KR20110032260A

KR20110032260A - Wireless charging system

Info

Publication number: KR20110032260A
Application number: KR1020090089657A
Authority: KR
Inventors: 원윤재; 임승옥; 김선희
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2009-09-22
Publication date: 2011-03-30
Also published as: KR101110325B1

Abstract

PURPOSE: The wireless charging system using the resonance and magnetic field communication. The resonance channel is formed between the wireless power feeder and wireless charging devices. CONSTITUTION: The wireless power feeder(100) comprises the resonant cavity(110), the central processing unit(120), the modem unit(130), the power supply unit(140), the convertor part(150), the central processing unit(20). The resonant cavity communicates the wireless charging device(200) and magnetic field.

Description

Wireless charging system using resonance and magnetic field communication

본 발명은 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 충전이 필요한 다수의 단말기들의 충전환경 정보를 모니터링하고 그 정보를 기반으로 단말기들을 동시에 또는 우선 순위별로 충전할 수 있도록 하는, 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless charging system using resonance and magnetic field communication, and more particularly, to monitor the charging environment information of a plurality of terminals that need to be charged and to charge the terminals simultaneously or by priority based on the information. A wireless charging system using resonance and magnetic field communication is provided.

주지되어 있는 바와 같이, 자기유도(magnetic induction) 현상을 이용한 무선 충전 시스템은 이미, 제안되어 있다.As is well known, a wireless charging system using a magnetic induction phenomenon has already been proposed.

예컨대, 자기 유도 결합을 통하여 비접촉형 무접점형 충전방식에 관한 기술을 얇은 페라이트나 시트상에 구성해서 휴대폰, MP3 플레이어, 노트북과 같은 휴대 이동 장치에 설치하고, 축전지 상태와 충전 정보를 무선으로 전달하는 방법이 한국특허공개공보 제2002-35242호에 제안되어 있다.For example, the magnetic contactless contactless charging method is constructed on a thin ferrite or sheet and installed in a portable mobile device such as a mobile phone, an MP3 player or a notebook, and wirelessly transmits battery state and charging information. How to do is proposed in Korea Patent Publication No. 2002-35242.

또한, 충전 모체와 휴대형 장치 사이에 약간의 간극을 두고 고주파 자계를 발생시켜 유도 결합을 통한 무선 충전 방식에 관한 기술과, 전자기파를 이용하여 충전 상태를 체크하여 실시간으로 제어하는 기술이 특허등록공보 제451606호에 제안되어 있다.In addition, the technology related to the wireless charging method through inductive coupling by generating a high frequency magnetic field with a small gap between the charging mother and the portable device, and the technology of checking the state of charge using electromagnetic waves in real time to control It is proposed in 451606.

또한, TC, TA, PC의 USB 포트의 출력을 전원 입력으로 하는 유도 기전력을 이용한 무접점 전력 전송 장치에 전자기파를 이용한 무선 데이터 통신도 가능하게 하고, 센서를 부착하여 배터리 팩에 다른 금속 이물질이 올려졌을 때 충전을 차단시키는 식별 기능과 과부하와 온도 프로텍션 기능을 제공하는 기술이 특허등록공보 제806562호에 제안되어 있다.It also enables wireless data communication using electromagnetic waves to the contactless power transmitter using induced electromotive force using the output of the USB port of TC, TA and PC as a power input. Patent No. 806562 proposes an identification function that cuts off the charge and provides an overload and temperature protection function.

그러나, 이와 같은 종래 자기유도 현상을 이용한 무선 충전 시스템에 따르면, 크기와 효율성의 문제로 인해 수 cm이하의 근거리에서만 사용 가능하고, 충전 단말기의 위치나 개수에 따른 최적화된 충전 환경을 제공해 주지 못하고 있는 실정이다.However, according to the conventional wireless charging system using the magnetic induction phenomenon, due to the size and efficiency problems can be used only in the short distance of several cm or less, and does not provide an optimized charging environment according to the position or number of charging terminals. It is true.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공진 자기유도 방식을 이용하여 무선 충전 장치에 전력을 효율적으로 공급할 수 있는 무선 전력 공급 장치와, 이러한 무선 전력 공급 장치로부터 전력을 무선으로 공급받아 배터리를 충전할 수 있는 무선 충전 장치를 포함하는 무선 충전 시스템을 제공함을 목적으로 한다. 여기서, 공진 자기유도란, 파워를 전송하는 무선 전력 공급 장치측 공진부와 파워를 수신하는 무선 충전 장치측 공진부 사이에 공진을 형성하여 에너지가 전송되는 효율을 극대화시키는 방법을 말한다.The present invention has been made to solve the above-described problems, a wireless power supply that can efficiently supply power to the wireless charging device using a resonant magnetic induction method, and receives power wirelessly from the wireless power supply An object of the present invention is to provide a wireless charging system including a wireless charging device capable of charging a battery. Here, the resonant magnetic induction refers to a method of maximizing the efficiency of transmitting energy by forming a resonance between the wireless power supply side resonator for transmitting power and the wireless charging device side resonator for receiving power.

또한, 본 발명은 무선 전력 공급 장치 및 무선 충전 장치가 자기장 통신을 통해 충전에 필요한 각종 데이터(예컨대, 위치, 충전 상태, 무선 충전 장치 종류)를 송수신할 수 있도록 함으로써, 무선 충전 장치의 위치나 개수에 따른 최적화된 충전 환경을 제공하는 무선 충전 시스템을 제공함을 목적으로 한다.In addition, the present invention allows the wireless power supply and the wireless charging device to transmit and receive a variety of data (for example, location, state of charge, type of wireless charging device) required for charging through the magnetic field communication, the location or number of the wireless charging device An object of the present invention is to provide a wireless charging system that provides an optimized charging environment.

