KR20140070965A - 무선 전력 전송 시스템, 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 수신 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템, 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 수신 방법 Download PDF

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Abstract

무선 전력 수신 장치, 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 수신 방법이 제공된다. 무선 전력 수신 장치는, 무선으로 전송되는 전력 신호를 수신하는 수전 코일, 상기 전력 신호를 DC 출력 전력으로 정류하는 정류 회로; 상기 수전 코일의 후단에서 상기 전력 신호의 상기 정류 회로로의 유입을 제어하는 스위칭부, 및 상기 DC 출력 전력의 전압을 측정하고 이를 미리 설정된 허용 전압과 비교하여 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

무선 전력 전송 시스템, 무선 전력 수신 장치 및 무선 전력 수신 방법 {Wireless Power Transmission System, Wireless Power Receiving Apparatus and Wireless Power Receiving Method}
본 발명은 무선 전력 전송 시스템, 무선 전력 수신 장치 및 이를 이용한 무선 전력 수신 방법에 관한 것이다.
무선 전력 전송이란 종래의 유선으로 된 전력선 대신 무선으로 가전기기나 전기자동차에 전원을 공급하는 기술을 말하며, 전원 케이블을 이용하여 전원이 필요한 장치를 전원 콘센트에 연결하지 않고도 무선으로 충전이 가능하다는 장점 때문에 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
무선 전력 전송 기술에는 크게 자기유도방식, 자기공진방식 및 마이크로파 방식이 있다. 자기유도방식은 근접한 코일 간의 자기유도결합을 이용한 기술로서, 2 개의 송수전 코일 간의 거리는 수 cm 이내이며 두 코일의 배열 조건에 의해서 전송 효율이 크게 좌우된다. 자기공진방식은 공진 결합(resonant coupling)에 의해 서로 떨어진 두 공진기 간에 비방사형 자기장 에너지가 전달되는 기술로서, 송수전 코일 간의 거리가 1~2m 정도에서 무선전력전송이 가능하며, 자기유도방식에 비해 비교적 두 코일의 정렬이 유연하고, 중계 방식을 이용하여 무선충전 가능범위를 확장할 수 있다는 장점이 있다. 마이크로파 방식은 마이크로파와 같은 초고주파의 전자파를 안테나를 통해 방사시켜서 전력을 전송하는 기술로서, 장거리 무선전력전송이 가능하지만 전자파에 의한 안전문제가 고려되어야 한다.
무선 전력 전송 시스템은 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 송신 장치와 상기 전력을 무선으로 수신하는 무선 전력 수신 장치로 이루어진다. 이때, 하나의 무선 전력 송신 장치가 다수의 무선 전력 수신 장치를 충전하는 경우에 각 수신 장치의 배터리 충전 상태, 송신 장치와의 상대적인 위치 또는 상대적인 거리에 따라 수신되는 전력량이 다를 수 있으며, 이로 인해 내부 회로의 허용 전압을 초과하는 전압이 가해져서 내부 회로가 파괴될 수도 있다.
따라서, 무선 전력 수신 장치에서는 이와 같은 과전력 입력상태를 제어할 필요가 있다.
한국공개특허 제2011-0131954호, "무선 전력 전송 장치 및 그 방법"
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 수신 전압의 크기를 모니터링하여 내부 회로를 파손시킬 수 있는 과전력 입력을 차단하는 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 수신 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 내부 회로에 유기되는 전압을 적정한 동작전압범위 이내로 제어할 수 있는 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 수신 방법을 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 무선 전력 수신 장치는, 무선으로 전송되는 전력 신호를 수신하는 수전 코일; 상기 전력 신호를 DC 출력 전력으로 정류하는 정류 회로; 상기 수전 코일의 후단에서 상기 전력 신호의 상기 정류 회로로의 유입을 제어하는 스위칭부; 및 상기 DC 출력 전력의 전압을 측정하고 이를 미리 설정된 허용 전압과 비교하여 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 측정된 전압이 상기 허용 전압을 초과하는 경우에 상기 스위칭부의 온/오프 동작 시간에 관한 듀티비로 상기 전력 신호의 수신 전압을 피드백 제어하여 수신 전력량을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부는 상기 수전 코일 또는 매칭 회로의 양단 사이에 위치하거나 또는 상기 수전 코일과 상기 정류 회로 간의 경로 상에 위치할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 측정된 전압을 기초로 회로 동작 전압 테이블에 전압단계별로 설정된 듀티비(duty ratio)를 선택하고 이에 따라 상기 스위칭부를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부는 상기 정류 회로와 배터리 사이에서 상기 DC 출력 전력의 상기 배터리로의 공급을 제한할 수 있다.
