KR102584271B1 - 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 동작 피드백을 제공하는 방법 및 장치 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 동작 피드백을 제공하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 동작 피드백을 제공하는 방법(310)이 개시된다. 상기 전력 전송 시스템은 송신 주파수에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스를 통해 전력을 전력수신장치로 전송하도록 구성된 전력송신장치를 포함한다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된다. 상기 방법은 상기 전력송신장치가 상기 송신 주파수에서 전력을 상기 전력수신장치로 전송하는 단계(308)를 포함한다. 상기 전송하는 단계(308) 동안에, 상기 방법은 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 하나가 FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 제1 데이터 패킷을 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 다른 하나로 송신하는 단계(311)를 더 포함한다. 상기 방법(310)은 상기 두 장치 중의 상기 다른 하나가 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 단계(311)를 더 포함하고, 상기 수신하는 단계(312) 동안에 그리고 시그널링 조건(signaling condition)이 충족되는 것으로 판단(313)되는 경우에, 상기 두 장치 중의 상기 다른 하나가 상기 송신 주파수에서 상기 두 장치 중의 상기 하나로 상기 두 변조 유형 중의 다른 하나를 활용하여 동작 정보를 송신하는 단계(314)를 더 포함한다. 또한, 전력수신장치, 전력송신장치, 및 테스트 시스템이 개시된다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 동작 피드백을 제공하는 방법 및 장치
본 발명은 무선 전력 전송에 관한 것으로, 구체적으로 유도 무선 전력 전송에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 전력 전송 동안에 동작 데이터의 통신에 관한 것이다.
무선전력전송은 특히 모바일 단말기, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 카메라, 오디오 플레이어, 충전식 칫솔, 무선 헤드셋, 기타 다양한 소비자 제품 및 기기 등의 모바일장치의 무선 배터리 충전에 대해 강한 성장세를 보이고 있다.
전형적으로, 무선 충전을 지원하는 장치는 평판형 코일 사이의 자기 유도에 의존한다. 여기에는 두 종류의 장치가 사용되는데, 즉, 무선 전력을 제공하는 장치('베이스스테이션'또는 '무선전력송신장치'로 지칭)와 무선 전력을 소비하는 장치('모바일장치' 또는 '전력수신장치'로 지칭)가 그것이다. 전력 전송은 예를 들어 베이스스테이션에서 모바일장치로 이루어진다. 이를 위해, 베이스스테이션은 1차 코일을 포함하는 서브시스템(전력 송신기)을 포함하고, 모바일장치는 2차 코일을 포함하는 서브시스템(전력 수신기)을 포함한다. 작동에 있어서, 1차 코일과 2차 코일은 코어리스 트랜스포머(coreless transformer)를 절반씩 구성하게 된다. 전형적으로, 전력송신장치는 평면을 포함하여, 사용자가 그 상부에 하나 이상의 모바일장치(역시 일반적으로 평면을 포함)를 위치하여 베이스스테이션 상에 위치한 모바일장치에 대해 무선 배터리 충전을 하거나 작동을 위한 전원 공급을 할 수 있다. 모든 유형의 유도 전력 전송에 대해 공통적으로, 전력 전송의 효율은 코일들 사이의 거리와 코일들의 정렬에 달려있게 된다.
WPC(Wireless Power Consortium)는 치(Qi)라고 알려진 무선전력전송 표준을 개발했다. 기타 알려진 무선전력전송 방식에는 A4WP(Alliance for Wireless Power)와 PMA(Power Matters Alliance)가 있다.
본 명세서에서는 본 발명에 적용될 선호 무선전력전송 방식으로 '치'라고 알려진 WPC의 무선전력전송 표준을 참조하여 설명하겠지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 상기에 언급된 방식뿐만 아니라 다른 무선전력전송 표준 또는 방식에도 일반적으로 적용될 수 있다. 치를 준수하는 장치는 전력 전송이 개시되기 전에 특정된 스키마에 따라 상호작용하도록 구성되게 된다. 이 스키마는 선택 상태에서 핑(ping) 상태로 이동하고, 나아가 식별 및 구성 상태에 이어 전력 전송 상태로 이동한다. 장치가 전력 전송 상태에 있는 경우, 전력이 전력송신장치에서 전력수신장치로 전송된다. 전력 전송 동안에, 전력수신장치는 수신된 전력을 평가하고 원하는 전력 증가 또는 감소를 컨트롤 에러 패킷(control error packet)을 활용하여 전력송신장치로 전달한다. 전력송신장치는 전력수신장치가 컨트롤 에러 패킷에서 요청한 바와 같이 전송 전력을 조절하게 된다. 컨트롤 에러 패킷이 전력송신장치가 예상한 바와 같이 수신되지 않는 경우에, 전력송신장치는 전력 전송을 중단하고, 시스템은 선택 상태로 되돌아간다.
이는 전력수신장치로부터 전력송신장치로의 일체의 통신 실패는 전력전송 스키마를 다시 시작하는 결과를 초래한다는 것을 의미한다. 전력전송 스키마가 다시 시작할 때마다, 휴대폰에 중단된 충전의 표시, 초기화 프로세스로 인한 충전 시간 증가, 및/또는 충전 효율의 저하 등의 결과가 초래될 수 있다.
전력 전송 동안에 사용할 전력 전송 프로토콜의 교섭(negotiation)을 위한 방법이 US 2019/058360 A1에 개시되어 있다. 전력 송신은 동기화 패킷인 FSK 패키지의 송신을 포함하는 코일 선택 동작 동안에 시작한다. 이 송신에 이어, 전력수신장치가 동기화 패킷에 응답할 수 있도록 하기 위하여 50 내지 150ms의 대기가 있다.
WO 2019/203539 A1은 수신된 패킷에 대응하여 송신되는 확장 CEP(Control Error Packets)에 관한 것이다. 확장 CEP 내의 데이터는 패킷이 계속 송신될지 및/또는 무선전력송신장치의 동작 지점이 조절되어야 할지를 지시하게 된다.
EP 3542475 A1은 무선 전력 전송의 검사에 사용하기 위한 검사 시스템을 제시한다. 검사 시스템은 외부 무선전력송신기로부터 유도 전력을 수신하기 위한 적어도 하나의 무선 전력 수신 회로를 포함한다. 검사 시스템은 무선 전력 표준과 무선 통신 표준 모두에 관한 적어도 2개의 동작 주파수에서 수신된 유도 전력을 검출하도록 구성된다.
상기의 내용으로부터 개선의 여지가 있음을 알 수 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술보다 개선되고 앞서 설명한 문제들을 제거 내지는 적어도 완화하는 새로운 유형의 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 목적은 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 동작 피드백을 송수신할 수 있는 무선 전력 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 이러한 목적은 첨부된 청구항의 독립항에 기재되고 바람직한 실시예들이 그 종속항에 정의된 방법과 기술에 의해 달성된다.
제1 측면에서, 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 동작 피드백을 제공하는 방법이 제시된다. 상기 전력 전송 시스템은 송신 주파수에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스를 통해 전력을 전력수신장치로 전송하도록 구성된 전력송신장치를 포함한다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된다. 상기 방법은 상기 전력송신장치가 상기 송신 주파수에서 전력을 상기 전력수신장치로 전송하는 단계를 포함한다. 상기 전송 동안에, 상기 방법은 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 하나가 FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 제1 데이터 패킷을 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 다른 하나로 송신하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 두 장치 중의 상기 다른 하나가 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 단계를 더 포함한다. 상기 수신 동안에 그리고 시그널링 조건(signaling condition)이 충족되는 것으로 판단되는 경우에, 상기 방법은 상기 두 장치 중의 상기 다른 하나가 상기 송신 주파수에서 상기 두 장치 중의 상기 하나로 상기 두 변조 유형 중의 다른 하나를 활용하여 동작 정보를 송신하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 한 변형에 따르면, 상기 전력송신장치는 FSK를 활용하여 데이터 및/또는 정보를 송신하고 ASK를 활용하여 데이터 및/또는 정보를 수신하도록 구성된다. 상기 전력수신장치는 ASK를 활용하여 데이터 및/또는 정보를 송신하고 FSK를 활용하여 데이터 및/또는 정보를 수신하도록 구성된다. 전력송신장치는 주파수 생성 기능을 갖게 되고, 이 장치가 FSK 변조를 달성하도록 하는데 필요한 변경은 전력수신장치에 의해 요구되는 변경보다 적다.
