수신장치들에게 유선으로 전기 에너지를 공급하는 방법 대신에, 최근에는 접촉 없이 무선으로 전기 에너지를 공급하는 방법이 사용된다. 무선으로 에너지를 수신하는 무선 전력 수신장치는 상기 수신된 무선 전력에 의하여 직접 구동되거나, 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전하고 상기 충전된 전력에 의하여 구동될 수 있다.Traditionally, instead of a method of supplying electrical energy to wireless power receivers by wire, a method of supplying electrical energy wirelessly without contact is recently used. The wireless power receiver for wirelessly receiving energy may be directly driven by the received wireless power, or may charge a battery using the received wireless power and be driven by the charged power.
상기 무선 전력을 전송하는 무선 전력 전송장치와 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신장치 간에 원활한 무선 전력을 전송하기 위하여, 무선 전력의 전송과 관련된 기술의 규격화(즉, 표준화)가 진행되고 있다. In order to smoothly transmit wireless power between the wireless power transmitter for transmitting the wireless power and the wireless power receiver for receiving wireless power, standardization (ie, standardization) of a technology related to wireless power transmission is in progress.
상기 무선 전력의 전송과 관련된 기술의 표준화의 일환으로, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송에 대한 기술을 다루는 무선 전력 협의체(Wireless Power Consortium)는 2010년 4월 12일에 무선 전력 전송에서의 호환성(interoperability)에 대한 "무선 전력 전송 시스템 설명서, 제1권, 저전력, 파트 1: 인터페이스 정의, 버전 1.00 RC1(System Description Wireless Power Transfer, Volume 1, Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.00 Release Candidate 1)" 표준 문서를 공개하였다. As part of the standardization of technology related to wireless power transmission, the Wireless Power Consortium, which deals with magnetic induction-based wireless power transmission technology, announced on April 12, 2010, interoperability in wireless power transmission. ) for “System Description Wireless Power Transfer,
한편, 또 다른 기술표준협의체인 파워매터스얼라이언스(Power Matters Alliance)는 2012년 3월 설립되어, 인터페이스 표준의 제품군을 발전시키고, 유도 공진 전력을 제공하기 위하여 유도 결합 기술을 기반으로 한 표준 문서를 공개하였다.Meanwhile, the Power Matters Alliance, another technical standard consultative body, was established in March 2012 and published a standard document based on inductive coupling technology to develop a family of interface standards and provide inductive resonance power. did.
상기와 같은 전자기유도를 이용한 무선 충전 방식은 우리 생활에서 이미 자주 접하고 있다. 예를 들어, 전자기유도를 이용한 무선 충전 방식은 전동 칫솔, 무선커피포트 등에서 상용화되어 활용되고 있다. The wireless charging method using electromagnetic induction as described above is already frequently encountered in our lives. For example, a wireless charging method using electromagnetic induction has been commercialized and utilized in electric toothbrushes, wireless coffee pots, and the like.
최근에는, 중전력을 요하는 주방기기 분야에서, 무선으로 전력을 전송 및 수신하기 위한, 전력 전송 방법 및 그 장치에 대한 개발의 필요성이 대두되고 있다. 보다 구체적으로, 중전을 무선으로 전송 시, 코일의 인덕턴스 변화에 따른 안정성 문제가 발생할 수 있다. Recently, in the field of kitchen appliances requiring medium power, there is a need to develop a power transmission method and an apparatus for wirelessly transmitting and receiving power. More specifically, when transmitting heavy electricity wirelessly, a stability problem may occur due to a change in inductance of the coil.
이에 본 발명에서는 중전력 이상의 무선 전력에서도, 시스템 전체의 안정성을 유지하면서, 전력을 제어를 할 수 있는 방법이 필요하다. Accordingly, in the present invention, there is a need for a method capable of controlling power while maintaining the stability of the entire system even at medium power or higher wireless power.
본 발명은, 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송장치에 있어서, 무선 전력 시스템의 안정성을 유지하면서, 전력 제어를 위한 스위치를 제어하는 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a method of controlling a switch for power control while maintaining stability of a wireless power system in a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power.
본 발명은 무선 전력 전송 및 수신분야에서, 무선 전력 수신방법, 무선 전력 수신장치 및 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 전류를 자속으로 변환하여 무선 전력 수신장치에 전력을 전송하도록 코일 및 캐패시터로 형성된 전력 변환부와 상기 전력 변환부와 연결되어, 상기 코일에 흐르는 전류 및 상기 캐패시터의 전압 중 적어도 하나의 위상을 검출하는 위상 검출부와 상기 전력 변환부와 연결되어, 상기 전력 변환부에서 전송되는 전력의 공진 주파수를 제어하기 위한 교류 전압을 생성하도록 적어도 두 개의 스위치로 형성된 인버터부 및 상기 전력 변환부, 위상 검출부 및 인버터부를 함께 제어되어 상기 전력 변환부에서 전송되는 전력의 출력을 조절하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 위상 검출부에서 검출된 전류 및 전압 중 적어도 하나의 위상에 기초하여, 상기 인버터부를 형성하는 적어도 두 개의 스위치 중 적어도 하나의 스위치의 온 시점을 결정하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a wireless power receiving method, a wireless power receiving apparatus, and a wireless charging system in the field of wireless power transmission and reception, and a power conversion formed of a coil and a capacitor to convert current into magnetic flux to transmit power to the wireless power receiver It is connected to the power converter and the phase detector for detecting at least one phase of the current flowing in the coil and the voltage of the capacitor and connected to the power converter, the resonance frequency of the power transmitted from the power converter an inverter unit formed of at least two switches to generate an alternating voltage for controlling The control unit may determine an on time of at least one of the at least two switches forming the inverter unit based on at least one phase of the current and the voltage detected by the phase detection unit.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 위상 검출부에서 검출된 전류 및 전압 중 어느 하나의 위상을 기준으로, 상기 적어도 하나의 스위치를 켜는 것이 가능한 시간 구간을 검출하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the control unit detects a time period in which the at least one switch can be turned on based on any one phase of the current and the voltage detected by the phase detection unit.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 스위치를 켜는 것이 가능한 시간 구간은, 상기 위상 검출부에서 검출된 전류의 위상이 0이 되는 시점을 기준으로 결정되는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the time period during which the at least one switch can be turned on is determined based on a point in time when the phase of the current detected by the phase detector becomes zero.
일 실시 예에 있어서, 상기 인버터부는, 제1스위치와 상기 제1스위치와 직렬로 연결된 제2스위치로 구성되고, 상기 제어부는 상기 제1스위치가 켜진 상태에서 꺼진 상태로 전환되는 경우, 제1스위치가 꺼진 시점부터 상기 위상 검출부에서 검출된 코일 전류의 위상이 0이 되기 이전의 시점까지의 시간 구간 안에 상기 제2스위치를 온 시키는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the inverter unit includes a first switch and a second switch connected in series with the first switch, and when the control unit is switched from an on state to an off state, the first switch It is characterized in that the second switch is turned on within a time interval from a time when the coil current is turned off to a time before the phase of the coil current detected by the phase detection unit becomes zero.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 적어도 두 개의 스위치의 오프 시점은 상기 무선 전력 수신장치에 전송되는 전력량에 의하여 결정되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the control unit is characterized in that the off-time of the at least two switches is determined by the amount of power transmitted to the wireless power receiver.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 무선 전력 수신장치로부터 수신된 무선 전력 신호에 기초하여, 상기 적어도 두 개의 스위치 중 적어도 하나의 스위치가 켜진 상태에서, 꺼진 상태로 전환되는 오프 시점을 결정하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the control unit determines an off time point at which at least one of the at least two switches is switched from an on state to an off state based on the wireless power signal received from the wireless power receiver. characterized.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선 전력 수신장치로부터 수신된 무선 전력 신호에는 상기 수신장치에서 요구되는 전력량 정보가 포함되고, 상기 제어부는 상기 무선 전력 신호에 포함된 전력량이 제1전력량인 경우, 제1시점을 오프 시점으로 결정하고, 상기 무선 전력 신호에 포함된 전력량이 상기 제1전력량보다 큰 제2전력량인 경우, 상기 적어도 하나의 스위치의 유효 듀티가 증가하도록 상기 제1시점보다 후인 제2시점을 오프 시점으로 결정하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the wireless power signal received from the wireless power receiver includes information on the amount of power required by the receiver, and when the control unit determines that the amount of power included in the wireless power signal is the first amount of power, the first A time point is determined as an off time point, and when the amount of power included in the wireless power signal is a second amount of power greater than the first amount of power, a second time point later than the first time point so that the effective duty of the at least one switch increases It is characterized in that it is determined as an off time point.
일 실시 예에 있어서, 상기 무선 전력 수신장치로부터 수신된 무선 전력 신호는 상기 전력 변환부에 의하여 상기 수신장치에 전력이 전송되는 중, 기 설정된 시간 간격으로 주기적으로 수신되고, 상기 제어부는 상기 주기적으로 수신되는 무선 전력 신호에 기초하여, 상기 적어도 하나의 스위치의 오프 시점을 변경하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the wireless power signal received from the wireless power receiver is periodically received at a preset time interval while power is transmitted to the receiver by the power converter, and the controller periodically Based on the received wireless power signal, the at least one switch is characterized in that the off time is changed.
일 실시 예에 있어서, 상기 인버터부는 서로 직렬로 연결된 제1스위치와 제2스위치 및 상기 제1스위치 및 제2스위치와 병렬로 연결되며, 서로 직렬로 연결된 제3스위치와 제4스위치를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1스위치의 오프 시점에 따라, 상기 제2스위치의 온 시점을 결정하고, 상기 제3스위치의 오프 시점에 따라, 상기 제4스위치의 온 시점을 결정하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the inverter unit includes a first switch and a second switch connected in series with each other, and a third switch and a fourth switch connected in parallel with the first switch and the second switch, and connected in series with each other, The control unit determines an on time of the second switch according to an off time of the first switch, and determines an on time of the fourth switch according to an off time of the third switch.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1스위치 및 상기 제3스위치의 오프 시점은 무선 전력 수신장치에 전송되는 전력량에 의하여 결정되는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the off time of the first switch and the third switch is characterized in that it is determined by the amount of power transmitted to the wireless power receiver.
무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송장치의 제어방법에 있어서, 전류를 자속으로 변환하여 수신장치에 전력을 전송하도록 형성된 코일에 흐르는 전류의 위상을 검출하는 단계와 무선 전력 수신장치로부터 전력량 정보가 포함된 무선 전력 신호를 수신하는 단계와 상기 전력의 출력을 조절하도록 상기 검출된 전류의 위상에 근거하여, 상기 코일에 연결된 적어도 두 개의 스위치의 온 시점을 각각 결정하는 단계 및 상기 적어도 두 개의 스위치 중 어느 하나가 켜진 상태에서, 상기 무선 전력 수신장치로부터 수신된 무선 전력 신호에 근거하여, 상기 어느 하나의 스위치의 오프 시점을 결정하는 것을 특징으로 한다.A control method of a wireless power transmitter for wirelessly transmitting power, comprising: detecting a phase of a current flowing in a coil formed to transmit power to a receiver by converting current into magnetic flux; and wattage information from the wireless power receiver Receiving a wireless power signal and determining an ON time of at least two switches connected to the coil based on the phase of the detected current to adjust the output of the power, respectively, and any of the at least two switches In a state in which one of the switches is turned on, an OFF time point of the one of the switches is determined based on the wireless power signal received from the wireless power receiver.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 두 개의 스위치의 온 시점은 상기 검출된 전류의 위상이 전환되는 시점을 기준으로 결정되는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the on-time of the at least two switches is determined based on a time when the phases of the detected currents are switched.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 두 개의 스위치는 서로 직렬로 연결된 제1스위치 및 제2스위치를 포함하고, 상기 제2스위치의 온 시점은 상기 제1스위치의 오프 시점부터, 상기 오프 시점에서의 검출된 전류의 위상이 0이 되는 시점까지의 시간 구간 내에 결정되는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the at least two switches include a first switch and a second switch connected to each other in series, and the on-time of the second switch is detected from the off-time of the first switch, the off-time of the off-time. It is characterized in that it is determined within the time interval up to the point in time when the phase of the current becomes 0.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 두 개의 스위치의 오프 시점은 상기 전력량이 제1전력량인 경우, 제1시점을 오프 시점으로 결정하고, 상기 전력량이 상기 제1전력량보다 많은 제2전력량인 경우, 상기 제1시점보다 늦은 제2시점을 오프 시점으로 결정하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, when the at least two switches are turned off, when the amount of power is the first amount of power, the first time is determined as the off time, and when the amount of power is a second amount of power greater than the first amount of power, the It is characterized in that the second time point later than the first time point is determined as the off time point.
이상에서는 무선 전력 전송장치의 전력량을 제어하는 방법을 설명하였다. 본 발명은, 인버터부를 구성하는 복수의 스위치들의 온/오프 시점을 전력 변환부의 전류 또는 전압의 위상 및 전력량 정보에 근거하여 결정함으로써, 소프트 스위칭을 유지함과 함께, 전력량을 제어할 수 있다. In the above, a method for controlling the amount of power of the wireless power transmitter has been described. According to the present invention, by determining the on/off timing of the plurality of switches constituting the inverter unit based on the phase and wattage information of the current or voltage of the power converter, it is possible to maintain soft switching and control the amount of wattage.
또한, 본 발명은 소프트 스위칭을 유지함으로써, 시스템 전체의 안정성을 확보할 수 있다. In addition, the present invention can ensure the stability of the entire system by maintaining soft switching.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치를 개념적으로 나타낸 예시도이다.
도 2a 및 2b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 유도 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
도 4는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 자기 유도 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 유도 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.
도 6은 공진 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.
도 7은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.
도 9는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선 전력 전송장치와 전자 기기 사이에 패킷을 송수신하는 개념을 도시한다.
도 10은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 전력 제어 메시지를 송수신하기 위한 구성을 도시한다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 수행되는 변조 및 복조에서의 신호의 형태를 도시한다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달방법에 사용되는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 도시한다.
도 13은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 동작 상태들을 도시한다.
도 14 내지 도 18은 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치 간의 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷들의 구조를 도시한다.
도 19는 무선 전력 전송장치가 하나 이상의 무선 전력 수신장치들에게 전력을 전달하는 방법을 도시한 개념도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 21은 도 20의 블록도를 보다 구체적으로 나타낸 회로도이다. 도 22 및 도 23은 서로 다른 위상 감지부의 구조를 나타낸 구조도들이다.
도 24는 하프 브리지 인버터의 구조를 나타낸 회로도이다.
도 25a, 도 25b는 도 24의 회로를 스위칭하는 방법을 나타낸 타이밍도이다.
도 26은 풀 브리지 인버터의 구조를 나타낸 회로도이다.
도 27a, 도 27b 및 도 28은 상기 도 26의 회로를 스위칭하는 서로 다른 방법을 나타낸 타이밍도이다. 1 is an exemplary diagram conceptually illustrating a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to embodiments of the present invention.
2A and 2B are block diagrams exemplarily showing the configurations of a wireless power transmitter and a wireless power receiver employable in the embodiments disclosed herein.
3 illustrates a concept in which power is wirelessly transferred from a wireless power transmitter to a wireless power receiver according to an inductive coupling method.