도 1은 전자파의 발생 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the principle of generation of electromagnetic waves.

주지되어 있는 바와 같이, 안테나에 교류 전압을 인가하게 되면, 전기장이 발생되고 안테나에 교류 전류가 흐르게 되어 자기장이 발생된다. 이때, 안테나로부터 거리 d(λ(파장)/2π)에서부터 전자기장이 안테나에서 분리되면서, 전자파가 되어 공간을 전파하게 된다.As is well known, when an alternating voltage is applied to an antenna, an electric field is generated and an alternating current flows through the antenna to generate a magnetic field. At this time, the electromagnetic field is separated from the antenna from the distance d (λ (wavelength) / 2π) from the antenna, and becomes an electromagnetic wave to propagate the space.

즉, 자기장 통신이란, 안테나에서부터 λ/2π까지의 근거리 영역(near field; 자기장 영역)내에서의 통신을 일컫는다.That is, magnetic field communication refers to communication in a near field (magnetic field region) from the antenna to λ / 2π.

이러한 자기장 통신 기술은 자기장을 이용함으로써 기존의 RFID 기술과 USN(ubiquitous sensor network) 기술과는 달리, 물, 흙, 금속 주변에서도 무선 통신이 가능한 기술로서, 기존 무선 통신 기술의 한계점을 극복할 수 있는 핵심 기술이다.The magnetic field communication technology, unlike the conventional RFID technology and the USN (ubiquitous sensor network) technology, uses wireless magnetic fields to enable wireless communication around water, soil, and metal, and can overcome the limitations of the existing wireless communication technology. It is a core technology.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 무선 충전 장치에 전력을 무선으로 전송하고, 상기 무선 충전 장치와 자기장 통신을 하는 공진부; 상기 공진부를 통해 상기 무선 충전 장치로부터 수신되는 데이터를 복조하여 중앙처리부로 출력하고, 상기 중앙처리부로부터 입력되는 데이터를 변조하여 상기 공진부로 출력하는 모뎀부; 전원 공급부로부터 입력되는 전류를 상기 공진부의 공진주파수 대역을 갖는 AC 전류로 변환하여, 상기 공진부로 출력하는 컨버터부; 및 상기 모뎀부와 상기 컨버터부를 제어하는 상기 중앙처리부를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the wireless power supply of the present invention includes a resonator for wirelessly transmitting power to a wireless charging device and performing magnetic field communication with the wireless charging device; A modem unit for demodulating the data received from the wireless charging device through the resonator unit and outputting the demodulated data to the central processing unit, and modulating the data input from the central processing unit and outputting the data to the resonator unit; A converter for converting a current input from a power supply into an AC current having a resonant frequency band of the resonator and outputting it to the resonator; And the central processing unit controlling the modem unit and the converter unit.

본 발명의 무선 전력 공급 장치는 무선 충전 장치와 공진 주파수를 맞추어 공진 채널을 형성할 수 있다. 이에 따라, 무선 충전 장치들에게 전력을 효율적으로 전달할 수 있다. 또한, 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 상기 공진부를 통해 전력 전송을 하는 것은 물론, 무선 충전 장치들과 자기장 통신을 수행한다. 이렇게 자기장 통신을 통해 무선 충전 장치에서 무선 전력 공급 장치로 수신된 데이터들(예컨대, 무선 충전 장치의 종류, 위치, 충전 상태, 공진 주파수)은 공진 주파수 설정 및 최적 충전 모드 선택 등에 이용되며, 충전 우선 순위 스케줄링 등에도 이용된 다.The wireless power supply device of the present invention may form a resonance channel by matching a resonance frequency with the wireless charging device. Accordingly, power can be efficiently delivered to the wireless charging devices. In addition, the wireless power supply device of the present invention not only transmits power through the resonator but also performs magnetic field communication with the wireless charging devices. The data received from the wireless charging device through the magnetic field communication to the wireless power supply (eg, the type, location, state of charge, and resonant frequency of the wireless charging device) are used for setting the resonant frequency and selecting the optimal charging mode. It is also used for ranking scheduling.

전술한 구성에서, 상기 공진부는 전력 무선 전송 및 자기장 통신을 위한 저주파용 코일; 및 전력 무선 전송을 위한 고주파용 코일을 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 듀얼 밴드를 갖는다. 듀얼 밴드란, 무선 에너지를 전달하는 밴드(주파수 대역)을 고주파 밴드 한 개와 저주파 밴드 한 개 즉, 2개를 두어서 상황에 따라 하나의 최적의 밴드를 선택하거나 두 밴드 모두를 선택하여 에너지를 전달하는 방법을 일컫는다. 일반적으로, 저주파 밴드에서 in-band 자기장 통신이 이루어진다. 여기서, in-band란 에너지를 송신하는 무선 주파수 대역에서(즉, 별도의 또 다른 무선 주파수 대역이 필요 없이), 통신을 사용할 수 있다는 것을 일컫는다.In the above configuration, the resonator comprises: a low frequency coil for power wireless transmission and magnetic field communication; And a high frequency coil for power wireless transmission. That is, the wireless power supply of the present invention has a dual band. Dual band means that one band (frequency band) that delivers wireless energy has one high frequency band and one low frequency band, that is, two, so that one energy band is selected depending on the situation or both are selected to transfer energy. How to do it. In general, in-band magnetic field communication occurs in the low frequency band. Here, in-band refers to the use of communication in a radio frequency band for transmitting energy (that is, without the need for another separate radio frequency band).