상기 방법의 추가 변형에서, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 장치는 상기 전력송신장치이고, 상기 동작 정보를 송신하는 장치는 상기 전력수신장치이다. 이는 상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신 동안에 이미 상기 전력수신장치가 문제 및/또는 명령을 상기 전력송신장치로 전달할 수 있게 한다는 점에서 이점이 된다.
상기 방법의 다른 변형에서, 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 장치는 상기 전력수신장치이고, 상기 동작 정보를 송신하는 장치는 상기 전력송신장치이다. 이는 상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신 동안에 이미 상기 전력송신장치가 문제 및/또는 명령을 상기 전력수신장치로 전달할 수 있게 한다는 점에서 이점이 된다.
상기 방법의 다른 변형에서, 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 장치는 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 변조된 데이터 신호의 신호 품질을 평가하고, 상기 변조된 데이터 신호의 상기 평가된 품질이 임계 신호 품질에 미치지 못하는 경우에 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단한다. 이는 상기 제1 데이터 패킷의 상기 송신 동안에 이미 상기 제1 데이터 패킷에 관한 문제 또는 상기 제1 데이터 패킷의 상기 전송이 전달될 수 있게 한다는 점에서 이점이 된다.
상기 방법의 추가 변형에서, 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 장치는 상기 변조된 데이터 신호의 상기 평가된 품질을 나타내는 신호 품질 지시자(Signal Quality Indicator 또는 SQI)를 더 생성하고 상기 SQI를 상기 송신된 동작 정보에 포함시킨다. 이는 상기 제1 데이터 패킷의 상기 품질을 판단하는데 활용될 수 있는 일반적인 메트릭(metric)을 SQI가 제공하여 상기 제1 데이터 패킷을 송신하는 장치가 이에 대해 인식하고 이에 따라 동작할 수 있도록 한다는 점에서 이점이 된다.
상기 방법의 더욱 추가적인 변형에 따르면, 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 상기 변조된 데이터 신호의 변조 깊이에 적어도 관련하여 상기 신호 품질이 평가된다. 이는 상기 변조 깊이는 상기 신호의 상기 품질의 훌륭한 메트릭(metric)이고 그 변화는 상기 전송에서 무엇인가 변화했다는 것을 지시하게 된다는 점에서 이점이 된다.
상기 방법의 다른 변형에서, 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 상기 변조된 데이터 신호의 변조 속도에 적어도 관련하여 상기 신호 품질이 평가된다. 상기 변조 속도는 예컨대 클럭 동기화에 관련되기 때문에 상기 신호 품질의 훌륭한 메트릭이다.
상기 방법의 한 변형에서, 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 상기 장치는 상기 SQI가 SQI 한도 이하인 경우에 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단한다. 상기 SQI에 대해 설정된 한도는 불필요한 통신을 방지하므로 바람직하고, 동작 정보가 전송된다는 사실만으로도 상기 SQI가 상기 SQI 한도 이하라는 것을 지시하게 된다.
상기 방법의 더욱 추가적인 변형에서, 상기 동작 정보는 제2 데이터 패킷의 페이로드(payload)에 포함된다. 상기 동작 정보를 상기 페이로드로 포맷되게 함으로써, 추가적인 데이터가 상기 패킷 내에서 전송되게 하고, 상기 제2 데이터 패킷의 상기 포맷이 알려진 경우에 상기 동작 데이터의 수신에 도움이 될 수도 있다.
상기 방법의 다른 변형에 따르면, 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 장치에 송신할 데이터가 있는 경우에 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단된다. 이로써, 반이중 시스템에서 듀플렉스(duplex) 통신을 가능하게 하는 데이터의 전송이 아무 때나 가능하다.
제2 측면에서, 전력송신장치가 제시된다. 상기 전력송신장치는 무선 전력 전송 시스템 내에 배치되어 송신 주파수에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스를 통해 전력을 전력수신장치로 전송한다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK 이라함)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK 이라함)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된 유형이다. 상기 전력송신장치는 전력 전송 회로에 작동적으로 연결된 송신 컨트롤러를 포함한다. 상기 송신 컨트롤러는 상기 전력 전송 회로로 하여금, 상기 송신 주파수에서 전력을 상기 전력수신장치로 전송; 상기 전송 동안에, FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 제1 데이터 패킷을 수신; 및 상기 수신 동안에 그리고 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단되는 경우에, 상기 송신 주파수에서 상기 두 변조 유형 중의 다른 하나를 활용하여 동작 정보를 송신하게 유발하도록 구성된다.
상기 전력송신장치의 한 변형에 따르면, 상기 방법에 기재된 바와 같은 상기 전력송신장치의 기능 또는 상기 기능의 일부를 수행하도록 더 구성된다.
제3 측면에서, 전력수신장치가 제시된다. 상기 전력수신장치는 무선 전력 전송 시스템 내에 배치되어 송신 주파수에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스를 통해 전력을 전력송신장치로부터 수신한다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK 이라함)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK 이라함)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된 유형이다. 상기 전력수신장치는 전력 수신 회로에 작동적으로 연결된 수신 컨트롤러를 포함한다. 상기 전력수신장치는 상기 전력 수신 회로로 하여금, 상기 송신 주파수에서 전력을 상기 전력송신장치로부터 수신; 상기 수신 동안에, FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 제1 데이터 패킷을 수신; 및 상기 제1 데이터 패킷의 상기 수신 동안에 그리고 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단되는 경우에, 상기 송신 주파수에서 상기 두 변조 유형 중의 다른 하나를 활용하여 동작 정보를 송신하게 유발하도록 구성된다.
상기 전력수신장치의 한 변형에서, 상기에 기재된 바와 같은 상기 전력수신장치의 기능 또는 상기 기능의 일부를 수행하도록 더 구성된다.
제4 측면에서, 프로브(probe) 장치 및 분석 장치를 포함하는 테스트 시스템이 제시된다. 상기 프로브 장치는 송신 주파수에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스를 통해 전력을 전력수신장치로 전송하도록 구성된 전력송신장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 내에 배치될 수 있다. 상기 무선 전력 전송 시스템은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK 이라함)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK 이라함)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된 유형이다. 상기 프로브 장치는 적어도 하나의 픽업 코일(pickup coil)을 포함하고 상기 프로브 분석 장치를 더 포함하거나 상기 프로브 분석 장치에 작동적으로 연결된다. 상기 분석 장치는, 상기 송신 주파수에서 상기 전력송신장치에 의한 상기 전력수신장치로의 전력의 전송을 검출하고, 상기 전송 동안에 FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 하나에 의한 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 다른 하나로의 제1 데이터 패킷의 송신을 검출하도록 구성된다. 상기 분석 장치는, 상기 송신 동안에, 시그널링 조건이 충족되는 경우, 상기 두 변조 유형 중의 다른 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 상기 다른 하나에 의한 상기 전력송신장치와 상기 전력수신장치 중의 상기 하나로의 동작 정보의 송신을 검출하도록 더 구성된다. 상기 분석 장치는 또한 상기 검출에 관한 정보를 출력으로 제공하도록 구성된다.
상기 테스트 시스템의 한 변형에서, 상기 시그널링 조건이 충족되지 않았는데도 동작 정보가 송신되는지를 검출하고 이에 대한 출력을 생성하도록 더 구성된다. 이로써, 오류 통신의 검출과 장치의 잠재적 고장의 파악 및 식별이 가능하다.
상기 테스트 시스템의 다른 변형에서, 상기 분석 장치는 상기 시그널링 조건이 충족되도록 상기 유도 무선 전력 전송 인터페이스로 신호를 주입하게 상기 분석 장치에 의해 구성 가능한 생성 장치를 더 포함한다. 이는 상기 장치들이 상기 시그널링 조건에 정확하게 반응하는지 여부를 상기 테스트 시스템이 평가할 수 있게 된다는 점에서 이점이 된다.
