KR102487756B1 - 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 송신 제어 신호에 응답하여 교류 전압을 출력하는 변환부, 송전 코일을 포함하고, 임피던스 제어 신호에 응답하여 임피던스가 가변되며, 상기 교류 전압을 인가받아 전력을 무선으로 송신하는 송전부, 및 상기 송신 제어 신호 및 상기 임피던스 제어 신호를 가변시키면서 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법{A wireless power transmitting apparatus, and a wireless power transmitting method}
본 출원은 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법에 관한 것이다.
무선 전력 전송 (Wireless power transfer) 기술은 스마트폰을 비롯한 다양한 통신 기기 및 여러 가지 가전 기기의 충전기 분야에 폭넓게 적용되고 있으며, 향후 전기 자동차 등에도 적용될 수 있는 등, 그 활용분야가 매우 넓은 기술이다. 무선 전력 전송 기술 분야에서는 무선 전력 송신 거리와 위치 자유도를 향상시키기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
한국 공개특허공보 제 2013-0048438 호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력을 무선으로 송신할 수 있는 송신 거리와 무선 전력 수신 장치의 위치 자유도를 향상시킬 수 있는 무선 전력 송신 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력을 무선으로 송신할 수 있는 송신 거리와 무선 전력 수신 장치의 위치 자유도를 향상시킬 수 있는 무선 전력 송신 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 송신 제어 신호에 응답하여 교류 전압을 출력하는 변환부, 송전 코일을 포함하고, 임피던스 제어 신호에 응답하여 임피던스가 가변되며, 상기 교류 전압을 인가받아 전력을 무선으로 송신하는 송전부, 및 송기 송신 제어 신호 및 상기 임피던스 제어 신호를 가변시키면서 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법은 교류 전압을 인가받아 전력을 무선으로 송신하는 송전부의 임피던스를 가변시키면서, 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하는 감지 단계, 및 상기 무선 전력 수신 장치가 존재한다고 판단되면, 상기 무선 전력 수신 장치로 전력을 무선으로 송신하는 송전 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 방법에 따르면, 전력을 무선으로 송신할 수 있는 송신 거리의 자유도를 개선할 수 있다. 즉, 전력을 무선으로 송신할 수 있는 송신 거리가 증가될 수 있다. 이로 인하여 종래에는 무선 충전이 불가능했던 응용 분야나 제품들에 대하여도 무선 충전을 가능하게 할 수 있다.
또한, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 위치 자유도를 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여, 송전 코일과 수전 코일 사이의 위치 부정합에 따른 전압 이득 감소를 완화시킬 수 있고, 보다 작은 개수의 송전 코일을 이용하여 보다 넓은 영역에서 전력 전송이 가능해진다. 송전 코일의 면적을 넓히는 것도 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 외관을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 가변 커패시터부의 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 도 4에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 송신 제어부의 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 8은 도 7에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 가변 인덕터부의 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9는 도 4 또는 도 7에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 무선 전력 수신 장치가 인접한 경우에, 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 무선 전력 수신 장치의 등가 회로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 10은 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 무선 전력 수신 장치의 수신 코일 사이의 거리에 따른 전압 이득의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 무선 전력 송신 장치의 공진 커패시터의 커패시턴스에 따른 전압 이득의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 13은 도 12에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법의 공진 주파수 및 전압 이득을 검색하는 단계의 실시예를 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템을 개략적으로 나타내는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 수신 장치를 포함하는 기기(2)와 무선 전력 송신 장치(1)를 포함한다.
무선 전력 송신 장치(1)는 전력을 무선으로 송신한다. 도 1에 도시하지는 않았지만, 무선 전력 송신 장치(1)는 교류 전력을 인가받아 전력을 무선으로 송신하는 송전 코일을 포함할 수 있다.
무선 전력 수신 장치를 포함하는 기기(2)는 무선 전력 송신 장치(1)가 무선으로 송신한 전력을 수신하며, 수신한 전력을 이용하여 내부의 배터리를 충전하거나, 기타 다양한 기능을 수행한다. 예를 들면, 기기(1)는 배터리에 저장된 에너지 또는 수신한 전력을 이용하여 디스플레이 장치(미도시)를 통하여 다양한 정보를 표시할 수도 있고, 통신 모듈(미도시), 마이크(미도시), 및 스피커(미도시)를 통하여 이동 통신 기능을 수행할 수도 있다.
도 1에서는 무선 전력 수신 장치를 포함하는 기기(2)가 스마트폰인 경우를 예시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1)는 무선 청소기 등 각종 가전기기뿐만 아니라 전기 자동차 등 무선으로 송신된 전력을 수신할 수 있는 다양한 기기로 전력을 공급할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 외관을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1-1)는 하나의 송전 코일(10-1)을 포함할 수 있다. 또는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(1-2)는 복수개의 송전 코일들(10-21~10-25)을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 변환부(110), 가변 커패시터부(120), 송전 코일(130), 및 송신 제어부(140)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 전원 전압(Vs)을 입력하여 전력을 무선으로 전송한다. 전원 전압(Vs)은 직류 전압일 수 있으며, 배터리로부터 공급되는 전압일 수도 있고, 교류 전압을 입력하여 전원 전압(Vs)을 공급하는 어댑터로부터 공급되는 전압일 수도 있다.
변환부(110)는 송신 제어 신호들(conS1, conS2)에 응답하여 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 교류 전압을 발생시킨다. 변환부(110)는 전원 전압(Vs)이 인가되는 단자와 제1 노드(N1) 사이에 연결되고, 제1 송신 제어 신호(conS1)에 응답하여 온오프되는 제1 스위치 소자(S1) 및 제1 노드(N1)와 접지 사이에 연결되고, 제2 송신 제어 신호(conS2)에 응답하여 온오프되는 제2 스위치 소자(S2)를 포함할 수 있다. 변환부(110)가 동작하는 동작 주파수는 송신 제어 신호들(conS1, conS2)의 주파수에 의해 결정될 수 있다.
