KR20120134030A - 무선전력 전송 및 충전 시스템, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

무선전력 전송 및 충전 시스템, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 통신 방법이 개시된다.
무선 전력은, 마그네틱 커플링을 통해 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전력 수신 장치로 전달되는 에너지를 의미한다. 따라서, 무선 전력 전송 및 충전 시스템은, 전력을 무선으로 전송하는 소스 디바이스와 전력을 무선으로 수신하는 타겟 디바이스를 포함한다. 이때, 소스 디바이스는 무선 전력 전송 장치라 칭할 수 있다. 또한, 타겟 디바이스는 무선 전력 수신 장치라 칭할 수 있다. 소스 디바이스와 타겟 디바이스는 무선 전력 충전을 위한 통신을 수행할 수 있다.

Description

무선전력 전송 및 충전 시스템, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법{WIRELESS POWER TRANSMISSION AND CHARGING SYSTEM, AND POWER CONTROL METHOD OF WIRELESS POWER TRANSMISSION AND CHARGING SYSTEM}
기술분야는 무선전력 전송 및 충전 시스템, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 통신 방법에 관한 것이다.
무선 전력은, 마그네틱 커플링을 통해 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전력 수신 장치로 전달되는 에너지를 의미한다. 따라서, 무선 전력 충전 시스템은, 전력을 무선으로 전송하는 소스 디바이스와 전력을 무선으로 수신하는 타겟 디바이스를 포함한다. 이때, 소스 디바이스는 무선 전력 전송 장치라 칭할 수 있다. 또한, 타겟 디바이스는 무선 전력 수신 장치라 칭할 수 있다.
소스 디바이스는 소스 공진기(source resonator)를 구비하고, 타겟 디바이스는 타겟 공진기(target resonator)를 구비한다. 소스 공진기와 타겟 공진기 사이에 마그네틱 커플링 또는 공진 커플링이 형성될 수 있다.
일 측면에 있어서, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법은, 적어도 하나의 타겟 디바이스를 식별하기 위한 제어 ID를 소스 디바이스가 상기 적어도 하나의 타겟 디바이스에 할당하는 단계; 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 배터리 상태를 고려하여 전력 증폭부로 공급되는 기준 전력량을 결정하는 단계; 상기 전력 증폭부를 이용하여, 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 충전을 위한 충전용 전력을 생성하는 단계; 마그네틱 커플링을 통해 상기 충전용 전력을 상기 타겟 디바이스로 전송하는 단계; 상기 전력 증폭부로 입력되는 전류의 변화, 상기 소스 디바이스의 온도의 변화, 상기 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화, 또는 상기 타겟 디바이스의 온도 변화를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 전력 증폭부로 입력되는 전류의 변화, 상기 검출된 소스 디바이스의 온도의 변화, 상기 검출된 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화, 또는 상기 검출된 타겟 디바이스의 온도 변화를 고려하여, 상기 전력 증폭부로 공급되는 전압을 조정하는 단계를 포함한다.
일 측면에 있어서, 무선 전력 전송 장치는, 공진 주파수를 이용하여 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전력을 생성하는 전력변환부; 마그네틱 커플링을 통해 상기 전력을 상기 타겟 디바이스에 전송하는 소스 공진기; 및 상기 타겟 디바이스를 식별하기 위한 제어 ID를 할당하고, 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 배터리 상태를 고려하여 전력 증폭부로 공급되는 기준 전력량을 결정하고, 상기 전력 증폭부로 입력되는 전류의 변화, 상기 소스 디바이스의 온도의 변화, 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화, 또는 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 온도 변화를 고려하여, 상기 전력 증폭부로 공급되는 전압을 조정하는 제어 및 통신부를 포함한다.
다른 측면에 있어서, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 수신 방법은, 소스 디바이스가 대기 모드에서 검출 모드로 전환되면, 상기 소스 디바이스로부터 웨이크-업 전력 및 웨이크-업 요청 메시지를 수신하는 단계; 상기 웨이크-업 요청 신호에 대한 ACK(Acknowledge) 메시지를 상기 소스 디바이스에게 전송하는 단계; 상기 소스 디바이스로부터 충전 과정에서 사용되는 제어 ID를 할당 받는 단계; 마그네틱 커플링에 의해, 상기 소스 디바이스로부터 충전을 위한 충전용 전력을 수신하는 단계; 상기 소스 디바이스의 요청에 따라, 수신 전력량에 대한 정보, 또는 타겟 디바이스의 온도 변화에 대한 정보를 상기 소스 디바이스로 전송하는 단계; 상기 수신 전력량에 대한 정보, 또는 타겟 디바이스의 온도 변화에 기초하여 상기 소스 디바이스의 전력 증폭부로 공급되는 전압이 조정된 후, 상기 소스 디바이스로부터 상기 충전용 전력을 수신하는 단계를 포함한다.
타겟 디바이스에 공급되는 전력을 제어함으로써, 전력 전송 효율을 높일 수 있다.
타겟 디바이스의 특성을 포함하는 고유 ID 중 특정 영역을 임시 ID로 사용함으로써, 타겟 디바이스의 식별을 효율적으로 할 수 있다.
소스 디바이스는 제어 ID를 타겟 디바이스에 할당함으로써, 독립적으로 타겟 디바이스에 무선 전력 및 데이터를 전송할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 및 충전 시스템을 나타낸다.
도 2는 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타낸다.
도 3은 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 및 충전 시스템의 통신 방법을 나타낸다.
도 4는 일실시예에 따른 접속규격 명령어의 기본 포맷을 나타낸 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 ID 할당 명령어의 기본 포맷을 나타낸 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 타겟 디바이스의 ACK 응답 명령어의 기본 포맷을 나타낸 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 타겟 디바이스가 2개인 경우에 충돌 회피를 설명하기 위해 시간슬롯에 따라 소스 디바이스와 타겟 디바이스의 동작을 나타낸 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 타겟 디바이스가 3개인 경우에 충돌 회피를 설명하기 위해 시간슬롯에 따라 소스 디바이스와 타겟 디바이스의 동작을 나타낸 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 충돌 회피를 위해 타겟 디바이스를 식별하는 과정에서 기준점을 나타내는 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 충돌 회피를 위해 타겟 디바이스를 식별하는 과정에서 호출인수 및 호출인자를 나타내는 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 충돌 회피를 위해 타겟 디바이스를 식별하는 과정에서 이동인수를 나타내는 도면이다.
도 12는 일실시예에 따라 임시 ID가 중복되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 13은 일실시예에 따른 충돌 회피를 위해 타겟 디바이스를 식별하는 과정에서 도 12의 임시 ID가 중복되는 경우, 호출인수 및 변경된 이동인수를 이용하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 14는 다른 일실시예에 따른 무선 전력 전송에서 충돌 회피 방법의 흐름도이다.
도 15는 일실시예에 따른 소스의 시스템 정보 영역의 구조를 나타낸 도면이다.
도 16은 일실시예에 따른 타겟의 시스템 정보 영역의 구조를 나타낸 도면이다.
도 17은 소스 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타내다.
도 18은 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 도면이다.
도 19는 일실시예에 따른 피딩부의 피딩에 따른 소스 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 전기 자동차(electric vehicle) 충전 시스템을 나타낸다.
도 21 및 도 22는 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 전송 장치가 탑재될 수 있는 어플리케이션들을 나타낸다.
도 23은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 무선 전력 수신 장치의 구성 예를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 및 충전 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 및 충전 시스템은 소스 디바이스(110) 및 타겟 디바이스(120)를 포함한다.
타겟 디바이스(120)는 휴대용 단말, 노트북, 텔레비전, 각종 전자기, 보청기기 및 전기자동차(Electric vehicle)중 어느 하나 일 수 도 있다. 즉, 타겟 디바이스(120)는 휴대용 단말, 노트북, 텔레비전, 각종 전자기, 보청기기 및 전기자동차(Electric vehicle)중 어느 하나에 탑재될 수 있다.
소스 디바이스(110)는 AC/DC 컨버터(111), Power Detector(113), 전력변환부(114), 제어 및 통신부(115), 임피던스 조정부(117) 및 소스 공진기(116)을 포함한다.
타겟 디바이스(120)는 타겟 공진기(121), 정류부(122), DC/DC 컨버터(123), 스위치부(124), 충전부(125) 및 제어 및 통신부(126)를 포함한다.
AC/DC 컨버터(111)는 Power Supply(112)로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 정류하여 DC 전압을 생성한다. AC/DC 컨버터(111)는 일정한 레벨의 DC 전압을 출력하거나, 제어 및 통신부(115)의 제어에 따라 DC 전압의 출력 레벨을 조정할 수 있다.
Power Detector(113)는 AC/DC 컨버터(111)의 출력 전류 및 전압을 검출하고, 검출된 전류 및 전압에 대한 정보를 제어 및 통신부(115)로 전달한다. 또한, Power Detector(113)는 전력변환부(114)의 입력 전류 및 전압을 검출할 수 도 있다.
전력변환부(114)는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 DC 전압를 AC 전압으로 변환함으로써 전력을 생성할 수 있다. 즉, 전력변환부(114)는 기준 공진 주파수 FRef를 이용하여 전력 증폭부에 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환함으로써, 전력을 생성할 수 있다.
임피던스 조정부(117)는 복수의 커패시터들에 연결된 N개의 매칭 스위치들을 포함하고, 상기 N개의 매칭 스위치들의 온/오프에 의해 상기 소스 공진기의 임피던스를 조정한다. 임피던스 조정부(117)는 Pi 정합(matching) 또는 T 정합(matching)회로를 포함할 수 있다.
제어 및 통신부(115)는 전송 전력에 대한 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 상기 타겟 공진기(121)와 상기 소스 공진기(116) 사이의 미스매칭(mismatching)을 검출한다. 제어 및 통신부(115)는 반사파의 엔벨롭(envelop)을 검출함으로써, 미스 매칭을 검출하거나 반사파의 전력량을 검출함으로써 미스 매칭을 검출할 수 있다.
제어 및 통신부(115)는 소스 공진기(116) 또는 전력 변환부(114)의 출력 전압의 레벨 및 상기 반사파의 전압 레벨에 기초하여 전압정재파비(VSWR, Voltage standing wave ratio)를 계산하고, 상기 전압정재파비가 기 설정된 값보다 작으면 상기 미스매칭이 검출된 것으로 결정할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부(115)는 상기 전압정재파비가 기 설정된 값보다 작으면 상기 N개의 매칭 스위치들을 온/오프하고, 전력 전송 효율이 가장 좋은 트래킹 임피던스 ImBest를 결정하고, 상기 소스 공진기의 임피던스를 상기 ImBest로 조정할 수 있다.
또한, 제어 및 통신부(115)는 스위칭 펄스 신호의 주파수를 조정할 수 있다. 제어 및 통신부(115)의 제어에 의하여 스위칭 펄스 신호의 주파수가 결정될 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 전력변환부(114)를 제어함으로써, 타겟 디바이스(120)에 전송하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제어 및 통신부(115)는 인-밴드 통신"을 통해 상기 타겟 디바이스에 다양한 메시지를 전송할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부(115)는 반사파를 검출하고, 반사파의 포락선을 통해 타겟 디바이스로부터 수신되는 신호를 복조할 수 있다.
제어 및 통신부(115)는 다양한 방법을 통해, 인-밴드 통신을 수행하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 스위칭 펄스 신호를 온/오프 함으로써, 변조신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부(115)는 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 일정한 포락선을 가지는 펄스폭 변조신호를 생성할 수 있다.
한편, 제어 및 통신부(115)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수 도 있다. 제어 및 통신부(115)는 Zigbee, Bluetooth, NFC(Near field communication), RFID 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 제어 및 통신부(115)는 아웃-밴드 통신을 통해 타겟 디바이스(120)와 데이터를 송수신 할 수 있다.
소스 공진기(116)는 전자기(electromagnetic) 에너지를 타겟 공진기(121)로 전달(transferring)한다. 즉, 소스 공진기(116)는 타겟 공진기(121)와의 마그네틱 커플링을 통해 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 타겟 디바이스(120)로 전달한다.
타겟 공진기(121)는 소스 공진기(116)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 즉, 타겟 공진기(121)는 소스 공진기(116)와의 마그네틱 커플링을 통해 소스 디바이스(110)로부터 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 수신한다. 또한, 타겟 공진기(121)는 인-밴드 통신을 통해 상기 소스 디바이스로부터 다양한 메시지를 수신할 수 있다.
정류부(122)는 교류 전압을 정류함으로써, DC 전압을 생성한다. 즉, 정류부(122)는 타겟 공진기(121)에 수신된 교류 전압을 정류한다.
DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 충전부(125)의 용량에 맞게 조정한다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 3~10Volt로 조정할 수 있다.
스위치부(124)는 제어 및 통신부(126)의 제어에 따라 온/오프 된다. 스위치부(124)가 오프되는 경우, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)는 반사파를 검출하게 된다. 즉, 스위치부(124)가 오프되는 경우, 소스 공진기(116)와 타겟 공진기(121) 사이의 마그네틱 커플링이 제거 될 수 있다.
