KR102531671B1

KR102531671B1 - Wireless Power Transmitter

Info

Publication number: KR102531671B1
Application number: KR1020170133877A
Authority: KR
Inventors: 이윤복; 최순철
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2023-05-11
Also published as: WO2019078488A1; KR20190042211A

Abstract

본 발명은 무선 전력 송신 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 기준 클락 신호를 생성하여 공급하는 전송 제어기와 상기 기준 클락 신호를 생성하기 위한 외부 클럭 신호를 상기 전송 제어기에 공급하는 외부 클락 생성기와 상기 기준 클락 신호에 기초하여 복수의 스위칭 제어 신호를 생성하는 게이트 드라이버와 입력 직류 전압을 레벨 변환하여 출력 직류 전압을 공급하는 컨버터와 상기 출력 직류 전압을 상기 복수의 스위칭 제어 신호에 따라 구비된 복수의 스위치를 제어하여 교류 전력 신호를 생성하는 인버터와 상기 교류 전력 신호를 무선으로 전송하는 전력 전송기를 포함하고, 상기 기준 클락 신호의 주파수는 112.4KHz와 112.75KHz 사이의 어느 주파수인 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 다른 서비스 대역에 대한 간섭을 미연에 차단하는 것이 가능한 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a wireless power transmission device, and the wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention includes a transmission controller generating and supplying a reference clock signal and an external clock signal for generating the reference clock signal to the transmission controller. A gate driver generating a plurality of switching control signals based on the reference clock signal, a converter supplying an output DC voltage by level-converting an input DC voltage, and converting the output DC voltage to the plurality of switching control signals. An inverter generating an AC power signal by controlling a plurality of switches provided according to a signal and a power transmitter wirelessly transmitting the AC power signal, wherein the frequency of the reference clock signal is any frequency between 112.4 KHz and 112.75 KHz. It is characterized by being Therefore, the present invention has the advantage of providing a wireless power transmission device capable of blocking interference to other service bands in advance.

Description

Wireless power transmission device {Wireless Power Transmitter}

본 발명은 무선 전력 전송 기술에 관한 것으로서, 상세하게, 보다 정밀하게 동작 주파수를 생성함으로써, 다른 서비스 주파수 대역으로의 간섭을 미연에 방지하는 것이 가능한 무선 전력 송신 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmission technology, and more specifically, to a wireless power transmission device capable of preventing interference to other service frequency bands in advance by generating an operating frequency more precisely.

최근 정보 통신 기술이 급속도로 발전함에 따라, 정보 통신 기술을 기반으로 하는 유비쿼터스 사회가 이루어지고 있다.Recently, as information and communication technology develops rapidly, a ubiquitous society based on information and communication technology has been established.

언제 어디서나 정보통신 기기들이 접속되기 위해서는 사회 모든 시설에 통신 기능을 가진 컴퓨터 칩을 내장시킨 센서들이 설치되어야 한다. 따라서 이들 기기나 센서의 전원 공급 문제는 새로운 과제가 되고 있다. 또한 휴대폰뿐만 아니라 블루투스 핸드셋과 아이팟 같은 뮤직 플레이어 등의 휴대기기 종류가 급격히 늘어나면서 배터리를 충전하는 작업이 사용자에게 시간과 수고를 요구하고 됐다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 무선 전력 전송 기술이 최근 들어 관심을 받고 있다.In order to access information and communication devices anytime and anywhere, sensors embedded with computer chips with communication functions must be installed in all social facilities. Therefore, the problem of supplying power to these devices or sensors is becoming a new challenge. In addition, as the types of portable devices such as mobile phones as well as Bluetooth handsets and music players such as iPods are rapidly increasing, the task of charging the batteries is requiring time and effort from users. As a method of solving this problem, a wireless power transfer technology has recently been attracting attention.

무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 고주파, Microwave, 레이저 등과 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.Wireless power transmission or wireless energy transfer is a technology that transmits electrical energy wirelessly from a transmitter to a receiver using the induction principle of a magnetic field. Electric motors or transformers using the principle of electromagnetic induction have already been used in the 1800s. After that, a method of transmitting electric energy by radiating electromagnetic waves such as high frequency, microwave, and laser was also attempted. In fact, electric toothbrushes and some cordless razors that we commonly use are charged using the principle of electromagnetic induction.

현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.Until now, energy transfer methods using wireless can be largely classified into magnetic induction methods, magnetic resonance (Electromagnetic Resonance) methods, and RF transmission methods using short-wavelength radio frequencies.

자기 유도 방식은 두 개의 코일을 서로 인접시킨 후 한 개의 코일에 전류를 흘려보내면 이 때 발생한 자속(MagneticFlux)이 다른 코일에 기전력을 일으키는 현상을 사용한 기술로서, 휴대폰과 같은 소형기기를 중심으로 빠르게 상용화가 진행되고 있다. 자기 유도 방식은 최대 수백 키로와트(kW)의 전력을 전송할 수 있고 효율도 높지만 최대 전송 거리가 1센티미터(cm) 이하이므로 일반적으로 충전기나 바닥에 인접시켜야 하는 단점이 있다.The magnetic induction method is a technology that uses a phenomenon that when two coils are placed adjacent to each other and current is passed through one coil, the magnetic flux generated at this time causes an electromotive force in the other coil. It is rapidly commercialized around small devices such as mobile phones. is in progress The magnetic induction method can transmit power of up to hundreds of kilowatts (kW) and has high efficiency, but the maximum transmission distance is less than 1 cm (cm), so it generally has a disadvantage that it must be adjacent to a charger or the floor.

자기 공진 방식은 전자기파나 전류 등을 활용하는 대신 전기장이나 자기장을 이용하는 특징이 있다. 자기 공진 방식은 전자파 문제의 영향을 거의 받지 않으므로 다른 전자 기기나 인체에 안전하다는 장점이 있다. 반면, 한정된 거리와 공간에서만 활용할 수 있으며 에너지 전달 효율이 다소 낮다는 단점이 있다.The magnetic resonance method is characterized by using an electric field or a magnetic field instead of using electromagnetic waves or current. The magnetic resonance method has the advantage that it is safe for other electronic devices or the human body because it is hardly affected by electromagnetic problems. On the other hand, it can be used only in a limited distance and space and has a disadvantage that the energy transfer efficiency is somewhat low.

단파장 무선 전력 전송 방식-간단히, RF 전송 방식-은 에너지가 라디오 파(RadioWave)형태로 직접 송수신될 수 있다는 점을 활용한 것이다. 이 기술은 렉테나(rectenna)를 이용하는 RF 방식의 무선 전력 전송 방식으로서, 렉테나는 안테나(antenna)와 정류기(rectifier)의 합성어로서 RF 전력을 직접 직류 전력으로 변환하는 소자를 의미한다. 즉, RF 방식은 AC 라디오파를 DC로 변환하여 사용하는 기술로서, 최근 효율이 향상되면서 상용화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.The short-wavelength wireless power transmission scheme—briefly, the RF transmission scheme—takes advantage of the fact that energy can be directly transmitted and received in the form of radio waves. This technology is an RF wireless power transmission method using a rectenna, and the rectenna is a compound word of an antenna and a rectifier, and means an element that directly converts RF power into DC power. That is, the RF method is a technology that converts AC radio waves into DC and uses them. As efficiency has recently improved, research on commercialization has been actively conducted.