가변 커패시터부(120)는 커패시턴스 제어 신호들(conC1, conC2)에 응답하여 공진 주파수를 결정하는 송신 커패시턴스를 변경시킨다. 가변 커패시터부(120)는 상기 전원 전압(Vs)이 인가되는 단자와 제 2 노드(N2) 사이에 연결되고, 제1 커패시턴스 제어 신호(conC1)에 응답하여 커패시턴스가 가변되는 제1 가변 커패시터(121), 및 제2 노드(N2)와 접지 사이에 연결되고, 제2 커패시턴스 제어 신호(conC2)에 응답하여 커패시턴스가 가변되는 제2 가변 커패시터(122)를 포함할 수 있다.
송전 코일(130)은 변환부(110)로부터 출력되는 교류 전압을 인가받아 전력을 무선으로 송신한다. 예를 들면, 송전 코일(130)은 인가받은 교류 전압에 의해 주변의 자기장을 변화시키는 방법으로 전력을 무선으로 송신할 수 있다. 즉, 송전 코일(130)로 교류 전압이 인가되는 경우, 송전 코일(120) 주변의 자기장이 변화하게 되며, 수전 코일이 일정한 영역 내로 들어오게 되면, 상기 자기장의 변화에 따라 수전 코일에 유도 기전력이 생성된다. 이와 같은 방법으로 전력이 무선으로 전송될 수 있다.
송신 코일(130)은 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결될 수 있다. 또한, 송신 코일(130)은 가변 커패시터부(120)와 결합하여 공진 주파수를 결정한다.
송신 제어부(140)는 송신 제어 신호들(conS1, conS2)을 출력하여 변환부(110)를 제어하고, 커패시턴스 제어 신호들(conC1, conC2)을 출력하여 가변 커패시터부(120)의 커패시턴스를 조정한다. 또한, 송신 제어부(140)는 송전 코일(130)의 양단 전압(Vd)을 검출한다.
송신 제어부(140)는 전압(Vd)을 기초로 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단한다. 예를 들면, 송신 제어부(140)는 주기적으로 일정 시간 동안 초기 동작 주파수로 전력이 무선으로 전송되도록 변환부(110)를 제어하고, 전압(Vd)의 크기에 기초하여 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하는 제1 감지 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 송신 제어부(140)는 기준 전압(즉, 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않는 경우에 송전 코일(130)의 양단 전압)과 검출된 전압(Vd)의 차이가 기준값 이상인 경우에 무선 전력 수신 장치가 존재한다고 판단할 수 있다. 기준 전압(즉, 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않는 경우에 송전 코일(130)의 양단 전압)은 미리 저장될 수 있다. 또한, 저장된 기준 전압은 이후 적절한 알고리즘에 의해 갱신될 수도 있다. 또한, 기준 전압(즉, 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않는 경우에 송전 코일(130)의 양단 전압)은 변환부(110)의 동작 주파수 또는 공진 주파수에 따라 다른 값을 가질 수도 있다. 이러한 제1 감지 동작은 WPC(Wireless Power Consortium) 표준에서의 아날로그 핑(analog ping) 동작에 대응될 수 있다.
또한, 송신 제어부(140)는 일정 시간 동안 전력을 무선으로 전송하도록 변환부(110)를 제어하고, 전압(Vd)에 기초하여 정해진 시간 이내에 무선 전력 수신 장치로부터 표준 데이터 패킷이 수신되었는지 여부를 판단함으로써, 무선 전력 수신 장치가 존재하는지 여부를 판단하는 제2 감지 동작을 수행할 수 있다. 송신 제어부(140)는 제1 감지 동작을 수행하여 무선 전력 수신 장치가 존재한다고 판단된 경우에, 제2 감지 동작을 수행할 수 있다. 제2 감지 동작은 WPC(Wireless Power Consortium) 표준에서의 디지털 핑(digital ping) 동작에 대응될 수 있다.
또한, 송신 제어부(140)는 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단함과 동시에 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 거리 및 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치의 상대적인 위치 등에 따라 최적화된 공진점을 찾고, 필요시 공진점에서의 전압 이득을 증가시키는 최적화 동작을 수행한다.
송신 제어부(140)는 제2 감지 동작을 수행하기 전에 최적화 동작을 수행할 수 있다. 즉, 송신 제어부(140)는 제1 감지 동작과 최적화 동작을 동시에 수행할 수 있다. 최적화 동작을 제2 감지 동작 전에 수행함으로써, 무선 전력 전송이 수행될 수 있는 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송진 장치 사이의 거리가 증가할 수 있다.
또한, 송신 제어부(140)는 제2 감지 동작을 수행하여 무선 전력 수신 장치가 존재함을 확인하고, 이에 따라 전력 전송을 시작한 이후에 상기 최적화 동작을 수행할 수도 있다. 송신 제어부(140)가 이와 같이 동작함으로써, 보다 최적의 상태로 전력 전송이 이루어질 수 있다.
송신 제어부(140)의 구체적인 동작 방법은 도 10 및 도 11을 참조하여 후술한다.
도시하지는 않았지만, 도 3에 나타낸 바와 같이 송전 코일이 복수개인 경우, 도 4의 변환부(110), 가변 커패시터부(120), 및 송신 제어부(140)는 복수개의 코일들 각각과 대응되도록 복수개일 수도 있고, 변환부(110), 가변 커패시터부(120), 및 송신 제어부(140)를 복수개의 코일들 각각과 선택적으로 연결하는 스위치부를 추가적으로 구비하고, 송신 제어부(140)가 상기 스위치들을 제어하도록 구성될 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 송신 제어부(140)는 적어도 하나의 프로세싱 유닛 및 메모리를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세싱 유닛은 예를 들어 중앙처리장치 (CPU), 그래픽처리장치 (GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체 (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays (FPGA) 등을 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 메모리는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 메모리에, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법을 수행하기 위한 프로그램이 로딩될 수 있다.