상기 테스트 시스템의 또 다른 변형에서, 상기 분석 장치는 상기 방법에 제시된 바와 같은 모든 임의의 상기 전송된 정보를 검출하도록 더 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 본 발명 개념의 일부 실시예가 첨부된 도면에 도시되어 있지만 이에 제한되지 않는다.
도 1은 일부 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 상이한 송신 신호의 플롯(plot)이다.
도 3은 무선 전력 전송 프로세스를 단순하게 도시한 순서도이다.
도 4는 송신 신호의 플롯이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 전력수신장치의 구성도이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 전력송신장치의 구성도이다.
도 7a 내지 도 7b는 상이한 송신 신호의 플롯이다.
도 8은 일부 실시예에 따른 전력 전송 동안에 동작 피드백을 제공하는 방법을 단순하게 도시한 순서도이다.
도 9a 내지 도 9b는 일부 실시예에 따른 전력 전송 동안에 동작 피드백을 제공하는 방법을 단순하게 도시한 시간 도표이다.
도 10은 일부 실시예에 따른 테스트 시스템과 무선 전력 전송 시스템의 구성도이다.
도 11은 일부 실시예에 따른 테스트 시스템의 구성도이다.
도 12는 일부 실시예에 따른 테스트 시스템의 구성도이다
이하, 첨부 도면을 참조하여 특정 실시예들을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 수많은 상이한 형태로 실시될 수 있고, 여기에 기재된 실시예들로 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 실시예들은 첨부된 청구항에 정의된 바와 같은 본 발명의 권리 범위를 본 개시가 당업자들에게 완벽하고 충분하게 전달되도록 예시로서 제공된다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 시스템(100)이 도시되어 있다. 시스템은 전력수신장치(110) 및 전력송신장치(120)를 포함한다. 전력송신장치(120)는 전력수신장치(110)로 전력을 전송하도록 구성된다. 전력은 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 유도 결합에 의해 전송된다. 유도 결합은 전력송신장치(120)에 포함된 전력 전송 회로(122)와 전력수신장치(110)에 포함된 전력 수신 회로(112)의 결합을 통해 이루어진다. 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)는 전형적으로 에어 인터페이스(air interface)이고, 장치(110, 120) 사이의 유도 결합은 무선이다.
전력이 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전송되게 하기 위하여, 전력 송신 회로(122)는 전력 수신 코일 회로(112) 내의 수신 전류(IRX)를 유도해야 할 것이다. 송신 주파수(fTX)로 교대하는 송신 전류(ITX)는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력 수신 회로(112)로 전파하는 전자기장을 생성하게 된다. 이러한 전자기장은 전력 수신 회로(112) 내의 수신 전류(IRX)를 유도하게 된다. 수신 전류(IRX)는 송신 주파수(fTX)로 교대하는 교류가 된다. 실제로 전송되는 전력은 여러 요인 중에서도 전력 송신 코일(127)과 전력 수신 회로(112) 사이의 결합 요인에 달려있게 된다. 따라서, 결합은 전력 수신 회로와 전력 송신 회로에 각각 포함된 코일의 회전 수, 이러한 코일의 정렬, 및 이러한 코일 사이의 거리 등과 같은 요인에 영향을 받는다. 송신 주파수(fTX)는 시스템의 효율에 영향을 줄 수 있어, 너무 낮으면 회로(112, 122) 중의 하나가 포화(saturate)되게 할 수 있고, 너무 높으면 불필요한 스위칭으로 인해 효율이 저하될 수 있다.
일반적인 모든 무선 전력 전송 시스템은 물론이고 특히 도 1의 무선 전력 전송 시스템(100)은 장치(110, 120) 사이에 일종의 통신이 있어야 한다. 무선 충전 상황 등에서 통신이 없다면, 전력송신장치(120)는 얼마나 많은 전력을 전력수신장치(110)로 전송해야 할지를 알 길이 없을 것이고 모든 전력수신장치(110)에 동일한 전송 전력을 겨냥해야 할 것이다. 전력수신장치(110)는 전력 수신 회로(112)에 어떤 전력이 유도되어도 이 전력을 취급해야 할 것이고, 수신된 전력이 과도한 경우에는 전력이 의사 부하(dummy load)에서 소진되어야 할 것이다. 이러한 문제는 WPC의 치(Qi) 표준에서 정보 인터페이스를 통해 다루고 있고, 이에 대해서는 하기의 도 3을 참조하여 간략하게 설명하기로 한다.
전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 사이에 데이터를 송수신하는 한 가지 방법은 전력송신장치(120)의 송신 주파수(fTX)를 변경하는 것이다. 도 2a는 단일 송신 주파수(fTX)로 진동하는 송신 회로(122)로 제공되는 송신 신호를 도시한 것이다. 도 2b에서, 송신 주파수(fTX)는 제1 송신 주파수(fTX1)와 제2 송신 주파수(fTX2) 사이에서 주기적으로 변화한다. 각 변화 사이의 시간은 심볼 타임(TS)으로 묘사될 수 있다. 이러한 송신 주파수(fTX)의 변화는 전력수신장치(110)에 의해 검출 가능하다. 제1 송신 주파수(fTX1)와 제2 송신 주파수(fTX2) 사이의 절대차(absolute difference)는 주파수 편차(fdev)라고 불리고 변조 깊이(modulation depth)로 일컬어질 수 있다. 이러한 유형의 변조는 본 기술분야에서 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)로 알려져 있고, 2개의 상이한 값의 송신 주파수를 가진 도 2b의 특정 예는 일반적으로 이진 주파수 편이 변조(Binary Frequency Shift Keying 또는 BFSK 라고 함)라고 불린다.
전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 사이에 데이터를 송수신하는 다른 한 가지 방법은 송신 신호의 진폭을 주기적으로 변경하는 것이다. 이는 도 2c에 도시되어 있는데, 여기서 송신 신호의 진폭이 심볼 타임(TS)으로 변경된다. 진폭은 제1 진폭(A1)과 제2 진폭(A2) 사이에서 변경된다. 제1 진폭(A1)과 제2 진폭(A2) 사이의 절대차는 진폭 편차(Adev)라고 불리고 변조 깊이로 일컬어질 수 있다. 진폭의 변경은 전력송신장치(120) 또는 전력수신장치(110)에 의해 쉽게 검출 가능하다. 송신 회로(122)는 수신 회로(112)에 유도결합 되므로, 전력수신장치(110)의 전력 수신 회로(112)의 모든 임의의 변화는 전력송신장치(120)에 의해 검출 가능하게 된다. 간단히 말해, 이는 전력수신장치(110)가 수신 회로(112)를 변경 또는 수정할 수 있다는 것을 의미하고, 이는 전력송신장치(120)의 송신 회로(122)에서 송신 신호의 진폭 변화로 보일 수 있다. 이는 후방산란 통신(backscatter communication) 또는 주변 후방산란 통신(ambient backscatter communication)으로 알려져 있다.
수신 회로(112)의 변경은 전력수신회로(112)의 모든 임의의 적절한 임피던스 요소를 전환하거나 변경함으로써 이행될 수 있고, 이에 대해서는 하기에 더 상세히 설명하기로 한다. 이러한 유형의 변조는 본 기술분야에서 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK 라함)로 알려져 있고, 2개의 상이한 값의 송신 주파수를 가진 도 2c의 특정 예는 일반적으로 이진 진폭 편이 변조(Binary Amplitude Shift Keying 또는 BASK 라함)라고 불린다.
진정한 ASK에서, 변조는 전형적으로 전력 수신 회로(112) 내에 저항을 변경하는 것만으로 달성된다. 임피던스 요소에 무효분(reactive component)이 주어지는 경우, 진폭 사이의 전환 동안에 위상 변이가 발생한다. 실제 응용에서, 임피던스 요소가 순수하게 저항성이 되게 하기는 어렵다. 그 결과, 위상의 변위가 어느 정도 예상된다. 임피던스 요소가 주로 저항성인 방식의 이행이 있을 수 있고, 이는 위상 편이 변조(Phase Shift Keying 또는 PSK 라함)의 형태로 보일 수 있다.
