KR20130096210A - Apparatus for transmitting wireless power, apparatus for receiving wireless power, system for transmitting wireless power and method for transmitting wireless power - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmitter, a wireless power receiver, a wireless power transmission system and a wireless power transmission method.
무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 자기 유도, 자기 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.In the 1800s, electric motors and transformers using electromagnetic induction principles began to be used, and then radio waves and lasers were used to transmit the electric energy to the desired devices wirelessly. A method of transmitting electrical energy by radiating the same electromagnetic wave has also been attempted. Our electric toothbrushes and some wireless shavers are actually charged with electromagnetic induction. To date, energy transmission methods using wireless methods include magnetic induction, magnetic resonance, and long-distance transmission technology using short wavelength radio frequencies.
최근에는 이와 같은 무선 전력 전송 기술 중 자기 공진을 이용한 에너지 전달 방식이 많이 사용되고 있다.In recent years, among such wireless power transmission techniques, energy transmission using self resonance is widely used.
자기 공진을 이용한 무선전력 전송 시스템은 송신 측과 수신 측에 형성된 전기신호가 코일을 통해 무선으로 전달되기 때문에 사용자는 휴대용 기기와 같은 전자기기를 손쉽게 충전할 수 있다.In the wireless power transmission system using self-resonance, since the electric signals formed on the transmission side and the reception side are wirelessly transmitted through the coil, the user can easily charge electronic devices such as portable devices.
또한, 무선전력 송신장치는 무선전력 수신장치의 상태정보를 수신하여 전력전송을 수행할 수 있다. 무선전력 수신장치에서 무선전력 송신장치로 데이터를 전송하기 위해 별도의 통신 채널이나 수단을 구비하는 것은 많은 비용이 들어가므로, 부하변조(Load Modulation) 방식을 사용한다. 부하변조(Load Modulation) 방식은 무선전력 수신장치의 부하(임피던스)를 변경시켜 무선전력 송신장치 측의 입력 임피던스가 변경됨을 인지하는 방식이다.Also, the wireless power transmitter may perform power transmission by receiving state information of the wireless power receiver. Since a separate communication channel or means for transmitting data from the wireless power receiver to the wireless power transmitter is expensive, a load modulation method is used. Load modulation is a method of recognizing that the input impedance of the wireless power transmitter is changed by changing the load (impedance) of the wireless power receiver.
그러나, 기존의 부하변조(Load Modulation) 방식은 자기 유도형 무선전력 전송 시스템에 국한되어 있다.However, the existing load modulation method is limited to a magnetic induction wireless power transmission system.
이와 관련된 선행특허문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0095642호가 있다.As a related prior patent document there is Republic of Korea Patent Publication No. 10-2008-0095642.
본 발명은 입력 임피던스의 위상을 검출하여 무선전력 수신장치의 정보를 알 수 있는 자기 공진 기반의 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법의 제공을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a magnetic resonance-based wireless power transmitter, a wireless power receiver, a wireless power transmission system, and a wireless power transmission method capable of detecting the phase of the input impedance to know information of the wireless power receiver.
본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 수신장치에 무선으로 전력을 전송하는 무선전력 송신장치는 전력 소스로부터 공급된 전력을 공진을 이용하여 상기 무선전력 수신장치에 전송하는 송신부 및 상기 무선전력 송신장치의 입력 임피던스를 측정하고, 상기 측정된 입력 임피던스를 이용하여 상기 무선전력 수신장치의 출력 임피던스 변화를 검출하는 검출부를 포함한다.The wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention includes a transmitter and a wireless power transmitter for transmitting power supplied from a power source to the wireless power receiver using resonance. And a detector configured to measure an input impedance and detect a change in output impedance of the wireless power receiver using the measured input impedance.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 송신장치로부터 무선으로 전력을 수신하는 무선전력 수신장치는 상기 무선전력 송신장치의 입력 임피던스를 가변시키기 위해 상기 무선전력 수신장치의 출력 임피던스를 가변시키는 임피던스 가변부 및 상기 출력 임피던스의 가변 정보에 의거하여 조절된 전력을 상기 무선전력 송신장치로부터 공진을 이용하여 수신하는 수신부를 포함한다.In accordance with still another aspect of the present invention, there is provided a wireless power receiver that wirelessly receives power from a wireless power transmitter. And a receiver configured to receive the power adjusted based on the variable information of the output impedance from the wireless power transmitter using resonance.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 전력 전송 방법은 무선전력 수신장치의 출력 임피던스를 가변시키는 단계와 상기 출력 임피던스의 가변에 따라 무선전력 송신장치의 입력 임피던스를 검출하는 단계 및 상기 검출된 입력 임피던스에 기초하여 상기 출력 임피던스의 변화를 검출하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a power transmission method of a wireless power transmission system, the method comprising: varying an output impedance of a wireless power receiver; Detecting a change in the output impedance based on the detected input impedance.