또한, 송신 제어부(140)는 추가적인 스토리지를 포함할 수 있다. 스토리지는 자기 스토리지, 광학 스토리지 등을 포함하지만 이것으로 한정되지 않는다. 스토리지에는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 명령이 저장될 수 있고, 운영 시스템, 애플리케이션 프로그램 등을 구현하기 위한 다른 컴퓨터 판독 가능한 명령도 저장될 수 있다. 스토리지에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령은 프로세싱 유닛에 의해 실행되기 위해 메모리에 로딩될 수 있다.
또한, 변환부(110) 및 송신 제어부(140)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있으며, 가변 커패시터부(120)는 상기 집적 회로와 별개인 모듈로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 집적 회로(IC)는 무선 전력 전송에 대한 다양한 표준들 중 어느 하나를 만족하도록 구현될 수도 있다.
도 5는 도 4에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 가변 커패시터부의 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 가변 커패시터부는 제1 가변 커패시터(121)와 제2 가변 커패시터(122)를 포함할 수 있다.
제1 가변 커패시터(121)는 전원 전압(Vs)이 인가되는 단자와 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, 제1 커패시턴스 제어 신호(conC1)에 응답하여 가변되는 커패시턴스를 가질 수 있다. 제1 가변 커패시터(121)는 전원 전압(Vs)이 인가되는 단자와 제2 노드(N2) 사이에 연결되는 제1 공진 커패시터(Cr1_1)와, 전원 전압(Vs)이 인가되는 단자에 일단이 연결된 적어도 하나 이상의 제2 공진 커패시터(Cr1_2 ~ Cr1_n)와 적어도 하나 이상의 제2 공진 커패시터(Cr1_2 ~ Cr1_n) 각각의 타단과 제2 노드(N2) 사이에 각각 연결되고, 제1 커패시턴스 제어 신호(conC1)에 응답하여 온 오프되는 적어도 하나 이상의 제1 공진 스위치(Sr1_2 ~ Sr1_n)를 포함한다. 제1 공진 스위치(Sr1_2 ~ Sr1_n)가 복수개인 경우, 제1 커패시턴스 제어 신호(conC1)는 복수개의 비트로 구성될 수 있다.
제2 가변 커패시터(122)는 제2 노드(N2)와 접지 사이에 연결되며, 제2 커패시턴스 제어 신호(conC2)에 응답하여 가변되는 커패시턴스를 가질 수 있다. 제2 가변 커패시터(122)는 제2 노드(N2)와 접지 사이에 연결되는 제3 공진 커패시터(Cr2_1)와, 제2 노드(N2)에 일단이 연결된 적어도 하나 이상의 제4 공진 커패시터(Cr2_2 ~ Cr2_n)와 적어도 하나 이상의 제4 공진 커패시터(Cr1_2 ~ Cr1_n) 각각의 타단과 접지 사이에 각각 연결되고, 제2 커패시턴스 제어 신호(conC2)에 응답하여 온 오프되는 적어도 하나 이상의 제2 공진 스위치(Sr2_2 ~ Sr2_n)를 포함한다. 제2 공진 스위치(Sr2_2 ~ Sr2_n)가 복수개인 경우, 제2 커패시턴스 제어 신호(conC2)는 복수개의 비트로 구성될 수 있다.
도 6은 도 4에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 송신 제어부의 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 송신 제어부(140)는 감지부(141) 및 제어 신호 발생부(142)를 포함할 수 있다.
감지부(141)는 송전 코일(도 4의 130)의 양단 전압(Vd)을 입력하여 센싱 전압(Vsen)을 출력한다. 감지부(141)는 송전 코일(도 4의 130)의 양단 전압(Vd)을 적절하게 감압하여 센싱 전압(Vsen)을 출력할 수 있다. 감지부(141)는 전압 분배부(143), 오프셋 제거부(144), DC 전압 설정부(145), 및 필터부(146)를 포함할 수 있다.
오프셋 제거부(144)는 제1 필터링 커패시터(Cf1)를 포함할 수 있으며, 수전 코일 양단의 전압(Vd)에서 DC 오프셋을 제거하고, 이를 전압 분배부(143)로 전달한다.
전압 분배부(143)는 입력되는 전압을 분압하여 센싱 전압(Vsen)을 출력한다. 전압 분배부(143)는 직렬로 연결된 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)을 포함할 수 있다. 전압 분배부(143)는 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 연결 노드와 제어 신호 발생부(142) 사이에 연결된 제3 저항(R3)과, 제2 저항(R2)의 일단과 제어 신호 발생부(142) 사이에 연결된 제4 저항(R4)을 추가적으로 포함할 수도 있다.
DC 전압 설정부(145)는 센싱 전압(Vsen)이 일정한 DC 전압 범위 내의 값을 가지도록 한다. DC 전압 설정부(145)는 설정 전압(Vdd)이 인가되는 단자와 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 연결 노드 사이에 연결되는 저항(R5), 설정 전압(Vdd)이 인가되는 단자와 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 연결 노드 사이에 연결되는 제1 다이오드(D1), 및 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 연결 노드와 접지 사이에 연결되는 제2 다이오드(D2)를 포함할 수 있다.
필터부(146)는 노이즈 성분을 제거한다. 노이즈 성분은 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 연결 노드의 전압에서 고주파 성분일 수 있다. 필터부(146)는 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 연결 노드와 접지 사이에 연결된 제2 필터링 커패시터(Cf2)를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치는 변환부(110_1), 공진 커패시터부(120_1), 송전 코일(130_1), 송신 제어부(140_1), 및 가변 인덕터부(150_1)를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 기본적인 동작은 도 4에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 동작과 동일하다.
즉, 도 7에 나타낸 변환부(110_1), 및 송전 코일(130_1)의 기능, 구성, 및 동작은 도 4에 나타낸 변환부(110) 및 송전 코일(130)의 기능, 구성, 및 동작과 동일하다.
도 7에 나타낸 송신 제어부(140_1)는 커패시턴스 제어 신호(도 7의 conC1, conC2) 대신 인덕턴스 제어 신호(conL)를 출력하는 것을 제외하면 도 4의 송신 제어부(140)의 기능, 구성, 및 동작과 동일하다.