여기서, 상기 수전 코일과 무선 전력 송신 장치의 송전 코일은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 자기적으로 커플링되어 상기 전력 신호를 전송할 수 있다.
여기서, 상기 수전 코일과 상기 정류 회로 사이에 배치되고, 직렬 공진 회로 또는 병렬 공진 회로 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 매칭 회로를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 무선 전력 전송 시스템은, 전력 신호를 송전 코일에 전송하여 상기 송전 코일 주위에 자기장을 생성하는 무선 전력 송신 장치; 및 상기 자기장에 커플링되어 무선으로 상기 전력 신호를 수신하는 하나 이상의 무선 전력 수신 장치;를 포함하고, 상기 무선 전력 수신 장치는 상기 전력 신호의 전압 변화를 측정하고, 이를 기초로 수신되는 전력량을 제어한다.
여기서, 상기 무선 전력 수신 장치는, 상기 송전 코일과 자기적으로 커플링되어 상기 전력 신호를 수신하는 수전 코일; 상기 전력 신호를 DC 출력 전력으로 정류하는 정류 회로; 상기 수전 코일의 후단 또는 상기 수전 코일과 상기 정류 회로의 경로 상에서 상기 전력 신호의 상기 정류 회로로의 유입을 제어하는 스위칭부; 및 상기 DC 출력 전력의 전압을 측정하고 이를 미리 설정된 허용 전압과 비교하여 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 측정된 전압이 상기 허용 전압을 초과하는 경우에 상기 스위칭부의 온/오프 동작 시간에 관한 듀티비로 상기 전력 신호의 수신 전압을 피드백 제어하여 수신 전력량을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 측정된 전압을 기초로 회로 동작 전압 테이블에 전압 단계별로 설정된 듀티비를 선택하고 이에 따라 상기 스위칭부를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 송전 코일과 상기 수전 코일은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 자기적으로 커플링되어 상기 전력 신호를 전송할 수 있다.
여기서, 상기 무선 전력 수신 장치는 상기 수전 코일과 상기 정류 회로 사이에 배치되고, 직렬 공진 회로 또는 병렬 공진 회로 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 매칭 회로를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 무선 전력 수신 장치에서의 무선 전력 수신 방법은, 자기 공진 결합을 통해 수전 코일에서 무선으로 전력 신호를 수신하는 단계; 스위칭부를 통해 상기 수전 코일과 내부 회로를 연결하는 단계; 상기 전력 신호에 의해 내부 회로에 유기되는 전압을 측정하는 단계; 및 측정된 전압이 상기 내부 회로의 동작 전압 범위 내에서 유지되도록 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 전력 신호를 수신하는 단계 이전에, 상기 내부 회로의 동작 전압 범위 및 최대 허용 전압 중 적어도 하나 이상을 미리 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 단계는, 상기 측정된 전압이 상기 최대 허용 전압 이상인 경우에, 미리 설정된 듀티비로 상기 스위칭부의 동작을 제어하여 상기 내부 회로에 유기되는 전압을 낮추는 단계일 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 단계는, 상기 측정된 전압을 기초로 회로 동작 전압 테이블에 단계별로 설정된 듀티비를 선택하고 이에 따라 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 단계일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 무선 전력 수신 장치에서 내부 회로에 유기되는 수신 전압을 모니터링하여 내부 회로를 파손시킬 수 있는 과전력 입력을 차단함으로써 내부 회로를 보호할 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 무선 전력 수신 장치에서 내부 회로에 유기되는 전압을 적정한 동작전압범위 이내로 제어할 수 있으며, 충전 속도를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 개요도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 