무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 자동차, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.Wireless power transmission technology can be used not only in mobile, but also in various industries such as IT, automobile, railroad, and home appliance industries.

자기 유도 방식으로 무선 전력을 공급하는 무선 전력 송신기는 미리 설정된 특정 동작 주파수로 구동된다. 무선 전력 송신기의 제어를 담당하는 MCU(Main Control Processor)는 인버터에 스위치 제어를 위한 기준 클락을 공급한다.A wireless power transmitter that supplies wireless power using a magnetic induction method is driven at a predetermined specific operating frequency. A main control processor (MCU) in charge of controlling the wireless power transmitter supplies a reference clock for controlling a switch to an inverter.

하지만, 무선 전력 송신기의 동작 주파수의 체배 성분 중 일부가 AM 라디오 수신 신호에 유입되어 AM 라디오 수신 감도가 떨어지는 문제점이 있었다.However, there is a problem in that AM radio reception sensitivity is lowered because some of the multiplication components of the operating frequency of the wireless power transmitter are introduced into the AM radio reception signal.

따라서, 보다 정밀한 동작 주파수 제어가 가능한 무선 전력 송신 장치가 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is a demand for a wireless power transmission device capable of more precise control of an operating frequency.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 보다 정밀하게 동작 주파수를 생성함으로써, 다른 서비스 주파수 대역으로의 간섭을 미연에 방지하는 것이 가능한 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a wireless power transmission device capable of preventing interference to other service frequency bands in advance by generating an operating frequency more precisely. is to do

본 발명의 다른 목적은 AM 라디오 주파수 대역으로의 간섭을 최소화시키는 것이 가능한 차량용 무선 전력 송신 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a wireless power transmission device for a vehicle capable of minimizing interference to an AM radio frequency band.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

본 발명은 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.The present invention may provide a wireless power transmission device.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 기준 클락 신호를 생성하여 공급하는 전송 제어기와 상기 기준 클락 신호를 생성하기 위한 외부 클럭 신호를 상기 전송 제어기에 공급하는 외부 클락 생성기와 상기 기준 클락 신호에 기초하여 복수의 스위칭 제어 신호를 생성하는 게이트 드라이버와 입력 직류 전압을 레벨 변환하여 출력 직류 전압을 공급하는 컨버터와 상기 출력 직류 전압을 상기 복수의 스위칭 제어 신호에 따라 구비된 복수의 스위치를 제어하여 교류 전력 신호를 생성하는 인버터와 상기 교류 전력 신호를 무선으로 전송하는 전력 전송기를 포함하고, 상기 기준 클락 신호의 주파수는 112.4KHz와 112.75KHz 사이의 어느 주파수인 것을 특징으로 한다.A wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention includes a transmission controller for generating and supplying a reference clock signal, an external clock generator for supplying an external clock signal for generating the reference clock signal to the transmission controller, and the reference clock signal A gate driver for generating a plurality of switching control signals based on a level-converting input DC voltage and a converter for supplying an output DC voltage by controlling a plurality of switches provided according to the plurality of switching control signals to generate the output DC voltage. An inverter generating an AC power signal and a power transmitter wirelessly transmitting the AC power signal, wherein the reference clock signal has a frequency between 112.4 KHz and 112.75 KHz.

일 예로, 상기 외부 클락 생성기는 700PPM 이내의 해상도를 가지는 공명기일 수 있다.For example, the external clock generator may be a resonator having a resolution of 700 PPM or less.

다른 일 예로, 상기 외부 클락 생성기는 50PPM 이내의 수정 발진기일 수 있다.As another example, the external clock generator may be a crystal oscillator within 50 PPM.

일 예로, 상기 인버터는 제1 내지 제4 스위치를 포함하는 풀 브릿지 인버터일 수 있다.For example, the inverter may be a full bridge inverter including first to fourth switches.

다른 일 예로, 상기 인버터는 제1 내지 제2 스위치를 포함하는 하프 브릿지 인버터일 수 있다.As another example, the inverter may be a half-bridge inverter including first and second switches.

또한, 상기 외부 클락 생성기는 상기 기준 클락 신호의 주파수 상/하한 편차가 +/- 0.25KHz 이내에 들어오도록 상기 외부 클락 신호를 생성하여 상기 전송 제어기에 공급할 수 있다.In addition, the external clock generator may generate the external clock signal so that the frequency upper/lower limit deviation of the reference clock signal is within +/-0.25 KHz, and supply the external clock signal to the transmission controller.

또한, 상기 외부 클락 생성기는 소정 목표 동작 주파수 대비 0.22% 이내의 허용 오차를 가지도록 상기 외부 클락 신호를 생성하여 상기 전송 제어기에 공급할 수 있다.In addition, the external clock generator may generate the external clock signal to have a tolerance within 0.22% of a predetermined target operating frequency and supply the external clock signal to the transmission controller.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.The above aspects of the present invention are only some of the preferred embodiments of the present invention, and various embodiments in which the technical features of the present invention are reflected are detailed descriptions of the present invention to be detailed below by those skilled in the art. It can be derived and understood based on.

본 발명에 따른 방법, 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Effects of the method and apparatus according to the present invention are described as follows.

본 발명은 보다 정밀하게 동작 주파수를 생성함으로써, 다른 서비스 주파수 대역으로의 간섭을 미연에 방지하는 것이 가능한 무선 전력 송신 장치를 제공하는 장점이 있다.The present invention has the advantage of providing a wireless power transmission device capable of preventing interference to other service frequency bands in advance by generating an operating frequency more precisely.

또한, 본 발명은 AM 라디오 주파수 대역으로의 간섭을 최소화시키는 것이 가능한 차량용 무선 전력 송신 장치를 제공하는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of providing a wireless power transmission device for a vehicle capable of minimizing interference to an AM radio frequency band.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 구조의 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풀 브릿지 인버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 목표 주파수 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 공명기 특성에 따른 동작 주파수의 편차를 보여주는 실험 결과 테이블이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 외부 클럭 생성기로 수정 발진기가 사용되는 경우의 동작 주파수 편차를 보여주는 실험 결과 테이블이다.1 is a block diagram for explaining a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram for explaining a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a detection signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram for explaining the internal structure of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining the structure of an inverter according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are diagrams for explaining the operation of a full-bridge inverter according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram for explaining a method for setting a target frequency according to an embodiment of the present invention.
9 is an experimental result table showing a deviation of an operating frequency according to a resonator characteristic in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is an experiment result table showing operating frequency deviation when a crystal oscillator is used as an external clock generator according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Hereinafter, an apparatus and various methods to which embodiments of the present invention are applied will be described in more detail with reference to the drawings. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used together in consideration of ease of writing the specification, and do not have meanings or roles that are distinct from each other by themselves.