4 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of a magnetic induction type wireless power transmitter and a wireless power receiver employable in the embodiments disclosed in the present specification.
5 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils for receiving power according to an inductive coupling method employable in embodiments disclosed herein.
6 illustrates a concept in which power is wirelessly transferred from a wireless power transmitter to a wireless power receiver according to a resonance coupling method.
7 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of a resonance type wireless power transmitter and a wireless power receiver employable in the embodiments disclosed in the present specification.
8 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils for receiving power according to a resonant coupling method employable in embodiments disclosed herein.
9 illustrates a concept of transmitting and receiving a packet between a wireless power transmitter and an electronic device through modulation and demodulation of a wireless power signal in wireless power transmission according to embodiments disclosed herein.
10 illustrates a configuration for transmitting and receiving a power control message in wireless power transmission according to embodiments disclosed herein.
11A, 11B, and 11C show the form of a signal in modulation and demodulation performed in wireless power transmission according to embodiments disclosed herein.
12A, 12B and 12C illustrate a packet including a power control message used in a wireless power transfer method according to embodiments disclosed herein.
13 illustrates operating states of a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to embodiments disclosed herein.
14 to 18 show the structures of packets including a power control message between the
19 is a conceptual diagram illustrating a method in which a wireless power transmitter transmits power to one or more wireless power receivers.
20 is a block diagram illustrating the configuration of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
21 is a circuit diagram illustrating the block diagram of FIG. 20 in more detail. 22 and 23 are structural diagrams showing the structures of different phase sensing units.
24 is a circuit diagram showing the structure of a half-bridge inverter.
25A and 25B are timing diagrams illustrating a method of switching the circuit of FIG. 24 .
26 is a circuit diagram showing the structure of a full-bridge inverter.
27A, 27B and 28 are timing diagrams illustrating different methods of switching the circuit of FIG. 26 .
본 명세서에 개시된 기술은 무선 전력 전송(wireless power transmission)에 적용된다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 전력 전송 시스템 및 방법, 무선 충전회로 및 방법, 그 외 무선으로 전송되는 전력을 이용하는 방법 및 장치에도 적용될 수 있다.The technology disclosed herein is applied to wireless power transmission. However, the technology disclosed herein is not limited thereto, and may be applied to all power transmission systems and methods, wireless charging circuits and methods, and other methods and apparatuses using wirelessly transmitted power to which the technical idea of the technology can be applied. .
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that technical terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in this specification should be interpreted in the meaning generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined in this specification, and excessively inclusive. It should not be construed in the meaning of a human being or in an excessively reduced meaning. In addition, when the technical terms used in the present specification are incorrect technical terms that do not accurately express the spirit of the present invention, they should be understood by being replaced with technical terms that those skilled in the art can correctly understand. In addition, general terms used in the present invention should be interpreted as defined in advance or according to the context before and after, and should not be interpreted in an excessively reduced meaning.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps.
또한, 또한, 본 명세서에서 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.
In addition, the suffixes "module" and "part" for components used in this specification are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have a meaning or role distinct from each other by themselves.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Also, terms including ordinal numbers such as first, second, etc. used herein may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easy understanding of the spirit of the present invention, and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the accompanying drawings.
정의Justice
다대일 통신 방법: 송신기 (Tx) 하나가 다수의 수신기 (Rx)와 통신하는 방법Many-to-one communication method: one transmitter (Tx) communicates with multiple receivers (Rx)
단방향 통신: 단지 수신기가 송신기 쪽으로만 필요한 메세지를 전송하는 통신 방법One-way communication: A communication method in which the receiver only transmits the necessary messages towards the transmitter.
양방향 통신: 송신기는 수신기로, 수신기는 송신기로, 즉 양쪽에서 메시지 전송이 가능한 통신 방법Two-way communication: A communication method in which the sender is the receiver and the receiver is the transmitter, i.e. messages can be sent from both sides.
여기서, 송신기 및 수신기는 각각 송신장치 및 수신장치와 동일한 의미이며, 이하, 이들 용어는 혼용될 수 있다.
Here, the transmitter and the receiver have the same meaning as the transmitter and the receiver, respectively, and hereafter, these terms may be used interchangeably.
무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치 개념도Conceptual diagram of a wireless power transmitter and a wireless power receiver
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치를 개념적으로 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary diagram conceptually illustrating a wireless power transmitter and a wireless power receiver according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 필요로 하는 무선으로 전력을 전달하는 전력 전달 장치일 수 있다 .As can be seen with reference to FIG. 1 , the
또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선으로 전력을 전달함으로써 상기 무선 전력 수신장치(200)의 배터리를 충전하는 무선 충전 장치일 수 있다.Also, the
그 밖에도, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 접촉되지 않은 상태에서 전원이 필요한 무선 전력 수신장치(200)에게 전력을 전달하는 여러 가지 형태의 장치로 구현될 수 있다.In addition, the
상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하여 동작이 가능한 기기이다. 또한, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 수신된 무선 전력을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.The
한편, 본 명세서에서 설명되는 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신장치는 휴대가 가능한 모든 전자 기기, 예컨대 키보드, 마우스, 영상 또는 음성의 보조 출력장치 등의 입출력장치를 비롯하여, 휴대폰, 셀룰러폰, 스마트 폰(smart phone), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player)와, 태블릿, 혹은 멀티미디어 기기 등을 포괄하는 의미로 해석되어야 한다.On the other hand, the wireless power receiving device for wirelessly receiving power described in this specification includes all portable electronic devices, such as input/output devices such as keyboards, mice, and auxiliary output devices for images or voices, cell phones, cellular phones, and smart phones. It should be interpreted as encompassing a smart phone, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a tablet, or a multimedia device.
상기 무선 전력 수신장치(200)는, 후술하는 바와 같이, 이동 통신 단말기(예컨대 휴대폰, 셀룰러폰, 태블릿) 또는 멀티미디어 기기일 수 있다.
The
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 하나 이상의 무선 전력 전달 방법을 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)로 상호간 접촉이 없이 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 신호에 의한 자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 특정한 주파수의 무선 전력 신호에 의한 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Magnetic Resonance Coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.Meanwhile, the
상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 1차 코일 및 2차 코일을 이용하여 전력을 무선으로 전송하는 기술로, 자기 유도 현상에 의하여 하나의 코일에서 변화하는 자기장 통해 다른 코일 쪽에 전류가 유도됨으로써 전력이 전달되는 것을 말한다.The wireless power transmission by the inductive coupling method is a technology for wirelessly transmitting power using a primary coil and a secondary coil, and by inducing a current to the other coil through a magnetic field that changes in one coil due to magnetic induction, power This means that it is transmitted
상기 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 송신은 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 전송한 무선 전력 신호에 의하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에서 공진이 발생하고, 상기 공진 현상에 의하여 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전력이 전달되는 것을 말한다.
In the wireless power transmission by the resonance coupling method, resonance occurs in the
이하에서는 본 명세서에 개시된 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)에 관한 실시 예들을 구체적으로 설명한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, embodiments of the
도 2a 및 2b는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
2A and 2B are block diagrams exemplarily showing the configurations of the
무선 전력 전송장치wireless power transmitter
도 2a를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 전력 전달부(Power Transmission Unit)(110)를 포함하도록 구성된다. 상기 전력 전달부(110)는 전력 변환부(Power Conversion Unit)(111) 및 전력 송신 제어부(Power Transmission Control Unit)(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
Referring to FIG. 2A , the
상기 전력 변환부(111)는 송신측 전원 공급부(190)로부터 공급된 전력을 무선 전력 신호(wireless power signal)로 변환하여 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전달한다. 상기 전력 변환부(111)에 의하여 전달되는 무선 전력 신호는 진동(oscillation)하는 특성을 가진 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field)의 형태로 형성된다. 이를 위하여 상기 전력 변환부(111)는 상기 무선 전력 신호가 발생하는 코일을 포함하도록 구성될 수 있다.The
상기 전력 변환부(111)는 각 전력 전달 방식에 따라 다른 형태의 무선 전력 신호를 형성하기 위한 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 변환부(111)는 유도 결합 방식에 따라 상기 무선 전력 수신장치(200)의 2차 코일에 전류를 유도시키기 위하여 변화하는 자기장을 형성시키는 1차 코일을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 공진 결합 방식에 따라 상기 무선 전력 수신장치(200)에 공진 현상을 발생시키기 위하여 특정 공진 주파수를 가진 자기장을 형성시키는 코일(또는 안테나)를 포함하도록 구성될 수 있다.The
또한, 상기 전력 변환부(111)는 전술된 유도 결합 방식과 공진 결합 방식 중 하나 이상의 방법을 이용하여 전력을 전달할 수 있다.In addition, the
상기 전력 변환부(111)에 포함되는 구성 요소들 중 유도 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 4 및 도 5를 참조하여, 공진 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 7 및 도 8을 참조하여 후술된다.Among the components included in the
한편, 상기 전력 변환부(111)는 상기 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 인가되는 전압, 전류 등의 특성을 조절할 수 있는 회로를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
Meanwhile, the
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전력 전달부(110)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 공급 장치(100)를 제어하는 다른 제어부(미도시)와 통합되도록 구현될 수 있다.
The power
한편, 상기 무선 전력 신호가 도달할 수 있는 영역은 두 가지로 구분될 수 있다. 먼저, 활동 영역(active area)은 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전력을 전달하는 무선 전력 신호가 통과하는 영역을 말한다. 다음으로, 감지 영역(semi-active area)은 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 감지할 수 있는 관심 영역을 말한다. 여기서, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치(placement)되거나 제거(removal)되었는지 여부에 대하여 감지할 수 있다. 구체적으로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 전력 변환부(111)에서 형성되는 무선 전력 신호를 이용하거나, 별도로 구비된 센서에 의하여 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 활동 영역 또는 감지 영역에 배치되었는지 여부를 검출할 수 있다. 예컨대, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 감지 영역에 존재하는 상기 무선 전력 수신장치(200)로 인하여 상기 무선 전력 신호가 영향을 받아, 상기 전력 변환부(111)의 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력의 특성이 변화하는지 여부를 모니터링함으로써 상기 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 검출할 수 있다. 다만, 상기 활동 영역 및 감지 영역은 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식 등의 무선 전력 전달방식에 따라 다를 수 있다.
Meanwhile, an area to which the wireless power signal can reach may be divided into two categories. First, the active area refers to an area through which a wireless power signal transmitting power to the
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 존재를 검출한 결과에 따라 상기 무선 전력 수신장치(200)를 식별하는 과정을 수행하거나, 무선 전력 전송을 시작할 것인지 여부를 결정할 수 있다.The power
또한, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 신호를 형성하기 위한 상기 전력 변환부(111)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다. 상기 특성의 결정은 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 조건에 의하여 또는 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 조건에 의하여 이루어질 수 있다.
In addition, the power
상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다. 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 수신된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 변환부(111)의 주파수, 전압, 전류 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있으며, 그 밖에 상기 전력 제어 메시지를 기초로 다른 제어 동작을 수행할 수 있다. The power
예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 정류된 전력량 정보, 충전 상태 정보 및 식별 정보 중 하나 이상을 포함하는 전력 제어 메시지에 따라 상기 무선 전력 신호를 형성시키기 위해 사용되는 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상의 특성을 결정할 수 있다.
For example, the power
또한, 상기 전력 제어 메시지를 이용하는 그 밖의 다른 제어 동작으로서, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선 전력 전달과 관련된 일반적인 제어 동작을 상기 전력 제어 메시지를 기초로 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 제어 메시지를 통하여 상기 무선 전력 수신장치(200)와 관련된 청각적 또는 시각적으로 출력할 정보를 수신하거나, 기기간의 인증 등에 필요한 정보를 수신할 수도 있다.In addition, as another control operation using the power control message, the
이와 같은 상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 신호를 통하여 수신하는 방법 및 그 외의 사용자 데이터를 수신하는 방법 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.In order to receive the power control message as described above, the power
상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 변환부(111)와 전기적으로 연결된 변복조부(Power Communications Modulation/Demodulation Unit)(113)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(113)는 상기 무선 전력 수신장치(200)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하여 상기 전력 제어 메시지를 수신하기 위하여 사용될 수 있다. In order to receive the power control message, the
그 밖에, 어떤 실시 예에서는 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 수신함으로써 전력 제어 메시지를 획득할 수도 있다.In addition, in some embodiments, the power
[In-band two-way communication을 지원 하는 경우][In case of supporting in-band two-way communication]
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 양방향 통신이 가능한 무선 전력 전송환경에서는, 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선 전력 수신장치(200)로 데이터를 전송할 수 있다. 상기 전력 송신 제어부(112)가 전송하는 데이터는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 전력 제어 메시지를 보내도록 요청하는 것일 수 있다.
In addition, in a wireless power transmission environment capable of bidirectional communication according to the embodiments disclosed herein, the power
무선 전력 수신장치wireless power receiver
도 2b를 참조하면, 상기 무선 전력 수신장치는(200)는 전원 공급부(290)를 포함하도록 구성된다. 상기 전원 공급부(290)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 작동에 필요한 전력을 공급한다. 상기 전원 공급부(290)는 전력 수신부(291) 및 전력 수신 제어부(292)를 포함하여 구성될 수 있다.
Referring to FIG. 2B , the
상기 전력 수신부(291)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 무선으로 전달되는 전력을 수신한다.The
상기 전력 수신부(291)는 무선 전력 전달 방식에 따라 상기 무선 전력 신호를 수신하기 위해 필요한 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신할 수 있으며, 이 경우 상기 전력 수신부(291)는 각 방식에 따라 필요한 서로 구성 요소들을 함께 포함할 수 있다.The
먼저, 상기 전력 수신부(291)는 진동하는 특성을 가진 자기장 또는 전자기장의 형태로 전달되는 무선 전력 신호를 수신하기 위한 코일을 포함하도록 구성될 수 있다. First, the
예컨대, 유도 결합 방식에 따른 구성 요소로서, 상기 전력 수신부(291)는 변화되는 자기장에 의하여 전류가 유도되는 2차 코일을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 공진 결합 방식에 따른 구성 요소로서 특정 공진 주파수를 가진 자기장에 의하여 공진 현상이 발생되는 코일 및 공진 회로를 포함할 수 있다.For example, as a component according to an inductive coupling method, the
다만, 상기 전력 수신부(291)가 하나 이상의 무선 전력 전달 방식에 따라 전력을 수신하는 경우, 상기 전력 수신부(291)는 하나의 코일을 이용하여 수신하도록 구현되거나, 또는 각 전력 전달 방식에 따라 다르게 형성된 코일을 이용하여 수신하도록 구현될 수 있다.However, when the
상기 전력 수신부(291)에 포함되는 구성 요소들 중 유도 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 4를 참조하여, 공진 결합 방식을 따르는 것들에 대하여는 도 7을 참조하여 후술된다.
Among the components included in the
한편, 상기 전력 수신부(291)는 상기 무선 전력 신호를 직류로 변환하기 위한 정류 회로(rectifier) 및 평활 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 수신부(291)는 수신된 전력 신호에 의하여 과전압 또는 과전류가 발생하지 않도록 방지하는 회로를 더 포함할 수 있다.