본 발명의 실시 예에 따르면, 출력 임피던스를 가변시킴에 따라 변경되는 입력 임피던스의 위상을 통해 무선전력 수신장치의 정보를 파악할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the information of the wireless power receiver may be grasped through the phase of the input impedance that is changed by varying the output impedance.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.Meanwhile, various other effects will be directly or implicitly disclosed in the detailed description according to the embodiment of the present invention to be described later.
도 1는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(1000)의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 가변부(320)의 스위치(SW)가 개방된 경우를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 가변부(320)의 스위치(SW)가 단락된 경우를 보여준다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 무선전력 전송 방법의 흐름도이다.1 is a block diagram of a self-resonant wireless
2 illustrates a case where the switch SW of the impedance
3 illustrates a case where the switch SW of the impedance
4 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be easily understood by those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기 공진형 무선전력 전송 시스템(100)의 구성도이다.1 is a block diagram of a self-resonant wireless
도 1을 참고하면, 무선전력 전송 시스템(1000)은 전력 소스(100), 무선전력 송신장치(200), 무선전력 수신장치(300), 부하단(400)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the wireless
무선전력 송신장치(200)는 송신부(210), 검출부(220), 판단부(230), 전력 조절부(240)를 포함할 수 있다.The
송신부(210)는 송신 유도 코일부(211), 송신 공진 코일부(212)를 포함할 수 있다.The
무선전력 수신장치(300)는 수신부(310), 임피던스 가변부(320), 구동 제어부(330)을 포함한다.The
수신부(310)는 수신 공진 코일부(311), 수신 유도 코일부(312), 임피던스 가변부(320)를 포함한다. 전력소스(100)에서 생성된 전력은 무선전력 송신장치(200)로 전달되고, 자기 공진 현상에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진을 이루는 무선전력 수신장치(300)로 전달된다. 무선전력 수신장치(300)로 전달된 전력은 정류회로(미도시)를 거쳐 부하단(400)으로 전달된다. 부하단(400)은 충전지 또는 기타 전력을 필요로 하는 임의의 장치를 의미할 수 있고, 본 발명의 실시 예에서는 부하저항을 RL로 나타낸다. 일 실시 예에서 부하단(400)은 무선전력 수신장치(300)에 포함될 수 있다.The
보다 구체적으로 살펴보면, 전력소스(100)는 소정 주파수의 교류 전력을 제공하는 교류 전력 소스이다.More specifically, the
무선전력 송신장치(200)는 송신 유도 코일부(211)와 송신 공진 코일부(212)로 구성된다. 송신 유도 코일부(211)는 전력소스(100)와 연결되며, 교류 전류가 흐르게 된다. 송신 유도 코일부(211)에 교류 전류가 흐르면, 전자기 유도에 의해 물리적으로 이격되어 있는 송신 공진 코일부(212)에도 교류 전류가 유도된다. 송신 공진 코일부(212)로 전달된 전력은 자기 공진에 의해 무선전력 송신장치(200)와 공진 회로를 이루는 무선전력 수신장치(300)로 전달된다.The
임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로 사이는 자기 공진에 의해 전력이 전송될 수 있다. 이와 같은 자기 공진에 의한 전력 전송은 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 더 먼 거리까지 더 높은 효율로 전력 전달이 가능하게 한다.Power can be transmitted by self resonance between two LC circuits whose impedance is matched. Such power transmission by self-resonance enables power transmission to a higher efficiency, farther than the power transmission by electromagnetic induction.