부하에 따른 전압 변동을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 무선 전력 수신 장치에서 수신 제어 듀티비에 따른 전압 변동을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 회로에 유기되는 허용 전압의 피드백 제어를 통한 무선 전력 수신 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서, 무선 전력 수신 장치는 충전 가능한 배터리를 장착한 충전 장치로서, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 내비게이션(Navigation) 등과 같은 이동 가능한 단말일 수 있으며, 또는 벽걸이 TV, 스탠드, 전자 액자, 청소기 등의 전자 기기일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 개요도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 송신 장치(100)와 하나 이상의 무선 전력 수신 장치(200) 간에 무선으로 전력을 전송한다. 이때, 둘 간의 전력 전송을 위해 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식을 이용할 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는 전력 전송을 위해 자기장을 생성하고, 무선 전력 수신 장치(200)는 상기 자기장에 커플링되어 내부에 저장 또는 소비되는 출력 전력을 생성한다.
무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)는 특정 주파수에서의 상호 공진 관계로 구성되고, 무선 전력 송신 장치(100)의 공진 주파수와 무선 전력 수신 장치(200)에서의 공진 주파수가 동일 또는 근사한 경우에 둘 간의 송전 효율이 최대가 될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는 전력 전송 수단으로서 송전 코일(140)을 구비하며, 외부의 입력 전원(10)을 원하는 주파수의 RF 전력 신호로 변환한 후 이를 상기 송전 코일(140)에 인가하여 송전 코일(140) 주위에 자기장을 발생시킨다.
무선 전력 수신 장치(200)는 전력 수신 수단으로서 수전 코일(210)을 구비하며, 상기 송전 코일(140)이 발생시킨 자기장의 영역 내에 수전 코일(210)이 위치하게 되면, 특정 주파수에서 공진 상태로 커플링되어 수전 코일(210)이 RF 전력 신호를 수신한다.
무선 전력 수신 장치(200)는 수신된 RF 전력 신호를 이용하여 배터리를 충전하거나 외부의 부하 장치(300)에 전력을 공급하기 위하여 직류 전력 출력을 생성한다.
설명한 바와 같이, 효율적인 전력 전송을 위하여 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)는 공진 상태로 커플링될 필요가 있다. 하지만, 비록 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)가 공진 상태로 커플링되지 않더라도 낮은 전송 효율로 전력 전송이 가능하다.
도 2는 무선 전력 송신 장치(100)가 다수의 무선 전력 수신 장치(200)를 충전시키는 경우를 도시하고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 무선 전력 송신 장치(100)에서 다수의 무선 전력 수신 장치(200-A ~ 200-C)를 충전시키는 경우, 각각의 무선 전력 수신 장치(200)의 방전 상태가 서로 상이하기 때문에 충전에 필요한 송전 전력량도 서로 상이할 수 있다.
또한, 각각의 무선 전력 수신 장치(200-A ~ 200-C)는 무선 전력 송신 장치(100)의 송전 코일(140)과의 상대적인 위치 및 거리에 따라 수신되는 전력량이 다를 수 있으며, 특히, 무선 전력 수신 장치(200)의 내부 회로를 구성하는 소자들은 허용 전압을 넘게 되면 파손될 우려가 있다.
도 3를 참조하여 설명하면, 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(200-A)는 내부 배터리가 완전 방전 상태이고, 무선 전력 수신 장치(200-C)는 내부 배터리가 거의 완충된 상태인 경우에, 무선 전력 수신 장치(200-A)의 충전 부하는 매우 크며, 이는 충전을 위해 많은 전력량을 필요로 함을 의미한다. 이 경우, 배터리의 등가 저항은 매우 작게 형성되고 충전 시에 큰 전류가 흐르게 되어 결국 상대적으로 낮은 전압(V1)이 유기된다.
