KR20120085498A - 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼 및 그 에너지 전송부 - Google Patents

멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼 및 그 에너지 전송부 Download PDF

Info

Publication number
KR20120085498A
KR20120085498A KR1020110006850A KR20110006850A KR20120085498A KR 20120085498 A KR20120085498 A KR 20120085498A KR 1020110006850 A KR1020110006850 A KR 1020110006850A KR 20110006850 A KR20110006850 A KR 20110006850A KR 20120085498 A KR20120085498 A KR 20120085498A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wireless charging
base station
charging base
power
antenna
Prior art date
Application number
KR1020110006850A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101225089B1 (ko
Inventor
문연국
임승옥
원윤재
김선희
황규성
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020110006850A priority Critical patent/KR101225089B1/ko
Priority to PCT/KR2011/000511 priority patent/WO2012102419A1/ko
Publication of KR20120085498A publication Critical patent/KR20120085498A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101225089B1 publication Critical patent/KR101225089B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H02J50/402—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices the two or more transmitting or the two or more receiving devices being integrated in the same unit, e.g. power mats with several coils or antennas with several sub-antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H02J7/0044—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction specially adapted for holding portable devices containing batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/30—Charge provided using DC bus or data bus of a computer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 자기공진유도 방식을 이용하여 다수의 기기를 무선 충전할 수 있는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼과 그 에너지 전송부에 관한 것으로서, 본 발명의 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼은, 상기 무선 충전 베이스 스테이션의 주요기능을 제어하기 위한 MCU, 상기 MCU에 클럭을 제공하는 클럭 생성기, 무선 충전을 위한 전력 공급원인 전원을 제어하는 전원 제어부 및 통신 제어부를 포함하는 플랫폼 제어 모듈과, 부하에 따른 최적화된 상태로 전력 전송을 제어하는 최적화부와 에너지 전송부 및 통신부를 포함하는 충전 통신 융합 하드웨어 모듈과, 에너지를 무선 전송하는 안테나와 상기 에너지 전송부와 상기 안테나 사이의 인터페이스를 제공하는 안테나 인터페이스부를 포함하는 안테나 모듈을 포함한다.