Meanwhile, the
상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전원 공급부(290)에 포함되는 각 구성요소를 제어한다.The power
구체적으로, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 무선 전력 신호의 전달을 개시하거나 종료하도록 지시하는 것일 수 있다. 또한 상기 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 상기 무선 전력 신호의 특성을 조절하도록 지시하는 것일 수 있다.Specifically, the power
이와 갈은 상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 신호를 통하여 전송하는 방법 및 그 외의 사용자 데이터를 통하여 전송하는 방법 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.In order to transmit the changed power control message, the power
상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 전력 수신부(291)와 전기적으로 연결된 변복조부(Power Communications Modulation/Demodulation Unit)(293)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(293)는, 전술된 상기 무선 전력 전송장치(100)의 경우와 마찬가지로, 상기 무선 전력 신호를 통하여 상기 전력 제어 메시지를 전송하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 송신장치(100)의 전력 변환부(111)를 흐르는 전류 및/또는 전압을 조절하는 수단으로 사용될 수 있다. 이하, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측과 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 각각의 변복조부(113 및 293)가 무선 전력 신호를 통한 전력 제어 메시지의 송수신을 위하여 사용되는 방법에 대하여 설명된다.In order to transmit the power control message, the
상기 전력 변환부(111)에 의하여 형성된 무선 전력 신호는 상기 전력 수신부(291)에 의하여 수신된다. 이때, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)하도록 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 변복조부(293)를 제어한다. 예컨대, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)과 연결된 변복조부(293)의 리액턴스(reactance)를 변경시킴으로써 상기 무선 전력 신호로부터 수신하는 전력량이 그에 따라 변하도록 변조 과정을 수행할 수 있다. 상기 무선 전력 신호로부터 수신되는 전력량의 변경은 상기 무선 전력 신호를 형성시키는 상기 전력 변환부(111)의 전류 및/또는 전압의 변경을 가져온다. 이 때, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 변복조부(113)는 상기 전력 변환부(111)의 전류 및/또는 전압의 변경을 감지하여 복조(demodulation) 과정을 수행한다.The wireless power signal formed by the
즉, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 전달하고자 하는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷(packet)을 생성하여 상기 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호를 변조하고, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)의 복조 과정 수행 결과를 기초로 상기 패킷을 디코드함으로써, 상기 패킷에 포함되어 있는 상기 전력 제어 메시지를 획득할 수 있다. That is, the power
그 밖에, 어떤 실시 예들에서는 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 무선 전력 수신장치(200)에 포함되어 있는 통신 수단(미도시)에 의하여 전력 제어 메시지가 포함되어 있는 사용자 데이터를 전송함으로써 전력 제어 메시지를 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송할 수도 있다.
In addition, in some embodiments, the power
[In-band two-way communication을 지원 하는 경우][In case of supporting in-band two-way communication]
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 양방향 통신이 가능한 무선 전력 전송환경에서는, 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 전송되는 데이터를 수신할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 전송되는 데이터는 전력 제어 메시지를 전송할 것을 요청하는 것일 수 있다.
In addition, in a wireless power transmission environment capable of bidirectional communication according to the embodiments disclosed herein, the power
그 밖에, 상기 전원 공급부(290)는 충전부(298) 및 배터리(299)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.In addition, the
상기 전원 공급부(290)로부터 동작을 위한 전원을 공급받는 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로부터 전달된 전력에 의하여 동작하거나, 또는 상기 전달된 전력을 이용하여 상기 배터리(299)를 충전한 후 상기 배터리(299)에 충전된 전력에 의하여 동작할 수 있다. 이때, 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전달된 전력을 이용하여 충전을 수행하도록 상기 충전부(298)를 제어할 수 있다.
The
이하에서, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치에 대하여 설명된다. 먼저, 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치가 상기 무선 전력 수신장치로 유도 결합 방식에 따라 전력을 전달하는 방법이 개시된다.
Hereinafter, a wireless power transmitter and a wireless power receiver applicable to the embodiments disclosed in the present specification will be described. First, a method of transmitting power from the wireless power transmitter to the wireless power receiver according to an inductive coupling method is disclosed with reference to FIGS. 3 to 5 .
유도 결합 방식Inductive coupling method
도 3은 유도 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.3 illustrates a concept in which power is wirelessly transferred from a wireless power transmitter to a wireless power receiver according to an inductive coupling method.
무선 전력 전송장치(100) 의 전력 전달이 유도 결합 방식을 따르는 경우, 상기 전력 전달부(110) 내의 1차 코일(primary coil)에 흐르는 전류의 세기가 변화되면, 그 전류에 의해 1차 코일을 통과하는 자기장이 변화한다. 이와 같이 변화된 자기장은 상기 무선 전력 수신장치(200) 내의 2차 코일(secondary coil) 측에 유도 기전력을 발생시킨다.When the power transmission of the
이 방식에 따르면, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 자기 유도에서의 1차 코일로 동작하는 전송 코일(Tx coil)(1111a)를 포함하도록 구성된다. 또한 상기 무선 전력 수신장치(200)의 상기 전력 수신부(291)는 자기 유도에서의 2차 코일로 동작하는 수신 코일(Rx coil)(2911a)을 포함하도록 구성된다.According to this method, the
먼저 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 상기 전송 코일(1111a)과 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 수신 코일이 근접하도록 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200)를 배치한다. 그 후 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 전송 코일(1111a)의 전류가 변화되도록 제어하면, 상기 전력 수신부(291)는 상기 수신 코일(2911a)에 유도된 기전력을 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에 전원을 공급하도록 제어한다.First, the
상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 주파수 특성에 따른 영향은 적으나, 각 코일을 포함하는 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받게 된다.
Efficiency of wireless power transfer by the inductive coupling method is less affected by frequency characteristics, but alignment between the
한편, 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달을 위하여 상기 무선 전력 전송장치(100)는 평평한 표면(flat surface) 형태의 인터페이스 표면(interface surface)(미도시)을 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 인터페이스 표면의 상부에는 하나 이상의 무선 전력 수신장치가 놓일 수 있으며, 상기 인터페이스 표면의 하부에는 상기 전송 코일(1111a)가 장착될 수 있다. 그 경우, 상기 인터페이스 표면의 하부에는 장착된 상기 전송 코일(1111a)과 상기 인터페이스 표면의 상부에 위치한 무선 전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a) 사이의 수직 공간(vertical spacing)이 작게 형성됨으로써 상기 코일들 간의 거리는 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 충분히 작게 된다.
Meanwhile, for wireless power transmission by inductive coupling, the
또한, 상기 인터페이스 표면의 상부에는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 놓일 위치를 지시하는 배열 지시부(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 배열 지시부는 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착된 전송 코일(1111a)과 상기 수신 코일(2911a) 사이의 배열이 적합하게 이루어질 수 있는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 지시한다. 상기 배열 지시부는 단순한 표시(marks)이거나, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 가이드하는 돌출 구조의 형태로 형성될 수 있다. 또는 상기 배열 지시부는 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착되는 자석과 같은 자성체의 형태로 형성되어, 상기 무선 전력 수신장치(200) 내부에 장착된 다른 극의 자성체와의 상호간 인력에 의하여 상기 코일들이 적합한 배열을 이루도록 가이드할 수도 있다.
In addition, an arrangement indicating unit (not shown) indicating a position where the
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 하나 이상의 전송 코일을 포함하도록 형성될 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 하나 이상의 전송 코일 중에서 상기 무선 전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a)과 적합하게 배열된 일부의 코일을 선택적으로 이용하여 전력 전송 효율을 높일 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일을 포함하는 무선 전력 전송장치(100)에 관하여 도 5를 참조하여 후술된다.
Meanwhile, the
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 유도 결합 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 구성에 대하여 구체적으로 설명된다.
Hereinafter, the configuration of the wireless power transmitter and the wireless power receiver of the inductive coupling method applicable to the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail.
유도 결합 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치Inductive coupling type wireless power transmitter and wireless power receiver
도 4는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 자기 유도 방식의 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다. 도 4a를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 전달부(110)의 구성에 대하여 설명하고, 도 4b를 참조하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에 포함된 상기 전원 공급부(290)의 구성에 대하여 설명한다.
4 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of the magnetic induction type
도 4a를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 전송 코일(Tx coil)(1111a) 및 인버터(1112)를 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4A , the
상기 전송 코일(1111a)는, 전술된 바와 같이, 전류의 변화에 따라 무선 전력 신호에 해당하는 자기장을 형성한다. 상기 전송 코일(1111a)은 평판 나선형태(Planar Spiral type) 또는 원통형 솔레노이드 형태(Cylindrical Solenoid type)로 구현될 수 있다.The transmitting
상기 인버터(1112)는 상기 전원 공급부(190)로부터 얻은 직류 입력(DC input)을 교류 파형(AC waveform)으로 변형시킨다. 상기 인버터(1112)에 의해 변형된 교류 전류는 상기 전송 코일(1111a) 및 커패시터(capacitor)(미도시)를 포함하는 진동 회로(resonant circuit)를 구동시킴으로써 자기장이 상기 전송 코일(1111a)에서 형성된다.
The
그 밖에, 상기 전력 변환부(111)는 위치 결정부(Positioning Unit)(1114)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. In addition, the
상기 위치 결정부(1114)는 상기 유도 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율을 높이기 위하여 상기 전송 코일(1111a)을 이동 또는 회전시킬 수 있다. 이는, 전술된 바와 같이, 유도 결합 방식에 의한 전력 전달은 1차 및 2차 코일을 포함하는 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200) 사이의 배열(alignment) 및 거리(distance)의 영향을 받기 때문이다. 특히, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 상기 무선 전력 전송장치(100)의 활동 영역 내에 존재하지 않는 경우에 사용될 수 있다.The
따라서, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전송 코일(1111a)과 및 상기 무선 전력 수신장치(200)의 상기 수신 코일(2911a)의 중심간 거리(distance)가 일정 범위 이내가 되도록 상기 전송 코일(1111a)을 이동시키거나, 상기 전송 코일(1111a)과 상기 수신 코일(2911a)의 중심이 중첩되도록 상기 전송 코일(1111a)를 회전시키는 구동부(미도시)를 포함하도록 구성될 수 있다.Accordingly, the
이를 위하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 감지하는 센서로 이루어진 위치 감지부(detection unit)(미도시)를 더 구비할 수 있고, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 위치 감지 센서로부터 수신한 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치 정보를 기초로 상기 위치 결정부(1114)를 제어할 수 있다.To this end, the
또한, 이를 위하여 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)를 통하여 상기 무선 전력 수신장치(200)와의 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 수신하고, 상기 수신된 배열 또는 거리에 대한 제어 정보를 기초로 상기 위치 결정부(1114)를 제어할 수 있다.In addition, for this purpose, the power
만약, 상기 전력 변환부(111)가 복수의 전송 코일을 포함하도록 구성되었다면, 상기 위치 결정부(1114)는 상기 복수의 전송 코일 중에서 어느 것이 전력 전달을 위하여 사용될 것인지 결정할 수 있다. 상기 복수의 전송 코일을 포함한 무선 전력 전송장치(100)의 구성에 대해서는 도 5를 참조하여 후술된다.
If the
한편, 상기 전력 변환부(111)는 전력 센싱부(1115)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 전력 센싱부(1115)는 상기 전송 코일(1111a)에 흐르는 전류 또는 전압을 모니터링한다. 상기 전력 센싱부(1115)는 무선 전력 전송장치(100)의 정상동작 여부를 확인하기 위한 것으로, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하고, 상기 검출된 전압 또는 전류가 임계값을 초과하는지를 확인할 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)는, 도시되지 않았으나, 외부로부터 공급되는 전원의 전압 또는 전류를 검출하기 위한 저항과 상기 검출된 전원의 전압값 또는 전류값과 임계값을 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)의 상기 확인 결과를 기초로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 스위칭부(미도시)를 제어하여 상기 전송 코일(1111a)로 인가되는 전원을 차단할 수 있다.
Meanwhile, the
도 4b를 참조하면, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 상기 전원 공급부(290)는 수신 코일(Rx 코일)(2911a) 및 정류 회로(2913)를 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4B , the
상기 전송 코일(1111a)로부터 형성된 자기장에 변화에 의하여 상기 수신 코일(2911a)에서 전류가 유도된다. 상기 수신 코일(2911a)의 구현 형태는, 상기 전송 코일(1111a)의 경우와 마찬가지로, 평판 나선 형태 또는 원통형 솔레노이드 형태일 수 있다.A current is induced in the receiving
또한, 무선 전력의 수신 효율을 높이거나 공진 감지(resonant detection)를 위해 직/병렬 커패시터들(series and parallel capacitors)이 상기 수신 코일(2911a)과 연결되도록 구성될 수 있다.In addition, series and parallel capacitors may be configured to be connected to the receiving
상기 수신 코일(2911a)은 단일 코일 또는 복수의 코일 형태일 수 있다.The receiving
상기 정류 회로(2913)는 교류를 직류로 변환시키기 위하여 전류에 대하여 전파 정류(full-wave rectification)를 수행한다. 상기 정류 회로(2913)는, 예컨대, 4개의 다이오드로 이루어진 브릿지(full bridge) 정류 회로, 또는 능동 소자(active components)를 이용한 회로로 구현될 수 있다.The
그 밖에, 상기 정류 회로(2913)는 정류된 전류를 보다 평탄하고 안정적인 직류로 만들어 주는 평활 회로(regulator)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 정류 회로(2913)의 출력 전원은 상기 전원 공급부(290)의 각 구성 요소들에게 공급된다. 또한, 상기 정류 회로(2913)은 출력되는 직류 전원을 상기 전원 공급부(290)의 각 구성 요소(예컨대, 충전부(298)와 같은 회로)에 필요한 전원에 맞추기 위하여 적정한 전압으로 변환하는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
상기 변복조부(293)는 상기 전력 수신부(291)과 연결되고, 직류 전류에 대해서는 저항(resistance)이 변하는 저항성 소자로 구성될 수 있고, 교류 전류에 대해서는 리액턴스(reactance)가 변하는 용량성 소자로 구성될 수 있다. 상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 변복조부(293)의 저항 또는 리액턴스를 변경시킴으로써 상기 전력 수신부(291)에 수신되는 무선 전력 신호를 변조할 수 있다.The modulation/
한편, 상기 전원 공급부(290)는 전력 센싱부(2914)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 전력 센싱부(2914)는 상기 정류 회로(2913)에 의하여 정류된 전원의 전압 및/또는 전류를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과 상기 정류된 전원의 전압 및/또는 전류가 임계값을 초과하는 경우 상기 전력 수신 제어부(292)는 적절한 전력을 전달하도록 상기 무선 전력 전송장치(100)에게 전력 제어 메시지를 송신한다.
Meanwhile, the
하나 이상의 전송 코일을 포함하여 구성된 무선 전력 전송장치A wireless power transmitter comprising one or more transmitting coils
도 5는 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 유도 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.5 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils for receiving power according to an inductive coupling method employable in embodiments disclosed herein.