고주파 밴드는 일반적으로 근거리(예컨대, 수 센티미터 이내)에 있는 무선 충전 장치들에게 혹은, 근거리에 여러 무선 충전 장치들이 있는 상황에서도 하나의 무선 충전 장치에게 집중도 있고 빠른 충전 서비스를 제공할 때 사용되고, 저주파 밴드는 상대적으로 원거리(예컨대, 수 미터 이내)에 있는 단일 기기 또는 여러 기기들을 동시에 충전할 때 사용된다.High frequency bands are typically used to provide fast charging services to wireless charging devices at close range (eg, within a few centimeters) or to one wireless charging device in the presence of multiple wireless charging devices at close range. Bands are used to charge a single device or multiple devices at a relatively long distance (eg, within a few meters) simultaneously.

상기 저주파용 코일 및 상기 고주파용 코일은, 상기 저주파용 코일 및 상기 고주파용 코일에서 생성되는 자기장이 무지향성을 갖도록 다수의 코일로 이루어진 입체 코일인 것임이 바람직하다. 이에 따라, 무선 충전 장치들이 어떠한 방향에 있 든지, 그에 무관하여 자기장 통신이 가능하고 전력 전송이 가능하다.The low frequency coil and the high frequency coil may be a three-dimensional coil including a plurality of coils such that the magnetic field generated by the low frequency coil and the high frequency coil has non-directionality. Accordingly, regardless of which direction the wireless charging devices are in, magnetic field communication is possible and power transmission is possible regardless.

본 발명의 무선 전력 공급 장치는 상기 컨버터부로부터 입력되는 AC 전류를, 상기 저주파용 코일 및 상기 고주파용 코일 중 상기 중앙처리부가 선택한 코일로 출력하는 스위칭부를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 근거리에 있는 무선 충전 장치들에게 전력 공급을 할 때는 고주파용 코일을 선택하여 사용하고 반면, 원거리에 있는 무선 충전 장치들에게 전력 공급을 할 때는 저주파용 코일을 선택하여 사용하겠다는 것이다.The wireless power supply device of the present invention may further include a switching unit for outputting the AC current input from the converter unit to the coil selected by the central processing unit of the low frequency coil and the high frequency coil. In other words, when supplying power to wireless charging devices in a short distance, a high frequency coil is selected and used, while a low frequency coil is used to supply power to remote wireless charging devices.

상기 중앙처리부는 상기 저주파용 코일로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여, 상기 공진부의 커패시턴스를 조절하여 상기 공진부의 Q 값(Quality factor)을 조정하거나 혹은 전력을 무선 전송할 코일을 선택할 수 있다. 즉, 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 상기 공진부의 공진 주파수를, 충전이 필요한 무선 충전 장치들의 공진 주파수에 일치시켜서 공진 채널을 형성한다.The central processing unit adjusts the Q factor (Quality factor) of the resonator by adjusting the capacitance of the resonator based on the position information and the state of charge of the wireless charging device included in the data input from the low frequency coil. You can choose the coil to transmit wirelessly. That is, the wireless power supply device of the present invention forms a resonant channel by matching the resonant frequency of the resonator unit with the resonant frequencies of the wireless charging devices that require charging.

상기 중앙처리부는 상기 저주파용 코일로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여 무선 충전 장치들의 충전 우선 순위를 결정하고, 상기 충전 우선 순위를 나타내는 스케줄링 정보를 포함하는 데이터를 상기 모뎀부로 출력한다. 이에 따라, 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 여러 대의 무선 충전 장치들을 우선 순위에 따라, 차례대로 충전할 수 있다.The central processing unit determines charging priorities of the wireless charging devices based on the position information and the charging state information of the wireless charging device included in the data input from the low frequency coil, and includes scheduling information indicating the charging priority. Output data to the modem section. Accordingly, the wireless power supply device of the present invention can sequentially charge a plurality of wireless charging devices in order of priority.

본 발명의 무선 충전 장치는 상기 무선 전력 공급 장치로부터 무선으로 전력을 수신하고, 상기 무선 전력 공급 장치와 자기장 통신을 하는 공진부; 상기 공진부를 통해 상기 무선 전력 공급 장치로부터 수신되는 데이터를 복조하여 컨트롤부로 출력하고, 상기 컨트롤부로부터 입력되는 데이터를 변조하여 상기 공진부로 출력하는 모뎀부; 상기 공진부로부터 입력되는 전기 에너지를 배터리에 충전하는 파워 관리부; 및 상기 모뎀부와 상기 파워 관리부를 제어하는 상기 컨트롤부를 포함하여 이루어진다.The wireless charging apparatus of the present invention includes a resonator configured to wirelessly receive power from the wireless power supply and to perform magnetic field communication with the wireless power supply; A modem unit for demodulating data received from the wireless power supply unit through the resonator unit and outputting the demodulated data to the control unit, and modulating the data input from the control unit to the resonator unit; A power manager for charging the battery with electrical energy input from the resonator; And the control unit controlling the modem unit and the power management unit.

상기 무선 충전 장치의 공진부는 전력 무선 수신 및 자기장 통신을 위한 저주파용 코일과, 전력 무선 수신을 위한 고주파용 코일을 포함하여 이루어진 것이 바람직하다. 즉, 해당 무선 충전 장치는, 근거리에 위치할 때는 고주파용 코일을 통해 전기 에너지를 공급받고, 위치가 변동되어 원거리에 위치할 때는 저주파용 코일을 통해 전기 에너지를 공급받는다.The resonator of the wireless charging device preferably includes a low frequency coil for power wireless reception and magnetic field communication, and a high frequency coil for power wireless reception. That is, the wireless charging device receives electrical energy through a high frequency coil when located at a short distance, and receives electrical energy through a low frequency coil when located at a long distance due to a change in position.