Description

멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼 및 그 에너지 전송부{Multi-node wireless charging base station hardware platform using magnetic resonance induction and energy transmission unit thereof }
본 발명은 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 자기공진유도 방식을 이용하여 다수의 기기를 무선 충전할 수 있는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼과 그 에너지 전송부에 관한 것이다.
무선으로 에너지를 전달하는 무선 전력 전송 기술로서 자기유도 현상을 이용한 무선 충전 시스템이 사용되고 있다.
예컨대, 전동칫솔 또는 무선 면도기 등이 전자기 유도의 원리로 충전되며, 최근에는 전자기 유도를 이용하여 휴대전화나 PDA, MP3 플레이어, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대기기를 충전할 수 있는 무선충전제품들이 출시되고 있다.
그러나, 하나의 코일에서 다른 코일로 자기장을 통해 전류를 유도하는 자기유도 방식은 코일 사이의 거리 및 상대적 위치에 매우 민감하여 두 코일 사이의 거리가 약간 떨어지거나 틀어져도 전송 효율이 급속히 떨어진다. 이에 따라 이러한 자기유도 방식의 충전 시스템은 수 cm 이하의 근거리에서만 사용할 수 있다는 약점이 있다.
한편, 미국특허 7,741,735호에서는 공진장의 감쇄파 결합에 기반을 둔 비방사형 에너지 전달 방식을 개시하고 있다. 이는 두 개의 동일한 주파수를 갖는 공진체가 주위의 다른 비공진체와는 영향을 미치지 않지만 서로 커플링하려는 경향을 가지는 점을 이용한 것으로 기존의 전자기 유도에 비하여 먼 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 기술로서 소개되고 있다.
그러나 공진을 이용하여 무선으로 에너지를 전송하는 시스템에서 다수의 수신측이 있을 경우에는 공진이 이루어지는 모든 수신측 기기로 전력이 전송되어 비효율적이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 다수의 무선 충전기기를 대상으로 효율적인 충전을 제공할 수 있는 자기공진유도 방식의 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼과 그 에너지 전송부를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
본 발명의 다른 과제는 자기장 통신을 이용하여 다수의 노드를 효율적으로 충전할 수 있는 자기공진유도 방식의 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼과 그 에너지 전송부를 제공하고자 하는 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 다수의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션이 제공되는바, 본 발명의 일면에 따른 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션은, 상기 무선 충전 베이스 스테이션의 주요기능을 제어하기 위한 MCU, 상기 MCU에 클럭을 제공하는 클럭 생성기, 무선 충전을 위한 전력 공급원인 전원을 제어하는 전원 제어부 및 통신 제어부를 포함하는 플랫폼 제어 모듈과, 부하에 따른 최적화된 상태로 전력 전송을 제어하는 최적화부와 에너지 전송부 및 통신부를 포함하는 충전 통신 융합 하드웨어 모듈과, 에너지를 무선 전송하는 안테나와 상기 에너지 전송부와 상기 안테나 사이의 인터페이스를 제공하는 안테나 인터페이스부를 포함하는 안테나 모듈을 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 통신 제어부는 USB/RS-232/Ethernet 인터페이스를 제공하는 USB/RS-232/Ethernet 통신 블록과 자기장 통신 인터페이스를 제공하는 자기장 통신 블록을 포함할 수 있으며, 상기 최적화부는 상기 무선 충전 베이스 스테이션과 충전하고자 하는 상기 무선 충전기기 사이의 공진효율을 개선하기 위한 공진효율 개선부와 상기 무선 충전 베이스 스테이션과 충전하고자 하는 상기 무선 충전기기 사이에서 자기공진유도 방식으로 전달되는 무선 전력 이외의 에너지 방출을 최소화하는 비의도 에너지 방출 최소화부를 포함할 수 있다.
상기 에너지 전송부는 시스템 버스로 연결되는 다수의 슬롯을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 다수의 슬롯은 LF LP(Low Frequency Low Power) 모드, LF HP(Low Frequency High Power) 모드, HF LP(High Frequency Low Power) 및 HF HP(High Frequency High Power) 모드 슬롯을 포함할 수 있다.
또한, 상기 LF LP 모드 슬롯은 자기장 통신 블록을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 다수의 슬롯 각각은 인버터 방식 또는 파워 앰프 방식의 에너지 전송 회로를 포함할 수 있다.