충전부(125)는 배터리를 포함할 수 있다. 충전부(125)는 DC/DC 컨버터(123)로부터 출력되는 DC 전압을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
제어 및 통신부(126)는 공진 주파수를 이용하여 데이터를 송수신하는 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 제어 및 통신부(126)는 타겟 공진기(121)과 정류부(122) 사이의 신호를 검출하여 수신 신호를 복조하거나, 정류부(122)의 출력 신호를 검출하여 수신 신호를 복조할 수 있다. 즉, 제어 및 통신부(126)는 인-밴드 통신을 통해 수신된 메시지를 복조할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부는 타겟 공진기(121)의 임피던스를 조정함으로써, 소스 디바이스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 있다. 또한, 제어 및 통신부는 스위치부(124)의 온/오프를 통해 소스 디바이스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 도 있다. 간단한 예로, 제어 및 통신부(126)는 타겟 공진기(121)의 임피던스를 증가 시킴으로써, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)에서 반사파가 검출되도록 할 수 있다. 반사파의 발생 여부에 따라, 소스 디바이스(110)의 제어 및 통신부(115)는 이진수 "0" 또는 "1"을 검출할 수 있다.
제어 및 통신부(126)는 "해당 타겟 디바이스의 제품의 종류", "해당 타겟 디바이스의 제조사 정보", "해당 타겟 디바이스의 모델명", "해당 타겟 디바이스의 Battery type", "해당 타겟 디바이스의 충전 방식", "해당 타겟 디바이스의 Load의 임피던스 값", "해당 타겟 디바이스의 Target 공진기의 특성에 대한 정보", "해당 타겟 디바이스의 사용 주파수 대역에 대한 정보", "해당 타겟 디바이스의 소요되는 전력량", "해당 타겟 디바이스의 고유의 식별자", 또는 "해당 타겟 디바이스의 제품의 버전 또는 규격 정보"를 포함하는 응답 메시지를 상기 무선 전력 전송 장치로 전송할 수 있다.
한편, 제어 및 통신부(126)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수 도 있다. 제어 및 통신부(126)는 Zigbee, Bluetooth 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 제어 및 통신부(126)는 아웃-밴드 통신을 통해 소스 디바이스(110)와 데이터를 송수신 할 수 있다.
제어 및 통신부(126)는 무선 전력 전송 장치로부터 웨이크-업 요청 메시지를 수신하고, 상기 타겟 공진기에 수신되는 전력의 양을 검출하고, 상기 타겟 공진기에 수신되는 전력의 양에 대한 정보를 무선 전력 전송 장치로 전송할 수 있다. 이때, 타겟 공진기에 수신되는 전력의 양에 대한 정보는, "상기 정류부(122)의 입력 전압 값 및 전류 값", "상기 정류부(122)의 출력 전압 값 및 전류 값" 또는 "DC/DC(123) 출력 전압 값 및 전류 값"이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치의 구성을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(115)는 온도 감지 센서(230)를 더 포함할 수 있다. 온도 감지 센서(230)는 전력 변환부(114)의 주변 또는 무선 전력 전송 장치(115) 내부의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 대한 데이터를 제어 및 통신부(115)에 전달한다. 도 2를 참조하면, 전력변환부(114)는 스위칭 펄스 신호 발생부(210) 및 전력 증폭부(220)을 포함한다.
스위칭 펄스 신호 발생부(210)는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호를 생성한다. 이때, 스위칭 펄스 신호의 주파수는 제어 및 통신부(115)의 제어에 따라서 결정된다. 예를 들어, 소스 공진기(116)의 기준 공진 주파수 FRef가 13.56MHz 또는 5.78MHz인 경우, 제어 및 통신부(115)는 스위칭 펄스 신호의 주파수가 13.56MHz 또는 5.78MHz가 되도록 스위칭 펄스 신호 발생부(210)를 제어할 수 있다. 스위칭 펄스 신호 발생부(210)는 복수의 커패시터들 및 스위치를 포함할 수 있다. 스위칭 펄스 신호 발생부(210)는 상기 복수의 커패시터들을 스위칭함으로써 상기 스위칭 펄스 신호의 주파수를 조정할 수 있다.
전력 증폭부(220)는 공진 주파수 발생부(120)에서 출력되는 스위칭 펄스 신호에 의해 교류 전력을 생성할 수 있다. 즉, 전력 증폭부(220)는 스위칭 펄스 신호에 따라 도 2에 도시된 PA 전력 입력 전압을 조정함으로써, 통신용 전력 또는 충전용 전력을 생성할 수 있다. 즉, 전력 변환부(114)는 전력 증폭부(220)를 이용하여, 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 충전을 위한 충전용 전력을 생성한다. 이때, 통신용 전력은 웨이크-업 전력일 수 있다.
제어 및 통신부(115)는 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 배터리 상태를 고려하여 전력 증폭부로 공급되는 기준 전력량을 결정한다. 도 3에 도시된 제어 ID 할당 과정을 통해, 무선 전력 전송 장치(115)는 타겟 디바이스의 배터리 상태, 배터리 사양, 충전에 필요한 전력량을 알 수 있다. 기준 전력량은 타겟 디바이스의 배터리 상태, 배터리 사양, 충전에 필요한 전력량을 고려하여 결정될 수 있다.
제어 및 통신부(115)는 복수의 타겟 디바이스들의 개수를 고려하여 상기 도 2에 도시된 PA 전력 제어 전압의 신호 레벨을 조정하고, 상기 충전용 전력에 대한 반사파, 상기 복수의 타겟 디비이스들 각각의 수신 전력량, 상기 충전용 전력의 전력량, 또는 상기 충전용 전력의 전송 효율에 기초하여, 상기 FRef를 조정할 수 있다.
제어 및 통신부(115)는 전력 증폭부(220)로 입력되는 전류의 변화, 상기 소스 디바이스의 온도의 변화, 상기 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화, 또는 상기 타겟 디바이스의 온도 변화를 검출한다. 이때, Power Detector(113)는 전력 증폭부(220)로 공급되는 전류량를 감지하고, 감지된 전류량을 제어 및 통신부(115)에 알려 준다.
제어 및 통신부(115)는 전력 증폭부(220)로 입력되는 전류의 변화, 상기 소스 디바이스의 온도의 변화, 상기 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화, 또는 상기 타겟 디바이스의 온도 변화를 고려하여, 상기 전력 증폭부(220)로 공급되는 전압을 조정한다. 이때, 제어 및 통신부(115)는 일정한 레벨의 기준 전력량이 전력 증폭부(220)로 공급되도록, 상기 전력 증폭부(220)로 공급되는 전압을 조정한다. 예를 들어, 타겟 디바이스의 충전 상태가 변하거나, 소스 디바이스(110)의 온도가 변하면, 전력 증폭부(220)로 입력되는 전류가 변할 수 있고, 결국, 전력 증폭부(220)의 출력 전력 값이 변할 수 있다. 따라서, 제어 및 통신부(115)는 환경 변화를 감지하고, 환경 변화가 발생된 경우에도 일정한 레벨의 기준 전력량이 전력 증폭부(220)로 공급되도록, 상기 전력 증폭부(220)로 공급되는 전압을 조정한다.
제어 및 통신부(115)는 소스 디바이스의 온도의 변화에 따라 상기 전력 증폭부로 공급되는 전압의 조정 량이 저장된 룩업-테이블을 이용하여 상기 전력 증폭부로 공급되는 전압을 조정할 수 있다. 예를 들어, 룩업-테이블은 온도 변화의 량과 PA 입력 전압의 조정 량이 매핑된 데이터를 포함할 수 있다.
타겟 디바이스의 온도 변화는 상기 타겟 디바이스로부터 수신된 데이터에 기초하여 검출될 수 있다. 즉, 소스 디바이스(110)는 소정 시간 동안 지속적으로 충전용 전력을 전송한 후, 타겟 디바이스에 온도 정보를 요청할 수 있다. 타겟 디바이스는 온도 정보 요청에 대해, 타겟 디바이스의 온도에 대한 데이터를 소스 디바이스로 전송한다. 마찬가지로, 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화는 상기 타겟 디바이스로부터 수신된 데이터, 기 측정된 전력 전송 효율 및 상기 전력 증폭부의 출력 전력량에 기초하여 검출될 수 있다. 충전용 전력의 전송 전에 전력 전송 효율이 측정될 수 있다. 타겟 디바이스의 수신 전력량이 "전력 전송 효율ㅧ전력 증폭부(220)의 출력 전력량"보다 작은 경우, 제어 및 통신부(115)는 PA 입력 전압을 높일 수 있다. 온도 정보의 요청 및 수신 전력량에 대한 요청은 기 설정된 주기로 수행될 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 및 충전 시스템의 통신 방법을 나타낸다.
이하의 설명에서 소스는 소스 디바이스를 포함하는 의미로 사용된다. 소스 디바이스는 무선 전력을 공급하는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 패드, 단말, TV 등 전력을 공급할 수 있는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 타겟 디바이스는 무선 전력을 공급받는 디바이스를 의미하며, 전력을 필요로 하는 모든 전자기기가 포함될 수 있다.
도 3을 참조하면, 310단계에서 소스는 충전 시작 버튼 또는 센서 감지에 의하여 대기 모드에서 검출 모드로 전환된다. 여기서, 대기 모드는 무선 전력 전송 장치가 아무런 동작을 수행하지 않는 모드이고, 검출 모드는 도 3의 310단계 및 315단계를 수행하는 모드일 수 있다.
320 단계에서 소스는 타겟 디바이스의 개수를 확인한다. 320 단계에서 무선 전력 전송 장치는, 웨이크-업 전력 및 웨이크-업 요청 신호를 전송하고, 웨이크-업 요청 신호에 대한 ACK(Acknowledge) 메시지를 수신하고, 수신된 ACK 메시지의 개수에 기초하여 타겟 디바이스의 개수를 알 수 있다. 웨이크 업 전력은 타겟 디바이스가 소스와 기본적인 통신을 수행하기 위해 필요한 전력일 수 있다. 즉, 타겟 디바이스는 웨이크 업 전력을 수신하여 소스로부터 신호를 수신하고, 대응하는 응답신호를 전송할 수 있다.
한편, 센서를 통해 대기 모드에서 검출 모드로 전환된 경우, 소정 시간 내에 상기 적어도 하나의 타겟 디바이스로부터 상기 웨이크-업 요청 신호에 대한 ACK(Acknowledge) 메시지가 수신되지 않으면, 소스는 상기 검출 모드에서 상기 대기 모드로 전환될 수 있다. 따라서, 타겟 디바이스가 아닌 물체가 패드부(210) 위에 놓인 경우, 소스는 잠시 동안 만 활성화 된 후, 다시 대기 모드로 진입 할 수 있다.
도 3에서 360단계는 충전 과정에서 사용되는 제어 ID를 타겟 디바이스에 할당하는 과정이다. 제어 ID는 타겟 디바이스가 복수인 경우 복수의 타겟 디바이스들 각각을 식별하는 용도로 사용될 수 있다. 즉, 제어 ID는 충전 과정에서 적어도 하나의 타겟 디바이스를 식별하기 위한 식별자이다.
360단계가 완료되면, 무선 전력 전송 장치는 마그네틱 커플링을 통해 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 충전을 위한 충전용 전력을 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스로 전송한다. 즉, 소스는, 360단계가 완료되면, 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 배터리 상태를 고려하여 전력 증폭부로 공급되는 기준 전력량을 결정한다. 이때, 타겟 디바이스의 배터리 상태는 배터리의 충전 상태, 방전 상태 등을 의미한다. 따라서, 타겟 디바이스의 배터리가 완전 방전된 경우, 기준 전력량은 타겟 디바이스의 배터리 충전에 필요한 전력 및 전력 전송 효율을 고려하여 결정될 수 있다.
한편, 복수의 타겟 디바이스가 동시에 패드부(210) 위에 올려 질 수 있으며, 복수의 타겟 디바이스가 동시에 충전될 수 있다. 따라서, 복수의 타겟 디바이스들 각각을 식별하기 위한 방법이 필요하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 360단계는 통신 충돌을 회피하기 위한 과정을 포함한다.
320단계에서, 소스는 감지된 복수의 타겟 디바이스들에게 접속규격 명령어를 전송한다. 소스는 감지된 복수의 타겟 디바이스들에게 웨이크 업 전력을 전송한 후 기 설정된 시간이 경과한 후에, 접속규격 명령어를 전송할 수 있다. 접속규격 명령어는 기준점 필드, 호출인수 필드 및 이동인수 필드를 포함할 수 있다. 기준점 필드에 설정된 값은 타겟 디바이스의 고유 ID 중에서 임시 ID를 생성하는 기준점을 나타낸다. 소스와 타겟 디바이스간에 기준점에 대하여 미리 약속된 경우에는 기준점 필드(407)가 접속규격 명령어에서 생략될 수도 있다. 또한, 언제나 기준점을 타겟 디바이스의 고유 ID 비트들 중 최상위 비트(Most Significant Bit, MSB) 또는 최하위 비트(Least Significant Bit, LSB)로 소스와 타겟 디바이스간에 미리 설정된 경우에도 기준점 필드(407)는 접속규격 명령어에서 생략될 수 있다.
호출인수 필드에 설정된 값은 기준점으로부터 연속되는 소정의 n비트를 나타낸다. 이동인수 필드에 설정된 값은 기준점의 이동 비트 수를 나타낸다.