송신 유도 코일부(211)은 송신 유도 코일(L1)과 캐패시터(C1)를 포함한다. 여기서, 캐패시터(C1)의 캐패시턴스는 고정된 값일 수 있다.The transmission
캐패시터(C1)의 일단은 전력소스(100)의 일단에 연결되고, 캐패시터(C1)의 타단은 송신 유도 코일(L1)의 일단에 연결된다. 송신 유도 코일(L1)의 타단은 전력소스(100)의 타단에 연결된다.One end of the capacitor C1 is connected to one end of the
송신 공진 코일부(212)는 송신 공진 코일(L2), 캐패시터(C2), 저항(R2)를 포함한다. 송신 공진 코일(L2)은 캐패시터(C2)의 일단에 연결된 일단과 저항(R2)의 일단에 연결된 타단을 포함한다. 저항(R2)의 타단은 캐패시터(C2)의 타단에 연결된다. 저항(R2)는 송신 공진 코일(L2)에서 전력손실로 발생하는 양을 저항으로 나타낸 것이다.The transmission
검출부(220)는 전력소스(100)에서 무선전력 송신장치(200)측을 바라보았을 때의 임피던스인 제1 입력 임피던스(Z1)을 검출할 수 있다. The
검출부(220)는 검출된 제1 입력 임피던스(Z1)를 통해 제1 입력 임피던스(Z1)의 위상을 검출할 수 있다. 제1 입력 임피던스(Z1)의 위상은 전력소스(100)에서 출력하는 입력 전압 및 입력 전류의 위상차이를 의미한다. The
검출부(220)는 검출된 위상차이를 이용하여 무선전력 수신장치(300)의 후술할 임피던스 가변부(320)에 의한 출력 임피던스(ZL) 변화를 검출한다.The
검출부(220)는 후술할 임피던스 가변부(320)의 동작에 따라 0도 또는 90도의 위상을 검출할 수 있다. The
검출부(220)의 위상 검출을 통해 무선전력 수신장치(300)의 상태, 구체적으로는, 후술할 임피던스 가변부(320)의 스위치(SW)의 개방 또는 단락 상태를 파악할 수 있다.The phase detection of the
판단부(230)는 검출된 제1 입력 임피던스에 따라 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보를 판단한다. 일 실시 예에서 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보는 무선전력 수신장치(300)의 현재 충전량 또는 충전량의 추이에 대한 정보일 수 있다. 또한, 무선전력 수신장치(300)가 충전을 완료한 것을 알리는 정보일 수 있다.The
전력 조절부(240)는 판단된 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보에 따라 무선전력 수신장치(300)에 전달하는 전력을 조절한다. 전력 조절부(240)는 전력소스(100)를 제어하여 무선전력 송신장치(200)에 전달하는 전력을 조절하고, 이에 따라 무선전력 수신장치(300)에 전달하는 전력을 조절한다.The power controller 240 adjusts the power delivered to the
결과적으로, 상기 위상 검출과정은 무선전력 송신장치(200)가 무선전력 수신장치(300)의 상태를 판단하는 과정을 의미할 수 있다. 즉, 무선전력 수신장치(300)는 자신의 상태 정보를 무선전력 송신장치(200)로 전송하고, 무선전력 송신장치(200)는 수신한 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보에 따라 적절한 전력을 전송한다.As a result, the phase detection process may mean a process in which the
무선전력 송신장치(200)는 무선전력 수신장치(300)의 현재 충전량에 대한 정보를 제1 입력 임피던스(Z1)의 위상 검출을 통해 파악하여 그에 대응한 전력전송을 수행할 수 있다.The
무선전력 수신장치(300)는 수신부(310), 임피던스 가변부(320)를 포함한다.The
수신부(310)는 수신 공진 코일부(311)와 수신 유도 코일부(312)를 포함한다.The
수신 공진 코일부(311)는 수신 공진 코일(L3), 캐패시터(C3), 저항(R3)을 포함한다. 수신 공진 코일(L3)은 캐패시터(C3)의 일단에 연결된 일단과 저항(R3)의 일단에 연결된 타단을 포함한다. 저항(R3)의 타단은 캐패시터(C2)의 타단에 연결된다. 저항(R3)는 수신 공진 코일(L3)에서 전력손실로 발생하는 량을 저항으로 나타낸 것이다.The reception
수신 유도 코일부(312)는 양단이 각각 임피던스 가변부(320)의 양단에 연결되는 수신 유도 코일(L4)을 포함한다. 수신 유도 코일(L4)은 캐패시터(미도시)를 추가로 포함할 수 있으며, 적절한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 갖는 회로를 형성한다. The reception
수신 공진 코일부(311)는 송신 공진 코일부(212)와 공진주파수에서 자기 공진 상태를 유지한다. 즉, 수신 공진 코일부(311)는 송신 공진 코일부(212)와 커플링(coupling)되어 교류전류가 흐르게 되고, 비방사(Non-Radiative) 방식으로 무선전력 수신장치(300)측에 전력을 전달할 수 있다.The reception
수신 유도 코일부(312)는 수신 공진 코일부(311)로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신하고, 수신 유도 코일부(312)로 수신된 전력은 정류회로(미도시)를 통해 정류되어 부하단(400)으로 전달된다.The reception
임피던스 가변부(320)는 스위치(SW)와 캐패시터(C4)를 포함할 수 있다. 스위치(SW)는 캐패시터(C4)의 일단에 연결된 일단과 부하단(400)의 타단에 연결된 타단을 포함한다. 부하단(400)의 일단은 캐패시터(C4)의 타단에 연결된다.The impedance
임피던스 가변부(320)는 수신 유도 코일(L4)에서 부하단(400)을 바라본 출력 임피던스(ZL)를 가변시킬 수 있다. 임피던스 가변부(320)는 스위치(SW)를 통해 출력 임피던스(ZL)를 가변시켜 결과적으로 제1 입력 임피던스(Z1)를 변경시킨다.The impedance