치(뺘 표준에서, 전력송신장치(120)는 BFSK에 의해 통신하고, 전력수신장치(110)는 BASK에 의해 통신한다.
도 3을 참조하여, 치 전력 전송 프로세스(300)에 대해 간략하게 설명하기로 한다. 이 설명은 완전한 설명은 아니고 일반적인 소개일 뿐이다. 전력을 절약하기 위하여, 프로세스(300)는 전력송신장치(120)가 전형적으로 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 모니터링하여 변화, 특히 전력수신장치(110)의 도입을 감지하는 선택 단계(302)로 시작한다. 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)에 물체가 검출되면, 핑 단계(304)가 개시된다. 핑 단계(304)에서, 전력송신장치(120)는 송신 주파수(fTX)의 송신 신호를 송신 코일(127)로 제공하여 디지털 핑을 실행한다. 소정의 시간 주기 이내에 송신 신호 상에 변조가 검출되면, 프로세스(300)는 식별 및 구성 단계(306)로 진행한다. 변조가 검출되지 않으면, 프로세스(300)는 선택 단계(302)로 되돌아간다. 식별 및 구성 단계(306)에서, 전력송신장치(120)는 전력수신장치(110)를 식별하고 전송될 최대 전력 등에 관한 구성 정보를 확보한다. 식별 및 구성 단계(306)는 전력송신장치(120)와 전력수신장치(110)의 능력에 따라 교섭 단계 및 교정 단계(두 단계 모두 도 3에는 미도시)를 포함할 수 있다. 식별 및 구성 단계(306)에서 오류가 발생하면, 프로세스(300)는 선택 단계(302)로 되돌아간다. 반면에, 식별 및 구성 단계(306)가 성공적으로 수행되면, 프로세스(300)는 전력이 전송되고 전송된 전력은 전력수신장치(110)에 의해 송신된 제어 데이터에 의거하여 제어되는 전력 전송 단계(308)로 진행한다. 전력송신장치(120)가 소정의 시간 주기 이내에 전력수신장치(110)로부터 아무 통신도 수신하지 못하면, 전력송신장치(120)는 전형적으로 전력 전송을 종료하고 선택 단계(302)로 되돌아간다.
본 발명의 발명자들은 앞서 설명한 프로세스(300)가 많은 방법으로 개선될 수 있음을 인지하게 되었다. 전력 전송 단계(308)에 도달할 때까지 상당한 전력이 들어가고, 전력 전송 단계(308)로 이어지는 단계들(302, 304, 306)은 전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 사이의 통신에 어떤 문제가 생기면 반복되어야 하는 것이 보통이다. 또한, 전력 전송 단계(308)에서 동작하는 경우에, 전력송신장치(120)가 전력수신장치(110)와 통신을 개시할 수 있는 방법이 없다.
전력 전송 단계(308) 동안에 전력송신장치(120)가 전력수신장치(110)와 통신할 데이터가 있는 경우에, 전력수신장치(110)가 전력송신장치(120)로 데이터를 통신함과 동시에 전력송신장치(120)가 전력수신장치(110)로 데이터를 통신할 수 있다는 것을 본 발명의 발명자들은 인지하게 되었다. 이는 상이한 변조 유형, 즉, 한 장치는 FSK 변조를, 다른 장치는 ASK 변조를 활용하기 때문에 가능하다. 보통, 전력송신장치(120)는 FSK 변조를 활용하도록 구성되고, 전력수신장치(110)는 ASK 변조를 활용하도록 구성되게 된다. 이로써, 무선 전력 전송 시스템(100)은, 치(Qi) 사양 등에 특정된 바와 같은 반이중(half-duplex) 방식과 달리, 전이중(full duplex) 방식으로 정보를 전달할 수 있다.
도 4를 참조하면, ASK 변조와 FSK 변조가 모두 이루어진 송신 신호의 그래프가 도시되어 있다. 도 2c에도 도시된 바와 같이, 진폭은 제1 진폭(A1)과 제2 진폭(A2)사이에서 변화한다. 도 2b를 다시 참조하면, 주파수는 제1 송신 주파수(fTX1)와 제2 송신 주파수(fTX2) 사이에서 변화한다. 도 4에서, ASK 변조와 FSK 변조는 위상 변화되지만 여전히 위상 내에 있을 수 있다. FSK 변조의 심볼 타임 TFs는 ASK 변조의 심볼 타임 TAs와 다를 수 있다. 도 4로부터, 송신 신호가 2개의 독립된 세트 또는 스트림의 데이터, 즉, 하나의 FSK 변조된 세트 또는 스트림의 데이터 및 하나의 ASK 변조된 세트 또는 스트림의 데이터를 포함할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 전력수신장치(110)를 조금 더 상세히 도시한 것이다. 전력 수신 회로(112)는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)로의 결합을 가능하게 하여 수신 전류(IRX)가 전력 수신 회로 내에 유도되도록 하는 적어도 전력 수신 코일(117)을 포함한다. 전력 수신 회로(112)는 수신 전류(IRX)를 정류하도록 구성된 일종의 정류 회로를 포함하는 것이 일반적이고, 정류 회로의 출력은 충전 회로 및/또는 배터리 등에 작동적으로 연결될 수 있다. 전력수신장치(110)는 임피던스(ZL)가 있는 임피던스 요소를 포함하는 부하(110)를 전형적으로 포함하게 된다. 전력수신장치(110)는 또한 전력수신장치(110)의 적어도 전력 전송 부분을 제어하도록 구성될 수 있는 수신 컨트롤러(111)를 포함한다. 전력수신장치(110)는 수신 회로(112)의 수신 전류(IRX)를 ASK 변조하도록 구성될 수 있는 ASK 모듈(116)을 더 포함한다. 또한, 하나 이상의 센서가 전력수신장치(110)에 포함될 수 있고, 이러한 센서는 흔히 전력 수신 회로(112)에 배치되어 전압, 전류, 전력, 주파수, 및/또는 온도 등과 같은 메트릭을 수신 컨트롤러(111)로 제공한다. 나아가, 전력수신장치(110)는 수신 회로(112)의 수신 전류(IRX)에 포함된 FSK 변조된 신호를 검출하도록 구성될 수 있는 FSK 모듈(113)을 포함한다. 전형적으로, 변조 모듈(116, 113)은 수신 컨트롤러(111)에 포함되거나 작동적으로 연결되게 된다. 변조 모듈(116, 113)은 단독 하드웨어 블록/컴포넌트이거나 소프트웨어로 구현될 수 있다. ASK 모듈(116)은 ASK 변조가 이루어지게 부하(115)를 제어하도록 구성되게 된다. 부하(115)는 수신 회로(112)에 작동적으로 연결 가능하게 되고, 전력 수신 코일(117)에서 볼 때 전력 수신 회로의 정류 회로 이전 또는 이후에 수신 회로(112)에 포함될 수 있다. 유사하게, FSK 모듈(113)은 상기 하나 이상의 센서(114) 중의 하나이거나 수신 전류(IRX) 및/또는 연관 수신 전압(VRX)의 디지털 표현의 주파수 성분을 검출하도록 구성된 소프트웨어로 구현될 수 있는 별도의 센서일 수 있는 주파수 센서에 작동적으로 연결되게 된다. 전력수신장치(110)의 실제 내부 구성은 많은 방식으로 다양할 수 있고, 당업자라면 특정 구성과 상호 연결은 상황에 따라 다르게 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 6에는 전력송신장치(120)가 개략적으로 도시되어 있다. 전력송신장치(120)는 전력 송신 회로(122) 및 전력 송신 회로(122)에 작동적으로 연결된 송신 컨트롤러(121)를 포함한다. 송신 회로(122)는 전력수신장치(110)의 전력 수신 코일(117)에 유도 결합되게 되는 적어도 하나의 전력 송신 코일(127)을 포함한다. 송신 컨트롤러(121)는 전력 송신 회로(122)의 여기(excitation)를 제어하고 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력수신장치(110)로 전달된 전력을 제어하도록 구성된다. 이를 달성하기 위해, 전력송신장치(120)는 송신 컨트롤러(121)에 작동적으로 연결되거나 포함된 송신 모듈(125)을 포함한다. 송신 모듈(125)은 송신 주파수(fTX)에서 송신 신호를 생성하고 송신 컨트롤러 및/또는 전력수신장치에 포함된 FSK 모듈로부터 수신된 명령에 의거하여 송신 신호를 변경하게 된다. FSK 모듈(123)은 송신 모듈(125)의 FSK 변조를 제어하고 단독 블록/컴포넌트이거나 송신 모듈(125) 또는 송신 컨트롤러에 포함될 수 있다. 전력송신장치(120)는 하나 이상의 센서(124)를 포함하게 되고, 보통 이러한 센서(124)는 전력 송신 회로(122)에 배치되어 전압, 전류, 전력, 주파수, 및/또는 온도 등과 같은 메트릭을 송신 컨트롤러(121)로 제공한다. 전력 전송 모듈은 송신 회로의 송신 전류(ITX) 및/또는 연관 송신 전압(VTX)으로부터 ASK 변조를 수신하도록 작동적으로 연결된 ASK 모듈(122)을 더 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, ASK 모듈(122)은 송신 신호의 디지털 표현 상에서 ASK 변조를 검출하도록 구성될 수 있다. 전력송신장치(120)의 실제 내부 구성은 많은 방식으로 다양할 수 있고, 당업자라면 특정 구성과 상호 연결은 상황에 따라 다르게 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
앞서 도 5와 도 6에서 설명한 모듈(116, 113, 114, 122, 123, 124)과 컨트롤러(111, 121)는 소프트웨어 또는 하드웨어 모듈이거나 소프트웨어와 하드웨어의 조합일 수 있다. 모듈(116, 113, 114, 115, 122, 123, 124, 125)의 기능은 분리된 모듈로 설명되었지만, 이는 설명의 편의상 이렇게 설명한 것뿐이고, 각 모듈은 모든 임의의 다른 모듈에 분산되거나 포함될 수 있다.