타겟 디바이스들은 접속규격에 기초하여 자신의 고유 ID 중 일부 영역을 이용하여 임시 ID를 생성할 수 있다.
325단계에서, 소스는 감지된 복수의 타겟 디바이스들에게 호출인자를 전송한다. 호출인자는 접속규격 명령어에 포함된 호출인수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 호출인수가 3인 경우에, 호출인자는 000부터 111까지 결정될 수 있다. 소스는 감지된 복수의 타겟 디바이스들에게 000부터 111까지 순차적으로 전송할 수 있다. 또는 소스는 111부터 000까지 전송할 수도 있다. 또한, 소스는 감지된 복수의 타겟 디바이스들에게 호출인자에 대응하는 명령어를 전송할 수도 있다. 예를 들면, 호출인자에 대응하는 명령어는 타겟 디바이스의 임시 ID를 호출하기 위한 명령어일 수 있다.
330단계에서, 소스는 복수의 타겟 디바이스로부터 응답신호의 수신여부를 판단한다. 타겟 디바이스는 수신한 호출인자와 자신의 임시 ID가 동일한 값을 가지는 경우에, 소스로 응답신호를 전송할 수 있다. 이때 응답 신호는 ACK 신호일 수 있다. 소스는 응답신호를 수신함으로써, 타겟 디바이스의 임시 ID에 대한 정보를 획득할 수 있다.
335단계에서, 소스는 복수의 타겟 디바이스로부터 응답신호를 수신하지 못한 경우에, 기존에 전송한 호출인자가 마지막 호출인자인지 판단한다. 소스는 기존에 전송한 호출인자가 마지막 호출인자인 경우에는 절차를 종료할 수 있다. 예를 들면, 호출인수가 3인 경우에, 소스는 000부터 111까지 호출인자를 전송할 수 있다. 이 경우에 111은 마지막 호출인자에 해당한다. 또한, 소스는 기존에 전송한 호출인자가 마지막 호출인자인 경우에, 감지된 복수의 타겟 디바이스들을 충전의 필요가 없는 대상들 또는 소스와 호환되지 대상들로 인식할 수 있다.
340단계에서, 소스는 기존에 전송한 호출인자가 마지막 호출인자가 아닌 경우, 호출인자를 1만큼 변경하여, 호출인자를 갱신한다. 또한, 소스는 갱신된 호출인자를 감지된 복수의 타겟 디바이스들에게 전송할 수 있다. 예를 들면, 소스는 기존에 전송한 호출인자가 010인 경우에, 마지막 호출인자는 111이므로 호출인자를 1만큼 변경하여 011로 갱신할 수 있다. 소스는 갱신된 호출인자 011을 감지된 복수의 타겟 디바이스들에게 전송할 수 있다.
345단계에서, 소스는 타겟 디바이스로부터 응답신호를 수신한 경우, 응답신호를 통하여 타겟 디바이스들의 임시 ID가 중복되는지 여부를 판단한다. 소스는 호출인자를 전송하고, 소정 시간 내에 복수의 응답신호를 수신하는 경우, 타겟 디바이스들의 임시 ID가 중복되는 것으로 판단할 수 있다.
350단계에서, 소스는 타겟 디바이스들의 임시 ID가 중복되지 않는 것으로 판단하면, 응답신호를 전송한 타겟 디바이스에게 제어 ID를 할당한다. 제어 ID는 소스가 타겟 디바이스를 독립적으로 제어하기 위해 할당하는 ID를 의미한다. 소스는 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스를 독립적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 소스는 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스에 개별적으로 전력을 전송할 수 있고, 필요한 데이터를 주고 받을 수 있다. 이후, 소스는 325단계와 같이 감지된 타겟 디바이스들에게 전부 제어 ID들을 할당할 때까지 호출인자를 전송할 수 있다. 이때, 전송되는 호출인자는 기존의 호출인자로부터 갱신된 호출인자이다.
355단계에서, 소스는 타겟 디바이스들의 임시 ID가 중복되는 것으로 판단하면, 갱신된 접속규격 명령어를 동일한 임시 ID를 가진 복수의 타겟 디바이스들에게 전송한다. 소스는 기준점, 호출인수 및 이동인수 중 적어도 하나를 변경하여 접속규격 명령어를 갱신할 수 있다. 동일한 임시 ID를 가진 복수의 타겟 디바이스들은 갱신된 접속규격 명령어에 기초하여 임시 ID를 갱신할 수 있다.
소스는 동일한 임시 ID를 가진 복수의 타겟 디바이스들에게 325단계에서와 같이, 호출인자를 전송한다. 소스는 325단계 이하의 절차를 감지된 복수의 타겟 디바이스들 모두에게 제어 ID를 할당할 때까지 반복할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법은 충전 과정에서 적어도 하나의 타겟 디바이스를 식별하기 위한 제어 ID를 소스 디바이스가 상기 적어도 하나의 타겟 디바이스에 할당하는 단계를 포함한다. 또한, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법은 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 배터리 상태를 고려하여 전력 증폭부(220)로 공급되는 기준 전력량을 결정하는 것, 전력 증폭부(220)를 이용하여, 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 충전을 위한 충전용 전력을 생성하는 것, 마그네틱 커플링을 통해 상기 충전용 전력을 상기 타겟 디바이스로 전송하는 것을 포함한다. 무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법은 전력 증폭부(220)로 입력되는 전류의 변화, 상기 소스 디바이스의 온도의 변화, 상기 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화, 또는 상기 타겟 디바이스의 온도 변화를 검출하는 것을 포함한다.
또한, 무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법은 타겟 디바이스에서 수행되는 동작을 포함한다. 타겟 디바이스에서 수행되는 동작은, 소스 디바이스가 대기 모드에서 검출 모드로 전환되면, 상기 소스 디바이스로부터 웨이크-업 전력 및 웨이크-업 요청 메시지를 수신하는 것을 포함한다. 또한, 타겟 디바이스에서 수행되는 동작은, 상기 웨이크-업 요청 신호에 대한 ACK(Acknowledge) 메시지를 상기 소스 디바이스에게 전송하는 것을 포함한다. 또한, 타겟 디바이스에서 수행되는 동작은, 상기 소스 디바이스로부터 충전 과정에서 사용되는 제어 ID를 할당 받는 것을 포함한다. 또한, 타겟 디바이스에 수행되는 동작은, 마그네틱 커플링에 의해, 상기 소스 디바이스로부터 충전을 위한 충전용 전력을 수신하는 것을 포함한다. 또한, 타겟 디바이스에서 수행되는 동작은, 소스 디바이스의 요청에 따라, 수신 전력량에 대한 정보, 또는 타겟 디바이스의 온도 변화에 대한 정보를 상기 소스 디바이스로 전송하는 것을 포함한다. 또한, 타겟 디바이스의 동작은, 수신 전력량에 대한 정보, 또는 타겟 디바이스의 온도 변화에 기초하여 상기 소스 디바이스의 전력 증폭부로 공급되는 전압이 조정된 후, 상기 소스 디바이스로부터 상기 충전용 전력을 수신하는 것을 포함한다.
도 4는 일실시예에 따른 접속규격 명령어의 기본 포맷을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, (a)는 접속규격 명령어에 포함되는 필드들을 나타낸다. 접속규격 명령어는 Start Bit(SB)필드(401), Target ID필드(T_ID)(403), Command(CMD)필드(405), 기준점 필드(407), 호출인수 필드(409), 이동인수 필드(411) 및 Check Bit(CB)필드(413)를 포함할 수 있다. 타겟 디바이스는 접속규격 명령어를 통해, 접속규격을 수신함으로써 타겟 디바이스의 식별에 필요한 정보를 생성할 수 있다.
Start Bit(SB)필드(401)는 패킷의 시작을 나타내는 비트형 인식자를 포함할 수 있다. Start Bit(SB)필드(401)에는 전체 패킷의 사이즈에 따라 소정의 N비트가 할당될 수도 있다.
Target ID필드(T_ID)(403)는 타겟 디바이스에 제어 ID를 할당하는 경우에, 제어 ID를 포함할 수 있다. Target ID필드(T_ID)(403)는 제어 ID가 어느 타겟 디바이스에도 할당되지 않은 경우에는 null값을 포함할 수 있다.
Command(CMD)필드(405)는 소스의 동작을 정의하는 명령어를 포함할 수 있다. 명령어에는 리셋, 타겟 디바이스의 입력 전압/전류 요청, 타겟 디바이스의 직류/직류 변환 출력단에서의 전압/전류 요청, ACK(Acknowledge), 타겟 디바이스의 부하에 파워 온(On) 요청, 타겟 디바이스의 부하에 파워 오프(Off) 요청, 타겟 디바이스의 상태 정보 요청, 접속규칙 전달, NACK, 제어 ID 할당, 타겟 디바이스의 등록 정보 요청 등이 포함될 수 있다. 각각의 명령어에는 코드가 할당될 수 있다. 도 4에서는 접속규격 명령어 이므로, Command(CMD)필드(405)에는 접속규격 명령어가 포함될 것 이다. 도 4에서는 Command(CMD)필드(405)에 할당되는 비트는 명령어의 개수에 따라 다양해질 수 있다.
기준점 필드(407)는 기준점을 포함한다. 기준점은 타겟 디바이스의 고유 ID 중에서 임시 ID를 생성하는 기준을 의미한다. 기준점은 타겟 디바이스의 고유 ID 비트들 중 최상위 비트(Most Significant Bit, MSB) 또는 최하위 비트(Least Significant Bit, LSB)일 수 있다. 또는 기준점은 타겟 디바이스의 고유 ID 중에서 소정의 위치를 나타낼 수 있다. 소스와 타겟 디바이스간에 임시 ID를 생성하는 기준점에 대하여 미리 약속된 경우에는 기준점 필드(407)가 접속규격 명령어에서 생략될 수도 있다. 또한, 언제나 기준점을 타겟 디바이스의 고유 ID 비트들 중 최상위 비트(Most Significant Bit, MSB) 또는 최하위 비트(Least Significant Bit, LSB)로 미리 설정된 경우에도 기준점 필드(407)는 접속규격 명령어에서 생략될 수 있다. 점선은 접속규격 명령어에서 기준점 필드(407)가 생략될 수도 있음을 나타낸다.
호출인수 필드(409)는 호출인수를 포함한다. 호출인수는 기준점으로부터 연속되는 소정의 n비트를 의미한다. 호출인자는 소스가 타겟 디바이스로부터 소정의 비트를 호출하는데 사용되는 값이다. 호출인자는 호출인수에 기초하여 결정될 수 있다. 호출인수가 3비트인 경우에, 호출인자는 000부터 111까지 값을 가질 수 있다.
이동인수 필드(411)는 이동인수를 포함한다. 이동인수는 기준점의 이동 비트 수를 의미한다. 이동인수는 기준점이 얼마만큼 이동하는 지를 나타낸다. 예를 들면, 이동인수가 1인 경우에 기준점은 1비트만큼 오른쪽 또는 왼쪽으로 이동할 수 있다. 이동인수 필드(411)에 할당되는 비트 수는 전체 패킷의 사이즈에 따라 조절될 수 있다.
Check Bit(CB)필드(413)는 패킷의 정확한 전송을 확인하는 check bit를 포함할 수 있다.
접속규격 명령어는 기준점 필드(407), 호출인수 필드(409) 및 이동인수 필드(411)외에 추가적으로 다양한 필드들을 포함할 수 있다. 즉, 접속규격 명령어는 비트단위 또는 바이트단위로 할당되는 다양한 필드들을 포함할 수 있다.
(b)는 기준점 필드(407), 호출인수 필드(409) 및 이동인수 필드(411)들을 좀 더 구체적으로 나타낸다. 기준점 필드(407)에는 기준점이 설정될 수 있다. 기준점이 최상위 비트(MSB)인 경우에는 M 또는 1이 설정될 수 있고, 최하위 비트(LSB)인 경우에는 L 또는 0이 설정될 수 있다. 호출인수 필드(409)에는 호출인수가 설정될 수 있다. 호출인수는 감지된 타겟 디바이스의 개수에 따라 결정될 수 있으며, 1부터 n까지의 값을 가질 수 있다. 이동인수 필드(411)에는 이동인수가 설정될 수 있다. 이동인수 또한 감지된 타겟 디바이스의 개수에 따라 결정될 수 있으며, 0부터 n까지의 값을 가질 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 ID 할당 명령어의 기본 포맷을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, ID 할당 명령어는 Start Bit(SB)필드(510), 제어 ID필드(T_No)(520), Command(CMD)필드(530) 및 Check Bit(CB)필드(540)를 포함할 수 있다.
Start Bit(SB)필드(510)는 패킷의 시작을 나타내는 비트형 인식자를 포함할 수 있다. Start Bit(SB)필드(510)에는 전체 패킷의 사이즈에 따라 소정의 N비트가 할당될 수도 있다.
제어 ID필드(T_No)(520)는 소스에서 할당되는 타겟 디바이스의 제어 ID를 포함할 수 있다. 타겟 디바이스는 제어 ID필드(T_No)(520)의 제어 ID를 통하여 소스와 독립적으로 통신 가능한 ID를 획득할 수 있다.