상기 안테나 모듈은 듀얼 밴드 전송을 위하여 LF(Low Frequency) 안테나와 HF(High Frequency) 안테나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 다수의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션의 에너지 전송부가 제공되며, 이는 시스템 버스로 연결되는 다수의 슬롯에 장착하도록 형성된다.
본 발명에 따르면, 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션이 다수의 무선 충전기기를 효율적으로 충전할 수 있으며, 전체 멀티노드 무선 충전 시스템의 충전 과정을 효율적으로 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 베이스 스테이션의 구성을 자세히 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 베이스 스테이션의 구성을 기능블록으로 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 시스템에서 무선 충전의 Link Budget을 위한 시스템 사양 분석과 시스템 Budget 설계를 위해 사용한 Simulink Model을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 베이스 스테이션의 주요사양을 정리한 표이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 베이스 스테이션의 에너지 전송부를 나타낸 블록도이다.
도 7 및 도 8은 도 6에 나타난 슬롯의 구성을 각각 나타내는 블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템은 자기공진유도 방식을 통해 무선으로 전력을 공급하는 무선 충전 베이스 스테이션(10)과, 무선 충전 베이스 스테이션(10)과 소정의 거리만큼 떨어진 곳에 위치하며 무선 충전 베이스 스테이션(10)으로부터 무선으로 전력을 공급받는 다수의 무선 충전기기(50_1, 50_2, .., 50_N)를 포함하여 구성된다.
자기공진유도 방식은 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 공진에 의하여 에너지의 무선 전송 효율을 극대화시키는 방법이다. 이를 위하여 무선 충전 베이스 스테이션(10)과 무선 충전기기(50_1, 50_2, .., 50_N) 사이의 공진 주파수를 맞추어 공진 채널을 형성하고 이를 통하여 무선 전력을 송신한다.
무선 충전 베이스 스테이션(10)은 무선 충전기기(50_1, 50_2, .., 50_N)와 자기장 통신을 통해 충전기기의 식별정보, 종류, 위치, 또는 충전상태를 포함하는 무선 충전기기(50_1, 50_2, .., 50_N)의 정보를 수신할 수 있으며, 이와 같은 충전 정보를 바탕으로 무선 충전기기(50_1, 50_2, .., 50_N)로 전력을 전송할 수 있다.
무선 충전 베이스 스테이션(10)은 자기장 통신과 무선 충전을 동시에 수행하기 위하여 듀얼 밴드(고주파 대역 및 저주파 대역)로 구성된다. 저주파 밴드는 통상 자기장 통신과 원거리 충전을 위해 사용되며, 고주파 밴드는 고효율 충전을 위해 사용될 수 있다. 또한 저주파 및 고주파 밴드 각각에 대하여 저출력 및 고출력 모드를 사용하여 충전할 수 있다.
무선 충전 베이스 스테이션(10)은 고정형 또는 이동형으로 구현될 수 있으며, 고정형으로 구현될 경우 실내에서는 천장이나 테이블 등의 가구 등에 설치될 수 있고, 실외에서는 버스 정류장이나 지하철역 등에 임플란트 형식으로 설치될 수 있으며, 무선 충전 베이스 스테이션(10)이 차량이나 기차, 지하철과 같은 이동체의 내부에 설치될 수도 있다. 무선 충전 베이스 스테이션(10)이 이동형으로 구현되는 경우에는, 무선 충전 베이스 스테이션(10) 자체가 별도의 이동형 장치로 구현될 수도 있고, 노트북 컴퓨터의 덮개 등과 같이 다른 디지털 기기의 일부로서 구현될 수도 있다.
무선 충전기기(50_1, 50_2, .., 50_N)는 각종 모바일 단말기, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등 배터리를 구비하는 모든 디지털 기기를 포함할 수 있으며, 지중, 수중, 건물 내부 등 접근이 용이하지 않은 곳에 배치되는 센서 및 계측기 등의 전자기기가 될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선 충전 베이스 스테이션(10)의 구성을 자세히 나타낸 블록도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 베이스 스테이션(10)은 크게 플랫폼 제어모듈(100), 충전 통신 융합 하드웨어 모듈(200) 및 안테나 모듈(300)을 포함하여 이루어진다.
플랫폼 제어모듈(100)은 무선 충전 베이스 스테이션(10)의 주요기능을 제어하기 위한 MCU(120), Clock generator(110), 전원 제어부(140), 아날로그 제어부(150), 디버깅과 상태 모니터링 등을 위한 표시부(LCD)(160) 및 통신 제어부(130)를 포함한다. 통신 제어부(130)는 USB/RS-232/Ethernet 인터페이스를 제공하는 블록(132)과 자기장 통신 인터페이스를 제공하는 블록(134)을 포함한다.