전력수신장치(110)의 일 실시예에서, 모든 모듈(116, 113, 114)은 수신 컨트롤러(111)에 포함된다. 다른 실시예에서, 모든 모듈(116, 113, 114)은 수신 컨트롤러(111)에 소프트웨어 모듈로서 포함된다.
전력송신장치(120)의 일 실시예에서, 모든 모듈(122, 123, 124)은 송신 컨트롤러(121)에 포함된다. 다른 실시예에서, 모든 모듈(122, 123, 124)은 송신 컨트롤러(121)에 소프트웨어 모듈로서 포함된다.
도 1의 무선 전력 전송 시스템(100), 도 5의 전력수신장치(110), 및 도 6의 전력송신장치(120)은 장치와 시스템의 설계 예시에 불과하다. 여기에는 수많은 변형이 가능하고, 당업자라면 본 개시의 내용을 구현하기 위하여 시스템 또는 장치를 당연히 수정할 수 있을 것이다.
도 3과 전력 전송 프로세스(300)를 참조하여 설명한 바와 같이, 전력송신장치(120)가 소정의 시간 주기 이내에 전력수신장치(110)로부터 통신을 수신하지 못하면, 전력송신장치(120)는 전력 전송을 종료하고 선택 단계(302)로 되돌아가는 것이 보통이다. 전력송신장치가 수신된 ASK 심볼을 정확하게 디코딩하는 확률은 변조 깊이 및 ASK 변조 신호를 포함하는 신호에 포함된 노이즈에 달려있다. 이러한 관계는 흔히 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio 또는 SNR 라함)로 부르며 통신의 일반적인 메트릭이다. 단순하게 설명하면, SNR은 수신된 신호의 쓸 만한 부분을 수신된 신호의 노이즈로 나눈 것으로 설명될 수 있다. SNR이 감소하면, 수신장치가 변조된 신호를 정확하게 디코딩할 확률도 감소한다. 도 7a에서, 도 2c의 신호에 무작위 노이즈가 가해졌고, 도시된 바와 같이 제1 진폭(△A1)의 분포가 제2 진폭(△A2)의 상응하는 분포에 중첩하고 있다. 수신장치의 관점에서, 진폭 편차(Adev) 판단의 어려움, 즉, 낮은 SNR로 인하여 ASK 변조된 신호를 정확하게 수신하고 디코딩하는 것이 어려워지게 된다. 도 7b에서, 송신 신호가 도 2c와 비슷하게 ASK 변조와 함께 도시되어 있다. 도 7b와 도 2c의 한 가지 차이는 변조 깊이, 즉, 제1 진폭(A1)과 제2 진폭(A2) 사이의 진폭의 절대차가 도 7b에서 매우 감소되었다는 것이다. 변조 길이가 감소함에 따라, 전력송신장치가 전력수신장치로부터 통신을 수신하는 것이 더 어려워지게 된다.
ASK 변조된 신호가 도 7a와 도 7b에 도시된 것과 같은, 또는 그 조합과 같은 양상, 즉, 작은 진폭 편차(Adev) 및 높은 노이즈를 나타내는 이유는 많다. 노이즈는 외부 또는 내부에서 생성되는 방해이거나 전력송신장치(120) 또는 전력수신장치(110)의 발열로 인한 열 노이즈일 수 있다. 진폭 편차(Adev)가 낮은 것은 전력 송신 회로(122)와 전력 수신 회로(112) 사이의 결합이 약하기 때문일 수 있다. 수신 신호의 모든 임의의 이러한 변화는 변조 정확도의 변화로 일컬어질 수 있다.
전력 전송 시스템(100)에서, 이러한 유형의 시스템(100)의 SNR을 일반적으로 증가시키는 주목할 만한 특징이 있다. 대부분의 전력은 가장 높은 ASK 진폭과 연관된 데이터가 송신될 때에 전송되게 된다. 이는 이보다 낮은 ASK 진폭과 연관된 데이터가 송신되는 경우에는 전송되는 전력이 줄어든다는 것을 의미한다. 전력 전송의 감소는 진폭 편차(Adev)에 비례하게 된다. 그 결과, 전력 전송을 최대화하면서 신뢰할 만한 통신을 유지하기 위하여 진폭 편차(Adev)가 최대한 낮게 유지되게 된다. 이에 따라 무선 전력 전송 시스템의 데이터 통신이 노이즈에 민감해지게 되고, 이러한 시스템의 전형적인 SNR은 낮게 된다. 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 메시지의 통신 오류나 통신 실패는 전력 전송 프로세스(300)를 반복하는 결과를 초래하게 된다.
도 2b 등에 도시된 주파수 변조에서, 전력 전송 시스템(100)의 대역폭은 적어도 주파수 편차를 커버하고, 전송된 전력, 즉, 전력 전송 손실은 모든 변조 주파수에 대해 실질적으로 동일하다고 가정한다. 이는 송신 주파수(fTX)가 전력 전송 시스템(100)의 공진주파수(resonance frequency)와 동일한 경우에 해당한다. 그러나, 보통 이러한 경우는 없고, FSK 변조 동안에 원치 않는 진폭 변이가 있을 수 있다. 이러한 원치 않는 진폭 변이는 변조 정확도와 ASK 변조의 SNR에 영향을 미쳐, 통신 오류와 전력 전송 프로세스(300)의 반복 가능성을 증가시킨다.