Command(CMD)필드(530)는 소스의 동작을 정의하는 명령어를 포함할 수 있다. 도 5의 경우는, ID 할당 명령어 이므로, Command(CMD)필드(530)에는 ID 할당 명령어가 포함될 것이다. 명령어에는 코드가 할당될 수 있다.
Check Bit(CB)필드(540)는 패킷의 정확한 전송을 확인하는 check bit를 포함할 수 있다.
ID 할당 명령어는 Start Bit(SB)필드(510), 제어 ID필드(T_No)(520), Command(CMD)필드(530) 및 Check Bit(CB)필드(540)외에 추가적으로 다양한 필드들을 포함할 수 있다. 즉, 접속규격 명령어는 비트단위 또는 바이트단위로 할당되는 다양한 필드들을 포함할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 타겟 디바이스의 ACK 응답 명령어의 기본 포맷을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 응답 명령어는 Preamble(PA)필드(610), Start Code필드(SC)(620), Command(CMD)필드(630) 및 CRC-5필드(640)를 포함할 수 있다.
Preamble(PA)필드(610)는 무선 패킷에서 패킷의 손실을 막기 위해 임의로 보내는 더미 데이터를 포함할 수 있다.
Start Code필드(SC)(620)는 응답 명령어가 Preamble(PA)필드(610), Start Code필드(SC)(620), Command(CMD)필드(630) 및 CRC-5필드(640)와 같이 4개의 필드로 구성된 경우에 단축형 패킷의 시작을 알리는 인식자를 포함할 수 있다. 단축형 패킷이 아닌 일반형 패킷의 경우에는 기타 추가적으로 송신자의 주소필드, 수신자의 주소필드 및 데이터 필드 등이 포함될 수 있다.
Command(CMD)필드(630)는 타겟 디바이스의 동작을 정의하는 명령어를 포함할 수 있다. 명령어에는 리셋, 타겟 디바이스의 입력 전압/전류 응답, 타겟 디바이스의 직류/직류 변환 출력단에서의 전압/전류 응답, ACK(Acknowledge), 타겟 디바이스의 상태 정보 응답, 타겟 디바이스의 등록 정보 응답 등이 포함될 수 있다. 각각의 명령어에는 코드가 할당될 수 있다. 도 6의 경우는, 응답 명령어이므로, Command(CMD)필드(630)에는 ACK 응답 명령어가 포함될 것 이다. 명령어에는 코드가 할당될 수 있다.
CRC-5필드(640)는 패킷의 정확한 전송을 확인하는 CRC 코드를 포함할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 타겟 디바이스가 2개인 경우에 충돌 회피를 설명하기 위해 시간슬롯에 따라 소스 디바이스와 타겟 디바이스의 동작을 나타낸 도면이다. 이하의 설명은 소스가 2개의 타겟 디바이스들을 동시에 감지하였음을 전제로 한다. 2개의 타겟 디바이스들은 제1 타겟 디바이스 및 제2 타겟 디바이스로 명명될 수 있다.
도 7을 참조하면, 710구간에서 소스는 2개의 타겟 디바이스들에게 웨이크 업 전력을 전송한다. 웨이크 업 전력은 2개의 타겟 디바이스들의 제어부가 동작하는데 필요한 전력을 의미한다. 타겟 디바이스는 웨이크 업 전력을 수신하여 제어부를 동작시킴으로써 소스와 데이터를 주고 받는데 필요한 조건을 갖출 수 있다.
이때 웨이크 업 전력량은 도 15에 도시된 소스의 시스템 영역 중 최대 타겟의 개수를 고려하여 결정될 수도 있다.
720구간에서 소스는 2개의 타겟 디바이스들에게 접속규격 명령어를 전송한다. 접속규격 명령어를 수신한 타겟 디바이스들은 접속규격에 기초하여 각각 임시 ID를 생성할 수 있다. 타겟 디바이스들은 자신의 고유 ID 중 일부 영역을 이용하여 임시 ID를 생성할 수 있다. 여기서 타겟 디바이스의 고유 ID는 보다 구체적으로는 도 16의 제품의 일련번호 또는 단축 ID 영역을 의미할 수 있다.
730구간에서 소스는 2개의 타겟 디바이스들에게 호출인자를 전송한다. 호출인자는 접속규격 명령어에 포함된 호출인수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 호출인수가 3bit인 경우에, 호출인자는 000부터 111까지 결정될 수 있다.
740구간에서 제1 타겟 디바이스는 상기 호출인자에 응답하여 소스에게 응답신호를 전송한다. 제1 타겟 디바이스는 임시 ID와 상기 호출인자가 동일한 값을 갖는 경우, 상기 응답신호를 전송할 수 있다.
750구간에서 소스는 제1 타겟 디바이스에게 제어 ID를 할당한다. 이때, 제어 ID는 1일 수 있다. 제어 ID를 할당 받은 제1 타겟 디바이스는 제어 ID를 할당 받았음을 나타내는 ACK 신호를 소스에게 전송할 수 있다.
760구간에서 소스는 계속하여 호출인자를 2개의 타겟 디바이스들에게 전송한다. 소스는 730구간에서 전송한 호출인자에 이어서 계속하여 호출인자를 2개의 타겟 디바이스들에게 전송한다.
770구간에서 제2 타겟 디바이스는 760구간에서 전송된 호출인자에 응답하여 소스에게 응답신호를 전송한다.
780구간에서 소스는 제2 타겟 디바이스에게 제어 ID를 할당한다. 이때, 제어 ID는 2일 수 있다. 제어 ID를 할당 받은 제2 타겟 디바이스는 제어 ID를 할당 받았음을 나타내는 ACK 신호를 소스에게 전송할 수 있다.
790구간에서 소스는 제어 ID를 할당받은 제1 타겟 디바이스와 제2 타겟 디바이스에게 개별적으로 제어 명령어를 전송할 수 있다. 제어 명령어에는 충전 명령어, 리셋 명령어, 동작 상태 확인 명령어, 타겟 디바이스의 온도 정보요청 명령어, 타겟 디바이스의 등록정보 요청 명령어 등이 포함될 수 있다. 시간슬롯(791)에서 소스는 제1 타겟 디바이스를 제어하는 제어 명령어를 전송할 수 있다. 시간슬롯(793)에서 제1 타겟 디바이스는 상기 제어 명령어에 응답하는 응답신호를 전송할 수 있다. 시간슬롯(795)에서 소스는 제2 타겟 디바이스를 제어하는 제어 명령어를 전송할 수 있다. 시간슬롯(797)에서 제2 타겟 디바이스는 상기 제어 명령어에 응답하는 응답신호를 전송할 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 타겟 디바이스가 3개인 경우에 충돌 회피를 설명하기 위해 시간슬롯에 따라 소스 디바이스와 타겟 디바이스의 동작을 나타낸 도면이다. 이하의 설명은 소스가 3개의 타겟 디바이스들을 동시에 감지하였음을 전제로 한다. 3개의 타겟 디바이스들은 제1 타겟 디바이스, 제2 타겟 디바이스 및 제3 타겟 디바이스로 명명될 수 있다.
도 8을 참조하면, 801구간에서 소스는 3개의 타겟 디바이스들에게 웨이크 업 전력을 전송한다. 웨이크 업 전력은 3개의 타겟 디바이스들의 제어부가 동작하는데 필요한 전력을 의미한다. 타겟 디바이스는 웨이크 업 전력을 수신하여 제어부를 동작시킴으로써 소스와 데이터를 주고 받는데 필요한 조건을 갖출 수 있다.
803구간에서 소스는 3개의 타겟 디바이스들에게 접속규격 명령어를 전송한다. 접속규격 명령어를 수신한 타겟 디바이스들은 접속규격에 기초하여 각각 임시 ID를 생성할 수 있다. 타 겟 디바이스들은 자신의 고유 ID 중 일부 영역을 이용하여 임시 ID를 생성할 수 있다. 여기서 타겟 디바이스의 고유 ID는 보다 구체적으로는 도 16의 제품의 일련번호 또는 단축 ID 영역을 의미할 수 있다.
805구간에서 소스는 3개의 타겟 디바이스들에게 호출인자를 전송한다. 호출인자는 접속규격 명령어에 포함된 호출인수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 호출인수가 2bit인 경우에, 호출인자는 00부터 11까지 결정될 수 있다.
807구간에서 제1 타겟 디바이스 및 제2 타겟 디바이스는 상기 호출인자에 응답하여 소스에게 응답신호를 전송할 수 있다. 제1 타겟 디바이스 및 제2 타겟 디바이스는 임시 ID와 상기 호출인자가 동일한 값을 갖는 경우, 상기 응답신호를 전송할 수 있다. 이때, 소스는 2개의 응답신호를 수신함으로써, 제1 타겟 디바이스와 제2 타겟 디바이스 간에 충돌이 발생함을 인식할 수 있다.
809구간에서 소스는 계속하여 호출인자를 3개의 타겟 디바이스들에게 전송한다. 소스는 805구간에서 전송한 호출인자에 이어서 계속하여 호출인자를 3개의 타겟 디바이스들에게 전송한다.
811구간에서 제3 타겟 디바이스는 809구간에서 소스가 전송한 호출인자에 응답하여 소스에게 응답신호를 전송할 수 있다. 제3 타겟 디바이스는 임시 ID와 상기 호출인자가 동일한 값을 갖는 경우, 상기 응답신호를 전송할 수 있다. 제3 타겟 디바이스는 임시 ID와 상기 호출인자와 동일한 값을 갖지 않는 경우, 응답신호를 전송하지 않는다.
813구간에서 소스는 제3 타겟 디바이스에게 제어 ID를 할당한다. 이때, 제어 ID는 1일 수 있다. 제어 ID를 할당 받은 제3 타겟 디바이스는 제어 ID를 할당 받았음을 나타내는 ACK 신호를 소스에게 전송할 수 있다.
815구간에서 소스는 충돌하는 2개의 타겟 디바이스들에게 접속규격 명령어를 전송한다. 이때, 접속규격 명령어에는 이동인수 필드가 포함된다. 소스는 충돌하는 2개의 타겟 디바이스들을 식별하기 위해 이동인수 필드의 설정 값을 변경함으로써, 소스와 타겟 디바이스들 간에 새로운 접속규격이 약속될 수 있다. 또한, 소스는 기준점 필드의 설정 값 또는 호출인수 필드의 설정 값을 변경하여 새로운 접속규격 명령어를 생성할 수 있다. 새로운 접속규격 명령어를 수신한 타겟 디바이스들은 새로운 접속규격에 기초하여 각각 임시 ID를 갱신할 수 있다.
817구간에서 소스는 호출인자를 2개의 타겟 디바이스들에게 전송한다. 호출인자는 접속규격 명령어에 포함된 호출인수에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 호출인수는 감지된 타겟 디바이스들의 개수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 감지된 타겟 디바이스들이 3개인 경우에는 3개의 타겟 디바이스들을 식별하기 위해 호출인수는 2bit이상일 수 있다.
819구간에서 제1 타겟 디바이스는 817구간에서 소스가 전송한 호출인자에 응답하여 소스에게 응답신호를 전송할 수 있다. 제1 타겟 디바이스는 갱신된 임시 ID와 상기 호출인자가 동일한 값을 갖는 경우, 상기 응답신호를 전송할 수 있다.
821구간에서 소스는 제1 타겟 디바이스에게 제어 ID를 할당한다. 이때, 제어 ID는 2일 수 있다. 제어 ID를 할당 받은 제1 타겟 디바이스는 제어 ID를 할당 받았음을 나타내는 ACK 신호를 소스에게 전송할 수 있다.
823구간에서 소스는 계속하여 호출인자를 2개의 타겟 디바이스들에게 전송한다. 소스는 817구간에서 전송한 호출인자에 이어서 계속하여 호출인자를 2개의 타겟 디바이스들에게 전송한다.
825구간에서 제2 타겟 디바이스는 823구간에서 소스가 전송한 호출인자에 응답하여 소스에게 응답신호를 전송할 수 있다. 제2 타겟 디바이스는 갱신된 임시 ID와 823구간에서 소스가 전송한 호출인자가 동일한 값을 갖는 경우, 응답신호를 전송할 수 있다.
827구간에서 소스는 제2 타겟 디바이스에게 제어 ID를 할당한다. 이때, 제어 ID는 3일 수 있다. 제어 ID를 할당 받은 제2 타겟 디바이스는 제어 ID를 할당 받았음을 나타내는 ACK 신호를 소스에게 전송할 수 있다.
830구간에서 소스는 제어 ID를 할당받은 제1 타겟 디바이스, 제2 타겟 디바이스 및 제3 타겟 디바이스에게 개별적으로 제어 명령어를 전송할 수 있다. 제어 명령어에는 충전 명령어, 리셋 명령어, 동작 상태 확인 명령어, 타겟 디바이스의 온도 정보요청 명령어, 타겟 디바이스의 등록정보 요청 명령어 등이 포함될 수 있다. 시간슬롯(831)에서 소스는 제3 타겟 디바이스를 제어하는 제어 명령어를 전송할 수 있다. 시간슬롯(833)에서 제3 타겟 디바이스는 상기 제어 명령어에 응답하는 응답신호를 전송할 수 있다. 시간슬롯(835)에서 소스는 제2 타겟 디바이스를 제어하는 제어 명령어를 전송할 수 있다. 시간슬롯(837)에서 제2 타겟 디바이스는 상기 제어 명령어에 응답하는 응답신호를 전송할 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 충돌 회피를 위해 타겟 디바이스를 식별하는 과정에서 기준점을 나타내는 도면이다.