충전 통신 융합 하드웨어 모듈(200)은 최적화된 충전을 제공하기 위한 최적화부(210), 통신부(220) 및 에너지 전송부(230)를 포함한다. 최적화부(210)는 부하에 따른 최적화된 상태로 전력 전송을 제어하기 위하여 공진효율 개선부(212)와 비의도 에너지 방출 최소화부(214)를 포함한다. 통신부(220)는 아날로그 및 디지털 모듈(222, 224)을 포함하며, 에너지 전송부(230)는 충전 거리와 에너지 전송 효율, 지향성 극복 등의 효율적인 충전을 위하여 LF 및 HF 모듈(232, 234)을 포함한다.
안테나 모듈(300)은 충전 통신 융합 하드웨어 모듈(200)의 에너지 전송부(230)와 안테나(320) 사이의 인터페이스를 제공하는 안테나 인터페이스부(310)와 안테나(320)를 포함한다. 안테나 인터페이스부(310)는 다시 임피던스 매칭부(312)와 마그네틱 트랩퍼(314)를 포함하며, 안테나(320)는 듀얼 밴드 전송을 위해 LF 안테나(322)와 HF 안테나(324)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선 충전 베이스 스테이션(10)의 구성을 기능블록으로 나타낸 것이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 베이스 스테이션(10)은 무선 충전기기(50_1, 50_2, .., 50_N)의 최적 충전 모드를 선택하기 위하여 충전기기의 충전상태 정보를 분류하는 기능블록과 충전기기의 위치와 상황정보를 저장 및 판독하여 하드웨어에 설정된 리소스를 제어하는 기능블록을 갖는다.
또, 최적 자기 공진 및 안테나 최적화를 위한 대역폭 변환기능과 LCR 제어회로를 내장한다. LF/HF 무선에너지 송수신 세기, 무선충전 채널 관측값, 충전기기의 위치 상황, 기기들의 충전정보와 간섭정보는 최적의 충전상황을 유지하기 위하여 상태 레지스터에 저장한다. 무선충전 통신융합 시스템의 베이스 스테이션은 LF와 HF 대역의 간섭을 최소화하여 최대 4개의 단말 노드의 동시 충전을 제공한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템에서 원하는 충전 성능을 얻기 위해서는 주파수 대역, 출력 제어 방식, 출력 범위, 매칭 특성, 유효 충전거리 등의 관계를 주의깊게 고려하여야만 한다.
전력 송신기, 즉 무선 충전 베이스 스테이션(10)에서 송신하는 전력은 수신 단말, 즉 무선 충전기기의 수신 상태와 거리를 감안하여 제어되어야 한다. 이렇게 계산된 송신 전력은 경로 손실을 거쳐 무선 충전기기의 안테나로 들어가고 매칭블록을 포함한 전단 블록의 손실을 거쳐 아날로그 전력 수신부로 들어간다. 이 신호는 Voltage Multiplier와 Rectifier를 거처 DC-DC Converter에서 전력 수신부의 수신 특성을 얻게되는데, 이때의 효율 특성이 주요성능을 결정짓게 된다. 안정적인 DC 특성과 배터리 공급을 위한 특성은 LDO Regulator와 Charger 및 Battery Interface를 통해 Battery로 입력된다.
본 발명의 실시예에 따른 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 충전 시스템의 무선 충전 베이스 스테이션에서는, 무선 충전의 Link Budget을 위한 시스템 사양 분석과 시스템 Budget 설계를 위해 Matlab Simulink Tool을 이용한 베이스 스테이션 플랫폼에 필요한 환경변수를 제어하여 전력전송 기능을 수행할 수 있도록 모델링하였다.
도 4a는 Link Budget을 위한 Simulink Model을 나타낸다. 도 4b는 통신블록의 Simulink Model을 보여주고, 도 4c는 Simulink 블록 구성도를 나타낸다.
메인 시스템 블록, 모듈 인터페이스를 위한 슬롯, 전력 송신 모듈, 데이터 송수신 모듈, 매칭 회로 블록, 안테나 블록 등의 구성에 있어서 효율을 고려하여야 하며, 베이스 스테이션과 충전 디바이스 간의 효율적인 충전을 위하여 통신과 충전 대역의 동작을 보장할 수 있어야 한다.
도 4a에서 나타난 바와 같이, LF/HF 수전부에서 4W 이상의 충분한 파워를 수신하기 위해서는 출력 파워의 세기, 매칭회로 특성, 유효충전 거리에 민감한 특성을 나타내고, 송전부의 출력파워를 6W에서 20W까지 충분한 power-control이 이뤄져야 함을 알 수 있다. 이때의 RF-frontend 모듈의 손실은 각각의 환경변수에 따라 50% 이상의 손실을 나타낼 수 있다. 따라서, 플랫폼에서 측정치를 입력받아서 충분한 Iteration을 통해 최적화하는 작업이 필수적이다.
도 4d는 환경변수에 따른 LF Simulink 모델링을 보여준다. RF-frontend 모듈의 손실은 매칭특성에 따라 가변될 수 있도록 설정되었고, Power Loop Control 블록의 손실을 0으로 가정한다.
도 4e는 HF Simulink 모델링을 보여준다. 수전부 파라미터는 실제 implementation시 나타나는 예측치 못하는 수신 특성의 손실 등을 모두 여기에 넣을 수가 있다. 그러나, 실측치와 모의실험의 상이함을 최대한 줄이기 위하여 실제 측정된 값을 환경변수로 입력받아 반복 모의실험을 수행한다.
Simulink 모델과 Link Budget을 통해 LF 대역과 HF 대역에서 필요한 베이스 스테이션 플랫폼의 주요사양을 다음의 [표 1]로 정리하였다.
항목 세부항목 사양 비고