변조 정확도의 변화를 식별하고, ASK 변조된 데이터의 수신과 동시에 데이터가 FSK 변조를 활용하여 전송될 수 있다는 것 또는 그 반대도 가능함을 인지함으로써, 변화된 변조 정확도로 이러한 변화를 데이터를 송신하는 장치(110, 120)에 다시 전달하는 것이 가능하게 된다. 송신하는 장치는 이에 대응하여 필요한 단계를 취하여 변조 정확도의 변화를 완화, 예를 들어, 변조 깊이를 조정할 수 있다. 이 경우, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 전력 전송 프로세스(300)가 전력 전송 단계(308) 동안의 통신 부재로 인해 선택 단계(302)로 되돌아가야 하는 위험이 줄어든다. 이로써, 시스템 효율, 전력 소비, 및 평균 전송 전력이 증가하게 된다. 이에 따라, 무선 충전 상황에서 장치를 완충하는데 필요한 시간이 줄어들게 된다.
이하, 도 3의 무선 충전 프로세스(300)에 추가 기능을 구현하는데 필요한 통신에 대해 도 8을 참조하여 설명하기로 한다. 요약하면, 방법(310)은 무선 전력 전송 시스템(100)에서 전력 전송 동안에 동작 피드백의 송신을 가능하게 한다. 방법은 전력 전송 단계(308) 동안에 실행된다. 한 장치(110, 120)는 제1 데이터 패킷을 다른 장치(110, 120)로 송신(311)한다. 다른 장치(110, 120)는 제1 데이터 패킷을 수신(312)한다. 수신(312) 동안에, 수신하는 장치(110, 120)는 신호 조건이 충족되는지 여부를 판단(313)하며, 이에 대해서는 하기에 설명하기로 한다. 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단되는 경우, 수신하는 장치(110, 120)는 데이터를 송신(311)하는 장치(110, 120)로 동작 정보를 송신(314)한다. 앞서 설명한 바와 같이, 어느 장치(110, 120)라도 제1 데이터 패킷을 송신(311) 또는 수신(312)할 수 있다. 전송된 전력, 제1 데이터 패킷, 및 동작 정보는 모두 송신 주파수(fTX)에서 무선 전력 전송 인터페이스를 통해 동시에 송신된다. 당연히, FSK 변조로 송신 주파수는 변경되게 되지만, 모두 송신(311) 동안에 동일 주파수 상에서 동시에 일어난다는 사실이 중요하다.
제1 데이터 패킷을 수신(312)하는 단계는 신호의 품질에 관한 하나 이상의 메트릭에 대한 제1 데이터 패킷을 포함하는 신호를 평가하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 변조 정확도의 변화일 수 있고, 이러한 변화는 신호 품질 지시자(Signal Quality Indicator 또는 SQI)로 표현될 수 있다. SQI는 도 7a 내지 도 7b를 참조하여 설명한 바와 같은 변조 정확도 메트릭의 변화, 주파수 편차의 변화, 심볼 타임(TS, TFs, TAs)의 변화를 포함할 수 있다. 심볼 타임(TS, TFs, TAs)의 변화는 심볼 레이트(symbol rate), 즉, 비트 레이트(bit rate) 또는 변조 속도의 변화로 볼 수 있다. SQI는 신호 품질에 관한 모든 임의의 메트릭을 포함할 수 있고, 변조 정확도에 관한 것으로만 제한되지 않는다. 전력수신장치(110)의 FSK 모듈(113) 또는 전력송신장치(120)의 ASK 모듈(122)의 어느 것이라도 수신을 수행할 수 있다.
방법(310)에서 언급되는 동작 데이터는 모든 임의의 유형의 동작 데이터일 수 있다. 동작 데이터는 앞서 언급한 SQI이거나 상기 하나 이상의 센서(114, 124)에 의해 확보된 모든 임의의 메트릭일 수 있다. 동작 데이터는 장치(110, 120)가 특정 동작을 수행하게 유발하도록 구성된 제1 데이터 패키지를 송신하는 장치(110, 120)로의 명령을 포함할 수 있다. 이러한 동장은, 예를 들어, 변조 파라미터의 변경일 수 있다. 동작 데이터는 제1 데이터 패킷의 페이로드(payload)에 포함될 수 있다. 제2 데이터 패킷은 모든 임의의 유형의 데이터를 포함할 수 있다.
방법(310)에서 신호 조건이 충족되는지 여부의 판단(313)은 예컨대 앞서 설명한 SQI와 같은 수많은 신호 조건들의 하나 이상의 평가를 포함할 수 있다. SQI는 미리 정의된 또는 구성 가능한 SQI 한도에 비교될 수 있다. SQI 한도는 값 또는 범위일 수 있고, 신호 조건은 SQI가 SQI 한도 이하인 것일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 반대로 SQI가 SQI 한도 이상인 경우에 신호 조건이 충족되는 것일 수 있다. SQI 한도는 SQI 한도와 연관된 히스테리시스(hysteresis)가 있을 수 있으며, 이는 SQI 한도 이하의 SQI에 대한 신호 조건의 충족이 SQI 한도 이상의 SQI에 대한 신호 조건의 충족보다 낮은 SQI 한도에 비교된다는 것을 의미한다. 이렇게 구현함으로써, SQI가 SQI 한도에 있는 경우에 동작 데이터의 추가 시그널링의 위험이 줄어들게 되고, SQI의 작은 변화가 SQI 한도를 촉발하게 된다.
신호 조건은 장치(110, 120)에 전송할 동작 데이터가 있는 것일 수도 있다. 이는 장치에 요청, 센서 데이터, 또는 주기적 상황 등과 같은 통신할 내용이 있다는 것으 의미한다.
도 8의 방법(31)에서 설명한 단계들은 여전히 치(Qi) 사양을 준수하므로, 순조롭게 구현이 가능하고, 추가된 기능이 레거시(legacy) 시스템에 아무 영향을 끼치지 않게 된다.
도 5 및 도 6에 예시된 전력수신장치(110)와 전력송신장치(120)는 모두 앞서 설명한 방법(310)을 수행할 능력이 있다. 장치(110, 120)의 어느 장치라도 제1 패키지를 송신 또는 수신하도록 구성될 수 있다. 제1 패키지를 송신하는 장치는 송신 모듈(116, 123)에 의한 송신과 동시에 수신 모듈(113, 122)을 활성화해야 한다. 즉, 전력수신장치(110)는 FSK 모듈(113)을 활용하여 전력송신장치(120)로부터 동작 데이터를 수신함과 동시에 ASK 모듈(116)을 활용하여 제1 패키지를 송신하게 된다. 대안적으로, 전력송신장치(120)는 ASK 모듈(113)을 활용하여 전력수신장치(110)로부터 동작 데이터를 수신함과 동시에 FSK 모듈(123)을 활용하여 제1 패키지를 송신하게 된다.
전형적으로, 치(Qi) 사양에서, 전력송신장치(120)는 제1 패키지를 수신하는 장치가 된다. 이는 도 3에서 설명한 전력 전송 프로세스(300)의 전력 전송 단계(308)와 연관된 통신이다. 이러한 실시예에서, 제1 패키지는 전력수신장치(110)에 의해 송신된 제어 데이터일 수 있다. 제어 데이터를 포함하는 제1 패키지에 낮은 변조 정확도 및/또는 SQI 등과 같은 문제가 있는 경우, 도 8을 참조하여 설명한 방법(310)은 전력송신장치(120)가 이를 시그널링 조건으로 검출하고 관련된 동작 정보를 다시 전력수신장치(110)에 통신하도록 할 수 있다. 전력수신장치(110)는 변조 정확도 및/또는 SQI가 향상되도록 ASK 모듈(116)에 대한 필요한 조정 등을 수행할 수 있다. 그 결과, 전력 전송 단계(308)가 선택 단계(302)로 되돌아가지 않고 시작될 수 있어서, 전력 전송 프로세스(300)의 반복을 방지할 수 있다.
도 9a와 도 9b에 방법(300)의 타이밍을 설명하는 도표가 도시되어 있다. 이 타이밍 도표는 방법(300)의 병렬성을 강조하기 위한 것으로 이미 도 8을 참조하여 설명한 내용을 단순히 다른 방식으로 도시한 것이다. 도 9a와 도 9b에서 수직축은 시간의 흐름을 나타내고 있다.