소스는 복수의 타겟 디바이스들에게 접속규격 명령어를 전송한다. 접속규격 명령어는 기준점 필드를 포함할 수 있다. 기준점 필드에 설정된 값은 기준점을 나타내며, 기준점은 타겟 디바이스의 고유 ID 중에서 임시 ID를 생성하는 기준을 의미한다. 기준점은 타겟 디바이스의 고유 ID 비트들 중 최상위 비트(Most Significant Bit, MSB) 또는 최하위 비트(Least Significant Bit, LSB)일 수 있다. 여기서 타겟 디바이스의 고유 ID는 보다 구체적으로는 도 16의 제품의 일련번호 또는 단축 ID 영역을 의미할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 타겟의 기준점은 최상위 비트(910) 1일 수도 있고, 최하위 비트(920) 1일 수도 있다. 이때, 접속규격 명령어는 n개의 타겟에 동일하게 전송되므로, 기준점은 n개의 타겟에 동일하게 적용되어야 한다. 즉, 제1 타겟에서는 기준점이 최상위 비트(910)이고, 제2 타겟에서는 기준점이 최하위 비트일 수 없다.
도 10은 일실시예에 따른 충돌 회피를 위해 타겟 디바이스를 식별하는 과정에서 호출인수 및 호출인자를 나타내는 도면이다.
소스는 복수의 타겟 디바이스들에게 접속규격 명령어를 전송한다. 접속규격 명령어는 호출인수 필드를 포함할 수 있다. 호출인수 필드에 설정된 값은 호출인수를 나타내며, 호출인수는 기준점으로부터 연속되는 소정의 n비트를 의미한다. 호출인수는 소스에 의해 감지된 타겟 디바이스들의 개수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 감지된 타겟 디바이스들의 개수가 5개인 경우에, 호출인수는 적어도 3비트 이상의 값을 가져야 한다. 왜냐하면, 3비트로 표현될 수 있는 식별 가능한 경우의 수는 8가지 경우이기 때문이다. 호출인자는 소스가 타겟 디바이스로부터 소정의 비트를 호출하는데 사용되는 값이다. 호출인자는 호출인수에 기초하여 결정될 수 있다. 호출인수가 3비트인 경우에, 호출인자는 000부터 111까지 값을 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, 호출인수는 3이다. 따라서, 소스는 기준점으로부터 연속되는 소정의 3비트를 호출할 수 있다. 예를 들면, 소스는 타겟 디바이스의 고유 ID의 최상위 비트(MSB)로부터 오른쪽으로 연속되는 소정의 3비트를 호출할 수 있다. 또한, 소스는 타겟 디바이스의 고유 ID의 최하위 비트(LSB)로부터 왼쪽으로 연속되는 소정의 3비트를 호출할 수 있다. 여기서 타겟 디바이스의 고유 ID는 보다 구체적으로는 도 16의 제품의 일련번호 또는 단축 ID 영역을 의미할 수 있다. 소스는 기준점이 최상위 비트인 경우에는 제1 타겟으로부터 110(1010)의 3비트를 호출할 수 있고, 기준점이 최하위 비트인 경우에는 제1 타겟으로부터 001(1020)의 3비트를 호출할 수 있다. 이때, 접속규격 명령어는 n개의 타겟에 동일하게 전송되므로, 호출인수는 n개의 타겟에 동일하게 적용되어야 한다.
도 11은 일실시예에 따른 충돌 회피를 위해 타겟 디바이스를 식별하는 과정에서 이동인수를 나타내는 도면이다.
소스는 복수의 타겟 디바이스들에게 접속규격 명령어를 전송한다. 접속규격 명령어는 이동인수 필드를 포함할 수 있다. 이동인수 필드에 설정된 값은 이동인수를 나타내며, 이동인수는 기준점의 이동 비트 수를 의미한다. 이동인수는 기준점이 얼마만큼 이동하는 지를 나타낸다. 예를 들면, 이동인수가 1인 경우에 기준점은 1비트만큼 오른쪽 또는 왼쪽으로 이동할 수 있다.
도 11을 참조하면, 이동인수가 1이다. 따라서, 기준점은 1비트만큼 오른쪽 또는 왼쪽으로 이동할 수 있다. 기준점이 최상위 비트인 경우에는 이동인수에 따라 기준점이 1비트만큼 오른쪽으로 이동한다. 따라서, 소스는 제1 타겟으로부터 100(1110)의 3비트를 호출할 수 있다. 기준점이 최하위 비트인 경우에는 이동인수에 따라 기준점이 1비트만큼 왼쪽으로 이동한다. 따라서, 소스는 제1 타겟으로부터 111(1120)의 3비트를 호출할 수 있다. 이때, 접속규격 명령어는 n개의 타겟에 동일하게 전송되므로, 이동인수는 n개의 타겟에 동일하게 적용되어야 한다.
도 12는 일실시예에 따라 임시 ID가 중복되는 경우를 나타내는 도면이다.
타겟 디바이스는 소스로부터 접속규격 명령어를 수신한다. 타겟 디바이스는 접속규격에 기초하여 임시 ID를 생성할 수 있다. 접속규격에는 기준점, 호출인수 및 이동인수가 포함될 수 있다.
도 12를 참조하면, 기준점은 최상위 비트(MSB), 호출인수는 3, 이동인수는 0이다. 타겟 디바이스들은 상기 기준점, 호출인수 및 이동인수에 기초하여 임시 ID를 생성할 수 있다. 제1 타겟의 임시 ID는 110(1210)이다. 제2 타겟의 임시 ID는 101(1220)이다. 제3 타겟의 임시 ID는 111(1230)이다. 제4 타겟의 임시 ID는 111(1240)이다. 제n 타겟의 임시 ID는 011(1250)이다. 이때, 제3 타겟의 임시 ID와 제4 타겟의 임시 ID가 111로 서로 동일하다. 즉 중복된다.
소스는 호출인자를 000부터 111까지 전송할 수 있다. 물론 소스는 설정에 따라 호출인자를 111부터 000으로 전송할 수도 있다. 도 12에서는 소스가 호출인자를 000부터 111순으로 전송하는 경우를 고려한다. 타겟 디바이스들은 호출인자와 임시 ID가 동일한 값을 가지는 경우 응답신호를 소스에게 전송한다. 응답신호를 수신한 소스는 응답신호가 중복되는지 여부를 판단하고, 응답신호가 중복되지 않으면, 응답신호를 전송한 타겟 디바이스에 제어 ID를 할당할 수 있다.
제n 타겟의 임시 ID가 011(1250)으로 다른 타겟들 보다 작은 값을 가지므로 소스는 제n 타겟에 제어 ID 1을 할당할 수 있다. 그 다음으로 제2 타겟의 임시 ID가 101(1220)으로 두 번째로 작은 값을 가지므로 소스는 제2 타겟에 제어 ID 2를 할당할 수 있다. 그 다음으로 제1 타겟의 임시 ID가 110(1210)으로 세 번째로 작은 값을 가지므로 소스는 제1 타겟에 제어 ID 3을 할당할 수 있다.
그런데, 제3 타겟의 임시 ID와 제4 타겟의 임시 ID는 중복되므로 소스는 제3 타겟과 제4 타겟에 제어 ID를 할당할 수 없다.
도 13은 일실시예에 따른 충돌 회피를 위해 타겟 디바이스를 식별하는 과정에서 도 12의 임시 ID가 중복되는 경우, 호출인수 및 변경된 이동인수를 이용하는 과정을 나타내는 도면이다.
소스는 호출인수에 기초하여 호출인자를 생성하고, 타겟 디바이스들에 호출인자를 순차적으로 전송한다. 예를 들면, 호출인수가 3이면, 호출인자는 000부터 111까지 생성될 수 있다. 소스는 000부터 111까지 순차적으로 타겟 디바이스들에게 전송할 수 있다. 타겟 디바이스들은 수신하는 호출인자와 자신의 임시 ID를 비교하고, 호출인자와 임시 ID가 동일한 값을 가지는 경우에는 소스에게 응답신호를 전송할 수 있다.
소스는 응답신호를 수신하고, 응답신호를 통하여 임시 ID가 중복되는지 여부를 판단한다. 임시 ID가 중복되는 경우에는 타겟 디바이스에 제어 ID를 할당할 수 없기 때문이다. 임시 ID가 중복되지 않는 경우에는 타겟 디바이스에 제어 ID를 할당한다.
도 13을 참조하면, 기준점은 최상위 비트(MSB), 호출인수는 3, 이동인수는 1이다. 이때, 제1 타겟, 제2 타겟 및 제n 타겟에는 이미 제어 ID가 할당되어 있으므로, 소스는 이동인수 1을 포함하는 접속규격 명령어를 제3 타겟 및 제4 타겟에 전송할 수 있다. 제3 타겟 및 제4 타겟은 상기 기준점, 호출인수 및 이동인수에 기초하여 임시 ID를 갱신할 수 있다. 제3 타겟의 임시 ID는 110(1310)이다. 제4 타겟의 임시 ID는 111(1320)이다.
소스는 호출인자를 000부터 111까지 순차적으로 전송할 수 있다. 제3 타겟의 임시 ID가 110(1310)으로 제4 타겟 보다 먼저 호출인자와 동일한 값을 가지므로 소스는 제3 타겟에 제어 ID 4를 할당할 수 있다. 그 다음으로 제4 타겟의 임시 ID가 111(1320)으로 호출인자와 동일한 값을 가지므로 소스는 제4 타겟에 제어 ID 5를 할당할 수 있다. 따라서, 소스는 위와 같은 방법으로 제1 타겟, 제2 타겟, 제3 타겟, 제4 타겟, 제n 타겟에 제어 ID를 할당할 수 있다.
이때 타겟의 최종 제어ID는 도 15에 언급된 소스의 시스템 정보 영역에서 최대 타겟의 수용 개수를 참조하여 할당할 수 있다.
도 14는 다른 일실시예에 따른 무선 전력 전송에서 충돌 회피 방법의 흐름도이다. 보다 구체적으로, 도 14는 타겟 디바이스의 관점에서 충돌 회피의 과정을 설명한 흐름도이다.
이하의 설명에서 소스는 소스 디바이스를 포함하는 의미로 사용된다. 소스 디바이스는 무선 전력을 공급하는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 패드, 단말, TV 등 전력을 공급할 수 있는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 타겟 디바이스는 무선 전력을 공급받는 디바이스를 의미하며, 전력을 필요로 하는 모든 전자기기가 포함될 수 있다.
1410단계에서, 타겟 디바이스는 소스로부터 접속규격 명령어를 수신한다. 접속규격 명령어는 기준점 필드, 호출인수 필드 및 이동인수 필드를 포함할 수 있다.
1420단계에서, 타겟 디바이스는 접속규격에 기초하여 임시 ID를 생성한다. 보다 구체적으로 타겟 디바이스는 기준점, 호출인수 및 이동인수에 기초하여 임시 ID를 생성할 수 있다.
1430단계에서, 타겟 디바이스는 소스로부터 호출인자를 수신한다. 호출인자는 접속규격 명령어에 포함된 호출인수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 호출인수가 3bit인 경우에, 호출인자는 000부터 111까지 결정될 수 있다. 타겟 디바이스는 000부터 111까지 순차적으로 수신할 수 있다. 또는 타겟 디바이스는 소스로부터 호출인자에 대응하는 명령어를 수신할 수도 있다. 예를 들면, 호출인자에 대응하는 명령어는 타겟 디바이스의 임시 ID를 호출하기 위한 임의의 명령어일 수 있다.
1440단계에서, 타겟 디바이스는 임시 ID와 수신한 호출인자가 동일한 값을 갖는지 비교한다.
1450단계에서, 타겟 디바이스는 임시 ID와 수신한 호출인자가 동일한 값을 갖지 않는 경우에는 상기 호출인자에 응답하여 응답신호를 전송하지 않는다. 추후 소스로부터 갱신된 호출인자를 수신한다. 예를 들면, 타겟 디바이스의 임시 ID는 001이고, 수신한 호출인자는 000인 경우에, 타겟 디바이스는 응답신호를 전송하지 않는다. 추후 타겟 디바이스는 호출인자 001을 수신할 수 있다. 또한, 타겟 디바이스는 충전 필요가 없는 경우, 또는 소스와 호환되지 않는 경우 응답신호를 전송하지 않을 수 있다.
1460단계에서, 타겟 디바이스는 임시 ID와 수신한 호출인자가 동일한 값을 갖는 경우 상기 호출인자에 응답하여 응답신호를 전송한다.
1470단계에서, 타겟 디바이스는 소스로부터 제어 ID의 수신여부를 판단한다. 타겟 디바이스는 소정의 시간 내에 제어 ID를 수신함으로써 상기 절차를 종료할 수 있다. 그러나, 타겟 디바이스는 소정의 시간 내에 제어 ID를 수신하지 못하는 경우, 타겟 디바이스의 임시 ID가 중복되거나, 상기 응답신호가 소스에 전달되지 못한 것으로 판단하고, 1410단계의 절차부터 다시 반복할 수 있다.