실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment, in the case where it is described as being formed on the "top (top) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) means that two components are in direct contact with each other or One or more other components are formed by being disposed between two components. In addition, when expressed as “up (up) or down (down)”, it may include the meaning of not only the upward direction but also the downward direction based on one component.

실시예에 설명에 있어서, 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치 사이에서 송수신되는 신호를 패킷과 혼용하여 사용하기로 한다.In the description of the embodiment, a signal transmitted and received between a wireless power transmitter and a wireless power receiver will be used interchangeably with a packet.

실시예의 설명에 있어서, 무선 충전 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 기능이 탑재된 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다.In the description of the embodiment, a device equipped with a function of transmitting wireless power on a wireless charging system is a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, and a transmitter for convenience of description. , a transmitting side, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, etc. will be used interchangeably.

또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 기능이 탑재된 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.In addition, it is an expression for a device equipped with a function of receiving wireless power from a wireless power transmitter, and for convenience of explanation, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a receiving terminal, a receiving side, A receiving device, a receiver, and the like may be used interchangeably.

본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다.The transmitter according to the present invention may be configured in a pad type, a cradle type, an access point (AP) type, a small base station type, a stand type, a ceiling buried type, a wall hanging type, etc. Power can also be transmitted.

이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다.To this end, the transmitter may include at least one wireless power transmission means. Here, the wireless power transmission unit generates a magnetic field in the coil of the power transmitter and uses the principle of electromagnetic induction in which electricity is induced in the coil of the receiver under the influence of the magnetic field, and various wireless power transmission standards based on the electromagnetic induction method may be used.

여기서, 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.Here, the wireless power transmission unit may include an electromagnetic induction type wireless charging technology defined by the Wireless Power Consortium (WPC) and the Power Matters Alliance (PMA), which are wireless charging technology standard organizations.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다.In addition, the receiver according to an embodiment of the present invention may include at least one wireless power receiving unit, and may simultaneously receive wireless power from two or more transmitters.

여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.Here, the wireless power receiver may include electromagnetic induction type wireless charging technology defined by the Wireless Power Consortium (WPC) and the Power Matters Alliance (PMA), which are wireless charging technology standard organizations.

본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.The receiver according to the present invention is a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a PDA (Personal Digital Assistants), a PMP (Portable Multimedia Player), a navigation device, an MP3 player, an electric motor It can be used for small electronic devices such as toothbrushes, electronic tags, lighting devices, remote controls, fishing floats, and wearable devices such as smart watches, but is not limited thereto, and is equipped with a wireless power receiving means according to the present invention and can charge a battery. enough

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram for explaining a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신단(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신단(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(20)로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the wireless charging system includes a wireless power transmitter 10 that wirelessly transmits power, a wireless power receiver 20 that receives the transmitted power, and an electronic device 20 that receives the received power. can be configured.

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.For example, the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may perform in-band communication for exchanging information using the same frequency band as an operating frequency used for wireless power transmission.

다른 일예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 별도의 주파수 대역을 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.As another example, the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 perform out-of-band communication for exchanging information using a separate frequency band different from the operating frequency used for wireless power transmission. can also be done

일 예로, 무선 전력 송신단(10)과 무선 전력 수신단(20) 사이에 교환되는 정보는 서로의 상태 정보뿐만 아니라 제어 정보도 포함될 수 있다.For example, information exchanged between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may include control information as well as status information of each other.

여기서, 송수신단 사이에 교환되는 상태 정보 및 제어 정보는 후술할 실시예들의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.Here, status information and control information exchanged between the transmitting and receiving terminals will become more clear through the description of embodiments to be described later.

상기 인밴드 통신 및 대역외 통신은 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 통신을 제공할 수도 있다.The in-band communication and the out-of-band communication may provide bi-directional communication, but are not limited thereto, and in another embodiment, uni-directional communication or half-duplex communication may be provided.

일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신단(20)이 무선 전력 송신단(10)으로만 정보를 전송하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신단(10)이 무선 전력 수신단(20)으로 정보를 전송하는 것일 수도 있다. For example, one-way communication may be transmission of information only from the wireless power receiver 20 to the wireless power transmitter 10, but is not limited thereto, and the wireless power transmitter 10 transmits information to the wireless power receiver 20. may be to transmit.

반이중 통신 방식은 무선 전력 수신단(20)과 무선 전력 송신단(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 특징이 있다.The half-duplex communication method is characterized in that two-way communication is possible between the wireless power receiver 20 and the wireless power transmitter 10, but information can be transmitted only by one device at any one time.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신단(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다.The wireless power receiver 20 according to an embodiment of the present invention may obtain various state information of the electronic device 30.

일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.For example, the status information of the electronic device 30 may include current power usage information, information for identifying an application being executed, CPU usage information, battery charge state information, battery output voltage/current information, etc., but is limited thereto. It is not, and information obtainable from the electronic device 30 and usable for wireless power control is sufficient.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신단(10)은 고속 충전 지원 여부를 지시하는 소정 패킷을 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다. 무선 전력 수신단(20)은 접속된 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드를 지원하는 것으로 확인된 경우, 이를 전자 기기(30)에 알릴 수 있다. 전자 기기(30)는 구비된 소정 표시 수단-예를 들면, 액정 디스플레이일 수 있음-을 통해 고속 충전이 가능함을 표시할 수 있다.In particular, the wireless power transmitter 10 according to an embodiment of the present invention may transmit a predetermined packet indicating whether to support fast charging to the wireless power receiver 20. When it is confirmed that the connected wireless power transmitter 10 supports the fast charging mode, the wireless power receiver 20 may inform the electronic device 30 of this. The electronic device 30 may display that high-speed charging is possible through a predetermined display unit provided therein, which may be, for example, a liquid crystal display.

또한, 전자 기기(30) 사용자는 액정 표시 수단에 표시된 소정 고속 충전 요청 버튼을 선택하여 무선 전력 송신단(10)이 고속 충전 모드로 동작하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 전자 기기(30)는 사용자에 의해 고속 충전 요청 버튼이 선택되면, 소정 고속 충전 요청 신호를 무선 전력 수신단(20)에 전송할 수 있다.In addition, the user of the electronic device 30 may control the wireless power transmitter 10 to operate in the fast charging mode by selecting a predetermined fast charging request button displayed on the liquid crystal display unit. In this case, when the fast charging request button is selected by the user, the electronic device 30 may transmit a predetermined fast charging request signal to the wireless power receiver 20 .

무선 전력 수신단(20)은 수신된 고속 충전 요청 신호에 상응하는 충전 모드 패킷을 생성하여 무선 전력 송신단(10)에 전송함으로써, 일반 저전력 충전 모드를 고속 충전 모드로 전환시킬 수 있다.The wireless power receiver 20 may convert the normal low power charging mode into the fast charging mode by generating a charging mode packet corresponding to the received fast charging request signal and transmitting the packet to the wireless power transmitter 10 .

도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram for explaining a wireless charging system according to another embodiment of the present invention.