상기 파워 관리부는 상기 저주파용 코일 및 상기 고주파용 코일 중 어느 하나 이상으로부터 입력되는 전기 에너지로 구동되는 것임이 바람직하다. 이에 따라, 해당 무선 충전 장치가 전원 오프 상태에 있다 하더라도 배터리 충전은 가능하다.Preferably, the power manager is driven by electrical energy input from at least one of the low frequency coil and the high frequency coil. Accordingly, even when the wireless charging device is in a power off state, the battery can be charged.

본 발명의 무선 충전 장치는 상기 배터리의 다수의 셀과 상기 파워 관리부 간의 연결을 온/오프(ON/OFF)하는 스위칭부를 더 포함하여 이루어진 것이 바람직하다. 이러한 스위칭부는 셀을 완전히 방전시킨 후 충전시키기 위함이다.The wireless charging device of the present invention preferably further comprises a switching unit for turning on / off a connection between the plurality of cells of the battery and the power management unit. This switching unit is for charging after completely discharging the cell.

상기 컨트롤부는 상기 배터리의 충전 상태를 확인하여 상기 배터리의 다수의 셀 중 충전할 셀과 방전할 셀을 구분하고, 상기 충전할 셀을 상기 파워 관리부에 연결하도록 상기 스위칭부를 제어한다. 이러한 기능은, 상기 컨트롤부가 전원 오프 상태에 있을 때는, 상기 파워 관리부에 의해 수행된다.The control unit checks the state of charge of the battery to distinguish between the cells to be charged and the cells to be discharged from the plurality of cells of the battery, and controls the switching unit to connect the cells to be charged to the power management unit. This function is performed by the power management unit when the control unit is in a power off state.

상기 컨트롤부는, 상기 무선 전력 공급 장치가 충전 우선 순위를 결정할 수 있도록 무선 충전 장치의 위치 정보 및 충전 상태 정보를 포함하는 데이터를 상기 모뎀부로 출력한다.The control unit outputs data including the position information and the charging state information of the wireless charging device to the modem unit so that the wireless power supply device can determine the charging priority.

상기 컨트롤부는 상기 저주파용 코일이 무선 전력 공급 장치로부터 무선 수신한 충전 우선 순위를 나타내는 스케줄링 정보에 의거하여, 상기 충전할 셀과 상기 파워 관리부 간의 연결을 제어한다.The control unit controls the connection between the cell to be charged and the power management unit based on scheduling information indicating the charging priority of the low frequency coil wirelessly received from the wireless power supply device.

이상으로, 본 발명의 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 따르면, 무선 전력 공급 장치와 무선 충전 장치들 간에 공진 채널이 형성됨으로, 종 래보다 충전 효율이 높고 상대적으로 원거리에서도 충전 가능한 효과가 있다. 즉, 종래의 무선 충전 방식은 공진 주파수를 전혀 감안하지 않은, 비공진 자기 유도 방식이다. 따라서, 본 발명에 비해 충전 효율이 매우 낮으며, 두 장치 간의 거리가 10cm 이상이 되면, 무선 충전은 거의 불가능하였다.As described above, according to the wireless charging system using the resonance and magnetic field communication of the present invention, since the resonance channel is formed between the wireless power supply and the wireless charging devices, the charging efficiency is higher than conventional and can be charged at a relatively long distance. . In other words, the conventional wireless charging method is a non-resonant magnetic induction method that does not consider the resonance frequency at all. Therefore, the charging efficiency is very low compared to the present invention, when the distance between the two devices is more than 10cm, wireless charging was almost impossible.

또한, 본 발명의 공진 및 자기장 통신을 이용한 무선 충전 시스템에 따르면, 전력 송수신을 위한 공진부를 이용하여 무선 전력 송신 채널과 같은 채널(in-band) 내에서 무선 통신을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 무선 전력 공급 장치는 무선 충전 장치들의 충전 상태를 모니터링하고, 이러한 모니터링 결과를 통해 공진 채널을 변경함으로써 충전이 필요한 무선 충전 장치들에게 최적화된 충전 서비스를 제공할 수 있다.Further, according to the wireless charging system using the resonance and magnetic field communication of the present invention, the wireless unit can perform wireless communication in the same channel (in-band) as the wireless power transmission channel using the resonator for power transmission and reception. Therefore, the wireless power supply device of the present invention can provide an optimized charging service to the wireless charging devices that need to be charged by monitoring the charging state of the wireless charging devices, and by changing the resonance channel through the monitoring result.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 이동통신 단말기의 과다 사용 방지 방법에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for preventing overuse of a mobile communication terminal according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템의 구성도이다.2 to 5 is a block diagram of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 무선 충전 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 충전 베이스스테이션와, 무선 전력 공급 장치와의 자기장 통신을 통해 무선 충전 및 무선 데이터 통신 서비스를 제공받는 전자기기들로 구성된다.As shown in FIG. 2, the wireless charging system of the present invention includes a charging base station that transmits power wirelessly, and electronic devices that receive wireless charging and wireless data communication services through magnetic field communication with the wireless power supply. do.

충전 베이스스테이션은 실내에서는 천장이나 테이블 등의 가구에 그리고 야 외에서는 버스정류장 등에 임플란트 형태로 설치가 되거나, 차량의 컵 홀더나 노트북 PC의 Lid(뚜껑) 형태가 될 수 있다.The charging base station can be installed in the form of an implant indoors, such as a ceiling or a table, in an outdoor bus stop, or in the form of a cup holder in a vehicle or a lid in a notebook PC.