도 5를 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100) 의 전력 변환부(111)는 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)로 구성될 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)은 부분적으로 겹치는 1차 코일들의 배열(an array of partly overlapping primary coils)일 수 있다. 상기 하나 이상의 전송 코일들 중 일부에 의하여 활동 영역이 결정될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)은 상기 인터페이스 표면의 하부에 장착될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n) 중 일부의 코일들의 연결을 수립하고 해제하는 다중화기(Multiplexer)(1113)를 더 포함할 수 있다. The one or
상기 인터페이스 표면의 상부에 놓인 무선 전력 수신장치(200)의 위치가 감지되면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 감지된 위치를 고려하여 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n) 중 상기 무선 전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a)과 유도 결합 관계에 놓일 수 있는 코일들이 연결될 수 있도록 상기 다중화기(1113)를 제어할 수 있다. When the position of the
이를 위하여 상기 전력 송신 제어부(112)가 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 전송장치(100)에 구비된 상기 위치 감지부(미도시)에 의하여 상기 인터페이스 표면 상의 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 획득할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111a-1 내지 1111a-n)을 각각 이용하여 상기 인터페이스 표면 상의 물체로부터 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 전력 제어 메시지 또는 상기 물체의 식별 정보를 나타내는 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신된 결과를 기초로 상기 하나 이상의 전송 코일들 중 어느 코일의 위치와 근접한지를 판단함으로써 상기 무선 전력 수신장치(200)의 위치 정보를 획득할 수도 있다.To this end, the power
한편, 상기 활동 영역은 상기 인터페이스 표면의 일부로서, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 무선 전력 수신장치(200)에 무선으로 전력을 전달할 때 높은 효율의 자기장이 통과할 수 있는 부분을 의미할 수 있다. 이 때, 상기 활동 영역을 통과하는 자기장을 형성시키는 단일 전송 코일 또는 하나 이상의 전송 코일들의 조합을 주요 셀(primary cell)로 지칭할 수 있다. 따라서, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치(200)의 감지된 위치를 기초로 활동 영역을 결정하고, 상기 활동 영역에 대응되는 주요 셀의 연결을 수립하여 상기 무선 전력 수신장치(200)의 수신 코일(2911a)와 상기 주요 셀에 속한 코일들이 유도 결합 관계에 놓일 수 있도록 상기 다중화기(1113)을 제어할 수 있다.On the other hand, the active area is a part of the interface surface, and when the
또한, 상기 전력 변환부(111)는 연결된 코일들과 진동 회로(resonant circuit)를 형성하도록 임피던스를 조절하는 임피던스 매칭부(impedance matching unit)(미도시)를 더 포함할 수 있다.
In addition, the
이하에서, 도 6 내지 도 8을 참조하여 무선 전력 전송장치가 공진 결합 방식에 따라 전력을 전달하는 방법이 개시된다.
Hereinafter, a method in which a wireless power transmitter transmits power according to a resonance coupling method is disclosed with reference to FIGS. 6 to 8 .
공진 결합 방식Resonant coupling method
도 6은 공진 결합 방식에 따라 무선 전력 전송장치로부터 무선 전력 수신장치에 무선으로 전력이 전달되는 개념을 도시한다.6 illustrates a concept in which power is wirelessly transferred from a wireless power transmitter to a wireless power receiver according to a resonance coupling method.
먼저, 공진(resonance)(또는 공명)에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. 공진(resonance)이란, 진동계가 그 고유 진동수와 같은 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받아 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 말한다. 공진은 역학적 진동 및 전기적 진동 등 모든 진동에서 일어나는 현상이다. 일반적으로 외부에서 진동계에 진동시킬 수 있는 힘을 가했을 때 그 진동계의 고유 진동수와 외부에서 가해주는 힘의 진동수가 같으면 그 진동은 심해지고 진폭도 커진다.First, the resonance (resonance) (or resonance) will be briefly described as follows. Resonance refers to a phenomenon in which the vibration system receives an external force having the same frequency as its natural frequency periodically and the amplitude clearly increases. Resonance is a phenomenon that occurs in all vibrations such as mechanical vibration and electrical vibration. In general, when a force capable of vibrating a vibrating system is applied from the outside, if the natural frequency of the vibrating system and the frequency of the external force are the same, the vibration becomes severe and the amplitude increases.
같은 원리로, 일정 거리 내에서 떨어져 있는 복수의 진동체들이 서로 동일한 주파수로 진동하는 경우, 상기 복수의 진동체들은 상호 공진하며, 이 경우 상기 복수의 진동체들 간에는 저항이 감소하게 된다. 전기 회로에서는 인덕터과 커패시터를 사용하여 공진 회로를 만들 수 있다. In the same principle, when a plurality of vibrating bodies spaced apart within a certain distance vibrate at the same frequency, the plurality of vibrating bodies resonate with each other, and in this case, resistance between the plurality of vibrating bodies is reduced. In electrical circuits, inductors and capacitors can be used to create resonant circuits.
무선 전력 전송장치(100)의 전력 전달이 공진 결합 방식을 따르는 경우, 상기 전력 전달부(110)에서 교류 전원에 의하여 특정한 진동 주파수를 가진 자기장이 형성된다. 상기 형성된 자기장에 의하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에서 공진 현상이 일어나는 경우 상기 무선 전력 수신장치(200) 내에서는 상기 공진 현상에 의하여 전력이 발생된다.When the power transmission of the
공진 주파수는, 예를 들어, 다음 수학식 1과 같은 수식에 의하여 결정될 수 있다. The resonant frequency may be determined, for example, by the following Equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
여기서, 공진 주파수(f)는 회로 내의 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)에 의하여 결정된다. 코일을 사용하여 자기장을 형성하는 회로에 있어서 상기 인덕턴스는 상기 코일의 회전 수 등에 의하여 결정되고, 상기 커패시턴스는 상기 코일 사이의 간격, 면적 등에 의하여 결정될 수 있다. 상기 공진 주파수를 결정하기 위하여 상기 코일 외에 용량성 공진 회로가 연결되도록 구성될 수도 있다.
Here, the resonance frequency (f) is determined by the inductance (L) and the capacitance (C) in the circuit. In a circuit for forming a magnetic field using a coil, the inductance may be determined by the number of rotations of the coil, and the capacitance may be determined by an interval and an area between the coils. In order to determine the resonant frequency, a capacitive resonant circuit may be connected in addition to the coil.
도 6을 참조하면, 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력이 전송되는 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 자기장이 형성되는 전송 코일(Tx coil)(1111b) 및 상기 전송 코일(1111b)와 연결되고 특정한 진동 주파수를 결정하기 위한 공진 회로(또는, 공진 형성 회로, 1116)(이하에서는, 공진 회로 또는 공진 형성 회로를 혼용하여 사용하도록 한다)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 공진 회로(1116)는 용량성 회로(capacitors)를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 전송 코일(1111b)의 인덕턴스 및 상기 공진 회로(1116)의 커패시턴스를 기초로 상기 특정한 진동 주파수가 결정된다.Referring to FIG. 6 , when power is transmitted wirelessly according to a resonance coupling method, the
상기 공진 회로(1116)의 회로 소자의 구성은 상기 전력 변환부(111)가 자기장을 형성할 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 6과 같이 상기 전송 코일(1111b)과 병렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다.The configuration of the circuit element of the
또한, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 상기 전력 수신부(291)는 상기 무선 전력 전송장치(100)에서 형성된 자기장에 의하여 공진 현상이 일어날 수 있도록 구성된 공진 회로(2912) 및 수신 코일(Rx coil)(2911b)을 포함한다. 즉, 상기 공진 회로(2912)는 역시 용량성 회로를 이용하여 구현될 수 있으며, 상기 공진 회로(2912)는 상기 수신 코일(2911b)의 인덕턴스와 상기 공진 회로(2912)의 커패시턴스를 기초로 결정되는 공진 주파수가 상기 형성된 자기장의 공진 주파수와 동일하도록 구성된다.In addition, the
상기 공진 회로(2912)의 회로 소자의 구성은 상기 전력 수신부(291)가 상기 자기장에 의하여 공진이 일어날 수 있도록 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 도 6과 같이 상기 수신 코일(2911b)과 직렬로 연결되는 형태로 제한되지 아니한다. The configuration of the circuit element of the
상기 무선 전력 전송장치(100)에서의 상기 특정한 진동 주파수는 LTx, CTx를 가지고 상기 수학식 1을 이용하여 획득될 수 있다. 여기서, 상기 무선 전력 수신장치(200)의 LRX 및 CRX를 상기 수학식 1에 대입한 결과가 상기 특정한 진동 주파수와 동일한 경우에 상기 무선 전력 수신장치(200)에서는 공진이 일어난다.The specific vibration frequency in the
공진 결합에 의한 무선 전력 전송 방식에 따르면, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200)가 각각 동일 주파수로 공진하는 경우 전자파가 근거리 전자장을 통해 전달되게 되므로, 주파수가 다르면 상기 기기간 에너지 전달이 없게 된다.According to the wireless power transmission method by resonance coupling, when the
따라서, 상기 공진 결합 방식에 의한 무선 전력 전달의 효율은, 주파수 특성에 따른 영향이 큰 반면, 각 코일을 포함하는 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200) 사이의 배열 및 거리에 따른 영향은 유도 결합 방식에 비해 상대적으로 작다.
Therefore, while the efficiency of wireless power transfer by the resonance coupling method is greatly affected by frequency characteristics, the arrangement between the
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들에 적용 가능한 공진 결합 방식의 무선 전력 전송장치 및 무선 전력 수신장치의 구성에 대하여 구체적으로 설명된다.
Hereinafter, the configuration of the wireless power transmitter and the wireless power receiver of the resonance coupling method applicable to the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail.
공진 결합 방식의 무선 전력 전송장치Resonant coupling method wireless power transmitter
도 7은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 방식의 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 구성의 일부를 예시적으로 나타낸 블록도이다.7 is a block diagram exemplarily showing a part of the configuration of the resonance type
도 7a를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 전달부(110)의 구성에 대하여 설명된다.A configuration of the
상기 무선 전력 전송장치(100)의 상기 전력 변환부(111)는 전송 코일(Tx coil)(1111b), 인버터(1112) 및 공진 회로(1116)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 인버터(1112)는 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)와 연결되도록 구성될 수 있다.The
상기 전송 코일(1111b)은 유도 결합 방식에 따라 전력을 전달하기 위한 전송 코일(1111a)과 별도로 장착될 수 있으나, 하나의 단일 코일을 이용하여 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식으로 전력을 전달할 수도 있다.The transmitting
상기 전송 코일(1111b)은, 전술된 바와 같이, 전력을 전달하기 위한 자기장을 형성한다. 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)는 교류 전원이 인가되면 진동이 발생할 수 있으며, 이 때 상기 전송 코일(1111b)의 인덕턴스 및 상기 공진 회로(1116)의 커패시턴스를 기초로 진동 주파수가 결정될 수 있다. The transmitting
이를 위하여 상기 인버터(1112)는 상기 전원 공급부(190) 로부터 얻은 직류 입력을 교류 파형으로 변형시키고, 상기 변형된 교류 전류가 상기 전송 코일(1111b) 및 상기 공진 회로(1116)에 인가된다.To this end, the
그 밖에, 상기 전력 변환부(111)는 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수 값을 변경시키기 위한 주파수 조절부(1117)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수는 수학식 1에 의하여 상기 전력 변환부(111)를 구성하는 회로내의 인덕턴스 및 커패시턴스를 기초로 결정되므로, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 인덕턴스 및/또는 커패시턴스가 변경되도록 상기 주파수 조절부(1117)를 제어함으로써 상기 전력 변환부(111)의 공진 주파수를 결정할 수 있다.In addition, the
상기 주파수 조절부(1117)는, 예를 들어, 상기 공진 회로(1116)에 포함된 커패시터 간의 거리를 조절하여 커패시턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하거나, 또는 상기 전송 코일(1111b)의 회전 수(number of turns) 또는 직경을 조절하여 인덕턴스를 변경시킬 수 있는 모터를 포함하거나, 또는 상기 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 결정하는 능동 소자들을 포함하도록 구성될 수 있다.The
한편, 상기 전력 변환부(111)는 전력 센싱부(1115)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 센싱부(1115)의 동작에 대해서는 전술된 바와 동일하다.
Meanwhile, the
도 7b를 참조하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에 포함된 상기 전원 공급부(290)의 구성에 대하여 설명된다. 상기 전원 공급부(290)는, 전술된 바와 같이, 상기 수신 코일(Rx coil)(2911b) 및 공진 회로(2912)를 포함하도록 구성될 수 있다.A configuration of the
그 외에도, 상기 전원 공급부(290)의 전력 수신부(291)는 공진 현상에 의하여 생성된 교류 전류를 직류로 변환시키는 정류 회로(2913)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 정류 회로(2913)는 전술된 바와 동일하게 구성될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 전력 수신부(291)는 정류된 전원의 전압 및/또는 전류를 모니터링하는 전력 센싱부(2914)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 센싱부(2914)는 전술된 바와 동일하게 구성될 수 있다.
In addition, the
하나 이상의 전송 코일을 포함하여 구성된 무선 전력 전송장치A wireless power transmitter comprising one or more transmitting coils
도 8은 본 명세서에 개시된 실시 예들에서 채용 가능한 공진 결합 방식에 따라 전력을 수신하는 하나 이상의 전송 코일들을 가지도록 구성된 무선 전력 전송장치의 블록도이다.8 is a block diagram of a wireless power transmitter configured to have one or more transmitting coils for receiving power according to a resonant coupling method employable in embodiments disclosed herein.
도 8을 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100)의 전력 변환부(111)는 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n) 및 각 전송 코일들과 연결된 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(111)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n) 중 일부의 코일들의 연결을 수립하고 해제하는 다중화기(Multiplexer)(1113)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8 , the
상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)은 동일한 공진 주파수를 갖도록 설정되거나, 일부가 서로 다른 공진 주파수를 갖도록 설정될 수 있다. 이는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)과 각각 연결된 상기 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)들이 어떠한 인덕턴스 및/또는 커패시턴스를 갖는지에 따라 결정된다.The one or more transmitting coils 1111b-1 to 1111b-n may be set to have the same resonant frequency, or some may be set to have different resonant frequencies. This is determined according to which inductance and/or capacitance the resonant circuits 1116-1 to 1116-n respectively connected to the one or more transmitting coils 1111b-1 to 1111b-n have.
이를 위하여, 상기 주파수 조절부(1117)는 상기 하나 이상의 전송 코일들(1111b-1 내지 1111b-n)과 각각 연결된 상기 공진 회로(1116-1 내지 1116-n)들의 인덕턴스 및/또는 커패시턴스를 변경시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
To this end, the
InIn -- bandband communicationcommunication
도 9는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선 전력 전송장치와 전자 기기 사이에 패킷을 송수신하는 개념을 도시한다.9 illustrates a concept of transmitting and receiving a packet between a wireless power transmitter and an electronic device through modulation and demodulation of a wireless power signal in wireless power transmission according to embodiments disclosed herein.