일 예로, 도면 부호 200a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 수신 장치로 구성될 수 있으며, 하나의 무선 전력 송신단(10)에 복수의 무선 전력 수신 장치가 연결되어 무선 충전을 수행할 수도 있다.For example, as shown at reference numeral 200a, the wireless power receiver 20 may be composed of a plurality of wireless power receivers, and a plurality of wireless power receivers are connected to one wireless power transmitter 10 to provide wireless Charging can also be performed.

이때, 무선 전력 송신단(10)은 시분할 방식으로 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며. 다른 일 예로, 무선 전력 송신단(10)은 무선 전력 수신 장치 별 할당된 상이한 주파수 대역을 이용하여 복수의 무선 전력 수신 장치에 전력을 분배하여 송출할 수 있다.At this time, the wireless power transmitter 10 may distribute and transmit power to a plurality of wireless power receivers in a time division manner, but is not limited thereto. As another example, the wireless power transmitter 10 may distribute and transmit power to a plurality of wireless power receivers using different frequency bands allocated to each wireless power receiver.

이때, 하나의 무선 전력 송신 장치(10)에 연결 가능한 무선 전력 수신 장치의 개수는 무선 전력 수신 장치 별 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량 및 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.At this time, the number of wireless power receivers connectable to one wireless power transmitter 10 depends on at least one of the amount of power required for each wireless power receiver, the state of charge of the battery, the power consumption of the electronic device, and the amount of available power of the wireless power transmitter. can be adaptively determined based on

다른 일 예로, 도면 부호 200b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신단(10)은 복수의 무선 전력 송신 장치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 무선 전력 수신단(20)은 복수의 무선 전력 송신 장치와 동시에 연결될 수 있으며, 연결된 무선 전력 송신 장치들로부터 동시에 전력을 수신하여 충전을 수행할 수도 있다.As another example, as shown in reference numeral 200b, the wireless power transmitter 10 may be composed of a plurality of wireless power transmitters. In this case, the wireless power receiver 20 may be simultaneously connected to a plurality of wireless power transmitters, and may simultaneously receive power from the connected wireless power transmitters and perform charging.

이때, 무선 전력 수신단(20)과 연결된 무선 전력 송신 장치의 개수는 무선 전력 수신단(20)의 요구 전력량, 배터리 충전 상태, 전자 기기의 전력 소비량, 무선 전력 송신 장치의 가용 전력량 등에 기반하여 적응적으로 결정될 수 있다.At this time, the number of wireless power transmitters connected to the wireless power receiver 20 is adaptively based on the amount of power required by the wireless power receiver 20, the state of charge of the battery, the power consumption of the electronic device, and the amount of available power of the wireless power transmitter. can be determined

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서의 감지 신호 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining a detection signal transmission procedure in a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.

일 예로, 무선 전력 송신기는 3개의 송신 코일(111, 112, 113)이 장착될 수 있다. 각각의 송신 코일은 일부 영역이 다른 송신 코일과 서로 중첩될 수 있으며, 무선 전력 송신기는 각각의 송신 코일을 통해 무선 전력 수신기의 존재를 감지하기 위한 소정 감지 신호(117, 127)-예를 들면, 디지털 핑 신호-를 미리 정의된 순서로 순차적으로 송출한다.For example, the wireless power transmitter may be equipped with three transmission coils 111, 112, and 113. Each transmission coil may have a partial area overlapping with other transmission coils, and the wireless power transmitter may send predetermined detection signals 117 and 127 for detecting the presence of a wireless power receiver through each transmission coil - for example, Digital ping signals are sent sequentially in a predefined order.

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 도면 번호 110에 도시된 1차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(117)를 순차적으로 송출하고, 무선 전력 수신기(115)로부터 신호 세기 신호(Signal Strength Signal, 116)가 수신된 송신 코일(111, 112)을 식별할 수 있다.As shown in FIG. 3, the wireless power transmitter sequentially transmits the detection signal 117 through the primary detection signal transmission procedure shown in reference numeral 110, and the signal strength signal (signal strength signal) from the wireless power receiver 115 It is possible to identify the transmission coils 111 and 112 from which the strength signal 116 has been received.

여기서, 신호 세기 신호에는 해당 감지 신호에 대응하여 무선 전력 수신기(115)에서 측정된 신호 세기에 관한 정보-이하 설명의 편의를 위해 신호 세기 지시자라 명함-가 포함될 수 있다.Here, the signal strength signal may include information on the signal strength measured by the wireless power receiver 115 in response to the corresponding detection signal - referred to as a signal strength indicator for convenience of description below.

연이어, 무선 전력 송신기는 도면 번호 120에 도시된 2차 감지 신호 송출 절차를 통해 감지 신호(127)를 순차적으로 송출하고, 신호 세기 신호(126)가 수신된 송신 코일(111, 112) 중 전력 전송 효율(또는 충전 효율)-즉, 송신 코일과 수신 코일 사이의 정렬 상태-이 좋은 송신 코일을 식별하고, 식별된 송신 코일을 통해 전력이 송출되도록-즉, 무선 충전이 이루어지도록- 제어할 수 있다.Subsequently, the wireless power transmitter sequentially transmits the detection signal 127 through the secondary detection signal transmission procedure shown in reference numeral 120, and transmits power among the transmission coils 111 and 112 in which the signal strength signal 126 has been received. Efficiency (or charging efficiency) - that is, the alignment between the transmitting coil and the receiving coil - is identified, and power is transmitted through the identified transmitting coil - that is, wireless charging is performed - can be controlled. .

상기의 도 3에서 보여지는 바와 같이, 무선 전력 송신기가 2회의 감지 신호 송출 절차를 수행하는 이유는 어느 송신 코일에 무선 전력 수신기의 수신 코일이 잘 정렬되어 있는지를 보다 정확하게 식별하기 위함이다.As shown in FIG. 3 above, the reason why the wireless power transmitter performs the detection signal transmission procedure twice is to more accurately identify to which transmission coil the receiving coil of the wireless power receiver is well aligned.

만약, 상기한 도 3의 도면 번호 110 및 120에 도시된 바와 같이, 제1 송신 코일(111), 제2 송신 코일(112)에 신호 세기 지시자(116, 126)가 수신된 경우, 무선 전력 송신기는 제1 송신 코일(111)과 제2 송신 코일(112) 각각에 수신된 신호 세기 신호(126)에 기반하여 가장 정렬이 잘된 송신 코일을 선택하고, 선택된 송신 코일을 이용하여 무선 충전을 수행한다.If, as shown in reference numerals 110 and 120 of FIG. 3 above, when the signal strength indicators 116 and 126 are received by the first transmission coil 111 and the second transmission coil 112, the wireless power transmitter Selects the most aligned transmission coil based on the signal strength signal 126 received by each of the first transmission coil 111 and the second transmission coil 112, and performs wireless charging using the selected transmission coil. .