공진 커패시터부(120_1)는 가변 인덕터부(150_1), 및 송전 코일(130_1)과 함께 공진 주파수를 결정한다. 공진 커패시터부(120_1)는 전원 전압(Vs)이 인가되는 단자와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 제1 공진 커패시터(Cr1)와 제2 노드(N2)와 접지 사이에 연결된 제2 공진 커패시터(Cr2)를 포함할 수 있다.
가변 인덕터부(150-1)는 인덕턴스 제어 신호(conL)에 응답하여 가변되는 인덕턴스를 가지며, 공진 커패시터부(120_1) 및 송전 코일(130_1)과 함께 공진 주파수를 결정한다. 가변 인덕터부(150_1)는 제1 노드(N1)와 송전 코일(130_1) 사이에 연결될 수 있다.
또한, 변환부(110_1) 및 송신 제어부(140_1)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있으며, 가변 인덕터부(150_1)는 상기 집적 회로와 별개인 모듈로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 집적 회로(IC)는 무선 전력 전송에 대한 다양한 표준들 중 어느 하나를 만족하도록 구현될 수도 있다.
도 8은 도 7에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 가변 인덕터부의 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
가변 인덕터부(150_1)는 제1 노드(도 8의 N1)와 송전 코일(도 8의 130_1)의 일단 사이에 직렬로 연결된 적어도 하나 이상의 공진 인덕터들(Lr1~Lrn) 및 적어도 하나 이상의 공진 인덕터들(Lr1~Lrn) 각각과 병렬로 연결되고, 인덕턴스 제어 신호(conL)에 응답하여 온 오프되는 적어도 하나 이상의 공진 스위치(SLr1 ~ SLrn)를 포함한다. 공진 스위치(SLr1 ~ SLrn)가 복수개인 경우, 인덕턴스 제어 신호(conL)는 복수개의 비트를 포함할 수 있다.
가변 인덕터부(150_1)의 인덕턴스는 공진 스위치(SLr1 ~ SLrn)의 상태에 따라 결정된다. 예를 들어, 공진 스위치(SLr1)만 오프되고, 나머지 공진 스위치들(SLr2 ~ SLrn)이 온 상태이면, 가변 인덕터부(150_1)는 공진 인덕터(Lr1)만 있는 것과 동일하며 따라서, 가변 인덕터부(150_1)의 인덕턴스는 공진 인덕터(Lr1)와 동일하게 된다. 즉, 공진 스위치(SLr1 ~ SLrn)의 상태에 따라, 가변 인덕터부(150_1)의 인덕턴스가 하나 이상의 공진 인덕터들(Lr1~Lrn) 중 선택된 하나의 인덕터의 인덕턴스 또는 선택된 복수개의 인덕터들의 전체 인덕턴스가 될 수 있다.
도 9는 도 4 또는 도 7에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치에 무선 전력 수신 장치가 인접한 경우에, 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 무선 전력 수신 장치의 등가 회로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9에서, Ceq1은 공진 주파수를 결정하는 무선 전력 송신 장치 측의 공진 커패시터의 커패시턴스를 가지는 등가 커패시터이고, Lrp는 무선 전력 송신 장치 측의 송전 코일(또는 송전 코일과 공진 인덕터)의 누설 인덕턴스를 가지는 등가 인덕터이며, M은 무선 전력 송신 장치의 송전 코일과 무선 전력 수신 장치의 수전 코일 사이의 상호 인덕턴스를 가지는 등가 인덕터이고, Lrs는 무선 전력 수신 장치의 수전 코일의 누설 인덕턴스를 가지는 등가 인덕터이고, Ceq2는 무선 전력 수신 장치의 등가 커패시턴스를 가지는 등가 커패시터이다. 도 9의 정류부(210)는 무선 전력 수신 장치의 정류기 및 부하 등을 포함하는 회로 부분을 나타낸다.
도 9의 등가 회로에서, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 거리가 변화하거나, 송전 코일과 수전 코일 사이의 상대적인 위치가 변화할 경우, Lrp, M, Lrs의 인덕턴스가 모두 변화하게 된다. 구체적으로, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이의 거리, 즉, 송전 코일과 수전 코일 사이의 거리가 증가하게 되면, Lrp, Lrs의 인덕턴스는 증가하고, M의 인덕턴스는 감소하여 전압 전달 이득이 감소하게 된다.
도 10은 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 무선 전력 수신 장치의 수신 코일 사이의 거리에 따른 전압 이득의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 10의 가로축은 동작 주파수(예를 들면, 도 4 또는 도 7의 변환부의 동작 주파수)를 나타내고, 세로축은 무선 전력 수신 장치 측의 전압으로서 수전 코일 양단의 전압 또는 무선 전력 수신 장치의 정류부의 출력 전압일 수 있다. 도 10은, A1, A2, A3, A4, A5, A6의 순서로 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 무선 전력 수신 장치의 수신 코일 사이의 거리가 멀어지는 경우를 나타낸다.
전원 전압(Vs)의 크기는 고정되어 있으므로, 도 10의 세로축의 전압이 높을수록 전압이득이 높다는 것을 의미한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 무선 전력 수신 장치의 수신 코일 사이의 거리가 멀어질수록 공진점(피크 지점)의 전압이득도 감소하며, 공진 주파수도 높은 주파수로 점점 이동한다. 이러한 특성은 무선 전력 송신 장치의 송신 코일과 무선 전력 수신 장치의 수신 코일 사이의 위치 부정합이 증가하는 경우에도 동일하게 나타난다.
도 11은 무선 전력 송신 장치의 공진 커패시터의 커패시턴스에 따른 전압 이득의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 11의 가로축은 동작 주파수(예를 들면, 도 4 또는 도 7의 변환부의 동작 주파수)를 나타내고, 세로축은 무선 전력 수신 장치 측의 전압으로서 수전 코일 양단의 전압 또는 무선 전력 수신 장치의 정류부의 출력 전압일 수 있다. 도 11은, B1, B2, B3, B4의 순서로 무선 전력 송신 장치의 공진 커패시터의 커패시턴스가 작아지는 것을 나타낸다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 공진 커패시터의 커패시턴스가 감소하는 경우, 공진 주파수는 증가하며, 이 때 공진점(피크 지점)의 전압 이득도 증가하는 경향을 가진다. 표현 수정, 전체적으로 검토.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 제1 감지 동작을 수행할 주기가 도래하였는지를 판단한다(S1100 단계). 제1 감지 동작은 WPC(Wireless Power Consortium) 표준에서의 아날로그 핑(analog ping) 동작에 대응될 수 있다.