도 9를 참조하면, 무선 전력 전송장치(100)에 포함된 상기 전력 변환부(111)는 무선 전력 신호를 형성한다. 상기 무선 전력 신호는 상기 전력 변환부(111)에 포함된 전송 코일(1111)을 통하여 형성된다.Referring to FIG. 9 , the
상기 전력 변환부(111)에 의하여 형성된 무선 전력 신호(10a)는 전자 기기(200)에 도달하여, 상기 전자 기기(200)에 포함된 전력 수신부(291)를 통하여 수신된다. 상기 형성된 무선 전력 신호는 상기 전력 수신부(291)에 포함된 수신 코일(2911)을 통하여 수신된다.The
상기 전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)와 연결된 상기 변복조부(293)을 제어하여 상기 전자 기기(200)가 상기 무선 전력 신호를 수신하는 중에 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)한다. 상기 수신되는 무선 전력 신호가 변조되는 경우에 상기 무선 전력 신호는 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field) 내에서 폐루프(closed-loop)를 형성하므로 상기 전자 기기(200)가 상기 무선 전력 신호를 수신하는 중에 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)하는 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 변조된 무선 전력 신호(10b)를 감지할 수 있다. 상기 변복조부(113)는 상기 감지된 무선 전력 신호를 복조(demodulation)하고, 복조된 무선 전력 신호로부터 상기 패킷을 디코드할 수 있다.The power
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)와 상기 전자 기기(200) 간의 통신에 사용되는 변조 방법은 진폭 변조(Amplitude Modulation)일 수 있다. 전술된 바와 같이, 상기 진폭 변조 방식은 상기 전력 변환부(111)가 형성한 무선 전력 신호(10a)의 진폭을 상기 전자 기기(200) 측의 변복조부(293)가 변경시켜 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 변복조부(293)가 상기 변조된 무선 전력 신호(10b)의 진폭을 검출하는 백스캐터 변조(backscatter modulation) 방식일 수 있다.
Meanwhile, a modulation method used for communication between the
무선 전력 신호의 변조 및 복조Modulation and demodulation of wireless power signals
이하, 도 10 및 도 11a, 도 11b 및 도 11c를 참조하여 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200) 사이에서 송수신되는 패킷의 변조 및 복조에 대하여 설명된다.Hereinafter, modulation and demodulation of packets transmitted/received between the
도 10은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 전력 제어 메시지를 송수신하기 위한 구성을 도시한다. 도 11은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송에서 수행되는 변조 및 복조에서의 신호의 형태를 도시한다.10 illustrates a configuration for transmitting and receiving a power control message in wireless power transmission according to embodiments disclosed herein. 11 illustrates a signal shape in modulation and demodulation performed in wireless power transmission according to embodiments disclosed herein.
도 10을 참조하면, 상기 전자 기기(200) 측의 상기 전력 수신부(291)를 통하여 수신되는 무선 전력 신호는 도 11a에 도시된 바와 같이 변조되지 않은 무선 전력 신호(10a)이다. 상기 전력 수신부(291) 내의 공진 형성 회로(2912)에 의하여 설정된 공진 주파수에 따라 상기 전자 기기(200) 및 상기 무선 전력 전송장치(100) 사이에 공진 결합이 이루어지고, 상기 수신 코일(2911b)을 통하여 상기 무선 전력 신호(10a)가 수신된다.Referring to FIG. 10 , the wireless power signal received through the
전력 수신 제어부(292)는 상기 전력 수신부(291)을 통하여 수신되는 무선 전력 신호(10a)를 상기 변복조부(293) 내의 부하 임피던스(Impedance)를 변경시킴으로써 변조한다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 신호(51)를 변조하기 위한 수동 소자(2931) 및 능동 소자(2932)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 변복조부(293)는 상기 무선 전력 전송장치(100)로 전송하고자 하는 패킷이 포함되도록 상기 무선 전력 신호(10a)를 변조한다. 이때, 상기 패킷은 상기 변복조부(293) 내의 상기 능동 소자(2932)에 입력될 수 있다.The power
그 후, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 전력 송신 제어부(112)는 상기 변조된 무선 전력 신호(10b)를 포락선 검출(Envelop Detection) 과정을 통하여 복조하고, 상기 검출된 신호(10c)를 디지털 데이터(54)로 디코드한다. 상기 복조 과정은 변조된 무선 전력 신호에 의하여 상기 전력 변환부(111)를 흐르는 전류 또는 전압이 HI 상태(HI state) 및 LO 상태(state)로 두 가지 상태로 구분되는 것을 감지하고, 상기 상태들에 따라 구분되는 디지털 데이터를 기초로 상기 전자 기기(200)가 전송하고자 하는 패킷을 획득하는 것이다.Thereafter, the power
이하에서는, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 복조된 디지털 데이터로부터 상기 전자 기기(200)가 전송하고자 하는 전력 제어 메시지를 획득하는 과정을 설명한다. Hereinafter, a process in which the
도 11b를 참조하면, 상기 전력 송신 제어부(112)는 포락선 검출된 신호로부터 클럭 신호(CLK)를 이용하여 인코딩된 비트를 검출한다. 상기 검출되는 인코딩된 비트는 상기 전자 기기(200) 측의 변조 과정에서 사용된 비트 인코딩 방법에 따라 인코딩 된 것이다. 어떤 실시 예들에서, 상기 비트 인코딩 방법은 NRZ(non-return to zero)일 수 있다. 어떤 실시 예들에서는, 상기 비트 인코딩 방법이 2-위상(bi-phase) 인코딩일 수 있다.Referring to FIG. 11B , the power
예컨대, 어떤 실시 예들에서, 상기 검출되는 비트는 차동 2-위상(differential bi-phase; DBP) 인코딩된 것일 수 있다. 상기 DBP 인코딩에 의하면, 상기 전자 기기(200) 측의 전력 수신 제어부(292)는 데이터 비트 1을 인코딩하기 위하여 두 번의 상태 전이(transitions)를 갖도록 하고, 데이터 비트 0을 인코딩하기 위하여 한 번의 상태 전이를 갖도록 한다. 즉, 데이터 비트 1은 상기 클럭 신호의 상승 에지(rising edge) 및 하강 에지(falling edge)에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것이고, 데이터 비트 0은 상기 클럭 신호의 상승 에지에서 HI 상태 및 LO 상태간의 전이가 발생하도록 인코딩된 것일 수 있다.For example, in some embodiments, the detected bit may be differential bi-phase (DBP) encoded. According to the DBP encoding, the power
한편, 상기 전력 송신 제어부(112)는 비트 인코딩 방법에 따라 검출된 비트열로부터 패킷을 구성하는 바이트 포맷(byte format)을 이용하여 바이트 단위의 데이터를 획득할 수 있다. 어떤 실시 예들에서, 상기 검출된 비트열은 도 11c에 도시된 바와 같은 11 비트 비동기 직렬 포맷(11-bit asynchronous serial format)을 이용하여 전송된 것일 수 있다. 즉, 바이트의 시작을 알리는 시작 비트(start bit)와 종료를 알리는 종료 비트(stop)를 포함하고, 시작 비트와 종료 비트 사이에 데이터 비트들(b0 내지 b7)을 포함할 수 있다. 또한, 데이터의 오류를 검사하기 위한 패러티 비트(parity bit)가 추가될 수 있다. 상기 바이트 단위의 데이터는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 구성한다.
Meanwhile, the power
[in-band two-way communication을 지원하는 경우][In case of supporting in-band two-way communication]
이상, 도 9에는 상기 무선 전력 전송 장치(100)가 형성한 반송파 신호(carrier signal)(10a)를 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)가 패킷을 송신하는 것에 대하여 도시되었으나, 상기 무선 전력 전송 장치(100)도 위와 유사한 방식으로 상기 무선 전력 수신장치(200)에 데이터를 전송할 수 있다.As described above, in FIG. 9 , the
즉, 상기 전력 송신 제어부(112)는 상기 변복조부(113)를 제어하여 상기 무선 전력 수신장치(200)에 보낼 데이터가 상기 반송파 신호(10a)에 실리도록 변조할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 무선 전력 수신장치(200) 측의 상기 전력 수신 제어부(292)가 상기 변조된 상기 반송파 신호(10a)로부터 데이터를 획득할 수 있도록 상기 변복조부(293)를 제어하여 복조를 수행할 수 있다.
That is, the power
패킷 포맷packet format
이하에서는, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 신호를 이용한 통신에서 사용되는 패킷의 구조가 설명된다.Hereinafter, a structure of a packet used in communication using a wireless power signal according to embodiments disclosed herein will be described.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전달방법에 사용되는 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷을 도시한다.12A, 12B, and 12C illustrate a packet including a power control message used in a wireless power transfer method according to embodiments disclosed herein.
도 12a를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200)는 전송하고자 하는 데이터를 명령 패킷(command_packet)(510)의 형태로 송수신할 수 있다. 상기 명령 패킷(510)은 헤더(511) 및 메시지(512)를 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 12A , the
상기 헤더(511)는 상기 메시지(512)에 포함되는 데이터의 종류를 지시하는 필드를 포함할 수 있다. 상기 데이터의 종류를 지시하는 필드가 나타내는 값을 기초로 상기 메시지의 크기 및 그 종류가 결정될 수 있다. The
또한, 상기 헤더(511)는 상기 패킷의 발신자를 식별할 수 있는 주소 필드를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 주소 필드는 상기 전자 기기(200)의 식별자 또는 상기 전자 기기(200)가 속한 그룹의 식별자를 나타낼 수 있다. 상기 전자 기기(200)가 상기 패킷(510)을 전송하고자 하는 경우에, 상기 전자 기기(200)는 상기 패킷(510)의 상기 주소 필드가 자신의 식별 정보를 나타내도록 상기 패킷(510)을 생성할 수 있다.Also, the
상기 메시지(512)는 상기 패킷(510)의 발신자가 전송하고자 하는 데이터를 포함한다. 상기 메시지(512)에 포함되는 데이터는 상대방에 대한 보고 사항(report), 요청 사항(request) 또는 응답 사항(response)일 수 있다.The
한편, 어떤 실시 예에 있어서, 상기 명령 패킷(510)은 도 12b에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 상기 명령 패킷(510)에 포함된 상기 헤더(511)는 일정한 크기로 표현될 수 있다. 예컨대, 상기 헤더(511)는 두 바이트의 크기일 수 있다.Meanwhile, in some embodiments, the
상기 헤더(511)는 수신 주소 필드를 포함하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 수신 주소 필드는 6 비트의 크기일 수 있다.The
상기 헤더(511)는 OCF(Operation command field) 또는 OGF(Operation group field)를 포함하도록 구성될 수 있다. OGF는 상기 전자 기기(200)를 위한 커맨드의 그룹별로 부여되는 값이며, OCF는 상기 전자 기기(200)가 포함된 각 그룹 내에 존재하는 커맨드 별로 부여되는 값이다.The
상기 메시지(512)는 파라미터의 길이(length) 필드(5121)와 파라미터의 값(value) 필드(5122)로 구분하여 표현될 수 있다. 즉, 상기 패킷(510)의 발신자는 상기 메시지를 상기 전송하고자 하는 데이터를 표현하기 위해 필요한 하나 이상의 파라미터의 길이-값 쌍(5121a-5122a 등)의 형태로 구성할 수 있다.The
도 12c를 참조하면, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 전자 기기(200)는 상기 명령 패킷(510)에 전송을 위한 프리앰블(520) 및 체크섬(530)을 부가한 패킷의 형태로 상기 데이터를 송수신 할 수 있다.Referring to FIG. 12C , the
상기 프리앰블(520)은 상기 무선 전력 전송장치(100)가 수신되는 데이터와 동기화를 수행하고 상기 명령 패킷(510)의 시작 비트를 정확히 검출하기 위해 사용된다. 상기 프리앰블(520)은 동일한 비트가 반복되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 프리앰블(520)은 상기 DBP 인코딩에 따른 데이터 비트 1이 11번 내지 25번 반복되도록 구성될 수 있다.The
상기 체크섬(530)은 전력 제어 메시지가 전송되는 도중에 상기 명령 패킷(510)에 발생할 수 있는 오류를 감지하기 위하여 사용된다.
The
동작 상태(operation state ( PhasesPhases ) )
이하에서, 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 상기 무선 전력 수신장치(200)의 동작 상태들에 대하여 설명된다.Hereinafter, operating states of the
도 13은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 동작 상태들을 도시한다. 또한, 도 14 내지 도 18은 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)간의 전력 제어 메시지를 포함하는 패킷들의 구조를 도시한다.13 illustrates operating states of the
도 13을 참조하면, 무선 전력 전송을 위한 상기 무선 전력 전송장치(100) 및 무선 전력 수신장치(200)의 동작 상태는 선택 상태(Selection Phase) (610), 검출 상태(Ping Phase)(620), 식별 및 설정 상태(Identification and Configuration Phase)(630), 그리고 전력 전송 상태(Power Transfer Phase)(640)로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 13 , the operating states of the
상기 선택 상태(610)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 무선으로 전력을 전송할 수 있는 범위 내에 물체(object)들이 존재하는지 여부를 감지하고, 상기 검출 상태(620)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 상기 감지된 물체로 검출 신호를 보내고, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 상기 검출 신호에 대한 응답을 보낸다.In the
또한, 상기 식별 및 설정 상태(630)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 이전 상태들을 통하여 선택된 무선 전력 수신장치(200)를 식별하고 전력 전달을 위한 설정 정보를 획득한다. 상기 전력 전송 상태(640)에서는 상기 무선 전력 전송장치(100)가, 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 수신한 제어 메시지에 대응하여 전송하는 전력을 조절하면서, 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전력을 전송한다.Also, in the identification and setting
이하에서는, 상기 각 동작 상태를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each operation state will be described in detail.
1) 선택 상태 (1) Select state ( SelectionSelection PhasePhase ) )
상기 선택 상태(610)에 있는 무선 전력 전송장치(100)는 감지 영역 내에 존재하는 무선 전력 수신장치(200)를 선택하기 위하여 검출 과정을 수행한다. 상기 감지 영역은, 전술된 바와 같이, 해당 영역 내의 물체가 상기 전력 변환부(111)의 전력의 특성에 영향을 미칠 수 있는 영역을 말한다. 상기 검출 상태(620)와 비교하여, 상기 선택 상태(610)에서 무선 전력 수신장치(200)의 선택을 위한 검출 과정은 전력 제어 메시지를 이용하여 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 응답을 수신하는 방식 대신에, 상기 무선 전력 전송장치(100) 측의 전력 변환부에서 무선 전력 신호를 형성하기 위한 전력량이 변화하는 것을 감지하여 일정 범위 내에 물체가 존재하는지 확인하는 과정이다. 상기 선택 상태(610)에서의 검출 과정은 후술될 검출 상태(620)에서 디지털 형식의 패킷을 이용하지 아니하고 무선 전력 신호를 이용하여 물체를 검출하는 점에서 아날로그 검출 과정(analog ping)으로 불릴 수 있다.The
상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내에 물체가 들어오고 나가는 것을 감지할 수 있다. 또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내에 있는 물체들 중에서 무선으로 전력을 전달할 수 있는 무선 전력 수신장치(200)와 그 밖의 물체들(예를 들어, 열쇠, 동전 등)을 구분할 수 있다.The
전술된 바와 같이, 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따라 무선으로 전력을 전송할 수 있는 거리가 다르므로 상기 선택 상태(610)에서 물체가 검출되는 감지 영역은 서로 다를 수 있다.As described above, since the distance over which power can be wirelessly transmitted is different according to the inductive coupling method and the resonant coupling method, the sensing area in which an object is detected in the
먼저, 유도 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 물체들의 배치 및 제거를 감지하기 위하여 인터페이스 표면(미도시)을 모니터링할 수 있다.First, when power is transmitted according to the inductive coupling method, the
또한, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 인터페이스 표면의 상부에 놓인 무선 전력 수신장치(200)의 위치를 감지할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 하나 이상의 전송 코일을 포함하도록 형성된 무선 전력 전송장치(100)는 상기 선택 상태(610)에서 상기 검출 상태(620)로 진입하고, 상기 검출 상태(620)에서 각각의 코일을 이용하여 상기 물체로부터 검출 신호에 대한 응답이 전송되는지 여부를 확인하거나 또는 그 후 상기 식별 상태(630)로 진입하여 상기 물체로부터 식별 정보가 전송되는지 여부를 확인하는 방법을 수행할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 이와 같은 과정을 통하여 획득한 상기 감지된 무선 전력 수신장치(200)의 위치에 기초하여 무선 전력 전송에 사용될 코일을 결정할 수 있다.Also, the
또한, 공진 결합 방식에 따라 전력이 전송되는 경우에 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 감지 영역 내의 물체로 인한 상기 전력 변환부의 주파수, 전류, 전압 중 하나 이상이 변경되는 것을 감지함으로써 상기 물체를 검출할 수 있다.In addition, when power is transmitted according to the resonance coupling method, the
한편, 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 유도 결합 방식 및 공진 결합 방식에 따른 검출 방법 중 적어도 하나의 방법에 의하여 물체를 검출할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 각 전력 전송 방식에 따른 물체 검출 과정을 수행하고, 이후에 다른 상태들(620, 630, 640)로 진행하기 위하여 무선 전력 전달을 위한 결합 방식 중에서 상기 물체를 검출한 방식을 선택할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 상기 선택 상태(610)의 무선 전력 전송장치(100)에 있어서, 물체를 검출하기 위하여 형성하는 무선 전력 신호와 이후 상태들(620, 630, 640)에서의 디지털 검출, 식별, 설정 및 전력 전송을 위하여 형성하는 무선 전력 신호는 그 주파수, 세기 등의 특성이 다를 수 있다. 이는 상기 무선 전력 전송장치(100)의 선택 상태(610)는 물체를 검출하기 위한 대기 상태(idle phase)에 해당하여, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 대기 중의 소비 전력을 줄이거나, 또는 효율적인 물체 검출을 위하여 특화된 신호를 생성시킬 수 있도록 하기 위함이다.