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram for explaining the internal structure of a wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 무선 전력 송신 장치(400)는 전송 제어기(410), 게이트 드라이버(420), 컨버터(Convertor, 430), 인버터(Invertor, 440), 전력 전송기(450), 외부 클락 생성기(460) 및 전원(470)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4, the wireless power transmission device 400 includes a transmission controller 410, a gate driver 420, a converter 430, an inverter 440, a power transmitter 450, an external clock generator ( 460) and a power source 470.

전원(470)으로부터 공급되는 전력이 DC 전원인 경우, 컨버터(430)는 입력된 직류 전압(V_in)을 변환하여 다음 스테이지에서 사용될 직류 전압(V_out)을 생성할 수 있다. 생성된 직류 전압(V_out)으로 인버터(440)에 입력될 수 있다.When the power supplied from the power supply 470 is DC power, the converter 430 may generate a DC voltage V_out to be used in the next stage by converting the input DC voltage V_in. The generated DC voltage V_out may be input to the inverter 440 .

만약, 전원(470)으로부터 공급되는 전력이 AC 전원인 경우, 컨버터(430)는 수십 Hz 대역의 AC 전원을 DC 전원으로 변환하기 위한 정류기 및 필터를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 여기서, 정류기 및 필터가 독립적으로 구성되어 전원(470)과 컨버터(430) 사이에 장착될 수도 있다.If the power supplied from the power source 470 is AC power, the converter 430 may further include a rectifier and a filter for converting AC power in a band of several tens of Hz into DC power. Here, the rectifier and the filter may be configured independently and installed between the power source 470 and the converter 430.

컨버터(430)에 의해 변환되는 DC 전력은 전력 전송에 적합한 DC 전압을 생성하는 직류/직류(DC/DC) 컨버터가 될 수 있고, 입력 DC 전압보다 더 낮은 출력 DC 전압을 제공하는 스텝-다운 컨버터가 될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The DC power converted by the converter 430 can be a direct current/direct current (DC/DC) converter that generates a DC voltage suitable for power transfer, and a step-down converter that provides an output DC voltage that is lower than the input DC voltage. can be, but is not limited thereto.

또한, 컨버터(430)는 전송 제어기(410)의 제어 신호에 따라 출력되는 DC 전압을 동적으로 조절할 수도 있다.Also, the converter 430 may dynamically adjust the output DC voltage according to the control signal of the transmission controller 410 .

일 예로, 전송 제어기(410)는 충전 대상 수신기에 의해 요구되는 전력의 세기에 따라 동적으로 컨버터(430)의 출력 DC 전압을 제어할 수도 있다.For example, the transmission controller 410 may dynamically control the output DC voltage of the converter 430 according to the level of power required by the receiver to be charged.

전송 제어기(410)는 무선 전력 송신 장치(400)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다.The transmission controller 410 may control the overall operation of the wireless power transmission device 400 .

특히, 전송 제어기(410)는 외부 클럭 생성기(460)로부터 수신되는 특정 주파수 신호에 기반하여 기준 클럭(Reference Clock, Ref_CLK) 신호를 생성한 후 게이트 드라이버(420)에 제공할 수 있다.In particular, the transfer controller 410 may generate a reference clock (Reference Clock, Ref_CLK) signal based on a specific frequency signal received from the external clock generator 460 and provide it to the gate driver 420 .

일 예로, 외부 클럭 생성기(460)는 특정 목표 구동 주파수에 대한 상/하한 허용 편차가 +/-0.25Khz 이내에 유지되게 클럭 신호를 생성하여 전송 제어기(410)에 공급할 수 있다. 여기서, 전송 제어기(410) 내부에 설정되는 목표 구동 주파수는 112.5KHz로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 외부 클럭 생성기(460)는 112.5Khz +/- 0.25KHz의 클럭 신호를 생성하여 전송 제어기(410)에 전송할 수 있다.For example, the external clock generator 460 may generate a clock signal such that an upper/lower limit tolerance for a specific target driving frequency is maintained within +/−0.25 Khz and may be supplied to the transmission controller 410 . Here, the target driving frequency set inside the transmission controller 410 may be set to 112.5 KHz, but is not limited thereto. That is, the external clock generator 460 may generate a clock signal of 112.5 Khz +/- 0.25 KHz and transmit it to the transmission controller 410 .

다른 일 예로, 외부 클럭 생성기(460)는 특정 목표 구동 주파수에 대한 상/하한 허용 편차가 0.22% 이내로 들어오는 클럭 신호를 생성하여 전송 제어기(410)에 전송할 수도 있다.As another example, the external clock generator 460 may generate a clock signal that has an upper/lower limit tolerance for a specific target driving frequency within 0.22% and transmit it to the transmission controller 410 .

일 예로, 외부 클럭 생성기(460)는 700PPM 이내의 해상도를 가지는 공명기(Resonator)가 사용될 수 있다.For example, the external clock generator 460 may be a resonator having a resolution of 700 PPM or less.

다른 일 예로, 외부 클럭 생성기(460)는 50PPM 이내의 해상도를 가지는 수정 발진기(crystal oscillator)가 사용될 수도 있다.As another example, the external clock generator 460 may be a crystal oscillator having a resolution of 50 PPM or less.

게이트 드라이버(420)는 기준 클럭 신호에 기반하여 인버터(440)에 구비된 각각의 스위치의 동작을 제어하기 위한 스위치 제어 신호를 생성할 수 있다.The gate driver 420 may generate a switch control signal for controlling the operation of each switch included in the inverter 440 based on the reference clock signal.

일 예로, 인버터(440)가 4개의 스위치(S1, S2, S3, S4)를 포함하는 풀 브릿지 형태인 경우, 게이트 드라이버(420)는 각각의 스위치 동작을 제어하기 위한 4개의 스위치 제어 신호(SC1, SC2, SC3, SC4)를 생성하여 인버터(440)에 제공할 수 있다.For example, when the inverter 440 has a full bridge type including four switches S1, S2, S3, and S4, the gate driver 420 uses four switch control signals SC1 to control the operation of each switch. , SC2, SC3, and SC4) may be generated and provided to the inverter 440.

여기서, 4개의 스위치는 모스펫(Metal oxide semiconductor field effect transistor)일 수 있으며, n형 모스펫 또는 p형 모스펫 중 어느 하나가 선택되어 사용될 수 있다.Here, the four switches may be metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), and either an n-type MOSFET or a p-type MOSFET may be selected and used.

인버터(440)는 컨버터(430)로부터 인가된 직류 전압을 스위칭 동작을 통해, 펄스전압신호(구형펄스)로 변경하며, 변경된 펄스전압신호(구형펄스)를 전송기(450)의 안테나에 전달할 수 있다.The inverter 440 may change the DC voltage applied from the converter 430 into a pulse voltage signal (rectangular pulse) through a switching operation, and transmit the changed pulse voltage signal (rectangular pulse) to the antenna of the transmitter 450. .

전력 전송기(450)는 펄스전압신호를 무선으로 전송하기 위한 적어도 하나의 전력 전송 안테나-즉, LC 공진 회로-를 포함할 수 있다.The power transmitter 450 may include at least one power transmission antenna—that is, an LC resonance circuit—for wirelessly transmitting a pulse voltage signal.