S1100 단계에서 판단한 결과, 제1 감지 동작을 수행할 주기가 도래하지 않았다고 판단되는 경우, 제1 감지 동작을 수행할 주기가 도래할 때까지 대기한다(S1000 단계).
다음으로, 제1 감지 동작을 수행할 주기가 도래하였다면, 제1 감지 동작을 수행하여 전압 변화량이 최소 임계치보다 큰지 여부를 판단한다(S1200 단계).
예를 들면, 송신 제어부(도 4의 140 또는 도 7의 140_1)는 일정 시간 동안 전력이 무선으로 전송되도록 변환부(도 4의 110 또는 도 7의 110_1)로 초기 동작 주파수를 가지는 송신 제어 신호(도 4의 conS1과 conS2 또는 도 7의 conS1_1, conS2_1)를 인가함으로써 변환부(도 4의 110 또는 도 7의 110_1)가 초기 동작 주파수로 동작하도록 제어하고, 기준 전압(즉, 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않는 경우에 송전 코일(도 4의 130 또는 도 7의 130_1)의 양단 전압)과 검출된 전압(Vd)의 차이(즉, 전압 변화량)와 최소 임계치를 비교한다. 기준 전압 및 최소 임계치는 미리 저장될 수 있다. 또한, 초기 동작 주파수도 미리 설정될 수 있다. 예를 들면, 초기 동작 주파수는 무선 전력 송신 장치의 송전 코일과 무선 전력 수신 장치의 수전 코일 사이의 거리가 근거리일 때, 공진점이 최소 주파수 부근이 되도록 결정될 수 있다. 구체적으로, WPC(Wireless Power Consortium) 표준에 따른 무선 전력 전송 시스템에서, 초기 동작 주파수는 약 90~120kHz 일 수 있다.
S1200 단계에서 판단한 결과, 전압 변화량이 최소 임계치 이하 판단되면, 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않는다고 판단하고(S1900 단계), 제1 감지 동작을 수행할 주기가 도래할 때까지 대기한다(S1000 단계).
최소 임계치는 시스템 설계시 목표로 하는 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치의 거리 및 송전 코일과 수전 코일의 부정합 정도에 따른 여러 상황에서 측정되는 전압 변화량의 크기에 의해 결정될 수 있으며, 매우 낮은 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신 장치에서 무선 전력 수신 장치로 전력이 유효하게 전송될 수 있는 범위 내에서 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치의 거리가 최대일 때의 전압 변화량일 수 있다.
최소 임계치는 전압 변화량 대신 전압의 크기에 대한 임계치일 수도 있다. 예를 들면, 무선 전력 송신 장치에서 무선 전력 수신 장치로 전력이 유효하게 전송될 수 있는 범위 내에서 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치의 거리가 최대일 때에 무선 전력 송신 장치의 송전 코일의 양단 전압일 수 있으며, 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않을 때의 무선 전력 송신 장치의 송전 코일의 양단 전압과 유사한 크기를 가질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 최소 임계치가 전압 변화량으로 설정될 경우, 보다 작은 값으로 설정될 수 있다. (최소 임계치가 전압의 크기로 설정될 경우, 보다 큰 값으로 설정될 수 있다.) 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래에는 무선 전력 전송을 시작하지 않았던 위치에 무선 전력 수신 장치가 있는 경우에도, 무선 전력 전송이 이루어질 수 있다.
S1200 단계에서, 전압 변화량 대신 검출된 전압(Vd), 즉, 송전 코일의 양단 전압의 크기를 이용할 수도 있다. 예를 들면, 송전 코일 양단의 전압 크기를 소정의 임계치와 비교하여 무선 전력 수신 장치가 존재하는지 여부를 판단할 수도 있다. 이 경우, 송전 코일 양단의 전압 크기가 소정의 임계치보다 크다면 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않는다고 판단하고, 송전 코일 양단의 전압 크기가 소정의 임계치보다 작다면 무선 전력 수신 장치가 존재한다고 판단할 수 있다.
S1200 단계에서 판단한 결과, 전압 변화량이 최소 임계치보다 크다고 판단되면, 전압 변화량이 공진점 검색 임계치보다 작은지 여부를 판단한다(S1300 단계). 공진점 검색 임계치는 최소 임계치보다 큰 값으로서, 공진점을 검색하거나, 공진 커패시터의 커패시턴스나 공진 인덕터의 인덕턴스를 조정할 필요가 없는 정도로 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 사이의 거리가 가까운 경우의 전압 변화량일 수 있다.
또한, S1300 단계에서, 변환부(도 4의 110 또는 도 7의 110_1)는 초기 동작 주파수로 동작할 수 있다.
S1300 단계에서 판단한 결과, 전압 변화량이 공진점 검색 임계치보다 작다고 판단되면, 공진점 검색 동작을 수행한다(S1400 단계). 구체적으로, 동작 주파수(즉, 변환부(도 4의 110 또는 도 7의 110_1)가 동작하는 주파수)를 변화시키면서 다양한 동작 주파수에서의 전압 변화량을 검출하고, 전압 변화량이 최대인 동작 주파수를 공진점으로 검출한다. 동작 주파수의 변화 방법은 초기 동작 주파수에서부터 검색 종료 주파수까지 순차적으로 증가시키는 방법을 선택할 수도 있고, 초기 동작 주파수와 검색 종료 주파수 사이에서 일반적인 최댓값 검색 알고리즘을 이용하여 변화시키는 방법을 선택할 수도 있다. 또는, 초기 동작 주파수에서 일정 주파수 단위로 동작 주파수를 증가키면서 전압 변화량이 극댓값인 동작 주파수를 검색하여 이를 최댓값으로 저장한 후, 몇 차례 더 주파수를 증가시켜도 전압 강하량의 최댓값이 갱신되지 않는다면, 공진 주파수 검색 동작을 종료할 수 있다. 상기 검색 종료 주파수는 변환부(도 4의 110 또는 도 7의 110_1)가 동작할 수 있는 최대 주파수로서, 다양한 표준에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들면, WPC(wireless power consortium) 표준에 따르는 경우, 약 200kHz일 수 있다.