도 15는 일실시예에 따른 소스의 시스템 정보 영역의 구조를 나타낸 도면이다.
소스와 타겟 간에 통신을 하기 위해서는 서로 상대방을 호출할 수 있는 ID가 필요하다. 먼저 소스와 타겟 각각은 고유 ID를 할당 받을 수 있다.
소스의 고유 ID는 제품 제조 시 소스의 시스템 정보 영역에 포함되며 시스템 정보 영역은 제조사(maker) 영역, 제품 종류(product type) 영역, 모델 종류(model type) 영역, 일련번호(serial No.) 영역, 단축 ID(short ID) 영역 및 규격(Standard version) 영역을 포함할 수 있다.
제조사 영역은 소스로 동작하는 제품의 제조사에 대한 정보를 포함한다. 제품 종류 영역은 제품의 종류에 대한 정보를 포함하며, 제품 종류 별로 최대 출력의 크기 및 공진기의 사이즈에 대한 정보를 포함할 수 있다. 모델 종류 영역은 제품이 충전할 수 있는 최대 타겟의 수용 개수에 대한 정보를 포함한다. 일련번호 영역은 제품의 생산 시 부여되는 고유 일련번호를 포함할 수 있다. 고유 일련번호에는 제품의 생산 년도, 월, 일 등이 포함될 수 있다. 단축 ID 영역은 제품의 고유 일련번호로부터 생성되는 단축 ID를 포함한다. 단축 ID는 제품의 고유 일련번호에 EOR(Exclusive OR), CRC(Cyclic Redundancy Check) 등을 수행하여 생성될 수 있다. 단축 ID는 전체 ID 영역 중 일련번호 부분이 제품 종류에 따라 생산량이 많아 길어질 경우, 소스가 타겟을 구분하는데 소요되는 시간을 감축시킬 수 있다. 규격 영역은 소스의 규격에 대한 정보를 포함한다. 소스의 규격에 대한 정보는 소스의 최대 출력, 충전 가능한 타겟의 개수, 지원 가능한 명령어 등을 포함할 수 있다.
소스의 시스템 정보 영역은 그 밖에 소스를 식별하는 데 필요한 정보를 추가적으로 저장할 수 있다.
소스의 고유ID는 제품의 고유 일련번호 부분 또는 단축ID 부분을 의미할 수 있다.
도 16은 일실시예에 따른 타겟의 시스템 정보 영역의 구조를 나타낸 도면이다.
타겟의 고유 ID는 제품 제조시 타겟의 시스템 정보 영역에 포함되며 시스템 정보 영역은 제조사(maker) 영역, 제품 종류(product type) 영역, 배터리종류(battery type) 영역, 일련번호(serial No.) 영역, 단축 ID(short ID) 영역 및 규격(Standard version) 영역을 포함할 수 있다.
제조사 영역은 타겟으로 동작하는 제품의 제조사에 대한 정보를 포함한다. 제품 종류 영역은 제품의 종류에 대한 정보를 포함할 수 있다. 즉 제품이 TV, 카메라, 휴대폰인지에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 제품 종류 영역은 제품의 충전방식에 대한 정보, 제품의 소비전력에 대한 정보를 포함할 수 있다. 배터리 종류 영역은 제품에 탑재된 충전지의 종류 및 충전지의 전류용량 대한 정보를 포함할 수 있다. 일련번호 영역은 제품의 생산 시 부여되는 고유 일련번호를 포함할 수 있다. 고유 일련번호에는 제품의 생산 년도, 월, 일 등이 포함될 수 있다. 단축 ID 영역은 제품의 고유 일련번호로부터 생성되는 단축 ID를 포함한다. 단축 ID는 제품의 고유 일련번호에 EOR(Exclusive OR), CRC(Cyclic Redundancy Check) 등을 수행하여 생성될 수 있다. 단축 ID는 타겟 주변에 무선 전력을 수신하는 기기가 존재하는 경우, 상호 간섭에 의한 오류를 방지하기 위해 사용될 수 있다. 규격 영역은 타겟의 규격에 대한 정보를 포함한다. 타겟의 규격에 대한 정보는 지원 가능한 명령어, 소모전력에 대한 정보를 포함할 수 있다.
타겟의 시스템 정보 영역은 그 밖에 타겟을 식별하는 데 필요한 정보를 추가적으로 저장할 수 있다.
타겟의 고유ID는 제품의 고유 일련번호 부분 또는 단축ID 부분을 의미할 수 있다.
소스와 타겟은 서로 각각 고유 ID를 주고 받음으로써 서로를 식별할 수도 있다. 그러나 고유 ID가 길어지는 경우에는 서로를 식별하는데 소요되는 시간이 길어질 수 있다. 따라서, 고유 ID 중 일부 영역을 이용하여 멀티 타겟을 식별할 수도 있다.
도 17은 소스 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 나타내다.
별도의 피더를 통해 소스 공진기가 전력을 공급받는 경우에는 피더에서 자기장이 발생하고, 소스 공진기에서도 자기장이 발생한다.
(a)를 참조하면, 피더(1710)에서 입력 전류가 흐름에 따라 자기장(1730)이 발생한다. 피더(1710) 내부에서 자기장의 방향(1731)과 외부에서 자기장의 방향(1733)은 서로 반대 위상을 가진다. 피더(1710)에서 발생하는 자기장(1730)에 의해 소스 공진기(1720)에서 유도 전류가 발생한다. 이때 유도 전류의 방향은 입력 전류의 방향과 반대이다.
유도 전류에 의해 소스 공진기(1720)에서 자기장(1740)이 발생한다. 자기장의 방향은 소스 공진기(1720)의 내부에서는 동일한 방향을 가진다. 따라서, 소스 공진기(1720)에 의해 피더(1710)의 내부에서 발생하는 자기장의 방향(1741)과 피더(1710)의 외부에서 발생하는 자기장의 방향(1743)은 동일한 위상을 가진다.
결과적으로 피더(1710)에 의해서 발생하는 자기장과 소스 공진기(1720)에서 발생하는 자기장을 합성하면, 피더(1710)의 내부에서는 자기장의 세기가 약화되고, 피더(1720)의 외부에서는 자기장의 세기가 강화된다. 따라서, 도 17과 같은 구조의 외부 피더(1710)를 통해 소스 공진기(1720)에 전력을 공급하는 경우에는 소스 공진기(1720) 중심에서 자기장의 세기가 약하고, 외곽에서 자기장의 세기가 강하다. 소스 공진기(1720) 상에서 자기장의 분포가 균일(uniform)하지 않은 경우, 입력 임피던스가 수시로 변화하므로 임피던스 매칭을 수행하는 것이 어렵다. 또한, 자기장의 세기가 강한 부분에서는 무선 전력 전송이 잘되고, 자기장의 세기가 약한 부분에서는 무선 전력 전송이 잘 되지 않으므로, 평균적으로 전력 전송 효율이 감소한다.
타겟 공진기의 경우에도 소스 공진기의 경우와 유사하다. 소스 공진기(1720)에 흐르는 전류는 피더(1710)에 흐르는 입력 전류에 의해 유도된다. 타겟 공진기에 흐르는 전류는 소스 공진기(1720)와 타겟 공진기 간의 마그네틱 커플링에 의해 유도된다. 타겟 공진기에 흐르는 전류는 자기장을 발생시키고, 타겟 공진기 내부에 위치한 피더에 유도 전류를 생성할 수 있다. 이 경우에도 피더 내부에서는 타겟 공진기에서 발생하는 자기장의 방향과 피더에서 발생하는 자기장의 방향이 서로 반대 위상이므로, 자기장의 세기가 약화된다.
(b)는 소스 공진기(1750)와 피더(1760)가 공통의 접지를 가진 무선 전력 전송 장치의 구조를 나타낸다. 소스 공진기(1750)는 캐패시터(1751)를 포함할 수 있다. 피더(1760)는 포트(1761)를 통하여, RF 신호를 입력 받을 수 있다. 피더(1760)에는 RF 신호가 입력되어, 입력 전류가 생성될 수 있다. 피더(1760)에 흐르는 입력 전류는 자기장을 생성하고, 상기 자기장으로부터 소스 공진기(1750)에 유도 전류가 유도된다. 또한, 소스 공진기(1750)를 흐르는 유도 전류로부터 자기장이 발생한다. 이때, 피더(1760)에 흐르는 입력 전류의 방향과 소스 공진기(1750)에 흐르는 유도 전류의 방향은 서로 반대 위상을 가진다. 따라서, 소스 공진기(1750)와 피더(1760) 사이의 영역에서, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1771)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1773)은 동일한 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 강화된다. 반면에, 피더(1760)의 내부에서는, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1781)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(1783)은 반대 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 소스 공진기(1750)의 중심에서는 자기장의 세기가 약해지고, 소스 공진기(1750)의 외곽에서는 자기장의 세기가 강화될 수 있다.
피더(1760)는 피더(1760) 내부의 면적을 조절하여, 입력 임피던스를 결정할 수 있다. 여기서 입력 임피던스는 피더(1760)에서 소스 공진기(1750)를 바라볼 때, 보이는 임피던스를 의미한다. 피더(1760) 내부의 면적이 커지면 입력 임피던스는 증가하고, 내부의 면적이 작아지면 입력 임피던스는 감소한다. 그런데, 입력 임피던스가 감소하는 경우에도, 소스 공진기(1750) 내부의 자기장 분포는 일정하지 않으므로, 타겟 디바이스의 위치에 따라 입력 임피던스 값이 일정하지 않다. 따라서, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 상기 입력 임피던스의 매칭을 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요하다. 입력 임피던스가 증가하는 경우에는 큰 입력 임피던스를 작은 출력 임피던스에 매칭시키기 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요할 수 있다.
타겟 공진기가 소스 공진기(1750)와 같은 구성이고, 타겟 공진기의 피더가 피더(1760)와 같은 구성인 경우에도 별도의 매칭 네트워크가 필요할 수 있다. 타겟 공진기에서 흐르는 전류의 방향과 타겟 공진기의 피더에서 흐르는 유도 전류의 방향은 서로 반대 위상을 가지기 때문이다.
도 18은 일실시예에 따른 무선 전력 전송 장치를 나타낸 도면이다.
(a)를 참조하면, 무선 전력 전송 장치는 소스 공진기(1810) 및 피딩부(1820)를 포함할 수 있다. 소스 공진기(1810)는 캐패시터(1811)를 포함할 수 있다. 피딩부(1820)는 캐패시터(1811)의 양단에 전기적으로 연결될 수 있다.
(b)는 (a)의 구조를 좀 더 구체적으로 표시한 도면이다. 이때, 소스 공진기(1810)는 제1 전송선로, 제1 도체(1841), 제2 도체(1842), 적어도 하나의 제1 캐패시터(1850)를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(1850)는 제1 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(1831)과 제2 신호 도체 부분(1832) 사이에 위치에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제1 캐패시터(1850)에 갇히게 된다. 일반적으로, 전송 선로는 상부에 적어도 하나의 도체, 하부에 적어도 하나의 도체를 포함하며, 상부에 있는 도체를 통해서는 전류가 흐르며, 하부에 있는 도체는 전기적으로 그라운드 된다(grounded). 본 명세서에서는 제1 전송 선로의 상부에 있는 도체를 제1 신호 도체 부분(1831)과 제2 신호 도체 부분(1832)로 나누어 부르고, 제1 전송 선로의 하부에 있는 도체를 제1 그라운드 도체 부분(1833)으로 부르기로 한다.
(b)에 도시된 바와 같이, 소스 공진기는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 제1 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(1831) 및 제2 신호 도체 부분(1832)을 포함하고, 하부에 제1 그라운드 도체 부분(1833)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(1831) 및 제2 신호 도체 부분(1832)과 제1 그라운드 도체 부분(1833)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(1831) 및 제2 신호 도체 부분(1832)을 통하여 흐른다.
또한, (b)에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(1831)의 한쪽 단은 제1 도체(1841)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1850)와 연결된다. 그리고, 제2 신호 도체 부분(1832)의 한쪽 단은 제2 도체(1842)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(1850)와 연결된다. 결국, 제1 신호 도체 부분(1831), 제2 신호 도체 부분(1832) 및 제1 그라운드 도체 부분(1833), 도체들(1841, 1842)은 서로 연결됨으로써, 소스 공진기는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함하며, '루프 구조를 갖는다고 함은' 전기적으로 닫혀 있다는 것을 의미한다.
제1 캐패시터(1850)는 전송 선로의 중단부에 삽입된다. 보다 구체적으로, 제1캐패시터(1850)는 제1 신호 도체 부분(1831) 및 제2 신호 도체 부분(1832) 사이에 삽입된다. 이 때, 제1 캐패시터(1850)는 집중 소자(lumped element) 및 분산 소자(distributed element) 등의 형태를 가질 수 있다. 특히, 분산 소자의 형태를 갖는 분산된 캐패시터는 지그재그 형태의 도체 라인들과 그 도체 라인들 사이에 존재하는 높은 유전율을 갖는 유전체를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(1850)가 전송 선로에 삽입됨에 따라 소스 공진기는 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있다. 여기서, 메타물질이란 자연에서 발견될 수 없는 특별한 전기적 성질을 갖는 물질로서, 인공적으로 설계된 구조를 갖는다. 자연계에 존재하는 모든 물질들의 전자기 특성은 고유의 유전율 또는 투자율을 가지며, 대부분의 물질들은 양의 유전율 및 양의 투자율을 갖는다.