또한, 충전을 받는 전자기기들이 상황에 따라 충전 베이스스테이션이 될 수도 있다. 즉, 충전을 받는 이동휴대전화, 디지털카메라 등의 디지털기기들이 일반적인 충전베이스스테이션으로부터 멀리 떨어져 있어서 충전을 직접 제공받기 힘든 경우를 포함한 다양한 상황에 따라 충전 베이스스테이션의 역할을 수행한다.In addition, the charged electronics may be a charging base station depending on the situation. In other words, digital devices such as mobile phones, digital cameras, and the like, which are charged, perform a role of charging base station according to various situations including a case where it is difficult to provide direct charging because the digital devices such as mobile phones are far from the normal charging base station.

전자 기기들은 이동휴대전화, 디지털카메라, 노트북 PC등의 모든 배터리를 갖는 디지털 기기들을 포함한다. 또한, 지중, 수중, 건물속 등의 접근이 용이치 않은 센서 및 계측기 등의 전자기기들도 될 수 있다. 이러한 기기들은 이동형 충전 베이스스테이션에 의해 충전될 것이다.Electronic devices include digital devices with all batteries, such as mobile phones, digital cameras, and notebook PCs. In addition, it may be an electronic device such as a sensor and a measurement device that is not easily accessible underground, underwater, or in a building. These devices will be charged by a mobile charging base station.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 베이스스테이션(이하, 무선 전력 공급 장치라 한다)(100)는 전자 기기(200; 이하, 무선 충전 장치라 한다)에 전력을 무선으로 전송하고, 무선 충전 장치(200)와 자기장 통신을 하는 공진부(110)와, 공진부(110)를 통해 무선 충전 장치(200)로부터 수신되는 데이터를 복조하여 중앙처리부(120)로 출력하고, 중앙처리부(120)로부터 입력되는 데이터를 변조하여 공진부(110)로 출력하는 모뎀부(130)와, 전원 공급부(140)로부터 입력되는 전류를 공진부(110)의 공진주파수 대역을 갖는 AC 전류로 변환하여, 공진부(110)로 출력하는 컨버터부(150)와, 모뎀부(130)와 컨버터부(150)를 제어하는 중앙처리부(20)를 포함하여 이루어진다.3 and 4, the charging base station (hereinafter referred to as a wireless power supply device) 100 according to an embodiment of the present invention is provided in the electronic device 200 (hereinafter referred to as a wireless charging device). The central processing unit 120 transmits power wirelessly, demodulates data received from the wireless charging device 200 through the resonator 110 and magnetic field communication with the wireless charging device 200, and the resonator 110. The modulator 130 modulating the data input from the central processing unit 120 and outputting the modulated data to the resonator unit 110, and the current input from the power supply unit 140 to the resonant frequency band of the resonator unit 110. It includes a converter unit 150 to convert to an AC current having an output to the resonator unit 110, and a central processing unit 20 for controlling the modem unit 130 and the converter unit 150.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치의 공진부의 구체적 인 구성도이다.6 is a detailed configuration diagram of a resonator unit of a wireless power supply device according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치(100)의 공진부(110)는 전력 무선 전송 및 자기장 통신을 위한 저주파용 코일(111)과, 전력 무선 전송을 위한 고주파용 코일(112)과, 커패시터(113)와, 커패스턴스 조절 스위치(114)와, 저항 소자(115)와, 저항값 조절 스위치(116)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 저주파용 코일(111)과 고주파용 코일(112)은, 저주파용 코일(111) 및 고주파용 코일(112)에서 생성되는 자기장이 무지향성을 갖도록 다수의 코일로 이루어진 입체 코일인 것임이 바람직하다. 저주파용 코일(111)과 고주파용 코일(112)은 자기장 빔포밍(Beamforming)을 지원할 수 있다. 여기서, 자기장 빔포밍이란, 입체 코일을 효율적으로 조정하여, 코일로부터 생성되는 자기장의 형태를 어느 특정 목표 지점에 집중하는 방법을 일컫는다.As shown in FIG. 6, the resonator 110 of the wireless power supply device 100 according to an embodiment of the present invention is a low frequency coil 111 for power wireless transmission and magnetic field communication and power wireless transmission. The high frequency coil 112, the capacitor 113, the capacitance adjusting switch 114, the resistance element 115, and the resistance value adjusting switch 116 may be formed. Here, the low frequency coil 111 and the high frequency coil 112 are preferably three-dimensional coils composed of a plurality of coils such that the magnetic fields generated by the low frequency coil 111 and the high frequency coil 112 have non-directionality. Do. The low frequency coil 111 and the high frequency coil 112 may support magnetic field beamforming. Here, the magnetic field beamforming refers to a method of efficiently adjusting a three-dimensional coil and concentrating the shape of the magnetic field generated from the coil to a specific target point.

이외에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치(100)는 컨버터부(150)가 출력하는 AC 전류를 입력받아, 저주파용 코일(111) 및 고주파용 코일(112) 중 중앙처리부(120)가 선택한 코일로 출력하는 스위칭부(160)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the wireless power supply 100 according to an embodiment of the present invention receives the AC current output from the converter unit 150, the central processing unit 120 of the low frequency coil 111 and the high frequency coil 112. ) May further include a switching unit 160 to output to the selected coil.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치(100)는 무선 충전 장치 각각의 공진 주파수 정보를 저장하기 위한 저장부(미도시)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the wireless power supply 100 according to an embodiment of the present invention may further comprise a storage unit (not shown) for storing the resonant frequency information of each of the wireless charging device.