S1300 단계에서, 전압 변화량 대신 검출된 전압(Vd), 즉, 송전 코일의 양단 전압의 크기를 이용할 수도 있다. 예를 들면, 동작 주파수(즉, 변환부(도 4의 110 또는 도 7의 110_1)가 동작하는 주파수)를 변화시키면서 다양한 동작 주파수에서의 전압(Vd)을 검출하고, 전압(Vd)의 크기가 최대인 동작 주파수를 공진점으로 검출할 수 있다.
다음으로, S1400 단계에서 검색된 공진점에서의 전압 강하량이 공진 이득 증가 임계치보다 작은지 여부를 판단한다(S1500 단계). 공진 이득 증가 임계치는 최소 임계치보다 크고, 공진점 검색 임계치보다 작은 값일 수 있다. 공진 이득 증가 임계치는 공진점에서의 전압 이득도 충분하지 않아 공진 커패시터의 커패시턴스 또는 공진 인덕터의 인덕턴스를 조정하여 공진점을 변경하여야 할 필요가 있는지를 결정하는 임계치이다.
S1500 단계에서 판단한 결과, 공진점에서의 전압 강하량이 공진 이득 증가 임계치보다 작다면, 무선 전력 송신 장치의 송신 임피던스를 조정하고(S1600 단계), 공진 주파수 검색 동작을 다시 수행한다(S1700 단계).
S1600 단계에서는, 송신 측의 커패시턴스를 조정하거나(도 4 및 도 5 참조), 송신 측의 인덕턴스를 조정할 수 있다(도 8 및 도 9 참조). 또한, 송신 측의 커패시턴스 및/또는 송신 측의 인덕턴스를 조정하는 경우, 최소 커패시턴스 및/또는 최소 인덕턴스로 조정할 수 있다. 최소 커패시턴스 및 최소 인덕턴스는 시스템이 공진 주파수가 정하여진 표준에 부합하도록 설정될 수 있다. 예를 들면, WPC(wireless power consortium) 표준에 따르는 경우, 최소 커패시턴스 및 최소 인덕턴스는 무선 전력 전송 시스템이 동작할 때 무선 전력 전송 시스템의 공진 주파수가 WPC 표준 동작 주파수 범위(예를 들면, 110~205kHz)를 벗어나지 않도록 설정될 수 있다.
S1700 단계에서의 공진 주파수 검색 동작은 S1400 단계에서의 공진 주파수 검색 동작과 동일할 수 있다. 다만, S1700 단계에서의 동작 주파수의 변경 범위는 S1400 단계에서 검색된 공진점의 주파수와 검색 종료 주파수 사이일 수 있다.
S1300 단계에서 판단한 결과, 전압 변화량이 공진점 검색 임계치 이상이라고 판단되거나, S1500 단계에서 판단한 결과, 공진점의 전압 이득이 공진 이득 증가 임계치 이상이라고 판단되면, 무선 전력 수신 장치가 존재하고 있다고 판단하고, 제2 감지 동작을 수행한다(S1800 단계). 또한, S1700 단계를 수행한 이후에도 제2 감지 동작을 수행한다(S1800 단계). 상술한 바와 같이, 제2 감지 동작은 일정 시간 동안 전력을 무선으로 전송하도록 변환부(110)를 제어하고, 전압(Vd)에 기초하여 정해진 시간 이내에 무선 전력 수신 장치로부터 표준 데이터 패킷이 수신되었는지 여부를 판단함으로써, 무선 전력 수신 장치가 존재하는지 여부를 판단하는 동작이다. 제2 감지 동작은 WPC(Wireless Power Consortium) 표준에서의 디지털 핑(digital ping) 동작에 대응될 수 있다.
제2 감지 동작을 수행한 결과, 무선 전력 수신 장치가 존재하고 있다고 판단되는 경우에, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력 수신 장치로 충전을 위한 전력이 전송될 수 있다. 즉, 도 12에 나타낸 각 단계들은 무선 전력 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력 수신 장치로 충전을 위한 전력 전송이 시작되기 전에 수행될 수 있다.
도 12에서, S1300 단계 내지 S1800 단계가, S1200 단계에서 판단한 결과 전압 변화량이 최소 임계치 이상인 경우에만 수행되도록 함으로써, 공진점 검색 동작 및 임피던스 조정 동작이 불필요하게 수행되는 것을 방지할 수 있다.
도시하지는 않았지만, S1400 단계에서 검색한 공진점에서의 전압 변화량과 비 공진점에서의 전압 변화량(예를 들면, 초기 동작 주파수에서의 전아 변화량)의 차이가 임계 변화량 이하인 경우, 무선 전력 송신 장치에 접근한 물체가 무선 전력 수신 장치가 아닌 이물질이라고 판단하고, S1000 및 S1100 단계를 수행하도록 구현될 수도 있다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 송전 코일이 복수개인 경우, 먼저, 복수개의 송전 코일들 각각에 대하여, 초기 동작 주파수에서의 전압 변화량을 판단한 후, 전압 변화량이 가장 큰 송전 코일에 대하여 S1300 단계 내지 S1800 단계를 수행하도록 함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법을 수행하는 시간을 단축시킬 수 있다.
다만, 도 3에 도시한 바와 같이, 송전 코일이 복수개인 경우, 복수개의 송전 코일들 각각에 대하여 도 12의 각 단계들이 수행되도록 구현될 수도 있다.