이하에서는, 임피던스 가변부(320)에 의해 제1 입력 임피던스(Z1)를 변경시키는 과정을 살펴본다.Hereinafter, a process of changing the first input impedance Z1 by the impedance
후술할 제3 입력 임피던스(Z3) 및 제2 입력 임피던스(Z2)는 무선전력 수신장치(300)에 검출부(미도시)을 더 두어 검출될 수 있다.The third input impedance Z3 and the second input impedance Z2 to be described later may be detected by further adding a detector (not shown) to the
제3 입력 임피던스(Z3)는 수신 공진 코일(L3)에서 부하단(400)을 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미하고, [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.The third input impedance Z3 may refer to an impedance measured when the load resonant coil L3 is viewed from the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, w는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간 공진될 때의 공진주파수이고, M3는 수신용 공진 코일(L3)와 수신 코일(L4)간 상호 인덕턴스를 의미한다. 또한, ZL은 출력 임피던스를 의미한다. [수학식 1]은 주파수 영역을 기준으로 한 수식이고, 이하의 수식들도 주파수 영역을 기준으로 한다.Here, w is a resonant frequency when resonating between the transmission resonant coil L2 and the reception resonant coil L3, and M3 means mutual inductance between the reception resonant coil L3 and the reception coil L4. Also, ZL means the output impedance.
제2 입력 임피던스(Z2)는 무선전력 송신장치(200)에서 무선전력 수신장치(300)를 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미하고, [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.The second input impedance Z2 means an impedance measured when the wireless
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, M2는 송신용 공진 코일(L2)와 수신용 공진 코일(L3)간의 상호 인덕턴스를 의미하고, C3는 수신 공진 코일부(311)를 등가회로로 변환시 표현되는 캐패시터를 의미한다. 또한, R3는 수신 공진 코일(L3)에서 전력손실로 발생하는 량을 저항으로 나타낸 것이다.Here, M2 means mutual inductance between the transmission resonant coil L2 and the reception resonant coil L3, and C3 means a capacitor expressed when the reception
캐패시터(C3), 누설저항(R3)는 고정된 값일 수 있으나, 상호 인덕턴스 M2는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간의 결합계수(K2)에 따라 변화될 수 있는 값이다. The capacitor C3 and the leakage resistance R3 may be fixed values, but the mutual inductance M2 may be changed according to the coupling coefficient K2 between the transmission resonance coil L2 and the reception resonance coil L3.
결합계수(K2)는 송신 공진 코일(L2)와 수신 공진 코일(L3)간의 전자기적 결합의 정도를 표시하는 것으로, 무선전력 전송 시스템(1000)의 무선전력 송신장치(200) 및 무선전력 수신장치(300) 간의 거리, 방향, 위치 중 적어도 어느 하나에 의해 달라질 수 있는 값이다.The coupling coefficient K2 indicates the degree of electromagnetic coupling between the transmitting resonant coil L2 and the receiving resonant coil L3. The coupling coefficient K2 represents the degree of electromagnetic coupling between the transmitting resonant coil L2 and the receiving resonant coil L3. And the position, distance, direction, and position between the first and
제1 입력 임피던스(Z1)는 전력소스(100)에서 무선전력 송신장치(200) 측을 바라보았을 때 측정되는 임피던스를 의미하고, [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.The first input impedance Z1 means an impedance measured when the
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서, M1은 송신 유도 코일(L1)과 송신 공진 코일(L2)간 상호 인덕턴스를 의미한다. Here, M1 denotes mutual inductance between the transmission induction coil L1 and the transmission resonance coil L2.