중앙처리부(120)는 구체적으로, 공진부(110)에서 공진하는 주파수를 갖는 AC 전류를 출력하도록 컨버터부(150)를 제어한다.Specifically, the central processor 120 controls the converter 150 to output an AC current having a frequency resonating in the resonator 110.

또한, 중앙처리부(120)는 저주파용 코일(111)로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치(200)의 위치 정보와 충전 상태 정보를 확인한 결과, 근거리(예컨대, 수 cm 이내)에 위치한 무선 충전 장치들에게 전력을 공급할 필요가 있는 경우에는 컨버터부(150)에서 예컨대, 13.56MHz를 출력하도록 하고, 고주파용 코일(112)을 컨버터부(150)에 연결시킨다. 반면, 원거리(예컨대, 수 m 이내)에 위치한 무선 충전 장치들에게 전력을 공급할 필요가 있는 경우에는 컨버터부(150)에서 예컨대, 100KHz를 출력하도록 하고, 저주파용 코일(111)을 컨버터부(150)에 연결시킨다.In addition, the central processing unit 120 checks the location information and the charging state information of the wireless charging device 200 included in the data input from the low frequency coil 111, and as a result, the wireless charging is located at a short distance (for example, within a few cm). When it is necessary to supply power to the devices, the converter unit 150 outputs, for example, 13.56 MHz, and the high frequency coil 112 is connected to the converter unit 150. On the other hand, when it is necessary to supply power to wireless charging devices located at a long distance (eg, within a few m), the converter unit 150 outputs, for example, 100 KHz, and the low frequency coil 111 is converted to the converter unit 150. ).

중앙처리부(120)는 저주파용 코일(111)로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치(200)의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여, 공진부(110)의 커패시턴스를 조정한다. 즉, 중앙처리부(120)는 공진부(110)의 공진주파수를 충전이 필요한 무선 충전 장치의 공진 주파수에 일치시켜서 공진 채널을 형성하는 것이다.The central processing unit 120 adjusts the capacitance of the resonator 110 based on the position information and the charging state information of the wireless charging device 200 included in the data input from the low frequency coil 111. That is, the central processing unit 120 forms a resonance channel by matching the resonance frequency of the resonance unit 110 with the resonance frequency of the wireless charging device that requires charging.

커패시턴스 조정은, 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이 중앙처리부(120)가 커패스턴스 조절 스위치(114)를 제어하여 코일에 연결되는 커패시터의 수를 조절함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 가변 커패시터(미도시)의 커패시턴스를 조절함으로써 공진주파수를 변경할 수도 있다.For example, the capacitance adjustment may be performed by the central processing unit 120 controlling the capacitance adjusting switch 114 to adjust the number of capacitors connected to the coil, as shown in FIG. 6. In addition, the resonance frequency may be changed by adjusting the capacitance of the variable capacitor (not shown).

또한, 중앙처리부(120)는 저주파용 코일(111)로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치(200)의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여, 공진부(110)의 Q 값(Quality factor)를 조정한다. 즉, Q값은 충전 효율과 관계있는 값으로, 단일 기기만을 충전할 경우에는 좁은 대역폭과 높은 Q값이 요구되고 반면, 다수의 기기 들을 동시에 충전할 경우에는 상대적으로 넓은 대역폭과 낮은 Q값이 요구된다.In addition, the central processing unit 120 based on the position information and the charging state information of the wireless charging device 200 included in the data input from the low frequency coil 111, the Q value of the resonator 110 (Quality factor) Adjust it. In other words, Q is a value related to charging efficiency. When charging only a single device, a narrow bandwidth and a high Q value are required, whereas when charging multiple devices simultaneously, a relatively wide bandwidth and a low Q value are required. do.

이러한 Q 값 조정은, 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이 커패스턴스 조절 스위치(114)를 제어하여 코일에 연결되는 커패시터의 수를 조절하거나, 저항값 조절 스위치(116)를 제어하여 코일에 연결되는 저항소자의 수를 조절함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 가변 저항(미도시)의 저항값을 조절함으로써 Q 값을 변경할 수도 있다.Such Q value adjustment is, for example, as shown in FIG. 6, by controlling the capacitance adjusting switch 114 to adjust the number of capacitors connected to the coil, or by controlling the resistance value adjusting switch 116 to the coil. This can be done by adjusting the number of resistive elements to be made. In addition, the Q value can be changed by adjusting the resistance value of the variable resistor (not shown).

또한, 중앙처리부(120)는 저주파용 코일(111)로부터 입력되는 데이터에 포함된 무선 충전 장치(200)의 위치 정보와 충전 상태 정보에 의거하여 무선 충전 장치들의 충전 우선 순위를 결정하고, 이러한 충전 우선 순위를 나타내는 스케줄링 정보를 포함하는 데이터를 모뎀부(130)로 출력한다. 이에 따라, 모뎀부(130)는 스케줄링 정보를 포함하는 데이터를 변조하여 공진부(110)로 출력하고, 공진부(110)는 스케줄링 정보를 포함하는 데이터를 무선 충전 장치들에게 전송한다. 그러면, 무선 충전 장치들은 스케줄링 정보를 토대로, 배터리를 충전하게 된다. 즉, 중앙처리부(120)가 충전 시간을 분할하면, 무선 충전 장치는 자신에게 할당된 시간대에 배터리를 충전하는 것이다.In addition, the central processing unit 120 determines the charging priority of the wireless charging devices based on the position information and the charging state information of the wireless charging device 200 included in the data input from the low frequency coil 111, and such charging The modem unit 130 outputs data including scheduling information indicating priority. Accordingly, the modem unit 130 modulates data including scheduling information and outputs the modulated data to the resonator 110, and the resonator 110 transmits data including the scheduling information to the wireless charging devices. Then, the wireless charging devices charge the battery based on the scheduling information. That is, when the central processing unit 120 divides the charging time, the wireless charging device is to charge the battery in the time zone assigned to it.