On the other hand, in the
2) 검출 상태 (2) detection status ( PingPing PhasePhase ) )
상기 검출 상태(620)에 있는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 전력 제어 메시지를 통해 상기 감지 영역 내에 존재하는 무선 전력 수신장치(200)를 검출하는 과정을 수행한다. 상기 선택 상태(610)에서 무선 전력 신호의 특성 등을 이용한 무선 전력 수신장치(200)의 검출 과정과 비교하여, 상기 검출 상태(620)에서의 검출 과정은 디지털 검출 과정(digital ping)이라 불릴 수 있다.The
상기 검출 상태(620)에서 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)를 검출하기 위한 무선 전력 신호를 형성하고, 상기 무선 전력 수신장치(200)에 의하여 변조된 무선 전력 신호를 복조하고, 상기 복조된 무선 전력 신호로부터 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 디지털 데이터 형태의 전력 제어 메시지를 획득한다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지를 수신함으로써 전력 전송의 대상이 되는 상기 무선 전력 수신장치(200)를 인지 할 수 있다.In the
상기 검출 상태(620)에 있는 상기 무선 전력 전송장치(100)가 디지털 검출 과정을 수행하기 위하여 형성하는 검출 신호는 특정 동작 포인트(operating point)의 전력 신호를 일정한 시간 동안 인가함으로써 형성되는 무선 전력 신호일 수 있다. 상기 동작 포인트는 전송 코일(Tx coil)에 인가되는 전압의 주파수, 듀티 사이클(duty cycle) 및 진폭을 의미할 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 인가함으로써 생성된 상기 검출 신호를 일정한 시간 동안 생성하고, 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신할 것을 시도할 수 있다.The detection signal formed by the
한편, 상기 검출 신호에 대한 응답에 해당하는 전력 제어 메시지는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 수신한 무선 전력 신호의 강도(strength)를 나타내는 메시지일 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 도 14에 도시된 바와 같은 상기 검출 신호에 대한 응답으로서 수신된 무선 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지가 포함된 신호 강도 패킷(Signal Strength Packet)(5100)을 전송할 수 있다. 상기 패킷(5100)은 신호 강도를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5120) 및 상기 무선 전력 수신장치(200)가 수신한 전력 신호의 강도를 나타내는 메시지(5130)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5130) 내의 전력 신호의 강도는 상기 무선 전력 전송장치(100)와 상기 무선 전력 수신장치(200) 사이의 전력 전송을 위한 유도 결합 또는 공진 결합의 정도(degree of coupling)를 나타내는 값일 수 있다.Meanwhile, the power control message corresponding to the response to the detection signal may be a message indicating the strength of the wireless power signal received by the
상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 검출 신호에 대한 응답 메시지를 수신하여 상기 무선 전력 수신장치(200)를 발견한 후에, 상기 디지털 검출 과정을 연장하여 식별 및 검출 상태(630)로 진입할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)를 발견한 후에 상기 특정 동작 포인트의 전력 신호를 유지하여 상기 식별 및 검출 상태(630)에서 필요한 전력 제어 메시지를 수신할 수 있다.After the
다만, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 전력을 전달할 수 있는 무선 전력 수신장치(200)를 발견하지 못한 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)의 동작 상태는 상기 선택 상태(610)로 되돌아갈 수 있다.
However, when the
3) 식별 및 설정 상태 (3) Identification and setting status ( Identificationidentification andand ConfigurationConfiguration PhasePhase ))
상기 식별 및 설정 상태(630)의 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)가 전송하는 식별 정보 및/또는 설정 정보를 수신하여 전력 전달이 효율적으로 이루어지도록 제어할 수 있다.The
상기 식별 및 설정 상태(630)에서 상기 무선 전력 수신장치(200)는 자신의 식별 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)는, 예컨대, 도 15a에 도시된 바와 같은 무선 전력 수신장치(200)의 식별 정보를 나타내는 메시지가 포함된 식별 패킷(Identification Packet)(5200) 을 전송할 수 있다. 상기 패킷(5200)은 식별 정보를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5220) 및 상기 무선 전력 수신장치의 식별 정보를 포함하는 메시지(5230)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5230)는 무선 전력 전송을 위한 규약의 버전을 나타내는 정보(2531 및 5232), 상기 무선 전력 수신장치(200)의 제조 업체를 식별하는 정보(5233), 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보(5234) 및 기본 장치 식별자(5235)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 확장 장치 식별자의 유무를 나타내는 정보(5234)에 확장 장치 식별자가 존재하는 것으로 표시되는 경우, 도 15b에 도시된 바와 같은 확장 장치 식별자를 포함한 확장 식별 패킷(Extended Identification Packet)(5300) 이 별도로 전송될 수 있다. 상기 패킷(5300)은 확장 장치 식별자를 나타내는 패킷임을 알리는 헤더(5320) 및 확장 장치 식별자를 포함하는 메시지(5330)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 확장 장치 식별자가 사용되는 경우에, 상기 무선 전력 수신장치(200)를 식별하기 위하여 상기 제조 업체의 식별 정보(5233), 상기 기본 장치 식별자(5235) 및 상기 확장 장치 식별자(5330)에 기초한 정보가 사용될 수 있다.In the identification and setting
상기 식별 및 설정 상태(630)에서 상기 무선 전력 수신장치(200)는 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)는, 예컨대, 도 16에 도시된 바와 같은 설정 패킷(Configuration Packet)(5400) 을 전송할 수 있다. 상기 패킷은 설정 패킷임을 알리는 헤더(5420) 및 상기 예상 최대 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지(5430)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 메시지(5430)는 전력 클래스(5431), 예상 최대 전력에 대한 정보(5432), 무선 전력 전송장치 측의 주요 셀의 전류를 결정하는 방법을 나타내는 지시자(5433), 선택적인 설정 패킷들의 수(5434)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 지시자(5433)는 무선 전력 전송을 위한 규약에 명시된 대로 상기 무선 전력 전송장치 측의 주요 셀의 전류가 결정될 것인지 여부를 나타내는 것일 수 있다.In the identification and setting
한편, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 상기 무선 전력 수신장치(200)와 전력 충전에 사용되는 전력 전달 규약(power transfer contract)을 생성할 수 있다. 상기 전력 전달 규약은 상기 전력 전달 상태(640)에서의 전력 전달 특성을 결정하는 파라미터들의 한정 사항들(limits)을 포함할 수 있다.Meanwhile, the
상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전달 상태(640)로 진입하기 전에 상기 식별 및 설정 상태(630)를 종료하고, 상기 선택 상태(610)로 되돌아 갈 수 있다. 예컨대, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 무선으로 전력을 수신할 수 있는 다른 무선 전력 수신장치를 찾기 위하여 상기 식별 및 설정 상태(630)를 종료할 수 있다.
The
4) 전력 전송 상태 (4) Power transmission status ( PowerPower TransferTransfer PhasePhase ) )
상기 전력 전송 상태(640)에서의 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)로 전력을 전송한다. In the power transmission state 640 , the
상기 무선 전력 전송장치(100)는 전력을 전송하는 도중에 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전력 제어 메시지를 수신하고, 상기 수신한 전력 제어 메시지에 대응하여 상기 전송 코일에 인가되는 전력의 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 전송 코일의 전력 특성을 조절하기 위해 사용되는 전력 제어 메시지는 도 17에 도시된 바와 같은 제어 오류 패킷(Control Error Packet)( 5500)에 포함될 수 있다. 상기 패킷(5500)은 제어 오류 패킷임을 알리는 헤더(5520)와 제어 오류 값을 포함하는 메시지(5530)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 제어 오류 값에 따라 상기 전송 코일에 인가되는 전력을 조절할 수 있다. 즉, 상기 전송 코일에 인가되는 전류는 상기 제어 오류 값이 0인 경우에 유지되고, 음수(negative value)인 경우에 감소되고, 양수(positive value)인 경우에 증가하도록 조절될 수 있다.The
상기 전력 전송 상태(640)에서 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 식별 정보 및/또는 설정 정보를 기초로 생성된 전력 전달 규약(power transfer contract) 내의 파라미터들을 모니터링할 수 있다. 상기 파라미터들을 모니터링한 결과, 상기 무선 전력 수신장치(200)와의 전력 전송이 상기 전력 전달 규약 내에 포함되어 있는 한정 사항들을 위반하게 되는 경우에는 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전송을 취소하고 상기 선택 상태(610)로 되돌아갈 수 있다.In the power transfer state 640 , the
상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 전달된 전력 제어 메시지를 기초로 상기 전력 전송 상태(640)를 종료할 수 있다. The
예를 들어, 상기 무선 전력 수신장치(200)가 전달된 전력을 이용하여 배터리를 충전하는 도중에 상기 배터리의 충전이 완료된 경우 상기 무선 전력 전송장치(100)로 무선 전력 전송을 중지할 것을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전송의 중지를 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 선택 상태(610)로 되돌아 갈 수 있다.For example, when the charging of the battery is completed while the
또 다른 예를 들어, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 이미 생성된 전력 전달 규약을 갱신하기 위하여 재협상(renegotiation) 또는 재설정(reconfigure)을 요청하는 전력 제어 메시지를 전달할 수 있다. 상기 무선 전력 수신장치(200)는 현재 전송되는 전력량보다 많거나 적은 양의 전력이 필요한 경우에 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 상기 전력 전달 규약의 재협상을 요청하는 메시지를 수신한 후, 무선 전력 전송을 종료하고 상기 식별 및 설정 상태(630)로 되돌아 갈 수 있다.As another example, the
이를 위하여, 상기 무선 전력 수신장치(200)가 전송하는 메시지는, 예컨대, 도 18에 도시된 바와 같은 전력 전송 중단 패킷(End Power Transfer Packet)(5600)일 수 있다. 상기 패킷(5600)은 전력 전송 중단 패킷임을 알리는 헤더(5620) 및 중단의 이유를 나타내는 전력 전송 중단 코드를 포함하는 메시지(5630)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 전송 중단 코드는 충전 완료(Charge Complete), 내부 오류(Internal Fault), 과열(Over Temperature), 과전압(Over Voltage), 과전류(Over Current), 배터리 오류(Battery Failure), 재설정(Reconfigure), 무응답(No Response), 알려지지 않은 오류(Unknown) 중 어느 하나를 나타낼 수 있다.
To this end, the message transmitted by the
다수의 전자 기기의 통신 방법Communication method of multiple electronic devices
이하, 하나의 무선 전력 송신장치로부터 하나 이상의 전자 기기들이 무선 전력 신호를 이용하여 통신을 수행하는 방법이 설명된다.Hereinafter, a method in which one or more electronic devices perform communication using a wireless power signal from one wireless power transmitter will be described.
도 19는 무선 전력 전송장치가 하나 이상의 무선 전력 수신장치들에게 전력을 전달하는 방법을 도시한 개념도이다.19 is a conceptual diagram illustrating a method in which a wireless power transmitter transmits power to one or more wireless power receivers.
상기 무선 전력 전송장치(100)는 하나 이상의 무선 전력 수신 장치(200, 200')들을 위하여 전력을 전송할 수 있다. 도 19에는 두 개의 전자 기기들(200, 200')이 도시되어 있으나, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 따르는 방법은 도시된 전자 기기들의 숫자로 제한되지 아니한다. The
상기 무선 전력 전송장치(100)의 무선 전력 전달 방식에 따라 상기 활동 영역 및 감지 영역은 차이가 있다. 따라서, 상기 무선 전력 전송장치(100)는 공진 결합 방식의 활동 영역 또는 감지 영역에 배치된 무선 전력 수신장치가 존재하는지 여부, 또는 유도 결합 방식의 활동 영역 또는 감지 영역에 배치된 무선 전력 수신 장치가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 판단 결과에 따라 각 무선 전력 전달 방식을 지원하는 상기 무선 전력 전송 장치(100)는 각 무선 전력 수신장치에 대하여 전력 전달 방식을 변경할 수 있다.The active area and the sensing area are different according to the wireless power transfer method of the
본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 무선 전력 전송에서는, 상기 무선 전력 전송장치(100)가 동일한 무선 전력 전달 방식으로 하나 이상의 전자 기기들(200, 200')을 위하여 전력을 전송하는 경우에 상기 전자 기기들(200, 200')이 서로간 충돌없이 상기 무선 전력 신호를 통하여 통신을 수행할 수 있다. In the wireless power transmission according to the embodiments disclosed in this specification, when the
도 19에 도시된 바와 같이, 상기 무선 전력 전송장치(100)에 의하여 형성된 무선 전력 신호(10a)는 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)에 도달한다. 상기 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)는 상기 형성된 무선 전력 신호를 이용하여 전력 제어 메시지를 전송할 수 있다.As shown in FIG. 19 , the
상기 제 1 전자 기기(200') 및 제 2 전자 기기(200)는 무선 전력 신호를 수신하는 전력 수신장치로 동작한다. 본 명세서에 개시된 실시 예들에 따른 상기 전력 수신장치는 상기 형성된 무선 전력 신호를 수신하는 전력 수신부(291', 291); 상기 수신된 무선 전력 신호에 대하여 변조 및 복조를 수행하는 변복조부(293', 293); 및 전력 수신장치의 각 구성요소들을 제어하는 제어부(292', 292)를 포함하도록 구성될 수 있다.