반면에, 무선 전력 수신 장치(200-C)는 배터리가 완충 상태, 즉 충전 부하가 작은 상태이며, 더 이상 전력 충전이 이루어지지 않는다. 이 경우, 배터리의 등가 저항은 매우 크게 되고, 충전 전류가 거의 흐르지 않게 되며, 따라서 상대적으로 큰 전압(V3)이 유기된다.
이 경우, 무선 전력 송신 장치(100)가 무선 전력 수신 장치(200-A)를 충전시키기 위하여, 즉, 무선 전력 수신 장치(200-A)에서 유기되는 전압이 최소 충전 전압 이상을 유지할 수 있도록 송전 전력량을 높이게 되면, 무선 전력 수신 장치(200-C)에 지나치게 높은 전압이 유기되어 내부 회로가 파괴될 수 있다.
본 발명의 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)로부터 공급되는 수신 전압의 크기를 모니터링하여 내부 회로의 허용 전압을 넘지 않도록 제어한다.
이하에서, 본 발명의 무선 전력 전송 시스템을 구성하는 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치의 세부 구성을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)의 세부 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(100)는, DC 전원회로(110), 인버터(120), 매칭 회로(130) 및 송전 코일(140)을 포함한다.
DC 전원회로(110)는 외부의 AC 전원을 입력받아 DC 전력으로 정류한다. 여기서, DC 전원회로(110)는 SMPS, 어댑터 또는 AC-DC 컨버터 등일 수 있다. 한편, 정류된 DC 전력은 인버터(120)로 입력되어 원하는 주파수를 가지는 RF 전력 신호로 변환된다. 여기서, 인버터(120)를 통해 변환된 RF 전력 신호의 주파수는 송전 코일(140)의 공진 주파수일 수 있다. 또한, 원하는 주파수 및 전압으로의 변환을 위해 인버터(120)를 제어하는 제어 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 인버터(120)에서 출력된 RF 전력 신호로부터 고조파 또는 원치 않는 주파수를 필터링하기 위하여 저역 통과 필터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
변환된 RF 전력 신호는 송전 코일(140)에 인가되어 송전 코일(140)의 주위에 자기장을 생성할 수 있다. 이때, RF 전력 신호의 공진 주파수(fc)는 fc = 1/ (2π√LC) 이며, 여기서 L은 송전 코일(140)의 인덕턴스이고 C는 매칭 회로(130)의 커패시턴스일 수 있다. 매칭 회로(130)는 하나 이상의 인덕터 또는 커패시터가 직렬 또는 병렬로 연결되어 이루어진 직렬/병렬 공진 회로일 수 있으며, 인덕턴스 또는 커패시턴스를 조절하여 송전 코일(140)에 대한 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 세부 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무선 전력 수신 장치(200)는 수전 코일(210), 매칭 회로(220), 정류 회로(230), 전압 안정 회로(240), DC 변환 회로(250), 스위칭부(270) 및 제어부(280)를 포함하며, 수신된 전력을 내부의 배터리부(260)에 충전하거나 또는 외부에 연결된 부하 장치(300)로 공급할 수 있다.
수전 코일(210)은 무선 전력 송신 장치(100)의 송전 코일(140)에 의해 생성된 자기장에 커플링되어 RF 전력 신호를 수신한다. 수신된 RF 전력 신호는 매칭 회로(220)를 거쳐 정류 회로(230)에 의해 DC 출력 전력으로 변환되고, 전압안정 회로(240)를 거쳐 DC 변환 회로(250)에 입력된다. DC 변환 회로(250)는 입력된 DC 출력 전력을 원하는 전압으로 변환하고, 이를 배터리부(260)에 또는 외부의 부하 장치(300)로 전송하여 충전할 수 있다. 이때, 수전 코일(210)과 내부 회로의 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로(220)를 포함할 수 있다.