LF 밴드



 주파수 범위 20kHz-1MHz 전력 송신시 125kHz
출력 제어 방식 가변 DUTY PWM
출력 범위 6W-20W 가변, Slot type
전력변환효율 >70% DC to RF 기준
유효충전거리 >0.2m
통신 변조 PSK 자기장 통신 규격
통신 전송거리 >1m


HF 밴드

 주파수 범위 6MHz-20MHz 전력 송신시 13.56MHz
출력 제어 방식 가변 DUTY
전력변환효율 >70% DC to RF 기준
출력 범위 6W-20W 가변, Slot type
유효충전거리 >0.2m





공통사항




 외부 Interface Ethernet USB option
내부 Interface RS-232 Android 기반 P/F ↔메인보드
전원 24V DC, 5A
3.5Φ잭		 최대10A option
메인보드 전원
 24V 동작전원
5V, 3.3V 시스템 전원
모듈 전원
 24V 메인 앰프 전원
5V 주변회로 전원
OS Android
Display LCD
모듈용 Slot 수 4개
출력 커넥터 50ohm BNC Femail
[표 1]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 베이스 스테이션(10)은 LF 밴드에서 20kHz 내지 1MHz의 주파수 범위에서 6W 내지 20W의 전력을 송신할 때 70% 이상의 전력변환효율을 갖고, 0.2 m 이상의 유효 충전 거리를 얻을 수 있으며 통신 전송 거리는 1m 이상이다. 또한, HF 밴드에서는 6MHz 내지 20MHz의 주파수 범위에서 6W 내지 20W의 전력을 송신할 때 70% 이상의 전력변환효율을 갖고, 0.2 m 이상의 유효 충전 거리를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 베이스 스테이션(10)의 에너지 전송부(230)를 좀 더 구체적으로 나타낸 도면이다.
에너지 전송부(230)는 입력된 주파수의 설정 데이터에 따른 캐리어를 생성하고 이를 RF 처리하여 안테나로 전송하는 블록이다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 충전 베이스 스테이션(10)에서 LF 전력 전송 캐리어는 128kHz 대역을 사용하고, HF 전력 전송 캐리어는 13.5MHz 대역을 사용한다.
에너지 전송부(230)는 메인보드의 다수의 슬롯에 실탈장되는 방식으로 제작될 수 있으며, 도 5에 나타난 바와 같이, 각각 다른 대역 및 출력 모드를 갖는 다수의 슬롯이 실장될 수 있으며, 다수의 슬롯은 시스템 버스로 연결된다.
도 5에서는 첫번째 슬롯(232_1)에 LF LP(Low Frequency Low Power) 모드와 자기장 통신부가 할당되고, 두번째 슬롯(232_2)은 LF HP(Low Frequency High Power) 모드가 할당되며, 세번째 슬롯(234_1)과 네번째 슬롯(234_2)에는 각각 HF LP(High Frequency Low Power) 및 HF HP(High Frequency High Power) 모드가 할당되어 있다.
이와 같은 슬롯의 수는 4개에 한정되지 않으며, 필요에 따라 줄이거나 늘릴 수 있음은 물론이다.
도 6 및 도 7은 도 5에 나타난 각 슬롯의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6는 도 5의 첫번째 슬롯의 구성을 나타내는데, 도 6에 나타난 바와 같이, LF LP 에너지 전송 회로와 임피던스 매칭 회로가 포함되어 있으며, 자기장 통신을 위한 통신 모듈과 이의 임피던스 매칭 회로를 또한 포함하고 있다.
도 7은 도 5의 두번째 내지 네번째 슬롯의 구성을 나타내는데, 도 6과 달리 자기장 통신 기능을 위하여 사용되지 않고 에너지 전송을 위해서만 사용되므로 에너지 전송 회로와 이에 따른 임피던스 매칭 회로만을 포함한다.
한편, 도 6의 에너지 전송 회로는 인버터 방식을 사용하는 것으로 도시되어 있고, 도 7의 에너지 전송 회로는 파워 앰프(PA: Power Amplifier) 방식을 사용하는 것으로 도시되어 있지만, 에너지 전송 회로의 구성이 반드시 도 6 및 도 7에 도시된 구성을 따라야 하는 것은 아니며, 에너지 전송부의 각 슬롯에 대하여 인버터 방식 또는 파워 앰프 방식이 필요에 따라 적절히 선택되어 사용될 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10: 무선 충전 베이스 스테이션 50_1, 50_2, .. 50_n: 무선 충전기기
100: 플랫폼 제어모듈 200: 충전 통신 융합 하드웨어 모듈
300: 안테나 모듈 110: Clock generator
120: MCU 130: 통신 제어부
140: 전원 제어부 150: 아날로그 제어부
160: 표시부 210: 최적화부
220: 통신부 230: 에너지 전송부
310: 안테나 인터페이스 320: 안테나

Claims (12)