[수학식 1] 내지 [수학식3]에서 R2, R2를 아주 작은 값을 가지는 것으로 가정하여 0옴으로 두고, 송신 유도 코일(L1)과 캐패시터(C1), 송신 공진 코일(L2)과 캐패시터(C2), 수신 공진 코일(L3)과 캐패시터(C3)가 모두 공진주파수 w에서 공진하도록 값을 정하면 제1 입력 임피던스(Z1)은 [수학식 4]와 같이 정리될 수 있다.In
[수학식 4]&Quot; (4) "
또한, [수학식 4]는 각 상호 인덕턴스와 각 결합계수의 관계를 나타내는 식인 [수학식 5] 내지 [수학식 7]을 이용하면, [수학식 8]로 정리될 수 있다.Equation (4) can be summarized as Equation (8) by using Equations (5) to (7), which is an expression showing the relationship between mutual inductance and each coupling coefficient.
[수학식 5]&Quot; (5) "
[수학식 6]&Quot; (6) "
[수학식 7][Equation 7]
[수학식 8][Equation 8]
[수학식 8]을 참고하면, 제1 입력 임피던스(Z1)는 출력 임피던스(ZL)이 변경됨에 따라 가변될 수 있다. 이 과정은 도 2 내지 도 3에서 상세히 설명한다.Referring to Equation 8, the first input impedance Z1 may vary as the output impedance ZL is changed. This process will be described in detail with reference to FIGS.
구동 제어부(330)는 임피던스 가변부(320)에 제어신호를 인가하여 임피던스 가변부(320)를 제어한다. 상기 제어신호는 스위치(SW)를 개방 또는 단락시키기 위한 구동 신호일 수 있다.
The driving controller 330 controls the impedance
다음으로 도 2 내지 도 3을 참고하여, 스위치(SW)의 개방 또는 단락에 따른 출력 임피던스(ZL) 및 제1 입력 임피던스(Z1)의 변화를 살펴본다.
Next, the change in the output impedance ZL and the first input impedance Z1 according to the opening or shorting of the switch SW will be described with reference to FIGS. 2 to 3.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 가변부(320)의 스위치(SW)가 개방된 경우를 보여준다.2 illustrates a case where the switch SW of the
구동 제어부(330)의 제어신호에 의해 스위치(SW)가 개방되면, 임피던스 가변부(320)는 도 2에서 도시한 회로도 표현될 수 있다.When the switch SW is opened by the control signal of the driving controller 330, the impedance
이 때, 출력 임피던스(ZL)은 [수학식 9]와 같이 표현될 수 있다.
In this case, the output impedance ZL may be expressed as shown in [Equation 9].
[수학식 9]&Quot; (9) "
수신 유도 코일(L4)과 캐패시터(C4)가 공진주파수 w에서 공진하도록 값을 정하면, 제1 입력 임피던스(Z1)은 [수학식 10]와 같이 정리될 수 있다.When a value is set such that the reception induction coil L4 and the capacitor C4 resonate at the resonance frequency w, the first input impedance Z1 may be summarized as in Equation 10.
[수학식 10] &Quot; (10) "
이 경우, 제1 입력 임피던스(Z1)는 실수 성분만 존재한다. 제1 입력 임피던스(Z1)가 실수 성분만을 갖는다는 것은 전력소스(100)에서 입력되는 입력 전압과 입력전류 간 위상차이가 없음을 의미한다.
In this case, only the real component exists in the first input impedance Z1. If the first input impedance Z1 has only a real component, it means that there is no phase difference between the input voltage and the input current input from the
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 가변부(320)의 스위치(SW)가 단락된 경우를 보여준다.3 illustrates a case where the switch SW of the
구동 제어부(330)의 제어신호에 의해 스위치(SW)가 단락되면, 임피던스 가변부(320)는 도 3에서 도시한 회로도 표현될 수 있다.When the switch SW is shorted by the control signal of the driving controller 330, the impedance
이 때, 출력 임피던스(ZL)은 [수학식 11]과 같이 표현될 수 있다.In this case, the output impedance ZL may be expressed as Equation 11 below.