또한, 전력 전송기(450)가 복수의 송신 코일 중 무선 전력 전송에 사용될 송신 코일을 선택하기 위한 선택 스위칭 회로를 더 포함하여 구성될 수도 있다.In addition, the power transmitter 450 may be configured to further include a selection switching circuit for selecting a transmission coil to be used for wireless power transmission among a plurality of transmission coils.

또한, 전력 전송기(450)는 송출되는 전력의 세기, 온도 등을 측정하기 위한 각종 센싱 회로를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 여기서, 센싱된 정보는 전송 제어기(410)로 전달될 수 있다.In addition, the power transmitter 450 may further include various sensing circuits for measuring the intensity, temperature, and the like of the transmitted power. Here, the sensed information may be transmitted to the transmission controller 410 .

또한, 전력 전송기(450)는 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로를 더 포함하여 구성될 수도 있다.Also, the power transmitter 450 may further include a matching circuit for impedance matching.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 구조의 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining the structure of an inverter according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 인버터(440)는 게이트 드라이버(420)로부터 제공받은 스위치 제어 신호를 기반으로 컨버터(430)로부터 제공받은 DC 전력을 교류 전력으로 변환 및 증폭시킬 수 있는 풀 브릿지 인버터로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the inverter 440 may be configured as a full bridge inverter capable of converting and amplifying DC power provided from the converter 430 into AC power based on a switch control signal provided from the gate driver 420. can

도 5에 도시된 바와 같이, 인버터(440)는 제1 스위칭 소자(S1, 441), 제2 스위칭 소자(S2, 442), 제3 스위칭 소자(S3, 443) 및 제4 스위칭 소자(S4, 444)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5, the inverter 440 includes first switching elements S1 and 441, second switching elements S2 and 442, third switching elements S3 and 443, and fourth switching elements S4 and S4. 444) may be included.

제1 스위칭 소자(S1, 441)는 제1 노드(N1)와 컨버터(430) 사이에 연결되며, 제1 스위치 제어 신호(SC1, 421)에 의해 제어될 수 있고, 제2 스위칭 소자(S2, 442)는 제1 노드(N1)와 접지 사이에 연결되며 제2 스위치 제어 신호(SC2, 422)에 의해 제어될 수 있다.The first switching element (S1, 441) is connected between the first node (N1) and the converter 430, can be controlled by the first switch control signal (SC1, 421), the second switching element (S2, 442) is connected between the first node N1 and the ground and can be controlled by the second switch control signals SC2 and 422.

제3 스위칭 소자(S3, 443)는 제2 노드(N2)와 컨버터(430) 사이에 연결되며, 제3 스위치 제어 신호(SC3, 423)에 의해 제어될 수 있고, 제4 스위칭 소자(S4, 444)는 제2 노드(N2)와 접지 사이에 연결되며 제4 스위치 제어 신호(SC4, 424)에 의해 제어될 수 있다.The third switching element (S3, 443) is connected between the second node (N2) and the converter 430, can be controlled by the third switch control signal (SC3, 423), and the fourth switching element (S4, 444) is connected between the second node N2 and the ground and can be controlled by the fourth switch control signal SC4 or 424.

상기 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)는 N형 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor)일 수 있으나 이에 한정되지 않고, 게이트 드라이버(420)로부터 공급되는 제1 내지 제4 스위치 제어 신호(SC1, SC2, SC3, SC4)에 의하여 스위칭 동작을 수행할 수 있는 소자라면 족하다.The first to fourth switching elements S1, S2, S3, and S4 may be N-type MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor), but are not limited thereto, and are supplied from the gate driver 420. Any device capable of performing a switching operation according to the first to fourth switch control signals SC1, SC2, SC3, and SC4 is sufficient.

여기서, 제1 내지 제4 스위치 제어 신호(SC1, SC2, SC3, SC4)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호일 수 있다.Here, the first to fourth switch control signals SC1 , SC2 , SC3 , and SC4 may be Pulse Width Modulation (PWM) signals.

도 6 내지 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풀 브릿지 인버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.6 and 7 are diagrams for explaining the operation of a full-bridge inverter according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 게이트 드라이버(420)로부터 제공되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 의하여 제1 스위칭 소자(S1, 441)과 제4 스위칭 소자(S4, 444)가 턴 온(Turn On)되면, 제2 스위칭 소자(S2, 442)와 제3 스위칭 소자(S3, 443)은 턴 오프(Turn Off)되어 전력 전송기(450)에는 정극성의 출력전압(+Vo)이 인가될 수 있다.As shown in FIG. 6 , the first switching elements S1 and 441 and the fourth switching elements S4 and 444 are turned on by a Pulse Width Modulation (PWM) control signal provided from the gate driver 420. When turned on, the second switching element (S2, 442) and the third switching element (S3, 443) are turned off, and a positive output voltage (+Vo) can be applied to the power transmitter 450. .

반면, 도 7에 도시된 바와 같이 게이트 드라이버(420)로부터 제공되는 PWM 제어 신호에 의하여 제1 스위칭 소자(S1, 441)과 제4 스위칭 소자(S4, 444)가 턴 오프되면, 제2 스위칭 소자(S2, 442)와 제3 스위칭 소자(S3, 443)은 턴 온되어 전력 전송기(450)에는 부극성의 출력 전압(Vo)이 인가될 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 7 , when the first switching elements S1 and 441 and the fourth switching elements S4 and 444 are turned off by the PWM control signal provided from the gate driver 420, the second switching element (S2, 442) and the third switching element (S3, 443) are turned on so that the negative output voltage Vo may be applied to the power transmitter 450.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 목표 주파수 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining a method for setting a target frequency according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 자기 유도 방식의 무선 충전 기술은 미리 할당된 동작 주파수 대역 내에서 선택된 특정 목표 구동 주파수를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the magnetic induction wireless charging technology may use a specific target driving frequency selected within a pre-allocated operating frequency band.

일 예로, 국제 무선 충전 협회(Wireless Power Consortium, WPC)의 국제 표준 치(Qi) 규격에서 정의된 동작 주파수 대역은 110~205KHz이다. 따라서, Qi 규격을 따르는 무선 충전 기기 제조사들은 110KHz에서 205KHz 사이의 특정 주파수를 목표 구동 주파수로 결정하여 사용할 수 있다.For example, an operating frequency band defined in the international Qi standard of the Wireless Power Consortium (WPC) is 110 to 205 KHz. Accordingly, manufacturers of wireless charging devices complying with the Qi standard may determine and use a specific frequency between 110 KHz and 205 KHz as a target driving frequency.

동작 주파수 대역 내에서 선택된 구동 주파수의 일부는 그것의 홀수 주파수 체배 성분이 AM 라디오 주파수 대역과 같은 다른 서비스 대역의 간섭 및 잡음 성분이 되어 해당 서비스 대역의 신호를 왜곡시킬 수 있다.Part of the driving frequency selected within the operating frequency band may distort the signal of the corresponding service band as its odd frequency multiplication component becomes an interference and noise component of other service bands such as AM radio frequency band.