  1. 다수의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼으로서,
    상기 무선 충전 베이스 스테이션의 주요기능을 제어하기 위한 MCU, 상기 MCU에 클럭을 제공하는 클럭 생성기, 무선 충전을 위한 전력 공급원인 전원을 제어하는 전원 제어부 및 통신 제어부를 포함하는 플랫폼 제어 모듈과,
    부하에 따른 최적화된 상태로 전력 전송을 제어하는 최적화부와 에너지 전송부 및 통신부를 포함하는 충전 통신 융합 하드웨어 모듈과,
    에너지를 무선 전송하는 안테나와 상기 에너지 전송부와 상기 안테나 사이의 인터페이스를 제공하는 안테나 인터페이스부를 포함하는 안테나 모듈을 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통신 제어부는,
    USB/RS-232/Ethernet 인터페이스를 제공하는 USB/RS-232/Ethernet 통신 블록과 자기장 통신 인터페이스를 제공하는 자기장 통신 블록을 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼.
  3. 제1항에 있어서, 상기 최적화부는,
    상기 무선 충전 베이스 스테이션과 충전하고자 하는 상기 무선 충전기기 사이의 공진효율을 개선하기 위한 공진효율 개선부와 상기 무선 충전 베이스 스테이션과 충전하고자 하는 상기 무선 충전기기 사이에서 자기공진유도 방식으로 전달되는 무선 전력 이외의 에너지 방출을 최소화하는 비의도 에너지 방출 최소화부를 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에너지 전송부는,
    시스템 버스로 연결되는 다수의 슬롯을 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼.
  5. 제4항에 있어서, 상기 다수의 슬롯은,
    LF LP(Low Frequency Low Power) 모드, LF HP(Low Frequency High Power) 모드, HF LP(High Frequency Low Power) 및 HF HP(High Frequency High Power) 모드 슬롯을 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼.
  6. 제5항에 있어서, 상기 LF LP 모드 슬롯은,
    자기장 통신 블록을 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼.
  7. 제1항에 있어서, 상기 다수의 슬롯 각각은,
    인버터 방식 또는 파워 앰프 방식의 에너지 전송 회로를 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼.
  8. 제1항에 있어서, 상기 안테나 모듈은,
    듀얼 밴드 전송을 위하여 LF(Low Frequency) 안테나와 HF(High Frequency) 안테나를 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼.
  9. 다수의 무선 충전기기로 자기공진유도 방식으로 전력을 송신하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션의 에너지 전송부로서,
    시스템 버스로 연결되는 다수의 슬롯에 장착하도록 형성된 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션의 에너지 전송부.
  10. 제9항에 있어서, 상기 다수의 슬롯은,
    LF LP(Low Frequency Low Power) 모드, LF HP(Low Frequency High Power) 모드, HF LP(High Frequency Low Power) 및 HF HP(High Frequency High Power) 모드 슬롯을 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션의 에너지 전송부.
  11. 제10항에 있어서, 상기 LF LP 모드 슬롯은,
    자기장 통신 블록을 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션의 에너지 전송부.
  12. 제9항에 있어서, 상기 다수의 슬롯 각각은,
    인버터 방식 또는 파워 앰프 방식의 에너지 전송 회로를 포함하는 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션의 에너지 전송부.

KR1020110006850A 2011-01-24 2011-01-24 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼 및 그 에너지 전송부 KR101225089B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110006850A KR101225089B1 (ko) 2011-01-24 2011-01-24 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼 및 그 에너지 전송부
PCT/KR2011/000511 WO2012102419A1 (ko) 2011-01-24 2011-01-25 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼 및 그 에너지 전송부

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110006850A KR101225089B1 (ko) 2011-01-24 2011-01-24 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼 및 그 에너지 전송부

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120085498A true KR20120085498A (ko) 2012-08-01
KR101225089B1 KR101225089B1 (ko) 2013-01-22

Family

ID=46580978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110006850A KR101225089B1 (ko) 2011-01-24 2011-01-24 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼 및 그 에너지 전송부