[수학식 11]&Quot; (11) "
수신 유도 코일(L4)과 캐패시터(C4)가 공진주파수 w에서 공진하도록 값을 정하면, 제1 입력 임피던스(Z1)은 [수학식 12]와 같이 정리될 수 있다.If a value is set such that the reception induction coil L4 and the capacitor C4 resonate at the resonance frequency w, the first input impedance Z1 may be arranged as shown in Equation 12.
[수학식 12]&Quot; (12) "
이 경우, 제1 입력 임피던스(Z1)는 허수 성분만 존재한다. 제1 입력 임피던스(Z1)가 허수 성분만을 갖는다는 것은 전력소스(100)에서 입력되는 입력 전압과 입력전류 간 위상이 90도 차이가 발생됨을 의미한다.In this case, only the imaginary component of the first input impedance Z1 exists. The fact that the first input impedance Z1 has only an imaginary component means that a phase difference of 90 degrees occurs between an input voltage and an input current input from the
상기와 같이 무선전력 송신장치(200)측에서 입력전압과 입력전류의 위상차이를 검출함으로써, 무선전력 수신장치(300)측의 상태 즉, 스위치(SW)의 개방 또는 단락의 상태를 알 수 있다. 이에 따라, 무선전력 송신장치(200)는 무선전력 수신장치(300)의 상태를 파악하여 적절한 전력 전송과정을 수행할 수 있다. As described above, by detecting the phase difference between the input voltage and the input current at the
예를 들어, 무선전력 수신장치(300)에서 디지털 데이터 1을 전송하고자 하는 경우, 구동 제어부(330)는 스위치(SW)를 단락시키고, 디지털 데이터 0을 전송하고자 하는 경우, 스위치(SW)를 개방시킨다. 검출부(220)는 제1 입력 임피던스(Z1)의 위상을 검출하여 스위치(SW)의 단락 또는 개방을 확인할 수 있고, 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보를 수신할 수 있다. 무선전력 송신장치(200)는 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보를 수신하여 적절한 전력 전송을 수행한다.
For example, when the
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 전송 시스템의 무선전력 전송 방법의 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a wireless power transmission method of a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention.
무선전력 전송 시스템(1000)의 구성은 도 1에서 설명한 것과 같다.The configuration of the wireless
먼저, 임피던스 가변부(320)는 출력 임피던스를 가변시킨다(S101). 출력 임피던스(ZL)는 도 1의 무선전력 전송 시스템(1000)참고하면, 수신부(310)에서 임피던스 가변부(320)를 바라볼 때 측정되는 임피던스를 의미한다. 임피던스 가변부(320)는 스위치(SW)와 캐패시터(C4)를 포함하고, 스위치(SW)를 통해 출력 임피던스를 가변시킬 수 있다. First, the
검출부(220)는 출력 임피던스의 가변에 따른 전력 소스(100)의 입력 전압과 입력 전류의 위상차이를 검출할 수 있다(S103). 여기서, 위상차이는 0도 또는 90도의 값을 가질 수 있다. 위상차이의 검출은 전력소스(100)로부터 송신부(210)를 바라보았을 때 측정되는 제1 입력 임피던스를 통해 검출될 수 있고, 자세한 검출과정은 도 2 내지 도 3에서 설명한 것과 같다.The
검출부(220)는 검출된 위상차이를 기초로 출력 임피던스의 변화를 검출할 수 있다(S105). The
그 후, 판단부(230)는 검출된 출력 임피던스 변화를 통해 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보를 판단할 수 있다(S105). Thereafter, the
그 후, 전력조절부(240)는 무선전력 수신장치(300)의 상태 정보에 따라 전력소스(100)를 제어하여 무선전력 수신장치(300)에 전력을 전송할 수 있다(S107).
Thereafter, the power controller 240 may control the
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It should be understood that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.