한편, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치(200)는 무선 전력 공급 장치(100)로부터 무선으로 전력을 수신하고, 무선 전력 공급 장치(100)와 자기장 통신을 하는 공진부(210)와, 공진부(210)를 통해 무선 전력 공급 장치(100)로부터 수신되는 데이터를 복조하여 컨트롤부(220)로 출력하고, 컨트롤부(220)로부터 입력되는 데이터를 변조하여 공진부(210)로 출력하는 모뎀부(230)와, 공진부(210)로부터 입력되는 전기 에너지를 배터리(240)에 충전하는 파워 관리부(250)와, 모뎀부(230)와 파워 관리부(250)를 제어하는 컨트롤부(220)를 포함하여 이루어진다.Meanwhile, as shown in FIGS. 3 and 5, the wireless charging device 200 according to an embodiment of the present invention wirelessly receives power from the wireless power supply device 100, and the wireless power supply device 100. And a resonator 210 for magnetic field communication, and data received from the wireless power supply device 100 through the resonator 210 to be demodulated and outputted to the control unit 220 and input from the control unit 220. Modem unit 230 for modulating the data to output to the resonator 210, a power management unit 250 for charging the electrical energy input from the resonator 210 to the battery 240, the modem unit 230 and It includes a control unit 220 for controlling the power management unit 250.

전술한 구성에서, 무선 충전 장치(200)의 공진부(210)는 전력 무선 수신 및 자기장 통신을 위한 저주파용 코일(211)과, 전력 무선 수신을 위한 고주파용 코일(212)과, 커패시터(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다.In the above-described configuration, the resonator 210 of the wireless charging device 200 includes a low frequency coil 211 for power wireless reception and magnetic field communication, a high frequency coil 212 for power wireless reception, and a capacitor (not shown). May be made).

이외에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치(200)는 배터리(240)의 다수의 셀과 파워 관리부(250) 간의 연결을 온/오프(ON/OFF)하는 스위칭부(260)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the wireless charging device 200 according to an embodiment of the present invention further includes a switching unit 260 for turning on / off a connection between the plurality of cells of the battery 240 and the power management unit 250. It can be made, including.

파워 관리부(250)는 배터리(240)가 아닌, 저주파용 코일(211) 및 고주파용 코일(212) 중 어느 하나 이상으로부터 입력되는 전기 에너지로 구동 가능하도록 콘덴서를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 해당 무선 충전 장치가 꺼져있다 하더라도 배터리(240)는 파워 관리부(250)에 의해 충전될 수 있다.The power manager 250 may include a capacitor to be driven by electrical energy input from any one or more of the low frequency coil 211 and the high frequency coil 212, not the battery 240. That is, even if the wireless charging device is turned off, the battery 240 may be charged by the power manager 250.

파워 관리부(250) 및 컨트롤부(220)는, 배터리(240)의 충전 상태를 확인하여 배터리(240)의 다수의 셀 중 충전할 셀과 방전할 셀을 구분하고, 충전할 셀을 파워 관리부(250)에 연결하도록 스위칭부(260)를 제어한다.The power manager 250 and the controller 220 check the state of charge of the battery 240, classify the cells to be charged and the cells to be discharged among the plurality of cells of the battery 240, and select the cells to be charged. The switching unit 260 is controlled to connect to 250.

또한, 컨트롤부(220)는 위치 정보 및 충전 상태 정보를 포함하는 데이터를 모뎀부(230)로 출력한다. 이에 따라, 모뎀부(230)는 위치 정보 및 충전 상태 정보를 포함하는 데이터를 변조하여 저주파용 코일(211)로 출력하고, 저주파용 코일(211)은 위치 정보 및 충전 상태 정보를 포함하는 데이터를 무선 전력 공급 장 치(100)에게 전송한다.In addition, the controller 220 outputs data including the location information and the charging state information to the modem unit 230. Accordingly, the modem unit 230 modulates data including the position information and the charging state information, and outputs the modulated data to the low frequency coil 211, and the low frequency coil 211 provides data including the position information and the charging state information. It transmits to the wireless power supply device (100).

또한, 컨트롤부(220)는 저주파용 코일(211)이 무선 전력 공급 장치(100)로부터 무선 수신한 충전 우선 순위를 나타내는 스케줄링 정보에 의거하여, 충전할 셀과 파워 관리부(250) 간의 연결을 제어한다. 즉, 충전이 필요한 셀은, 무선 전력 공급 장치(100)가 설정한 시간대에 파워 관리부(250)에 연결되는 것이다.In addition, the controller 220 controls the connection between the cell to be charged and the power manager 250 based on scheduling information indicating the charge priority that the low frequency coil 211 wirelessly receives from the wireless power supply device 100. do. That is, the cell that needs to be charged is connected to the power management unit 250 at a time period set by the wireless power supply device 100.

도 7은 본 발명에 따른 무선 전력 공급 장치와 무선 충전 장치의 모뎀부의 구성도인바, 기본적으로 양방향 통신을 지원한다.7 is a configuration diagram of a modem unit of a wireless power supply device and a wireless charging device according to the present invention, and basically supports two-way communication.