일 예로, 차량에 무선 충전 기기가 장착된 경우, 운전자는 AM 라디오를 시청함과 동시에 자신의 스마트폰을 무선 충전할 수 있다. 이때, 무선 충전에 사용된 동작 주파수의 체배 성분이 AM 라디오 수신기에 유입되면, AM 라디오의 청취 감도가 떨어질 수 있다.For example, when a wireless charging device is installed in a vehicle, the driver can wirelessly charge his/her smartphone while watching AM radio. At this time, when the multiplication component of the operating frequency used for wireless charging flows into the AM radio receiver, listening sensitivity of the AM radio may decrease.

따라서, 다른 서비스 대역에 대한 영향을 최소화시킬 수 있는 무선 충전용 구동 주파수를 찾는 것은 매우 중요하다.Therefore, it is very important to find a driving frequency for wireless charging that can minimize the impact on other service bands.

하지만, 무선 충전 기기는 그것의 설계 및 사용된 부품의 종류에 따라 특정 구동 주파수를 설정하여도 원하는 구동 주파수와 실제 출력되는 구동 주파수 사이의 편차가 발생될 수 있다.However, even if a specific driving frequency is set in a wireless charging device according to its design and the type of used parts, a deviation may occur between a desired driving frequency and an actual output driving frequency.

만약, 목표 구동 주파수로부터의 편차가 큰 경우, 일부 무선 충전 기기는 다른 서비스 대역-예를 들면, AM 주파수 대역-에 대한 잡음을 발생시킬 수 있다. 따라서, 목표 구동 주파수로부터 편차를 일정 범위 이내로 유지시키는 것은 매우 중요하다.If the deviation from the target driving frequency is large, some wireless charging devices may generate noise for other service bands (eg, AM frequency bands). Therefore, it is very important to keep the deviation from the target driving frequency within a certain range.

상기한 도 8의 도면 번호 810은 AM 라디오 신호에 간섭을 일으키지 않는 목표 구동 주파수 및 그것의 허용 편차를 보여준다. 여기서, 허용 편차는 목표 구동 주파수로부터 목표 하한 주파수 사이의 차이를 의미하는 하한 허용 편차와 목표 구동 주파수로부터 목표 상한 주파수 사이의 차이를 의미하는 목표 상한 주파수를 포함할 수 있다.Reference numeral 810 of FIG. 8 above shows a target driving frequency that does not interfere with an AM radio signal and an allowable deviation thereof. Here, the allowable deviation may include a lower limit allowable deviation meaning a difference between a target driving frequency and a target lower limit frequency and a target upper limit frequency meaning a difference between a target driving frequency and a target upper limit frequency.

만약, 기 설정된 목표 구동 주파수에 상응하여 실제 전송 제어기(410)-즉, MCU(Main Control Unit)-에서 출력되는 레퍼런스 클럭의 주파수가 하한 허용 편차 또는 상한 허용 편차를 벗어나는 경우, AM 주파수 대역에 원하지 않는 주파수 체배 성분이 유입되어 잡음이 감청될 수 있다.If the frequency of the reference clock output from the actual transmission controller 410 - that is, the MCU (Main Control Unit) - corresponds to the preset target driving frequency is out of the lower limit allowable deviation or the upper limit allowable deviation, the AM frequency band is not desired. An undesirable frequency multiplication component may be introduced and noise may be intercepted.

상기한 도 8의 도면 번호 820 및 830은 다른 서비스 대역에 잡음을 유입시키는 구동 주파수를 의미한다.Reference numerals 820 and 830 of FIG. 8 denote driving frequencies that introduce noise into other service bands.

전송 제어기(410) 내부에 탑재되어 게이트 드라이버(420)에 제공할 레퍼런스 클럭을 생산하는 오실레이터는 종류에 따라 상이한 최대 레퍼런스 클럭 주파수 및 허용 오차(tolerance)를 가질 수 있다.An oscillator mounted inside the transfer controller 410 and producing a reference clock to be provided to the gate driver 420 may have different maximum reference clock frequencies and tolerances depending on the type.

하지만, 종래의 대부분의 무선 충전 기기 제조사에서 채택한 MCU의 내부 오실레이터 성능 및 규격은 AM 주파수 대역으로서 간섭을 방지할 수 있을 정도의 정밀한 제어 편차를 가지지 못하는 문제점이 있었다.However, the internal oscillator performance and specifications of MCUs adopted by most conventional wireless charging device manufacturers have a problem in that they do not have a precise control deviation sufficient to prevent interference in the AM frequency band.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 전송 제어기(410)는 상/하한 허용 편차를 만족시킬 수 있는 클럭 신호를 외부 클럭 생성기(460)로부터 제공받을 수 있다.The transmission controller 410 of the wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention may receive a clock signal satisfying upper/lower limit allowable deviations from the external clock generator 460.

일 예로, 외부 클럭 생성기(460)는 특정 목표 구동 주파수에 대한 상/하한 허용 편차가 +/-0.25Khz 이내에 유지되게 클럭 신호를 생성하여 전송 제어기(410)에 공급할 수 있다.For example, the external clock generator 460 may generate a clock signal such that an upper/lower limit tolerance for a specific target driving frequency is maintained within +/−0.25 Khz and may be supplied to the transmission controller 410 .

여기서, 전송 제어기(410) 내부에 설정되는 목표 구동 주파수는 112.5KHz로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Here, the target driving frequency set inside the transmission controller 410 may be set to 112.5 KHz, but is not limited thereto.

즉, 외부 클럭 생성기(460)는 전송 제어기(410)에 의해 생성되는 기준 클락 신호의 주파수가 112.5Khz +/- 0.25KHz의 허용 오차를 가지도록 클럭 신호를 생성하여 전송 제어기(410)에 전송할 수 있다.That is, the external clock generator 460 may generate a clock signal so that the frequency of the reference clock signal generated by the transmission controller 410 has a tolerance of 112.5 Khz +/- 0.25 KHz and transmit the clock signal to the transmission controller 410. there is.

여기서, 기준 클락 신호는 목표 동작 주파수 또는 목표 구동 주파수를 의미할 수 있다.Here, the reference clock signal may mean a target operating frequency or a target driving frequency.

다른 일 예로, 외부 클럭 생성기(460)는 특정 목표 구동 주파수에 대한 상/하한 허용 편차가 0.22% 이내로 들어오도록 클럭 신호를 생성하여 전송 제어기(410)에 전송할 수도 있다.As another example, the external clock generator 460 may generate a clock signal so that the upper/lower limit tolerance for a specific target driving frequency is within 0.22% and transmit it to the transmission controller 410 .