The first
이상에서는 WPC 규격을 중심으로 본 발명의 무선 전력 송수신 방법에 대하여 설명하였다. 나아가, 본 발명에서는 중전력용 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 수신 장치 및 무선 충전 시스템을 제안한다. 여기에서, 중전력용 무선 전력 전송 장치는, 중전력의 무선 전력을 무선 전력 수신 장치로 전달하는 무선 전력 전송 장치를 의미한다. 나아가, 중전력용 무선 전력 수신 장치는, 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전달되는 중전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치를 의미한다.In the above, the wireless power transmission/reception method of the present invention has been described focusing on the WPC standard. Furthermore, the present invention proposes a wireless power transmitter for medium power, a wireless power receiver, and a wireless charging system. Here, the medium power wireless power transmitter means a wireless power transmitter that transmits medium power wireless power to the wireless power receiver. Furthermore, the wireless power receiver for medium power means a wireless power receiver that receives the medium power transmitted from the wireless power transmitter.
여기에서, 중전력은 수십 W 이상 급의 전력을 의미하며, 이러한 중전력을 이용하는 가전기기(appliance)는, 예를 들어, 착즙기(citrus press), 핸드블렌더(handblender), 분쇄기(blender), 주스기(juicer), 스마트팬(smart pan), 전기주전자(kettle), 밥솥(rice cooker) 등이 될 수 있다.Here, the medium power means power of several tens of W or more, and an appliance using such medium power is, for example, a juicer (citrus press), a hand blender (handblender), a grinder (blender), It may be a juicer, a smart pan, an electric kettle, a rice cooker, and the like.
이하에서는 중전력을 전송하는 무선 전력 전송장치에 있어서, 시스템의 안정성을 유지하면서, 전력을 제어하는 방법에 대하여 설명한다. 상기 시스템의 안정성은 전력 전달 효율, 무선 전력 전송장치의 부품 보호, 전자파 적합성(EMC, Electromagnetic compatibility) 문제 등과 관련될 수 있다. Hereinafter, in a wireless power transmitter for transmitting medium power, a method of controlling power while maintaining system stability will be described. The stability of the system may be related to power transfer efficiency, protection of components of a wireless power transmitter, and electromagnetic compatibility (EMC) issues.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 21은 도 20의 블록도를 보다 구체적으로 나타낸 회로도이다. 도 22 및 도 23은 서로 다른 위상 감지부의 구조를 나타낸 구조도들이다. 도 24는 하프 브리지 인버터의 구조를 나타낸 회로도이다. 도 25a, 도 25b는 도 24의 회로를 스위칭하는 방법을 나타낸 타이밍도이다. 도 26은 풀 브리지 인버터의 구조를 나타낸 회로도이다. 도 27a, 도 27b 및 도 28은 상기 도 26의 회로를 스위칭하는 서로 다른 방법을 나타낸 타이밍도이다. 20 is a block diagram illustrating the configuration of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention. 21 is a circuit diagram illustrating the block diagram of FIG. 20 in more detail. 22 and 23 are structural diagrams showing the structures of different phase sensing units. 24 is a circuit diagram showing the structure of a half-bridge inverter. 25A and 25B are timing diagrams illustrating a method of switching the circuit of FIG. 24 . 26 is a circuit diagram showing the structure of a full-bridge inverter. 27A, 27B and 28 are timing diagrams illustrating different methods of switching the circuit of FIG. 26 .
중전력급 이상의 전력을 제어하기 위하여, 무선 전력 전송장치는 풀브리지 인버터를 이용할 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 무선 전력 전송장치는 시스템 안정성을 위하여, 풀브리지 인버터를 제어하는 방법을 제안한다. In order to control the power of the medium power level or higher, the wireless power transmitter may use a full-bridge inverter. In this case, the wireless power transmitter according to the present invention proposes a method of controlling a full-bridge inverter for system stability.
도 20을 참조하면, 본 발명은, 전력을 전송하도록 전류를 자속으로 변환하도록 코일 및 캐패시터를 포함하는 전력 변환부(1111), 상기 전력 변환부에서 변환되는 전력을 제어하도록 풀브리지 인버터로 구성된 인버터부(1112) 및 상기 전력 변환부의 인덕터에 흐르는 전류 및 캐패시터에 걸리는 전압 중 적어도 하나의 위상을 검출하는 위상 검출부(또는, 위상 감지부, 300) 및 상기 전력 변환부, 상기 인버터부 및 상기 위상 검출부를 제어하여, 전력을 제어하는 제어부(또는, 전력 송신 제어부, 112)를 포함할 수 있다. Referring to Figure 20, the present invention, a
상기 전력 변환부(1111)는 코일 및 캐피시터로 이루어져, 전력 전송을 위하여, 전자기장 또는 자기장으로 무선 전력 신호를 생성할 수 있다. The
상기 인버터부(1112)는 하프 브리지 인버터 또는 풀브리지 인버터로 구성될 수 있다. 상기 인버터부(1112)는 상기 하프 브리지 인버터 또는 풀브리지 인버터를 구성하는 복수의 스위치의 스위치 타이밍을 통하여, 상기 하프 브리지 인버터 또는 상기 풀브리지 인버터의 동작 주파수를 변경하여, 전력 변환부(1111)에서 전송되는 전력을 제어할 수 있다. The
상기 복수의 스위치는 반도체 소자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 스위치는 트랜지스터(Transistor), FET(field Effect Transistor), IPS(Intelligent Power Switching) 소자, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor field Effect Transistor), 전자릴레이 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등이 될 수 있다.The plurality of switches may use a semiconductor device. For example, the plurality of switches may include a transistor, a field effect transistor (FET), an intelligent power switching (IPS) device, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), an electronic relay, and an insulated gate bipolar transistor (IGBT), etc. this can be
상기 위상 검출부(300)는 상기 전력 변환부(1111)를 구성하는 캐패시터의 전압 및 인덕터의 전류 중 적어도 하나의 위상을 감지할 수 있다. 또한, 상기 위상 검출부(300)는 상기 캐패시터의 전압 및 인덕터의 전류 중 적어도 하나의 위상을 감지하고, 상기 감지된 위상에 대응되는 위상 정보를 상기 제어부(112)로 전송할 수 있다.The
일 예로, 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 위상 검출부(300)가 인덕터의 전류를 감지하는 경우, 상기 위상 검출부(300)는 전류 감지를 위한 전류 변환기 및 비교기를 포함할 수 있다. 즉, 상기 위상 검출부(300)는 상기 전력 변환부(1111)에 흐르는 전류를 상기 전류 변환기를 통하여 감지하고, 상기 전류 변환기에 흐르는 전류를 비교기를 통하여, 전류 위상 정보로 변경하고, 상기 전류 위상 정보를 상기 제어부(180)에 전송할 수 있다. For example, as shown in FIG. 22 , when the
또 다른 예로, 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 위상 검출부(300)가 캐패시터의 전압을 감지하는 경우, 상기 위상 검출부(300)는 전압 감지를 위한 전압 검출기 및 비교기를 포함할 수 있다. 이때, 상기 위상 검출부는 상기 전력 변환부(1111)에 걸리는 전압을 상기 전압 검출기를 통하여 감지하고, 상기 전압 검출기에 흐르는 전압을 비교기를 통하여, 전압 위상 정보로 변경하고, 상기 전압 위상 정보를 상기 제어부(180)에 전송할 수 있다. As another example, as shown in FIG. 23 , when the
상기 제어부(112)는 상기 전력 변환부(1111), 상기 인버터부(1112) 및 상기 위상 검출부(300)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(112)는 상기 전력 변환부(1111)에서 전송되는 전력을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(112)는 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신장치로부터 수신된 전력량 정보에 기초하여, 상기 인버터부(1112)의 동작 주파수를 변경함으로써, 상기 전력 변환부(1111)에서 전송되는 전력을 조절할 수 있다. The
또한, 상기 제어부(112)는 상기 위상 검출부(300)에서 전송된 위상 정보에 기초하여, 상기 인버터부를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(112)는 상기 위상 정보에 따라 상기 인버터부(1112)의 스위칭 시점을 결정할 수 있다. Also, the
상기 스위칭 시점은 상기 인버터부(1112)를 구성하는 각각의 스위치가 켜지는 온(on) 시점 및 상기 인버터부를 구성하는 각각의 스위치가 꺼지는 오프(off) 시점일 수 있다.The switching time may be an on time when each switch constituting the
한편, 상기 인버터부(1112)를 구성하는 각각의 스위치들은 무선 전력 전송장치 시스템 전체의 안정성에 영향을 미치지 않으며, 온/오프가 수행되어야 한다. 이를, 소프트 스위칭(Soft Switching) 또는 제로 볼티지 스위칭(Zero Voltage Switching)이라 한다. 상기 소프트 스위칭은 교류 전원이 흐르는 스위치의 온/오프를 상기 교류 전원의 순시값이 0이 되는 근방에서 수행하여, 스위치에 흐르는 과도 전압이나 돌입 전류를 억제하는 방법이다. 이를 통하여, 본 발명은 중전력 이상의 전력의 전송 시에도 무선 충전 시스템의 안정성을 유지할 수 있다. On the other hand, each of the switches constituting the
또한 상기 제어부(112)는 전력 변환부(1111)에서 전송되는 전력량에 근거하여, 상기 인버터부(1112)를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(112)는 상기 전력 변환부(1111)에서 전송되는 전력량에 근거하여, 상기 인버터부(1112)를 구성하는 스위치의 오프(Off) 시점을 결정할 수 있다. Also, the
상기 전력 변환부(1111)에서 전송되는 전력량은, 상기 전력의 전송 전 및 상기 전력의 전송 중, 상기 무선 전력 수신장치(200)로부터 수신될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 무선 전력 수신장치(200)는 설정 및 식별상태, 전력 전달 상태에서, 수신될 전력량 정보를 무선 전력 신호를 통하여 전송할 수 있다. The amount of power transmitted from the
이때, 상기 제어부(112)는 상기 무선 전력 수신장치로부터 수신된 전력량 정보에 기초하여, 상기 인버터부(1112)의 스위치 오프 시점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(112)는 상기 전력량 정보가 제1전력량 정보인 경우, 상기 스위치 오프 시점을 제1오프시점으로 결정하고, 상기 전력량 정보가 상기 제1전력량 정보보다 많은 제2전력량 정보인 경우, 상기 스위치 오프 시점을 제2오프시점으로 결정할 수 있다. In this case, the
한편, 상기 무선 전력 수신장치는 상기 무선 전력의 수신 계속 중, 상기 전력량 정보를 상기 무선 전력 전송장치에 전송할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(112)는 상기 전력의 전송 중 수신된 전력량 정보에 기초하여, 상기 스위치의 오프 시점을 다시 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(180)는 제1전력량 정보에 기초하여, 제1 시점을 상기 스위치의 오프 시점으로 결정한 후, 상기 무선 전력 수신장치로부터 제2전력량 정보가 수신되면, 상기 제2전력량 정보에 기초하여, 제2시점을 상기 스위치의 오프 시점으로 변경할 수 있다. Meanwhile, the wireless power receiver may transmit the power amount information to the wireless power transmitter while the wireless power reception continues. In this case, the
이를 통하여, 본 발명은, 인버터부(1112)의 유효 듀티를 조절하여, 전력을 제어하는 것과 함께, 시스템의 안정성을 유지할 수 있다.
Through this, in the present invention, by adjusting the effective duty of the
이하, 상기 인버터부(1112)가 하프 브리지 인버터 및 풀 브리지 인버터 각각의 경우에 대하여, 스위칭 시점을 결정하는 방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다. Hereinafter, a method in which the
도 24는 상기 인버터부(1112)가 하프 브리지 인버터로 구성된 회로도이다. 상기 도 25a 및 도 25b는 상기 도 24의 인버터부(1112)의 최종 출력 전압 및 각 스위치의 구동시점을 나타낸 타이밍도이다. 24 is a circuit diagram in which the
도 25의 첫번째 도면을 참조하면, 상기 인버터부(1112)는 상기 전력 변환부(1111)에 흐르는 교류 전류 및 상기 전력 변환부(1111)에 흐르는 교류 전압이 출력될 수 있다. Referring to the first drawing of FIG. 25 , the
이때, 상기 인버터부(1112)를 구성하는 2개의 스위치의 스위칭 시점은 상기 위상 검출부(300)로부터 수신된 위상 정보에 따라 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(112)는 상기 2개의 스위치의 온 시점을 상기 위상 정보에 따른 위상이 0이 되는 시점의 이전 시점으로 결정할 수 있다. In this case, the switching timing of the two switches constituting the
예를 들어, 도 24에 도시된 바와 같이, 상기 하프 브리지 인버터는 제1스위치 및 제2스위치로 구성될 수 있다. 이때, 도 25a에 도시된 바와 같이, 상기 제1스위치가 켜진 상태에서, 꺼진 상태로 전환하는 경우, 상기 제어부(112)는 상기 제1스위치의 꺼진 시점에서의 코일 전류의 위상 및 상기 코일에 흐르는 전류의 위상이 전환되기 전의 시점을 감지할 수 있다. 여기에서, 상기 위상의 전환은 상기 위상이 양의 값에서 음의 값으로 또는 음의 값에서 양의 값으로 변경되는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 25a에 도시된 바와 같이, 상기 제1스위치가 꺼진 시점에서의 코일 전류의 위상이 양의 값을 가지는 경우, 상기 코일에 흐르는 전류의 위상이 전환되는 시점은, 상기 위상이 음의 값을 가지기 직전의 시점, 즉, 위상이 0이 되는 시점을 의미할 수 있다. 이와 반대로, 상기 제1스위치가 꺼진 시점에서의 코일 전류의 위상이 음의 값을 가지는 경우, 상기 코일에 흐르는 전류의 위상이 전환되는 시점은, 상기 위상이 양의 값을 가지기 직전의 시점, 즉, 위상이 0이 되는 시점을 의미할 수 있다. For example, as shown in FIG. 24 , the half-bridge inverter may include a first switch and a second switch. At this time, as shown in FIG. 25A , when the first switch is switched from an on state to an off state, the
이때, 상기 제어부(112)는 상기 제2스위치의 온 시점을 상기 제1스위치가 꺼진 시점부터, 상기 코일에 흐르는 전류의 위상이 전환되는 시점 전까지의 시간 구간 내에서 결정할 수 있다. 즉, 본 발명은 상기 제1스위치가 꺼진 시점부터, 상기 코일에 흐르는 전류의 위상이 전환되는 시점 전까지의 시간 구간 내에서, 상기 제2스위치의 온 시점을 결정함으로써, 상기 제2스위치에 과도 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 여기에서, 상기 제1스위치가 꺼진 시점부터, 상기 코일에 흐르는 전류의 위상이 전환되는 시점 전까지의 시간 구간(햇칭된 시간 구간)을 무관 구간(Don't care interval)이라고 명명할 수 있다. In this case, the
예를 들어, 도 25a에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(112)는 상기 제2스위치의 온 시점을 상기 코일에 흐르는 전류의 위상이 0이 되기 직전 시점(t)로 결정할 수 있다. 이때, 상기 제어부(112)는 상기 무관 구간 중 상기 전력 변환부(1111)의 전압 및 전류의 위상차가 가장 작아지는 시점을 상기 제2스위치의 온 시점으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(112)는 상기 무관 구간 중 상기 코일에 흐르는 전류가 0이 되는 시점보다 소정 시간 구간(Δt) 이전의 시점(t)으로 상기 제2스위치의 온 시점을 결정할 수 있다. 상기 소정 시간 구간(Δt)은 실험적으로 최적의 시간 구간이 선택될 수 있다. For example, as shown in FIG. 25A , the
또한, 상기 제어부(112)는 전력 변환부(1111)에서 전송되는 전력량에 기초하여, 상기 제2스위치의 오프 시점을 결정할 수 있다. 여기에서, 상기 전력량 정보는 상기 무선 전력 수신장치의 부하량, 충전량에 의하여 결정될 수 있다. Also, the
보다 구체적으로, 무선 전력 전송장치는 전력의 전송 전, 무선 전력 수신장치로부터 전력량 정보를 수신할 수 있다. 이때, 상기 제어부(112)는 상기 수신된 전력량 정보에 기초하여, 상기 인버터부(1112)를 구성하는 스위치들의 유효 듀티(Effective Duty)를 검출할 수 있다. 상기 유효 듀티는 펄스 신호에서, 유효한 신호를 갖는 시간 구간일 수 있다. More specifically, the wireless power transmitter may receive power amount information from the wireless power receiver before transmitting power. In this case, the
상기 제어부(112)는 상기 검출된 유효 듀티를 갖도록 상기 제2스위치의 오프 시점을 결정할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2스위치의 오프 시점은 소프트 스위칭과 관련되지 않아, 서로 연관되지 않는다. The
예를 들어, 도 25a에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(112)는 제1전력량 정보에 기초하여, 상기 제1스위치의 오프 시점을 결정할 수 있다. 이와 달리, 도 25b에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(112)는 상기 제1전력량보다 많은 제2전력량 정보에 기초하여, 상기 제1스위치의 오프 시점을 제1시점보다 늦은 제2시점으로 결정할 수 있다. For example, as shown in FIG. 25A , the
상기 제1스위치의 온/오프 시점 또한, 상기 제2스위치의 온/오프 시점과 동일한 방식으로 결정될 수 있다.