대부분의 물질들에서 전계, 자계 및 포인팅 벡터에는 오른손 법칙이 적용되므로, 이러한 물질들을 RHM(Right Handed Material)이라고 한다. 그러나, 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 유전율 또는 투자율을 가진 물질로서, 유전율 또는 투자율의 부호에 따라 ENG(epsilon negative) 물질, MNG(mu negative) 물질, DNG(double negative) 물질, NRI(negative refractive index) 물질, LH(left-handed) 물질 등으로 분류된다.
이 때, 집중 소자로서 삽입된 제1 캐패시터(1850)의 캐패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 소스 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 제1 캐패시터(1850)의 캐패시턴스를 적절히 조절함으로써, 소스 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 소스 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 제1 캐패시터(1850)의 캐패시턴스를 정하는 전제(criterion)들은 다양할 수 있다. 소스 공진기가 메타물질(metamaterial)의 특성을 가질 수 있도록 하는 전제(criterion), 소스 공진기가 대상 주파수에서 음의 투자율을 갖도록 하는 전제 또는 소스 공진기가 대상 주파수에서 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 갖도록 하는 전제 등이 있을 수 있고, 상술한 전제들 중 적어도 하나의 전제 아래에서 제1 캐패시터(1850)의 캐패시턴스가 정해질 수 있다.
MNG 공진기는 전파 상수(propagation constant)가 0일 때의 주파수를 공진 주파수로 갖는 영번째 공진(Zeroth-Order Resonance) 특성을 가질 수 있다. MNG 공진기는 영번째 공진 특성을 가질 수 있으므로, 공진 주파수는 MNG 공진기의 물리적인 사이즈에 대해 독립적일 수 있다. 즉, 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 제1 캐패시터(1850)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
또한, 근접장(near field)에서 전계는 전송 선로에 삽입된 제1 캐패시터(1850)에 집중되므로, 제1 캐패시터(1850)로 인하여 근접 필드에서는 자기장(magnetic field)이 도미넌트(dominant)해진다. 그리고, MNG 공진기는 집중 소자의 제1 캐패시터(1850)를 이용하여 높은 큐-팩터(Q-Factor)를 가질 수 있으므로, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다. 참고로, 큐-팩터는 무선 전력 전송에 있어서 저항 손실(ohmic loss)의 정도 또는 저항(resistance)에 대한 리액턴스의 비를 나타내는데, 큐-팩터가 클수록 무선 전력 전송의 효율이 큰 것으로 이해될 수 있다.
또한, (b)에 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
(b)를 참조하면, 피딩부(1820)는 제2 전송선로, 제3 도체(1871), 제4 도체(1872), 제5 도체(1881) 및 제6 도체(1882)를 포함할 수 있다.
제2 전송 선로는 상부에 제3 신호 도체 부분(1861) 및 제4 신호 도체 부분(1862)을 포함하고, 하부에 제2 그라운드 도체 부분(1863)을 포함한다. 제3 신호 도체 부분(1861) 및 제4 신호 도체 부분(1862)과 제2 그라운드 도체 부분(1863)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제3 신호 도체 부분(1861) 및 제4 신호 도체 부분(1862)을 통하여 흐른다.
또한, (b)에 도시된 바와 같이 제3 신호 도체 부분(1861)의 한쪽 단은 제3 도체(1871)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제5 도체(1881)와 연결된다. 그리고, 제4 신호 도체 부분(1862)의 한쪽 단은 제4 도체(1872)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제6 도체 (1882)와 연결된다. 제5 도체(1881)는 제1 신호 도체 부분(1831)과 연결되고, 제6 도체 (1882)는 제2 신호 도체 부분(1832)과 연결된다. 제5 도체(1881)와 제6 도체(1882)는 제1 캐패시터(1850)의 양단에 병렬로 연결된다. 이때, 제5 도체(1881) 및 제6 도체(1882)는 RF신호를 입력받는 입력 포트로 사용될 수 있다.
결국, 제3 신호 도체 부분(1861), 제4 신호 도체 부분(1862) 및 제2 그라운드 도체 부분(1863), 제3 도체(1871), 제4 도체(1872), 제5 도체(1881), 제6 도체(1882) 및 소스 공진기(1810)는 서로 연결됨으로써, 소스 공진기(1810) 및 피딩부(1820)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함한다. 제5 도체(1881) 또는 제6 도체(1882)를 통하여 RF 신호가 입력되면, 입력 전류는 피딩부(1820) 및 소스 공진기(1810)에 흐르게 되고, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장에 의하여, 소스 공진기(1810)에 유도 전류가 유도 된다. 피딩부(1820)에서 흐르는 입력 전류의 방향과 소스 공진기(1810)에서 흐르는 유도 전류의 방향이 동일하게 형성됨으로써, 소스 공진기(1810)의 중앙에서는 자기장의 세기가 강화되고, 소스 공진기(1810)의 외곽에서는 자기장의 세기가 약화된다. 입력 전류 및 유도 전류의 방향에 대해서는 도 5에서 좀 더 상세하게 설명한다.
소스 공진기(1810)와 피딩부(1820) 사이 영역의 면적에 의해 입력 임피던스가 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 상기 입력 임피던스의 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크는 필요하지 않다. 매칭 네트워크가 사용되는 경우에도, 피딩부(1820)의 크기를 조절함으로써, 입력 임피던스를 결정할 수 있기 때문에, 매칭 네트워크의 구조는 단순해질 수 있다. 단순한 매칭 네트워크 구조는 매칭 네트워크의 매칭 손실을 최소화한다.
제2 전송 선로, 제3 도체(1871), 제4 도체(1872), 제5 도체(1881), 제6 도체(1882) 는 소스 공진기(1810)와 동일한 구조를 형성할 수 있다. 즉, 소스 공진기(1810)가 루프 구조인 경우에는 피딩부(1820)도 루프 구조일 수 있다. 또한, 소스 공진기(1810)가 원형 구조인 경우에는 피딩부(1820)도 원형 구조일 수 있다.
앞에서 설명한, 소스 공진기(1810) 및 피딩부(1820)의 구성은 타겟 공진기 및 타겟 공진기의 피딩부에도 동일하게 적용될 수 있다. 타겟 공진기의 피딩부가 앞에서 설명한 구성과 동일한 경우에, 피딩부는 피딩부의 크기를 조절함으로써, 타겟 공진기의 출력 임피던스와 피딩부의 입력 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 따라서, 별도의 매칭 네트워크를 사용하지 않을 수 있다.
도 19는 일실시예에 따른 피딩부의 피딩에 따른 소스 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
피딩은 무선 전력 전송 장치에서는 소스 공진기에 전력을 공급하는 것을 의미한다. 피딩은 무선 전력 수신 장치에서는 정류부에 AC 전력을 공급하는 것을 의미할 수 있다. (a)는 피딩부에서 흐르는 입력 전류의 방향 및 소스 공진기에서 유도되는 유도 전류의 방향을 나타낸다. 또한, (a)는 피딩부의 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향 및 소스 공진기의 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향을 나타낸다. (a)는 도 18의 소스 공진기(1810) 및 피딩부(1820)를 좀 더 간략하게 표현한 도면이다. (b)는 피딩부와 소스 공진기의 등가회로를 나타낸다.
(a)를 참조하면, 피딩부의 제5 도체 또는 제6 도체는 입력 포트(1910)로 사용될 수 있다. 입력 포트(1910)는 RF 신호를 입력 받는다. RF 신호는 전력 증폭기로부터 출력될 수 있다. 전력 증폭기는 타겟 디바이스의 필요에 따라 RF 신호의 진폭을 증감시킬 수 있다. 입력 포트(1910)에서 입력된 RF 신호는 피딩부에 흐르는 입력 전류의 형태로 표시될 수 있다. 피딩부를 흐르는 입력 전류는 피딩부의 전송선로를 따라 시계방향으로 흐른다. 그런데, 피딩부의 제5 도체는 소스 공진기와 전기적으로 연결된다. 좀 더 구체적으로, 제5 도체는 소스 공진기의 제1 신호 도체 부분과 연결된다. 따라서 입력 전류는 피딩부 뿐만 아니라 소스 공진기에도 흐르게 된다. 소스 공진기에서 입력 전류는 반시계 방향으로 흐른다. 소스 공진기에 흐르는 입력 전류에 의하여 자기장이 발생하고, 상기 자기장에 의해 소스 공진기에 유도 전류가 생성된다. 유도 전류는 소스 공진기에서 시계방향으로 흐른다. 이때 유도 전류는 소스 공진기의 캐패시터에 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 유도 전류에 의해 자기장이 발생한다. (a)에서 피딩부 및 소스 공진기에 흐르는 입력 전류는 실선으로 표시되고, 소스 공진기에 흐르는 유도 전류는 점선으로 표시되었다.
전류에 의해 발생하는 자기장의 방향은 오른나사의 법칙을 통해 알 수 있다. 피딩부 내부에서, 피딩부에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1921)과 소스 공진기에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1923)은 서로 동일하다. 따라서, 피딩부 내부에서 자기장의 세기가 강화된다.
또한, 피딩부와 소스 공진기 사이의 영역에서, 피딩부에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1933)과 소스 공진기에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(1931)은 서로 반대 위상이다. 따라서, 피딩부와 소스 공진기 사이의 영역에서, 자기장의 세기는 약화된다.
루프 형태의 소스 공진기에서는 일반적으로 소스 공진기의 중심에서는 자기장의 세기가 약하고, 소스 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 강하다. 그런데 (a)를 참조하면, 피딩부가 소스 공진기의 캐패시터 양단에 전기적으로 연결됨으로써 소스 공진기의 유도 전류의 방향과 피딩부의 입력 전류의 방향이 동일해 진다. 소스 공진기의 유도 전류의 방향과 피딩부의 입력 전류의 방향이 동일하기 때문에, 피딩부의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부의 외부에서는 자기장의 세기가 약화된다. 결과적으로 루프 형태의 소스 공진기의 중심에서는 피딩부로 인하여 자기장의 세기가 강화되고, 소스 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다. 그러므로 소스 공진기 내부에서는 전체적으로 자기장의 세기가 균일해질 수 있다. 또한, 소스 공진기에서 타겟 공진기로 전달되는 전력 전송의 효율은 소스 공진기에서 발생하는 자기장의 세기에 비례하므로, 소스 공진기의 중심에서 자기장의 세기가 강화됨에 따라 전력 전송 효율도 증가할 수 있다.
(b)를 참조하면, 피딩부(1940) 및 소스 공진기(1950)는 등가회로로 표현될 수 있다. 피딩부(1940)에서 소스 공진기 측을 바라볼 때 보이는 입력 임피던스 Zin은 다음의 수식과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, M은 피딩부(1940)와 소스 공진기(1950) 사이의 상호 인덕턴스를 의미하고, ω 는 피딩부(1940)와 소스 공진기(1950) 간의 공진 주파수를 의미하고, Z는 소스 공진기(1950)에서 타겟 디바이스 측을 바라볼 때 보이는 임피던스를 의미한다. Zin은 상호 인덕턴스 M에 비례한다. 따라서, 피딩부(1940)와 소스 공진기(1950) 사이에 상호 인덕턴스를 조절함으로써 Zin을 제어할 수 있다. 상호 인덕턴스 M은 피딩부(1940)와 소스 공진기(1950) 사이 영역의 면적에 따라 조절될 수 있다. 피딩부(1940)의 크기에 따라 피딩부(1940)와 소스 공진기(1950) 사이 영역의 면적이 조절될 수 있다. Zin은 피딩부(1940)의 크기에 따라 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 임피던스 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크가 필요하지 않다.
무선 전력 수신 장치에 포함된 타겟 공진기 및 피딩부도 위와 같은 자기장의 분포를 가질 수 있다. 타겟 공진기는 소스 공진기로부터 마그네틱 커플링을 통하여 무선 전력을 수신한다. 이때 수신되는 무선 전력을 통하여 타겟 공진기에서는 유도 전류가 생성될 수 있다. 타겟 공진기에서 유도 전류에 의해 발생한 자기장은 피딩부에 다시 유도 전류를 생성할 수 있다. 이때, (a)의 구조와 같이 타겟 공진기와 피딩부가 연결되면, 타겟 공진기에서 흐르는 전류의 방향과 피딩부에서 흐르는 전류의 방향은 동일해진다. 따라서, 피딩부의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부와 타겟 공진기 사이의 영역에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다.
도 20은 일 실시예에 따른 전기 자동차(electric vehicle) 충전 시스템을 나타낸다.
도 20을 참조하면, 전기 자동차 충전 시스템(2000)은 소스 시스템(2010), 소스 공진기(2020), 타겟 공진기(2030), 타겟 시스템(2040) 및 전기 자동차용 배터리(2050)을 포함한다.