도 9a를 참조하면, 일 실시예에 따른 방법(300)의 타이밍 도표가 도시되어 있고, 여기서 전력수신장치(110)가 제1 데이터 패킷을 송신(311)한다. 방법(300)은 전력송신장치(120)가 전력을 전력수신장치(110)로 전송(308)하는 것으로 시작한다. 그 결과, 전력수신장치(110)는 전송(308)된 전력을 수신한다. 전력수신장치(110)는 전력송신장치(120)로부터의 전력 전송(308) 동안에 전력송신장치(120)로 제1 데이터 패킷을 송신(311)한다. 제1 데이터 패킷은 전력송신장치(120)에 의해 수신(312)된다. 제1 데이터 패킷의 수신(312)과 송신(311)은 시간이 걸리므로, 전력송신장치(120)는 시그널링을 모니터링 하게 되고, 시그널링 조건이 충족되는 것으로 전력송신장치(120)가 판단(313)하는 경우, 전력송신장치(120)는 전력수신장치(110)로 동작 정보를 송신(314)하게 된다.
도 9b를 참조하면, 다른 실시예에 따른 방법(300)의 타이밍 도표가 도시되어 있고, 여기서 전력송신장치(120)가 제1 데이터 패킷을 송신(311)한다. 방법(300)은 전력송신장치(120)가 전력수신장치(110)로 전력을 전송(308)하는 것으로 시작한다. 그 결과, 전력수신장치(110)는 전송(308)된 전력을 수신한다. 전력송신장치(120)는 전력송신장치(120)로부터의 전력의 전송(308) 동안에 전력수신장치(110)로 제1 데이터 패킷을 송신(311)한다. 제1 데이터 패킷은 전력수신장치(110)에 의해 수신(312)된다. 제1 데이터 패킷의 수신(312)과 송신(311)은 시간이 걸리므로, 전력수신장치(110)는 시그널링을 모니터링 하게 되고, 시그널링 조건이 충족되는 것으로 전력수신장치(110)가 판단(313)하는 경우, 전력수신장치(110)는 전력송신장치(120)로 동작 정보를 송신(314)하게 된다.
도 8 내지 도 9b를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 데이터 패킷의 송신(311)과 수신(312) 동안에 동작 정보가 송신(314)되고, 결국은 전력의 전송(308) 동안에 일어나는 것이 명확하다.
도 8을 참조하여 설명한 본 발명에 따른 프로세스(310)는 프로브 장치(132)를 활용하여 확인, 증명, 정리, 및/또는 교정될 수 있다. 도 10을 참조하면, 테스트 시스템(130)이 도시되어 있다. 테스트 시스템(130)은 프로브 장치(132)와 분석 장치(135)를 포함하고, 호스트 인터페이스(136)를 선택적으로 더 포함한다. 프로브 장치(132)는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)의 전자기장을 탐지하도록 무선 전력 전송 시스템(100) 내에 배치될 수 있다. 프로브 장치(132)는 분석 장치(135)에 포함되거나 작동적으로 연결될 수 있다. 분석 장치(135)는 호스트 장치(136)와 통신할 수 있다.
도 11을 참조하면, 테스트 시스템(130)의 구성도가 도시되어 있고, 프로브 장치(132)와 분석 장치(135)가 더 상세히 도시되어 있다. 프로브 장치(132)는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)에 배치될 픽업 코일(133)을 포함한다. 전형적으로, 픽업 코일(133)은 무선 전력송신장치(120)의 하우징의 표면과 무선 전력수신장치(110)의 하우징의 표면 사이에, 즉, 송신 코일(127)과 수신코일(117) 사이에 배치되게 된다. 이에 따라, 픽업 코일(133)은 무선 전력 전송 프로토콜(300, 310)에 따라 무선 전력송신장치(120)와 무선 전력수신장치(110) 사이에 교환되는 전자기 신호를 캡처하여 전기 신호를 생성할 수 있게 된다. 분석 장치(135)는, 프로브 장치(132)에 포함되어 있지 않은 경우, 분석 장치(135)의 해당 분석기 인터페이스(137)를 활용하여 프로브 장치(132)의 프로브 인터페이스(134)에 연결된다. 전자기 신호는, 인터페이스(134, 137)를 통하여, 처리 장치(138)가 포함된 분석 장치(135)로 전송된다. 프로브 장치(132)는 온도 센서 등과 같은 기타 센서를 더 포함할 수 있고, 이러한 센서로부터의 센서 데이터도 인터페이스(134, 137)를 통해 처리 장치(138)에 의해 수신될 수 있다.
분석 장치(135)는 일반적으로 프로브 장치(132)로부터 수신된 데이터 및 신호를 처리 장치(138)를 활용하여 처리한다. 처리는 픽업 코일(133)에 의해 감지된 신호를 해석하여 시그널링이 도 3 및 도 8을 참조하여 설명한 프로세스(300, 310) 등을 준수하는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 분석 장치(135)는 판단 결과를 출력으로 사용자 또는 선택적인 호스트 장치(136)로 제공하도록 더 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 분석 장치(135)는 프로브 장치(132)에 의해 제공된 데이터 및/또는 신호를 기록하도록 구성될 수 있다. 기록은 분석 장치(135)에 포함, 분석 장치(135)에 연결, 및/또는 사용자 및/또는 호스트 장치(136)와 통신하는 메모리 장치에 저장될 수 있다. 이러한 기록은 분석 장치(135)에 의해 분석되어 예를 들어 경향을 검출하거나 개별 이벤트를 식별하기 위해 일정 시간에 걸쳐 변조 정확도, 타이밍, 전력 등과 연관된 정확도를 판단할 수 있다.
도 12에 도시된 테스트 시스템(130)의 일 실시예에서, 분석 장치(135)는 선택적으로 생성 장치(139)를 포함한다. 생성 장치(139)는 프로브 장치(132)에 의해 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)로 주입되는 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 신호는 테스트될 프로세스(300, 310)에 관한 특정 이벤트를 촉발하도록 구성된 신호일 수 있다. 생성 장치(139)는 전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 사이에 송신되는 신호의 변조 품질에 영향을 미치게 되는 노이즈 또는 기타 원치 않는 방해 등과 같은 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 방해 신호는 도 8의 방법(310)의 제1 패킷에 영향을 끼치도록 구성되어 시그널링 조건이 충족되게 하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 전력송신장치(120), 전력수신장치(110), 및/또는 무선 전력 전송 시스템(100)이 도 8의 방법(310)을 준수하는지 여부를 확인할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 분석 장치(135)는 방법(310)이 의도된 바와 같이 수행되는지 여부의 검출에 매우 유용하고 이에 관한 출력을 제공하게 된다. 출력은 내부 또는 외부 저장 수단, 장치 사용자, 또는 호스트 장치(136)를 제공될 수 있다. 요약하면, 프로브 장치(132)는 신호를 분석 장치(135)로 제공하여 무선 전력 전송 시스템(100)이 전력 전송 단계(308)에서 동작하고 있는지 여부를 분석 장치가 판단할 수 있게 한다. 판단 결과 무선 전력 전송 시스템(100)이 전력 전송 단계(308)에서 동작하고 있는 경우, 분석 장치(135)는 전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 중의 하나가 제1 패킷을 송신(311)하는지 여부를 판단하도록 구성되게 된다. 분석 장치(135)는 전력송신장치(120)와 전력수신장치(110) 중의 다른 하나가 제1 패킷을 수신(312)하는지 여부를 판단할 수 없으므로, 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 모니터링하고 시그널링 조건이 충족되는지 여부를 판단(313)해야 한다. 시그널링 조건이 충족되는 경우, 분석 장치(135)는 상기 다른 하나의 장치가 동작 정보를 송신(314)하는 것을 검출하도록 구성될 수 있다. 분석 장치(135)는 시그널링 조건이 충족되지 않았는데도 동작 정보가 송신되는지 여부 등을 검출하도록 더 구성될 수 있다. 여기에 설명한 프로세스(300, 310)에서 임의의 편차 또는 위반이 검출되는 경우, 분석 장치(135)는 그러한 편차 또는 위반을 나타내는 출력을 생성할 수 있다.