스위칭부(270)는 수전 코일(210)과 정류 회로(230) 사이에서 수신된 RF 전력 신호의 정류 회로(230)로의 유입을 허용 또는 차단한다. 이때, 스위칭부(270)는 수전 코일(210) 또는 매칭 회로(220)의 양단 사이에 위치하거나 또는 수전 코일(210)과 매칭 회로(220) 간의 경로 상에 위치할 수 있다.
제어부(280)는 내부 회로에 유기된 전압을 측정하고, 이를 미리 설정된 허용 전압과 비교하여 스위칭부(270)의 동작을 제어한다.
구체적으로, 제어부(280)는 전압안정 회로(240)를 통과하여 안정화된 DC 출력 전력의 전압을 측정하여 이 전압이 목표 전압 범위 이내인지를 체크한다. 만일, 측정된 전압이 목표 전압 범위를 넘어서는 경우, 제어부(280)는 스위칭부(270)를 제어하여 수전 코일(210)을 내부 회로와 차단시켜서 수신 전력량을 낮출 수 있다.
이때, 제어부(280)는 측정된 전압이 허용 전압 범위를 초과한 정도에 따라 미리 정의된 제어 알고리즘에 따라 설정된 차등화된 듀티비(duty ratio)로 상기 스위칭부(270)의 온/오프를 제어할 수 있다. 이와 같은 듀티비 설정식은 다음과 같다.
(식 1) 듀티비 = [허용전압 ÷ 측정된 전압] ×100%
예를 들어, 스위칭부(270)에서 제어가 수행되지 않은 상태에서의 측정 전압을 기준으로 듀티비를 30으로 설정하여 제어하면 상기 측정 전압의 30%의 전력만을 수신하게 된다. 마찬가지로, 듀티비를 50으로 설정하여 제어하면 상기 측정 전압의 50%의 전력만을 수신하게 된다.
따라서, 무선 전력 수신 장치(200)의 전력 부하가 동일한 조건에서 측정 전압이 허용 전압을 25% 초과하는 경우, 무선 전력 수신 장치(200)에는 25% 의 초과 전력이 수신되고 있는 상태이며, 이 경우 듀티비를 80으로 설정하여 제어하여 무선 전력 수신 장치(200)에 인가되는 전압을 허용 전압 이내로 유지시킬 수 있다. 상기 듀티비 80은 아래와 같이 계산될 수 있다.
80(듀티비)= [100(허용전압) ÷ 125 (측정된 전압)] ×100%
이와 같이, 제어부(280)는 무선 전력 수신 장치(200)의 내부 회로에 유기되는 전압과 허용 전압과의 차이를 비교하여 이에 대응되는 듀티비에 따라 스위칭부(270)를 제어하게 된다. 여기서, 수식에 대한 설명은 회로 손실이 없다는 가정하에 계산된 것이며, 실제 제어에서는 상기 수식으로 구해진 값을 초기값으로 설정하여 듀티비 제어를 시작할 수 있다. 또한, 회로 효율 등 다양한 원인에 의한 전력 손실을 보상하기 위하여 측정되는 전압에 따라 듀티비를 조절하는 방식으로 피드백 제어기를 구성하여 제어할 수 있다.
도 6에는 스위칭부(270)의 온/오프 듀티비에 따라 내부 회로에 인가되는 전압이 도시되어 있다. 이 경우, 스위칭부(270)가 ON 되면 수신 전력이 차단되고, OFF 되면 무선 전력을 수신하게 되며, 따라서 스위칭부(270)의 ON 시간이 길어지면 내부 회로에 인가되는 전압은 낮아지게 되고, OFF 시간이 길어지면 전압은 높아지게 된다. 참고로, 스위칭부(270)의 ON/OFF 에 따른 수신 전력의 차단/수신 여부는 반대일 수 있으며, 본 명세서 상에서는 스위칭부(270)의 ON 시에 수신 전력이 차단되는 것, 즉, OFF 시간이 길어지면 듀티비가 커지고, OFF 시간이 짧아지면 듀티비가 작아지는 것으로 설명하기로 한다.