전기 자동차 충전 시스템(2000)은 도 1의 무선 전력 전송 시스템과 유사한 구조를 가진다. 즉, 전기 자동차 충전 시스템(2000)은 소스 시스템(2010) 및 소스 공진기(2020)로 구성되는 소스를 포함한다. 또한, 전기 자동차 충전 시스템(2000)은 타겟 공진기(2030) 및 타겟 시스템(2040)로 구성되는 타겟을 포함한다.
이때, 소스 시스템(2010)은 도 1의 소스(110)와 같이, AC/DC 컨버터, Power Detecter, 전력변환부, 제어 및 통신부를 포함할 수 있다. 이때, 타겟 시스템(2040)은 도 1의 타겟(120)과 같이, 정류부, DC/DC 컨버터, 스위치부, 충전부 및 제어 및 통신부를 포함할 수 있다.
전기 자동차용 배터리(2050)는 타겟 시스템(2040)에 의해 충전 될 수 있다.
전기 자동차 충전 시스템(2000)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용할 수 있다.
소스 시스템(2010)은 충전 차량의 종류, 배터리의 용량, 배터리의 충전 상태에 따라 전력을 생성하고, 생성된 전력을 타겟 시스템(2040)으로 공급할 수 있다.
소스 시스템(2010)은 소스 공진기(2020) 및 타겟 공진기(2030)의 정렬(alignment)를 맞추기 위한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 소스 시스템(2010)의 제어부는 소스 공진기(2020)와 타겟 공진기(2030)의 alignment가 맞지 않은 경우, 타겟 시스템(2040)으로 메시지를 전송하여 alignment를 제어할 수 있다.
이때, alignment가 맞지 않은 경우란, 타겟 공진기(2030)의 위치가 마그네틱 레조넌스(magnetic resonance)가 최대로 일어나기 위한 위치에 있지 않은 경우 일 수 있다. 즉, 차량이 정확하게 정차되지 않은 경우, 소스 시스템(2010)은 차량의 위치를 조정하도록 유도함으로써, 소스 공진기(2020)와 타겟 공진기(2030)의 alignment가 맞도록 유도할 수 있다.
소스 시스템(2010)과 타겟 시스템(2040)은 통신을 통해, 차량의 식별자를 송수신할 수 있고, 각종 메시지를 주고 받을 수 있다.
도 2 내지 도 19에서 설명된 내용들은 전기 자동차 충전 시스템(2000)에 적용될 수 있다. 다만, 전기 자동차 충전 시스템(2000)은 수 KHz~수십 MHz의 공진 주파수를 사용하고, 전기 자동차용 배터리(2050)를 충전하기 위해 수십 watt이상의 전력 전송을 수행할 수 있다.
도 21 및 도 22은 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 전송 장치가 탑재될 수 있는 어플리케이션들을 나타낸다.
도 21을 참조하면, (a)는 패드(2110)와 모바일 단말(2120) 간의 무선 전력 충전을 나타내고, (b)는 패드들(2130, 2140)과 보청기들(2150, 2160) 간의 무선 전력 충전을 나타낸다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치는 패드(2110)에 탑재될 수 있다. 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 모바일 단말(2120)에 탑재될 수 있다. 이때, 패드(2110)는 하나의 모바일 단말(2120)을 충전할 수 있다.
일 실시예에 따른 2개의 무선 전력 전송 장치는 제1 패드(2130) 및 제2 패드(2140) 각각에 탑재될 수 있다. 보청기(2150)는 왼쪽 귀의 보청기를 나타내고, 보청기(2160)는 오른쪽 귀의 보청기를 나타낸다. 일 실시예에 따른 2개의 무선 전력 수신 장치는 보청기(2150) 및 보청기(2160) 각각에 탑재될 수 있다.
도 22을 참조하면, (a)는 인체에 삽입된 전자기기(2210)와 모바일 단말(2220) 간의 무선 전력 충전을 나타내고, (b)는 보청기(2230)와 모바일 단말(2240) 간의 무선 전력 충전을 나타낸다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 모바일 단말(2220)에 탑재될 수 있다. 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 인체에 삽입된 전자기기(2210)에 탑재될 수 있다. 인체에 삽입된 전자기기(2210)는 모바일 단말(2220)로부터 전력을 수신하여 충전될 수 있다.
일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 모바일 단말(2240)에 탑재될 수 있다. 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 보청기(2230)에 탑재될 수 있다. 보청기(2230)는 모바일 단말(2240)로부터 전력을 수신하여 충전될 수 있다. 보청기(2230)뿐만 아니라, 블루투스 이어폰과 같은 저전력 전자기기들도 모바일 단말(2240)로부터 전력을 수신하여 충전될 수 있다.
도 23는 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 무선 전력 수신 장치의 구성 예를 나타낸다.
도 23에서 무선 전력 전송 장치(2310)는 도 21의 제1 패드(2130) 및 제2 패드(2140) 각각에 탑재재 될 수 있다. 또한, 도 23에서 무선 전력 전송 장치(2310)는 도 22의 모바일 단말(2240)에 탑재될 수 있다.
도 23에서 무선 전력 수신 장치(2320)는 보청기(2150) 및 보청기(2160) 각각에 탑재될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(2310)는 도 1의 무선 전력 전송 장치(110)와 유사한 구성을 포함할 수 있다. 즉, 무선 전력 전송 장치(2310)는 마그네틱 커플링을 이용하여 전력을 전송하기 위한 구성을 포함할 수 있다.
도 23에서 통신 및 트래킹부(2311)는 무선 전력 수신 장치(2320)와 통신을 수행하고, 무선 전력 전송 효율을 유지하기 위한 임피던스 제어 및 공진주파수 제어를 수행할 수 있다. 즉, 통신 및 트래킹부(2311)는 도 1의 114 및 115와 유사한 기능을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(2320)는 도 1의 무선 전력 수신 장치(120)와 유사한 구성을 포함할 수 있다. 즉, 무선 전력 수신 장치(2320)는 전력을 무선으로 수신하여 배터리를 충전하기 위한 구성을 포함한다. 무선 전력 수신 장치(2320)는 타겟 공진기, 정류기, DC/DC 컨버터, 충전 회로를 포함할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신 장치(2320)는 통신 및 제어부(2323)를 포함할 수 있다.
통신 및 제어부(2323)는 무선 전력 전송 장치(2310)와 통신을 수행하고, 과전압 및 과전류 보호를 위한 동작을 수행할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(2320)는 청각기기 회로(2321)를 포함할 수 있다. 청각기기 회로(2321)는 배터리에 의해 충전될 수 있다. 청각기기 회로(2321)는 마이크, 아날로그-디지털 변환기, 프로세서, 디지탈-아날로그 변환기 및 리시버를 포함할 수 있다. 즉, 청각기기 회로(2321)는 보청기와 동일한 구성을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 타겟 디바이스를 식별하기 위한 제어 ID를 소스 디바이스가 상기 적어도 하나의 타겟 디바이스에 할당하는 단계;
    상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 배터리 상태를 고려하여 전력 증폭부로 공급되는 기준 전력량을 결정하는 단계;
    상기 전력 증폭부를 이용하여, 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 충전을 위한 충전용 전력을 생성하는 단계;
    마그네틱 커플링을 통해 상기 충전용 전력을 상기 타겟 디바이스로 전송하는 단계;
    상기 전력 증폭부로 입력되는 전류의 변화, 상기 소스 디바이스의 온도의 변화, 상기 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화, 또는 상기 타겟 디바이스의 온도 변화를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 전력 증폭부로 입력되는 전류의 변화, 상기 검출된 소스 디바이스의 온도의 변화, 상기 검출된 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화, 또는 상기 검출된 타겟 디바이스의 온도 변화를 고려하여, 상기 전력 증폭부로 공급되는 전압을 조정하는 단계를 포함하는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 증폭부로 공급되는 전압을 조정하는 단계는,
    상기 기준 전력량이 상기 전력 증폭부로 공급되도록, 상기 전력 증폭부로 공급되는 전압을 조정하는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 증폭부로 공급되는 전압을 조정하는 단계는,
    상기 소스 디바이스의 온도의 변화에 따라 상기 전력 증폭부로 공급되는 전압의 조정 량이 저장된 룩업-테이블을 이용하여 상기 전력 증폭부로 공급되는 전압을 조정하는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 디바이스의 온도 변화는 상기 타겟 디바이스로부터 수신된 데이터에 기초하여 검출되는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화는 상기 타겟 디바이스로부터 수신된 데이터, 기 측정된 전력 전송 효율 및 상기 전력 증폭부의 출력 전력량에 기초하여 검출되는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 ID를 상기 적어도 하나의 타겟 디바이스에 할당하는 단계는,
    복수의 타겟 디바이스들을 식별하는데 필요한 접속 규격을 포함하는 접속규격 명령어를 전송하는 단계;
    상기 접속 규격에 기초하여 생성된 상기 복수의 타겟 디바이스들의 임시 ID들을 검출하기 위해, 호출인자를 상기 복수의 타겟 디바이스들에 전송하는 단계; 및
    상기 호출인자에 응답하는 상기 복수의 타겟 디바이스들의 응답 신호에 기초하여 상기 복수의 타겟 디바이스들에 제어 ID들을 할당하는 단계를 포함하는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접속규격 명령어는
    기준점 필드, 호출인수 필드 및 이동인수 필드를 포함하고,
    상기 기준점 필드는 타겟 디바이스의 고유 ID 중에서 상기 임시 ID를 생성하는 기준점을 나타내고, 상기 호출인수 필드는 상기 기준점으로부터 연속되는 소정의 n비트를 나타내고, 상기 이동인수 필드는 상기 기준점의 이동 비트 수를 나타내는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 호출인자를 상기 복수의 타겟 디바이스들에 전송하는 단계는
    상기 호출인수 필드에 설정된 값에 기초하여 생성된 상기 호출인자를 소정의 시간간격마다 전송하는
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 타겟 디바이스들에 제어 ID들을 할당하는 단계는
    상기 호출인자와 동일한 임시 ID를 가지는 타겟 디바이스가 응답하여 ACK 신호를 전송하는 경우, 상기 타겟 디바이스에게 제어 ID를 할당하는
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 제어 방법.
  10. 공진 주파수를 이용하여 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전력을 생성하는 전력변환부;
    마그네틱 커플링을 통해 상기 전력을 상기 타겟 디바이스에 전송하는 소스 공진기; 및
    상기 타겟 디바이스를 식별하기 위한 제어 ID를 할당하고, 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 배터리 상태를 고려하여 전력 증폭부로 공급되는 기준 전력량을 결정하고, 상기 전력 증폭부로 입력되는 전류의 변화, 상기 소스 디바이스의 온도의 변화, 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 수신 전력량의 변화, 또는 상기 제어 ID가 할당된 타겟 디바이스의 온도 변화를 고려하여, 상기 전력 증폭부로 공급되는 전압을 조정하는 제어 및 통신부를 포함하는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 무선 전력 전송 장치.
  11. 소스 디바이스가 대기 모드에서 검출 모드로 전환되면, 상기 소스 디바이스로부터 웨이크-업 전력 및 웨이크-업 요청 메시지를 수신하는 단계;
    상기 웨이크-업 요청 신호에 대한 ACK(Acknowledge) 메시지를 상기 소스 디바이스에게 전송하는 단계;
    상기 소스 디바이스로부터 충전 과정에서 사용되는 제어 ID를 할당 받는 단계;
    마그네틱 커플링에 의해, 상기 소스 디바이스로부터 충전을 위한 충전용 전력을 수신하는 단계;
    상기 소스 디바이스의 요청에 따라, 수신 전력량에 대한 정보, 또는 타겟 디바이스의 온도 변화에 대한 정보를 상기 소스 디바이스로 전송하는 단계;
    상기 수신 전력량에 대한 정보, 또는 타겟 디바이스의 온도 변화에 기초하여 상기 소스 디바이스의 전력 증폭부로 공급되는 전압이 조정된 후, 상기 소스 디바이스로부터 상기 충전용 전력을 수신하는 단계를 포함하는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 수신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 ID를 할당 받는 단계는,
    복수의 타겟 디바이스들을 식별하는데 필요한 접속규격을 포함하는 접속규격 명령어를 수신하는 단계;
    상기 접속규격 명령어에 포함된 기준점 필드, 호출인수 필드 및 이동인수 필드에 설정된 값에 기초하여 타겟 디바이스의 임시 ID를 생성하는 단계;
    상기 호출인수 필드에 설정된 값에 기초하여 생성된 호출인자를 수신하는 단계;
    상기 임시 ID와 상기 호출인자를 비교하는 단계;
    상기 임시 ID와 상기 호출인자가 동일한 값을 갖는 경우, 상기 소스 디바이스에게 상기 호출인자에 응답하는 응답신호를 전송하는 단계;
    상기 소스 디바이스로부터 제어 ID를 할당 받는 단계를 포함하는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 수신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 소스 디바이스가 상기 응답신호를 통하여 상기 임시 ID를 가지는 타겟 디바이스가 복수 개라고 판단하는 경우, 상기 소스 디바이스로부터 상기 이동인수 필드에 설정된 값을 변경하여 갱신된 접속규격 명령어를 수신하는 단계; 및
    상기 갱신된 접속규격 명령어에 기초하여 상기 타겟 디바이스의 임시 ID를 갱신하는 단계를 더 포함하는,
    무선전력 전송 및 충전 시스템의 전력 수신 방법.
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