또한, 도 12에서는 S1000 단계 내지 S1900 단계가 제2 감지 동작을 수행하기 전에 수행되는 경우를 예시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 송신 방법은 도 12의 S1000 단계 내지 S1900 단계의 전부 또는 일부가 제2 감지 동작을 수행한 이후에도 추가적으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 제2 감지 동작을 수행하고, 무선 전력 송신 장치로 전력을 송신하고 있는 중간에, S1300 단계 내지 S1700 단계가 추가적으로 수행될 수도 있다.
또한, 도 12에 나타낸 각 단계를 수행함으로써, 무선 전력 송신 장치의 시작 동작 주파수가 결정될 수 있다. 예를 들면, S1300 단계에서 판단한 결과, 전압 변화량이 공진점 검색 임계치보다 크다면, 초기 동작 주파수가 시작 동작 주파수로 결정되고, S1500 단계에서 판단한 결과, 공진점의 전압 이득이 공진 이득 증가 임계치보다 크다면, 공진점의 주파수에 의해 설정된 주파수 범위(즉, 공진점의 주파수와 차이가 일정값 이하인 주파수 범위)에서 시작 동작 주파수를 선택하고, S1700 단계를 수행한 경우에는 재검색된 공진점의 주파수에 의해 설정된 주파수 범위에서 시작 동작 주파수를 선택할 수 있다. 상기 시작 동작 주파수는 공진점의 주파수, 즉, 공진 주파수보다 클 수 있다.이후, 변환부(도 4의 110 또는 도 7의 110_1)를 상기 시작 동작 주파수로 동작시키면서, 제2 감지 동작(도 12의 S1800 단계)을 수행할 수 있다.
제2 감지 동작을 수행한 결과, 무선 전력 수신 장치가 존재한다고 판단하면, 무선 전력 송신 장치는 변환부(도 4의 110 또는 도 7의 110_1)가 동작 주파수로 동작하여 전력을 무선으로 송신할 수 있다. 이 때, 동작 주파수는 공진점의 주파수보다 높은 주파수 영역의 일정한 가변 범위 내에서 가변될 수 있다. 이 때, 동작 주파수는 상기 시작 동작 주파수보다 큰 값을 가질 수 있다.
도 13은 도 12에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 방법의 공진 주파수 및 전압 이득을 검색하는 단계의 실시예를 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
먼저, 초기화 동작을 수행한다(S1410 단계). 구체적으로, 시작 동작 주파수와 최대 전압 변화량을 초기화한다. 도 13의 각 단계가 도 12의 S1400 단계에서 수행되는 경우, 시작 동작 주파수는 도 12에서 설명한 초기 동작 주파수로 초기화될 수 있다. 또는, 도 13의 단계가 도 12의 S1700 단계에서 수행되는 경우, 시작 동작 주파수는 도 12의 S1400 단계에서 검색한 공진점의 주파수로 초기화될 수도 있다. 또한, 최대 전압 변화량은 0으로 초기화될 수 있다.
다음으로, 동작 주파수가 검색 종료 주파수보다 작은지 여부를 판단한다(S1411 단계).
S1411 단계에서 판단한 결과, 동작 주파수가 검색 종료 주파수보다 작다면, 송전 코일(도 4의 130 또는 도 7의 130_1)을 통해 일정 시간 전력을 무선으로 전송한다(S1412 단계).
다음으로, 전압 변화량을 측정한다(S1413 단계). 예를 들면, 저장되어 있는 무선 전력 수신 장치가 없을 때의 전압 변화량과, S1412 단계를 수행한 후 측정된 송전 코일(도 4의 130 또는 도 7의 130_1) 양단의 전압의 차이를 계산한다.
다음으로, 현재의 전압 변화량이 저장된 최대 전압 변화량보다 작은지 여부를 판단한다(S1414 단계).
S1414 단계에서 판단한 결과, 현재의 전압 변화량이 저장된 최대 전압 변화량 이상이면, 현재의 전압 변화량을 최대 전압 변화량으로 저장하고, 현재의 동작 주파수를 공진 주파수로 저장하고, 최대값 검사 카운트를 0으로 리셋한다(S1418 단계).
S1414 단계에서 판단한 결과, 현재의 전압 변화량이 저장된 최대 전압 변화량보다 작다면, 최대값 검사 카운트를 1 증가시키고(S1415 단계), 최대값 검사 카운트가 임계 카운트값보다 큰지 여부를 판단한다(S1416 단계).
S1418 단계를 수행한 후, 또는 S1416 단계에서 판단한 결과 최대값 검사 카운트가 임계 카운트값 이하라고 판단되면, 동작 주파수를 단위 주파수만큼 증가시키고(S1419 단계), S1411 단계부터 재수행한다.
S1416 단계에서 판단한 결과, 최대값 검사 카운트가 임계값보다 크다고 판단되면, 공진점 검색을 종료한다(S1417 단계).