도 7에 도시한 바와 같이, 송신측 데이터 패킷은 MAC 계층부와 디지털 신호처리부를 거쳐 DAC(digital to analog converter)를 통해 아날로그 신호로 변환되고, 필터(filter)를 통해 고주파 성분이 제거된 후 AMP(증폭기)를 통해 증폭된다. 증폭된 전류가 스위치(Switch)를 거쳐 코일에 흐르게 되면, 수신측 코일에 유도된다.As shown in FIG. 7, the transmitting side data packet is converted into an analog signal through a digital to analog converter (DAC) through a MAC layer unit and a digital signal processing unit, and a high frequency component is removed through a filter. Amplified through (amplifier). When the amplified current flows through the switch to the coil, it is induced to the receiving coil.

수신측 코일로 전달된 신호는 스위치를 거쳐 AMP를 통해 인식할 수 있는 규모의 파형으로 증폭되고 필터를 거쳐 노이즈가 제거된 후에, ADC(analog to digital converter)에 의해 디지털화된다. 디지털화된 신호는 디지털 신호 처리부와 MAC 계층부를 거쳐 패킷 데이터로 변환되고, 변환된 데이터는 수신측이 무선 전원 공급 장치일 경우에는 중앙처리부(120)로, 수신측이 무선 충전 장치일 경우에는 컨트롤부(120)로 전달된다.The signal transmitted to the receiving coil is amplified by a waveform of a magnitude recognizable by the AMP via a switch, and digitized by an analog to digital converter (ADC) after noise is removed through a filter. The digitized signal is converted into packet data through the digital signal processor and the MAC layer, and the converted data is the central processing unit 120 when the receiving side is a wireless power supply, and the control unit when the receiving side is a wireless charging device. Is passed to 120.

본 발명의 무선 충전 시스템은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The wireless charging system of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 공급 장치의 공진부의 구체적인 구성도이다.6 is a detailed configuration diagram of a resonator unit of a wireless power supply device according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 무선 전력 공급 장치와 무선 충전 장치의 모뎀부의 구성도이다.7 is a configuration diagram of a modem unit of a wireless power supply device and a wireless charging device according to the present invention.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***

100: 무선 전력 공급 장치100: wireless power supply

110: 공진부 120: 중앙처리부110: resonator 120: central processing unit

130: 모뎀부 140: 전원 공급부130: modem unit 140: power supply unit

150: 컨버터부 160: 스위칭부150: converter 160: switching unit

200: 무선 충전 장치200: wireless charging device

210: 공진부 220: 컨트롤부210: resonator 220: control unit

230: 모뎀부 240: 배터리230: modem 240: battery

250: 파워관리부 260: 스위칭부250: power management unit 260: switching unit

Claims

A resonator for wirelessly transmitting power to a wireless charging device and performing magnetic field communication with the wireless charging device;

A modem unit for demodulating the data received from the wireless charging device through the resonator unit and outputting the demodulated data to the central processing unit, and modulating the data input from the central processing unit and outputting the data to the resonator unit;

A converter for converting a current input from a power supply into an AC current having a resonant frequency band of the resonator and outputting it to the resonator; And

And a central processing unit for controlling the modem unit and the converter unit.

The method of claim 1, wherein the resonator unit,

Low frequency coils for power wireless transmission and magnetic field communication; And

Wireless power supply characterized in that it comprises a high frequency coil for power wireless transmission.

The method of claim 2, wherein the low frequency coil and the high frequency coil,

Wireless power supply, characterized in that the low-frequency coil and the magnetic field generated in the high-frequency coil is a three-dimensional coil consisting of a plurality of coils to have a non-directional.

The method of claim 3, wherein

And a switching unit for outputting an AC current input from the converter unit to a coil selected by the central processing unit among the low frequency coil and the high frequency coil.

The method of claim 4, wherein the central processing unit,

And adjusting the capacitance of the resonator based on the positional information and the charging state information of the wireless charging device included in the data input from the low frequency coil.

The method of claim 4, wherein the central processing unit,

And controlling a Q factor (Quality factor) of the resonator based on the position information and the charging state information of the wireless charging device included in the data input from the low frequency coil.

The method of claim 4, wherein the central processing unit,

And selecting a coil to wirelessly transmit power based on the position information and the charging state information of the wireless charging device included in the data input from the low frequency coil.

The method of claim 4, wherein the central processing unit,

The charging priority of the wireless charging devices is determined based on the position information and the charging state information of the wireless charging device included in the data input from the low frequency coil, and the modem includes data including scheduling information indicating the charging priority. Wireless power supply characterized in that it outputs negatively.

A resonator configured to wirelessly receive power from a wireless power supply and to perform magnetic field communication with the wireless power supply;

A modem unit for demodulating data received from the wireless power supply unit through the resonator unit and outputting the demodulated data to the control unit, and modulating the data input from the control unit to the resonator unit;

A power manager for charging the battery with electrical energy input from the resonator; And

And a control unit for controlling the modem unit and the power management unit.

The method of claim 9, wherein the resonator,

Low frequency coils for power wireless reception and magnetic field communication;

Wireless charging device comprising a high frequency coil for receiving power wireless.

The method of claim 10, wherein the power management unit,

Wireless charging device, characterized in that driven by the electrical energy input from any one or more of the low frequency coil and the high frequency coil.

The method of claim 11,

And a switching unit configured to turn on / off a connection between the plurality of cells of the battery and the power management unit.

The method of claim 12, wherein the power management unit and the control unit,

And checking the state of charge of the battery to distinguish between cells to be charged and cells to be discharged from a plurality of cells of the battery, and to control the switching unit to connect the cells to be charged to the power management unit.

The method of claim 13, wherein the control unit,

Wireless charging device, characterized in that for outputting the data including the position information and the charging state information to the modem unit.

The method of claim 14, wherein the control unit,

And controlling the connection between the cell to be charged and the power manager based on scheduling information indicating charging priority received by the low frequency coil from a wireless power supply.