Claims (19)

  1. 송신 주파수(fTX)에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력을 전력수신장치(110)로 전송하도록 구성된 전력송신장치(120)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템(100)에서 전력 전송 동안에 동작 피드백을 제공하는 방법(310)에 있어서, 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성되고:
    상기 전력송신장치(120)가 상기 송신 주파수(fTX)에서 전력을 상기 전력수신장치(110)로 전송하는 단계(308);
    상기 전송하는 단계(308) 동안에, 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 하나가 FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수(fTX)에서 제1 데이터 패킷을 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 다른 하나로 송신하는 단계(311); 및
    상기 두 장치(110, 120) 중의 상기 다른 하나가 상기 제1 데이터 패킷을 수신하는 단계(312) 및, 상기 수신하는 단계(312) 동안에 그리고 시그널링 조건(signaling condition)이 충족되는 것으로 판단(313)되는 경우에, 상기 두 장치(110, 120) 중의 상기 다른 하나가 상기 송신 주파수(fTX)에서 상기 두 장치(110, 120) 중의 상기 하나로 상기 두 변조 유형 중의 다른 하나를 활용하여 동작 정보를 송신하는 단계(314)를 포함하는, 방법(310).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력송신장치(120)는 FSK를 활용하여 데이터를 송신(311, 314)하고 ASK를 활용하여 데이터를 수신(312)하도록 구성되고, 상기 전력수신장치(110)는 ASK를 활용하여 데이터를 송신(311, 314)하고 FSK를 활용하여 데이터를 수신(312)하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 송신(311)하는 상기 장치는 상기 전력송신장치(120)이고, 상기 동작 정보를 송신(314)하는 상기 장치는 상기 전력수신장치(110)인 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 송신(311)하는 상기 장치는 상기 전력수신장치(110)이고, 상기 동작 정보를 송신(314)하는 상기 장치는 상기 전력송신장치(120)인 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 수신(312)하는 상기 장치는 상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 변조된 데이터 신호의 신호 품질을 평가하고, 상기 변조된 데이터 신호의 상기 평가된 품질이 임계 신호 품질에 미치지 못하는 경우에 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단(313)하는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 수신(312)하는 상기 장치는 추가적으로:
    상기 변조된 데이터 신호의 상기 평가된 품질을 나타내는 신호 품질 지시자(Signal Quality Indicator 또는 SQI)를 생성; 및
    상기 SQI를 상기 송신된 동작 정보에 포함시키는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 상기 변조된 데이터 신호의 변조 깊이에 적어도 관련하여 상기 신호 품질이 평가되는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 포함하는 상기 변조된 데이터 신호의 변조 속도에 적어도 관련하여 상기 신호 품질이 평가되는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 수신(312)하는 상기 장치(110, 120)는 상기 SQI가 SQI 한도 이하인 경우에 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단(313)하는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 동작 정보는 제2 데이터 패킷의 페이로드(payload)에 포함되는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 데이터 패킷을 수신(312)하는 상기 장치(110, 120)에 송신할 데이터가 있는 경우에 상기 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단(313)되는 것을 특징으로 하는, 방법(310).
  12. 무선 전력 전송 시스템(100) 내에 배치되어 송신 주파수(fTX)에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력을 전력수신장치(110)로 전송하는 전력송신장치(120)에 있어서, 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된 유형이고,
    상기 전력송신장치(120)는 전력 송신 회로(122)에 작동적으로 연결된 송신 컨트롤러(121)를 포함하고, 상기 송신 컨트롤러(121)는 상기 전력 송신 회로(122)로 하여금:
    상기 송신 주파수(fTX)에서 전력을 상기 전력수신장치(110)로 전송(308);
    상기 전송(308) 동안에, FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수에서 제1 데이터 패킷을 수신(312); 및
    상기 수신(312) 동안에 그리고 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단(313)되는 경우에, 상기 송신 주파수(fTX)에서 상기 두 변조 유형 중의 다른 하나를 활용하여 동작 정보를 송신(314)하게 유발하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 전력송신장치(120).
  13. 제12항에 있어서,
    제2항 내지 제11항중 어느 한 항의 방법(310)에 기재된 바와 같은 상기 전력송신장치(120)의 기능을 수행하도록 더 구성된, 전력송신장치(120).
  14. 무선 전력 전송 시스템(100) 내에 배치되어 송신 주파수(fTX)에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력을 전력송신장치(120)로부터 수신하는 전력수신장치(110)에 있어서, 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된 유형이고, 상기 전력수신장치(110)는 전력 수신 회로(112)에 작동적으로 연결된 수신 컨트롤러(111)를 포함하고, 상기 전력수신장치(110)는 상기 전력 수신 회로(112)로 하여금:
    상기 송신 주파수(fTX)에서 전력을 상기 전력송신장치(120)로부터 수신(308);
    상기 수신(308) 동안에, FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수(fTX)에서 제1 데이터 패킷을 수신(311); 및
    상기 제1 데이터 패킷의 상기 수신(311) 동안에 그리고 시그널링 조건이 충족되는 것으로 판단(313)되는 경우에, 상기 송신 주파수(fTX)에서 상기 두 변조 유형 중의 다른 하나를 활용하여 동작 정보를 송신(314)하게 유발하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 전력수신장치(110).
  15. 제14항에 있어서,
    제2항 내지 제11항중 어느 한 항에 기재된 상기 전력수신장치(110)의 기능을 수행하도록 더 구성된, 전력수신장치(110).
  16. 프로브(probe) 장치(132) 및 분석 장치(134)를 포함하는 테스트 시스템에 있어서, 상기 프로브 장치(132)는 송신 주파수(fTX)에서 동작하는 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)를 통해 전력을 전력수신장치(110)로 전송하도록 구성된 전력송신장치(120)를 포함하는 무선 전력 전송 시스템(100) 내에 배치되고, 상기 무선 전력 전송 시스템(100)은 일방향은 주파수 편이 변조(Frequency Shift Keying 또는 FSK)를 활용하고 타방향은 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying 또는 ASK)를 활용하는 반이중 방식(half duplex)으로 정보를 전달하도록 구성된 유형이고,
    상기 프로브 장치(132)는 적어도 하나의 픽업 코일(pickup coil)(133)을 포함하고 상기 분석 장치(134)를 더 포함하거나 상기 분석 장치(134)에 작동적으로 연결되고,
    상기 분석 장치(134)는:
    상기 송신 주파수(fTX)에서 상기 전력송신장치(120)에 의한 상기 전력수신장치(110)로의 전력의 전송(308)을 검출;
    상기 전송(308) 동안에 FSK와 ASK의 두 변조 유형 중의 하나를 활용하여 상기 송신 주파수(fTX)에서 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 하나에 의한 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 다른 하나로의 제1 데이터 패킷의 송신(311)을 검출:
    상기 송신(311) 동안에, 시그널링 조건이 충족되는 경우, 상기 두 변조 유형 중의 다른 하나를 활용하여 상기 송신 주파수(fTX)에서 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 상기 다른 하나에 의한 상기 전력송신장치(120)와 상기 전력수신장치(110) 중의 상기 하나로의 동작 정보의 송신(314)을 검출; 및
    상기 검출들에 관한 정보를 출력으로 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 테스트 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 시그널링 조건이 충족되지 않았는데도 동작 정보가 송신되는지를 검출하고 이에 대한 출력을 생성하도록 더 구성된, 테스트 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 분석 장치(134)는 상기 시그널링 조건이 충족되도록 상기 유도 무선 전력 전송 인터페이스(105)로 신호를 주입하게 상기 분석 장치(134)에 의해 구성 가능한 생성 장치(139)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 테스트 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 분석 장치(134)는 제2항 내지 제11항의 한 항의 모든 임의의 상기 전송된 정보를 검출하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는, 테스트 시스템.
KR1020217015842A 2019-11-29 2020-11-26 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 동안에 동작 피드백을 제공하는 방법 및 장치 KR102584271B1 (ko)

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