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치에서의 공명기 특성에 따른 동작 주파수의 편차를 보여주는 실험 결과 테이블이다.9 is an experimental result table showing a deviation of an operating frequency according to a resonator characteristic in a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 전송 제어기(410)에 탑재된 소프트웨어에 설정된 동작 주파수가 113.122Khz인 경우, 해상도가 5000PPM인 공명기와 700PPM인 공명기 각각에 대해 측정된 시료 별 실제 출력되는 동작 주파수 값을 보여준다.Referring to FIG. 9, when the operating frequency set in the software mounted on the transmission controller 410 is 113.122 Khz, the actual output operating frequency values for each sample measured for each of the resonators with a resolution of 5000 PPM and 700 PPM are shown.

상기한 도 9의 테이블 900을 참조하면, 해상도가 5000PPM인 공명기가 장착된 31개의 시료의 평균 출력 동작 주파수 측정 값은 112.801KHz이고, 최대 출력 동작 주파수 값(MAX, 113.334KHz)과 최소 동작 주파수 값(MIN, 112.514KHz)의 차이 값은 0.832KHz(DIFF)인 것을 보여준다.Referring to Table 900 of FIG. 9 above, the average output operating frequency measurement value of 31 samples equipped with resonators having a resolution of 5000 PPM is 112.801 KHz, and the maximum output operating frequency value (MAX, 113.334 KHz) and minimum operating frequency value (MIN, 112.514KHz) shows that the difference value is 0.832KHz (DIFF).

반면, 해상도가 700PPM인 공명기가 장착된 31개의 시료의 평균 출력 동작 주파수 측정 값은 112.873KHz이고, 최대 출력 동작 주파수 값(MAX, 112.896KHz)과 최소 동작 주파수 값(MIN, 112.832KHz)의 차이 값은 0.064KHz(DIFF)인 것을 보여준다.On the other hand, the average output operating frequency measurement value of 31 samples equipped with a resonator with a resolution of 700PPM was 112.873KHz, and the difference between the maximum output operating frequency value (MAX, 112.896KHz) and the minimum operating frequency value (MIN, 112.832KHz) shows that it is 0.064 KHz (DIFF).

해상도가 700PPM인 공명기가 해상도가 5000PPM인 공명기에 비해 출력 동작 주파수 편차가 약 13배 작은 것을 알 수 있다.It can be seen that the resonator with a resolution of 700 PPM has an output operating frequency deviation about 13 times smaller than that with a resonator with a resolution of 5000 PPM.

출력 동작 주파수의 편차가 작은 것은 보다 정밀하게 목표 동작 주파수를 제어할 수 있는 것을 의미하며, 이를 통해 무선 전력 송신 장치의 구동 주파수의 체배 성분이 다른 주파수 대역-예를 들면, AM 주파수 대역-에 유입되어 간섭 및 잡음이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.The small deviation of the output operating frequency means that the target operating frequency can be controlled more precisely, and through this, the multiplication component of the driving frequency of the wireless power transmission device flows into another frequency band - for example, the AM frequency band. Therefore, it is possible to prevent interference and noise from occurring in advance.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따라 외부 클럭 생성기로 수정 발진기가 사용되는 경우의 동작 주파수 편차를 설명하기 위한 실험 결과 테이블이다.10 is an experiment result table for explaining an operating frequency deviation when a crystal oscillator is used as an external clock generator according to an embodiment of the present invention.

상세하게, 도 10은 전송 제어기(410)에 탑재된 소프트웨어에 설정된 동작 주파수가 112.688Khz인 경우, 해상도가 50PPM인 수정 발진기에 대해 시료 별 실제 측정된 동작 주파수 값을 보여준다.In detail, FIG. 10 shows actual measured operating frequency values for each sample for a crystal oscillator having a resolution of 50 PPM when the operating frequency set in the software loaded in the transmission controller 410 is 112.688 Khz.

도 10의 테이블 1000에 도시된 바와 같이, 시료 별 측정된 동작 주파수 값은 112.576KHz로 동일한 것을 알 수 있다. 즉, 해상도가 50PPM인 수정 발진기가 외부 클락 생성기(460)로 사용되면, 시료 별 측정되는 동작 주파수 편차가 거의 없는 것을 알 수 있다.As shown in table 1000 of FIG. 10 , it can be seen that the measured operating frequency value for each sample is the same as 112.576 KHz. That is, when a crystal oscillator having a resolution of 50 PPM is used as the external clock generator 460, it can be seen that there is almost no operating frequency deviation measured for each sample.

본 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치의 외부 클락 생성기로 50PPM의 수정 발진기가 사용될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 기준 클락 신호의 주파수가 112.4KHz와 112.75KHz 사이에 들어오고, 동작 주파수의 상/하한 편차가 각각 +/-0.25 이내인 다른 해상도의 수정 발진기가 사용될 수도 있음을 주의해야 한다.A 50PPM crystal oscillator may be used as an external clock generator of the wireless power transmission device according to the present embodiment, but this is only one embodiment, and the frequency of the reference clock signal comes between 112.4KHz and 112.75KHz, and the operating frequency It should be noted that crystal oscillators with other resolutions in which the upper and lower limit deviations of , respectively, are within +/-0.25 may be used.

이상의 실시 예에서는 무선 전력 송신 장치에 장착되는 인버터가 4개의 스위치를 포함하는 풀 브릿지(Full Bridge) 인버터인 것으로 설명되고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 무선 전력 송신 장치는 하프 브릿지(Half Bridge) 인버터가 구비될 수도 있다.In the above embodiment, it is described that the inverter mounted on the wireless power transmission device is a full bridge inverter including four switches, but this is only one embodiment, and a wireless power transmission device according to another embodiment may be provided with a half bridge inverter.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims

a transfer controller generating and supplying a reference clock signal;
an external clock generator supplying an external clock signal for generating the reference clock signal to the transfer controller;
a gate driver generating a plurality of switching control signals based on the reference clock signal;
a converter that level-converts an input DC voltage and supplies an output DC voltage;
an inverter generating an AC power signal by controlling a plurality of switches provided with the output DC voltage according to the plurality of switching control signals; and
A power transmitter for wirelessly transmitting the AC power signal;
The inverter,
a first switching element connected between a first node and the converter;
a second switching element connected between the first node and a ground;
a third switching element connected between a second node and the converter; and
Consisting of a full bridge inverter including a fourth switching element connected between the second node and the ground,
The first switching element and the fourth switching element are turned on, and the second switching element and the third switching element are turned off to apply a positive output voltage to the power transmitter;
The first switching element and the fourth switching element are turned off, and the second switching element and the third switching element are turned on so that a negative output voltage is applied to the power transmitter;
Characterized in that the frequency of the reference clock signal is any frequency between 112.4 KHz and 112.75 KHz, wireless power transmission device.

According to claim 1,
The external clock generator is a resonator having a resolution of 700 PPM or less, wireless power transmission device.

According to claim 1,
The external clock generator is a crystal oscillator within 50 PPM, wireless power transmission device.

delete

According to claim 1,
The external clock generator generates the external clock signal so that the frequency upper / lower limit deviation of the reference clock signal comes within + / - 0.25 KHz and supplies it to the transmission controller.

According to claim 1,
The external clock generator generates the external clock signal to have a tolerance within 0.22% of a predetermined target operating frequency and supplies it to the transmission controller.