The on/off timing of the first switch may also be determined in the same manner as the on/off timing of the second switch.
이하에서는, 상기 인버터부(1112)가 풀브리지 인버터인 경우에 대하여 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다. Hereinafter, a case in which the
상기 인버터부(1112)는 4개의 스위치(M1, M2, M3, M4)로 구성된 풀브리지 인버터일 수 있다. 도 26은 상기 풀브리지 인버터를 나타낸 회로도이다. 상기 풀브리지 인버터는 제1스위치(M1) 및 제2스위치(M2)가 직렬로 연결되고, 상기 제3스위치 (M3)및 제4스위치(M4)가 직렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 및 제2스위치(M1, M2)와 상기 제3 및 제4스위치(M3, M4)는 서로 병렬로 연결될 수 있다.The
이대, 상기 제어부(180)는 상기 하프 브리지 인버터와 동일한 방식으로 상기 각 스위치들의 온/오프 시점을 결정할 수 있다. 즉, 본 발명은, 상기 풀브리지 인버터 또한, 소프트 스위칭을 수행할 수 있다. In this case, the controller 180 may determine the on/off timing of each of the switches in the same manner as the half-bridge inverter. That is, in the present invention, the full-bridge inverter may also perform soft switching.
보다 구체적으로, 제어부(112)는 제1스위치(M1) 및 제4스위치(M4)가 켜진 상태에서, 상기 제1스위치(M1)가 꺼지는 것을 감지할 수 있다. 이때, 상기 제어부(112)는 상기 제1스위치(M1)가 꺼진 시점부터, 상기 제1스위치(M1)가 꺼진 시점에서의 코일에 흐르는 전류의 위상이 전환되기 직전의 시점까지의 시간 구간(햇칭된 시간 구간) 중 어느 하나의 시점을 제2스위치(M2)의 온 시점으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 27a에 도시된 바와 같이, 상기 제2스위치(M2)는 상기 코일 전류의 위상이 0이 되기 직전인 t1에 온(On)될 수 있다. More specifically, the
또한, 상기 제어부(112)는 상기 제3스위치(M3)가 꺼진 시점부터, 상기 코일에 흐르는 전류의 위상이 0이 되기 전의 시점까지의 시간 구간에서, 상기 제4스위치(M4)의 온 시점을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 27a에 도시된 바와 같이, 상기 제4스위치의 온 시점은 t2일 수 있다. In addition, the
또한, 상기 제어부는 앞서 도 27a과 다르게 상기 인버터부를 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 28에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(112)는 제2스위치에 의하여 제1스위치의 온 시점 및 제4스위치에 의하여 제3스위치의 온 시점을 결정할 수 있다. 이때, 상기 제어부(112)는 도 27a와 동일한 방식으로, 상기 스위치의 온 시점을 결정할 수 있다. In addition, the control unit may control the inverter unit differently from FIG. 27A . For example, as shown in FIG. 28 , the
한편, 상기 제어부(112)는 상기 하프 브리지 인버터에서의 설명과 동일하게, 상기 풀 브리지 인버터의 스위치들의 오프 시점을 결정할 수 있다. 즉, 상기 제어부(112)는 무선 전력 수신장치로부터 수신된 전력량에 근거하여, 상기 풀 브리지 인버터의 스위치들의 오프 시점을 결정할 수 있다. Meanwhile, the
즉, 도 27a를 참조하면, 상기 제어부(112)는 제1전력량 정보에 근거하여, 제1 시점을 제1스위치 오프 시점으로 결정할 수 있다. 또한, 도 27b를 참조하면, 상기 제어부(112)는 상기 제1전력량보다 많은 제2전력량 정보에 근거하여, 상기 제1시점보다 늦은 제2시점을 제1스위치의 오프 시점으로 결정할 수 있다. 즉, 상기 제어부(112)는 전력량 정보가 증가할수록, 펄스의 유효 듀티가 증가하도록, 스위치의 오프 시점을 늦출 수 있다. That is, referring to FIG. 27A , the
나아가, 상기 제어부(112)는 상기 전력의 전송 계속 중, 상기 무선 전력 수신장치로부터 주기적으로 전력량 정보를 수신할 수 있다. 이때, 상기 제어부(112)는 상기 주기적으로 수신된 전력량 정보에 근거하여, 상기 스위치들의 오프 시점을 결정할 수 있다. Furthermore, the
예를 들어, 상기 제어부(112)는 상기 전력량 정보가 제1전력량 정보에서, 제2전력량 정보로 변경되면, 상기 스위치의 오프 시점을 제1시점에서, 제2시점으로 변경할 수 있다. For example, when the power amount information is changed from the first power amount information to the second power amount information, the
이상에서는 무선 전력 전송장치의 전력량을 제어하는 방법을 설명하였다. 본 발명은, 인버터부를 구성하는 복수의 스위치들의 온/오프 시점을 전력 변환부의 전류 또는 전압의 위상 및 전력량 정보에 근거하여 결정함으로써, 소프트 스위칭을 유지함과 함께, 전력량을 제어할 수 있다. In the above, a method for controlling the amount of power of the wireless power transmitter has been described. According to the present invention, by determining the on/off timing of the plurality of switches constituting the inverter unit based on the phase and wattage information of the current or voltage of the power converter, it is possible to maintain soft switching and control the amount of wattage.
또한, 본 발명은 소프트 스위칭을 유지함으로써, 시스템 전체의 안정성을 확보할 수 있다. In addition, the present invention can ensure the stability of the entire system by maintaining soft switching.
이상 개시된 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 무선 전력 전송장치의 구성은 무선 충전기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 도킹 스테이션(docking station), 단말기 크래들 장치(cradle device), 기타 전자 장치 등과 같은 장치에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.The configuration of the wireless power transmitter according to the embodiments disclosed herein is applicable to devices such as docking stations, terminal cradle devices, and other electronic devices, except when applicable only to wireless chargers. It will be readily apparent to those skilled in the art that this may be the case.
본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, and the present invention may be modified, changed, or improved in various forms within the scope of the spirit and claims of the present invention.
Claims (14)
상기 전력 변환부와 연결되어, 상기 코일에 흐르는 전류 및 상기 캐패시터의 전압 중 적어도 하나의 위상을 검출하는 위상 검출부;
상기 전력 변환부와 연결되어, 상기 전력 변환부에서 전송되는 전력의 공진 주파수를 제어하기 위한 교류 전압을 생성하도록 적어도 두 개의 스위치로 형성된 인버터부; 및
상기 전력 변환부, 위상 검출부 및 인버터부를 함께 제어되어 상기 전력 변환부에서 전송되는 전력의 출력을 조절하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는
상기 위상 검출부에서 검출된 전류 및 전압 중 적어도 하나의 위상에 기초하여, 상기 인버터부를 형성하는 적어도 두 개의 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 켜는 것이 가능한 시간 구간을 검출하고, 상기 적어도 하나의 스위치의 온 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.a power converter formed of a coil and a capacitor to convert current into magnetic flux to transmit power to the wireless power receiver;
a phase detector connected to the power converter to detect a phase of at least one of a current flowing through the coil and a voltage of the capacitor;
an inverter unit connected to the power conversion unit and formed of at least two switches to generate an AC voltage for controlling a resonant frequency of power transmitted from the power conversion unit; and
A control unit for controlling the power conversion unit, the phase detection unit, and the inverter unit together to adjust the output of the power transmitted from the power conversion unit,
the control unit
Based on the phase of at least one of the current and voltage detected by the phase detection unit, a time period in which at least one of the at least two switches forming the inverter unit can be turned on is detected, and the at least one switch is turned on Wireless power transmitter, characterized in that for determining.
상기 적어도 하나의 스위치를 켜는 것이 가능한 시간 구간은,
상기 위상 검출부에서 검출된 전류의 위상이 0이 되는 시점을 기준으로 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치. According to claim 1,
The time period during which it is possible to turn on the at least one switch is,
Wireless power transmitter, characterized in that determined based on the time when the phase of the current detected by the phase detector becomes zero.
상기 인버터부는,
제1스위치;
상기 제1스위치와 직렬로 연결된 제2스위치로 구성되고,
상기 제어부는
상기 제1스위치가 켜진 상태에서 꺼진 상태로 전환되는 경우, 제1스위치가 꺼진 시점부터 상기 위상 검출부에서 검출된 코일 전류의 위상이 0이 되기 이전의 시점까지의 시간 구간 안에 상기 제2스위치를 온 시키는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치. According to claim 1,
The inverter unit,
a first switch;
Consists of a second switch connected in series with the first switch,
the control unit
When the first switch is switched from an on state to an off state, the second switch is turned on within a time interval from the time when the first switch is turned off to the time before the phase of the coil current detected by the phase detection unit becomes 0 A wireless power transmitter, characterized in that it does.
상기 전력 변환부와 연결되어, 상기 코일에 흐르는 전류 및 상기 캐패시터의 전압 중 적어도 하나의 위상을 검출하는 위상 검출부;
상기 전력 변환부와 연결되어, 상기 전력 변환부에서 전송되는 전력의 공진 주파수를 제어하기 위한 교류 전압을 생성하도록 적어도 두 개의 스위치로 형성된 인버터부; 및
상기 전력 변환부, 위상 검출부 및 인버터부를 함께 제어되어 상기 전력 변환부에서 전송되는 전력의 출력을 조절하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는
상기 적어도 두 개의 스위치의 오프 시점은 상기 무선 전력 수신장치에 전송되는 전력량에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치. a power converter formed of a coil and a capacitor to convert current into magnetic flux to transmit power to the wireless power receiver;
a phase detector connected to the power converter to detect a phase of at least one of a current flowing through the coil and a voltage of the capacitor;
an inverter unit connected to the power conversion unit and formed of at least two switches to generate an AC voltage for controlling a resonant frequency of power transmitted from the power conversion unit; and
A control unit for controlling the power conversion unit, the phase detection unit, and the inverter unit together to adjust the output of the power transmitted from the power conversion unit,
the control unit
The off-time of the at least two switches is a wireless power transmitter, characterized in that determined by the amount of power transmitted to the wireless power receiver.
상기 제어부는
상기 무선 전력 수신장치로부터 수신된 무선 전력 신호에 기초하여, 상기 적어도 두 개의 스위치 중 적어도 하나의 스위치가 켜진 상태에서, 꺼진 상태로 전환되는 오프 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.6. The method of claim 5,
the control unit
and determining an off time point at which at least one of the at least two switches is switched from an on state to an off state based on the wireless power signal received from the wireless power receiver.
상기 무선 전력 수신장치로부터 수신된 무선 전력 신호에는 상기 수신장치에서 요구되는 전력량 정보가 포함되고,
상기 제어부는
상기 무선 전력 신호에 포함된 전력량이 제1전력량인 경우, 제1시점을 오프 시점으로 결정하고,
상기 무선 전력 신호에 포함된 전력량이 상기 제1전력량보다 큰 제2전력량인 경우, 상기 적어도 하나의 스위치의 유효 듀티가 증가하도록 상기 제1시점보다 후인 제2시점을 오프 시점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치.7. The method of claim 6,
The wireless power signal received from the wireless power receiver includes information on the amount of power required by the receiver,
the control unit
When the amount of power included in the wireless power signal is the first amount of power, the first time is determined as an off time,
When the amount of power included in the wireless power signal is a second amount of power greater than the first amount of power, a second time point later than the first time point is determined as an OFF time point so as to increase the effective duty of the at least one switch A wireless power transmitter.
상기 무선 전력 수신장치로부터 수신된 무선 전력 신호는 상기 전력 변환부에 의하여 상기 수신장치에 전력이 전송되는 중, 기 설정된 시간 간격으로 주기적으로 수신되고,
상기 제어부는
상기 주기적으로 수신되는 무선 전력 신호에 기초하여, 상기 적어도 하나의 스위치의 오프 시점을 변경하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치. 7. The method of claim 6,
The wireless power signal received from the wireless power receiver is periodically received at a preset time interval while power is transmitted to the receiver by the power converter,
the control unit
Based on the periodically received wireless power signal, the wireless power transmitter, characterized in that for changing the off-time of the at least one switch.
상기 인버터부는
서로 직렬로 연결된 제1스위치와 제2스위치 및
상기 제1스위치 및 제2스위치와 병렬로 연결되며, 서로 직렬로 연결된 제3스위치와 제4스위치를 포함하고,
상기 제어부는
상기 제1스위치의 오프 시점에 따라, 상기 제2스위치의 온 시점을 결정하고,
상기 제3스위치의 오프 시점에 따라, 상기 제4스위치의 온 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치. According to claim 1,
The inverter unit
a first switch and a second switch connected in series with each other; and
A third switch and a fourth switch connected in parallel with the first switch and the second switch, and a third switch and a fourth switch connected in series with each other,
the control unit
determining an on time of the second switch according to an off time of the first switch,
The wireless power transmitter, characterized in that the on-time of the fourth switch is determined according to the off-time of the third switch.
상기 제1스위치 및 상기 제3스위치의 오프 시점은 무선 전력 수신장치에 전송되는 전력량에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송장치. 10. The method of claim 9,
The off-time of the first switch and the third switch is a wireless power transmitter, characterized in that determined by the amount of power transmitted to the wireless power receiver.
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