도 12 및 도 13에 나타낸 각 단계는 소프트웨어에 의해 실행되도록 구현될 수 있다. 또한, 도 12 및 도 13에 나타낸 각 단계는 송신 제어부(도 4의 140 또는 도 7의 140_1)에 의해 실행될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1, 1-1, 1-2 : 무선 전력 송신 장치
2 : 무선 전력 수신 장치를 포함하는 기기
10-1, 10-21~10-25, 130, 130_1 : 송전 코일
110, 110_1 : 변환부
140, 140_1 : 송신 제어부

Claims (16)

  1. 송신 제어 신호에 응답하여 교류 전압을 출력하는 변환부;
    송전 코일을 포함하고, 임피던스 제어 신호에 응답하여 임피던스가 가변되며, 상기 교류 전압을 인가받아 전력을 무선으로 송신하는 송전부; 및
    상기 송신 제어 신호 및 상기 임피던스 제어 신호를 가변시키면서 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 송신 제어 신호 및 상기 임피던스 제어 신호를 가변시키면서 상기 송전 코일의 양단 전압인 검출 전압의 크기에 기초하여 상기 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하는 제1 감지 동작과, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호에 기초하여 상기 무선 전력 수신 장치가 존재하는지를 다시 판단하는 제2 감지 동작을 수행하고, 상기 제1 감지 동작과 상기 제2 감지 동작을 수행한 이후에 상기 송전부를 통해 충전을 위한 전력이 무선으로 전송되도록 상기 송신 제어 신호를 출력하고, 상기 제1 감지 동작을 수행하면서 상기 송신 제어 신호의 주파수를 결정하고, 상기 제1 감지 동작을 수행한 후 결정된 주파수를 가지는 상기 송신 제어 신호를 출력하여 상기 제2 감지 동작을 수행하는 무선 전력 송신 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제1 감지 동작을 수행한 결과, 상기 무선 전력 수신 장치가 존재한다고 판단되면, 상기 제2 감지 동작을 수행하는 무선 전력 송신 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    초기 동작 주파수를 가지는 송신 제어 신호를 출력하고, 상기 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않는 상태의 상기 송전 코일의 양단 전압과 상기 검출 전압의 차이인 전압 변화량을 계산하고, 상기 전압 변화량과 최소 임계치 및 상기 최소 임계치보다 큰 공진점 검색 임계치를 비교하고, 상기 전압 변화량이 상기 최소 임계치와 상기 공진점 검색 임계치 사이인 경우에, 상기 송전부의 임피던스를 변경시킨 후 상기 송신 제어 신호의 주파수를 변경하면서 상기 무선 전력 수신 장치가 존재하는지 여부를 판단함으로써, 상기 제1 감지 동작을 수행하는 무선 전력 송신 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 전압 변화량이 상기 최소 임계치보다 작거나, 상기 공진점 검색 임계치 이상이면, 상기 송신 제어 신호의 주파수 및 상기 임피던스 제어 신호를 가변시키는 동작을 수행하지 않는 무선 전력 송신 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 전압 변화량이 상기 최소 임계치 이상이고, 상기 공진점 검색 임계치보다 작으면, 상기 송신 제어 신호의 주파수를 상기 초기 동작 주파수와 검색 종료 주파수 사이에서 변경하면서 상기 전압 변화량이 최대인 공진점을 검색하고, 상기 공진점의 주파수를 가지는 상기 송신 제어 신호가 출력되는 경우에 상기 전압 변화량이 공진 이득 증가 임계치보다 작으면, 상기 임피던스 제어 신호를 변경하는 무선 전력 송신 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 임피던스 제어 신호를 변경한 이후에, 상기 송신 제어 신호의 주파수를 상기 공진점의 주파수와 상기 검색 종료 주파수 사이에서 변경하면서 상기 전압 변화량이 최대인 상기 송신 제어 신호의 주파수를 검색하여 동작 주파수로 설정하고, 상기 제2 감지 동작을 수행하는 무선 전력 송신 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 송전부는
    상기 임피던스 제어 신호에 응답하여 커패시턴스가 가변되는 가변 커패시터부를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 송전부는
    상기 임피던스 제어 신호에 응답하여 인덕턴스가 가변되는 가변 인덕터부를 더 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 송전 코일의 양단 전압을 검출하여 센싱 전압을 출력하는 감지부; 및
    상기 센싱 전압에 응답하여 상기 송신 제어 신호의 주파수 및 상기 임피던스 제어 신호의 값을 결정하고, 상기 송신 제어 신호 및 상기 임피던스 제어 신호를 출력하는 제어 신호 발생부를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 감지부는
    상기 송전 코일의 양단 전압에서 오프셋 전압을 제거한 검출 전압을 출력하는 오프셋 제거부;
    상기 검출 전압을 분압하여 상기 센싱 전압을 출력하는 분압부;
    상기 센싱 전압의 DC(direct current) 오프셋을 설정하는 DC 전압 설정부; 및
    상기 센싱 전압의 노이즈 성분을 제거하는 필터부를 포함하는 무선 전력 송신 장치.
  13. 교류 전압을 인가받아 전력을 무선으로 송신하는 송전부의 임피던스를 가변시키면서, 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하는 감지 단계; 및
    상기 무선 전력 수신 장치가 존재한다고 판단되면, 상기 무선 전력 수신 장치로 전력을 무선으로 송신하는 송전 단계를 포함하고,
    상기 감지 단계는
    상기 송전부의 송전 코일의 양단 전압의 크기에 기초하여 상기 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 판단하는 제1 감지 단계; 및
    상기 제1 감지 단계에서 판단한 결과 상기 무선 전력 수신 장치가 존재한다고 판단되는 경우, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 수신한 신호를 이용하여 상기 무선 전력 수신 장치의 존재 여부를 다시 판단하는 제2 감지 단계를 포함하고,
    상기 제1 감지 단계를 수행하는 중에 상기 송전부의 임피던스를 가변하고,
    상기 제1 감지 단계는
    초기 동작 주파수를 가지는 상기 교류 전압을 발생시키고, 상기 송전 코일의 양단 전압인 검출 전압과 상기 무선 전력 수신 장치가 존재하지 않는 상태의 상기 송전 코일의 양단 전압의 차이인 전압 변화량을 최소 임계치 및 공진점 검색 임계치와 비교하는 단계;
    상기 전압 변화량이 최소 임계치 이상이고 상기 공진점 검색 임계치보다 작으면, 상기 교류 전압의 주파수를 상기 초기 동작 주파수와 검색 종료 주파수 사이에서 변경시키면서 상기 전압 변화량이 최대인 공진점을 검출하는 단계; 및
    상기 공진점에서의 상기 전압 변화량이 공진 이득 증가 임계치보다 작으면, 상기 송전부의 임피던스를 조정하는 단계를 포함하는 무선 전력 송신 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서, 상기 제1 감지 단계는
    상기 송전부의 임피던스를 조정한 후, 상기 교류 전압의 주파수를 상기 공진점에서의 주파수와 상기 검색 종료 주파수 사이에서 변경시키면서, 상기 전압 변화량이 최대인 주파수를 동작 주파수로 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 감지 단계 및 상기 송전 단계에서 상기 동작 주파수를 가지는 상기 교류 전압을 상기 송전부에 인가하는 무선 전력 송신 방법.
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