1000: 무선전력 전송 시스템
100: 전력 소스
200: 무선전력 송신장치
210: 송신부
220: 검출부
230: 판단부
240: 전력 조절부
300: 무선전력 수신장치
310: 수신부
320: 임피던스 가변부
400: 부하단1000: wireless power transmission system
100: Power source
200: Wireless power transmitting device
210:
220:
230:
240: power control unit
300: Wireless power receiving device
310:
320: impedance variable portion
400: load stage
Claims (8)
전력 소스로부터 공급된 전력을 공진을 이용하여 상기 무선전력 수신장치에 전송하는 송신부; 및
상기 무선전력 송신장치의 입력 임피던스를 측정하고, 상기 측정된 입력 임피던스를 이용하여 상기 무선전력 수신장치의 출력 임피던스 변화를 검출하는 검출부를 포함하고,
상기 검출부는
상기 무선전력 송신장치로부터 정보를 수신하기 위해 상기 출력 임피던스의 변화를 검출하는
무선전력 송신장치.A wireless power transmitter for wirelessly transmitting power to a wireless power receiver,
A transmitter for transmitting the power supplied from the power source to the wireless power receiver using resonance; And
A detector configured to measure an input impedance of the wireless power transmitter and detect a change in output impedance of the wireless power receiver using the measured input impedance;
The detection unit
Detecting a change in the output impedance to receive information from the wireless power transmitter
Wireless power transmitter.
상기 검출부는
상기 측정된 입력 임피던스를 이용하여 상기 무선전력 송신장치의 입력 전압과 입력 전류의 위상 차이를 검출하고, 상기 검출된 위상 차이를 이용하여 상기 무선전력 수신장치의 출력 임피던스 변화를 검출하는
무선전력 송신장치.The method of claim 1,
The detection unit
Detecting a phase difference between an input voltage and an input current of the wireless power transmitter using the measured input impedance, and detecting a change in output impedance of the wireless power receiver using the detected phase difference.
Wireless power transmitter.
상기 위상차이는,
하나 이상의 위상을 포함하는
무선전력 송신장치.The method of claim 2,
The phase difference is
Containing one or more phases
Wireless power transmitter.
0도 또는 90도 중 적어도 하나를 포함하는
무선전력 송신장치.4. The method of claim 3, wherein the one or more phases are
Including at least one of zero or ninety degrees
Wireless power transmitter.
상기 검출된 위상차이를 기초로 상기 무선전력 수신장치의 상태 정보를 판단하는 상태 정보 판단부를 더 포함하는
무선전력 송신장치.The method of claim 2,
The apparatus may further include a state information determiner configured to determine state information of the wireless power receiver based on the detected phase difference.
Wireless power transmitter.
상기 판단된 무선전력 수신장치의 상태 정보에 따라 상기 전력 소스를 제어하여 상기 무선전력 수신장치에 전달하는 전력을 조절하는 전력 조절부를 더 포함하는
무선전력 송신장치.The method of claim 5,
The apparatus may further include a power controller configured to control the power source according to the determined state information of the wireless power receiver to adjust power delivered to the wireless power receiver.
Wireless power transmitter.
상기 송신부는,
상기 전력소스로부터 전력을 수신하는 송신 유도 코일; 및
상기 송신 유도 코일로부터 전자기 유도를 통해 수신된 전력을 공진을 이용하여 상기 무선전력 수신장치에 전달하는 송신 공진 코일을 포함하는 무선전력 송신장치.The method of claim 1,
The transmitting unit,
A transmission induction coil receiving power from the power source; And
And a transmission resonance coil configured to transfer power received from the transmission induction coil through electromagnetic induction to the wireless power receiver using resonance.
상기 정보는
상기 무선전력 수신장치의 상태 정보를 포함하고,
상기 무선전력 수신장치의 상태 정보는
상기 무선전력 수신장치의 현재 충전량 정보 및 상기 무선전력 수신장치의 충전량의 추이에 대한 정보 중 어느 하나를 포함하는
무선전력 송신장치.The method of claim 1,
The information above
Includes state information of the wireless power receiver,
The state information of the wireless power receiver
It includes any one of the current charge amount information of the wireless power receiver and the information on the transition of the charge amount of the wireless power receiver
Wireless power transmitter.
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WO2023058886A1 (en) * | 2021-10-07 | 2023-04-13 | 삼성전자 주식회사 | Wireless power transmission device and operation mode control method based on detecting wireless power reception device by wireless power transmission device |
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WO2023058886A1 (en) * | 2021-10-07 | 2023-04-13 | 삼성전자 주식회사 | Wireless power transmission device and operation mode control method based on detecting wireless power reception device by wireless power transmission device |
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