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101225089B1 (ko)
WO (1) WO2012102419A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014143172A1 (en) * 2012-05-14 2014-09-18 Brewsterpearah Ventures Llc Integrated contactless connectivity platform for portable electronic devices
WO2015156628A1 (ko) * 2014-04-11 2015-10-15 엘지전자(주) 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신 방법
US9742216B2 (en) 2014-08-27 2017-08-22 Hyundai Motor Company Wireless charging system for variable charging mode
WO2018043981A1 (ko) * 2016-09-01 2018-03-08 삼성전자 주식회사 전력 전송 장치 및 전력 전송 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7019617B2 (en) * 2002-10-02 2006-03-28 Battelle Memorial Institute Radio frequency identification devices, backscatter communication device wake-up methods, communication device wake-up methods and a radio frequency identification device wake-up method
US20070248877A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-25 Qahoug Jaber A Gradient non-linear adaptive power architecture and scheme
US9130407B2 (en) * 2008-05-13 2015-09-08 Qualcomm Incorporated Signaling charging in wireless power environment
EP2338238B1 (en) * 2008-08-26 2016-03-16 QUALCOMM Incorporated Concurrent wireless power transmission and near-field communication

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014143172A1 (en) * 2012-05-14 2014-09-18 Brewsterpearah Ventures Llc Integrated contactless connectivity platform for portable electronic devices
US9294149B2 (en) 2012-05-14 2016-03-22 Brewsterpearah Ventures Llc Integrated contactless connectivity platform for portable electronic devices
WO2015156628A1 (ko) * 2014-04-11 2015-10-15 엘지전자(주) 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신 방법
US10177592B2 (en) 2014-04-11 2019-01-08 Lg Electronics Inc. Wireless power transmitter and wireless power transmission method
US10804729B2 (en) 2014-04-11 2020-10-13 Lg Electronics Inc. Wireless power transmitter and wireless power transmission method
US9742216B2 (en) 2014-08-27 2017-08-22 Hyundai Motor Company Wireless charging system for variable charging mode
WO2018043981A1 (ko) * 2016-09-01 2018-03-08 삼성전자 주식회사 전력 전송 장치 및 전력 전송 방법
US10938243B2 (en) 2016-09-01 2021-03-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Power transmission apparatus and power transmission method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012102419A1 (ko) 2012-08-02
KR101225089B1 (ko) 2013-01-22
WO2012102419A9 (ko) 2012-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11303135B2 (en) Wireless power transmitter for excluding cross-connected wireless power receiver and method for controlling the same
US10587123B2 (en) Wireless power transmitter for excluding cross-connected wireless power receiver and method for controlling the same
US9125160B2 (en) Wireless power receiver and method for setting sleep mode in wireless power receiver
CN108156829B (zh) 无线电力发送器及其控制方法
US9812893B2 (en) Wireless power receiver
KR101243544B1 (ko) 기구들 및 장비들에 대한 무선 전력 전달
CN102792555B (zh) 无线功率充电方法和装置
EP2720383A2 (en) Wireless power-transmission apparatus and system
US9225195B2 (en) Wireless power receiver for increased charging efficiency
KR102195109B1 (ko) 무선 충전 장치 및 방법
US20130026981A1 (en) Dual mode wireless power
CN103609035A (zh) 在无线电力发送/接收系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法、发送器和接收器
KR20150073275A (ko) 무선 전력 송수신 장치
KR20160087870A (ko) 무선 전력 송수신 방법 및 장치
KR101171937B1 (ko) 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 전력 전송 시스템 및 무선 충전기기
KR101957259B1 (ko) 무선 전력 전송 제어 장치 및 방법
KR101211062B1 (ko) 배터리 정보 기반 멀티노드 무선 전력 전송 시스템 및 그 충전 방법
KR101225089B1 (ko) 멀티노드 무선 충전 베이스 스테이션 하드웨어 플랫폼 및 그 에너지 전송부
KR101173947B1 (ko) 멀티노드 무선충전 스위칭 명령 전송 방법
KR101404013B1 (ko) 무선전력 송수신기를 포함하는 모바일 단말기 및 무선 충전 시스템
KR101171938B1 (ko) 자기공진유도 방식을 이용한 멀티노드 무선 전력 전송 시스템 및 그 충전 방법
KR101404012B1 (ko) 무선전력 공급장치 및 이를 포함하는 전자기기
KR20160051931A (ko) 자기 공진 방식을 이용한 무선 충전 시스템
KR20170047707A (ko) 고효율 무선전력 전송을 위한 고정임피던스 수신기기 전력 시스템 및 충전 방법
CN104052169A (zh) 磁谐振电力传输的扫频模式

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151224

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161229

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171207

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190115

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200115

Year of fee payment: 8