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 무선 전력 수신 장치(200)는 내부 회로에 유기되는 전압을 측정하고 이를 통해 스위칭부(270)를 자동으로 제어하여 수신 전력에 의해 내부 회로에 유기되는 전압을 허용 범위 이내로 제어할 수 있어서, 과전압 인가로 인한 내부 회로의 파괴를 방지할 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 상기의 구성에 따른 무선 전력 수신 방법을 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 사전에 내부 회로의 허용 전압 범위를 설정한다(S100). 상기 설정된 허용 전압 범위에 해당되는 듀티비 제어를 위한 제어 입력 데이터는 저장 영역에 테이블로 작성되어 저장될 수 있다. 또한, 상기 테이블에는 내부 회로의 허용 전압(VT)과 충전에 필요한 최소 충전 전압(VL)이 설정되어 저장될 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)로 무선 전력이 수신되면(S102), 무선 전력 수신 장치(200)는 내부 회로의 허용 전압(VT)을 설정하고, 상기 제어 입력 데이터를 기초로 스위칭부(270)의 초기 듀티비를 설정할 수 있다(S104).
이후, 무선 전력 수신 장치(200)는 내부 회로로 유기되는 전압(Vm)을 측정한다(S106). 만일, 유기되는 전압(Vm)이 내부 회로의 허용 전압(VT)보다 높아지면(S108), 수신되는 전력량을 줄여 회로 전압이 허용 전압을 넘지 않도록 스위칭부의 온/오프 듀티비를 조절하여 제어를 실행한다(S110).
한편, 유기되는 전압(Vm)이 충전에 필요한 최소 충전 전압(VL)보다 낮으면(S112), 통신 회로(미도시)를 통해 무선 전력 송신 장치(100)로 전력 증대 요구 신호를 전송한다(S114). 이 경우, 최소 충전 전압(VL)과 허용 전압(VT)은 동일한 값일 수도 있다. 스위칭부(270)에 의해 제어되는 전압이 최소 충전 전압(VL)보다 커지면 DC 변환 회로(250)에서 충전에 요구되는 충분한 전압이 공급되어 충전이 다시 진행될 수 있다.
이후, 충전이 완료되면(S116), 무선 전력 수신 장치(200)는 스위칭부(270)를 제어하거나 또는 무선 전력 송신 장치(100)와의 통신을 통해 전력 공급을 중지시킬 수 있다(S118).
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 무선 전력 중계 장치는, 무선 전력 수신 장치에서 내부 회로에 유기되는 수신 전압을 모니터링하여 내부 회로를 파괴시킬 수 있는 과전력 입력을 차단함으로써 내부 회로를 보호할 수 있다.
또한, 무선 전력 수신 장치에서 내부 회로에 유기되는 전압을 적정한 동작 전압 범위 이내로 제어할 수 있으며, 충전 속도를 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    무선으로 전송되는 전력 신호를 수신하는 수전 코일;
    상기 전력 신호를 DC 출력 전력으로 정류하는 정류 회로;
    상기 수전 코일의 후단에서 상기 전력 신호의 상기 정류 회로로의 유입을 제어하는 스위칭부; 및
    상기 DC 출력 전력의 전압을 측정하고 이를 미리 설정된 허용 전압과 비교하여 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는,
    무선 전력 수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 전압이 상기 허용 전압을 초과하는 경우에 상기 스위칭부의 온/오프 동작 시간에 관한 듀티비로 상기 전력 신호의 수신 전압을 피드백 제어하여 수신 전력량을 조절하는,
    무선 전력 수신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 수전 코일 또는 매칭 회로의 양단 사이에 위치하거나 또는 상기 수전 코일과 상기 정류 회로 간의 경로 상에 위치하는,
    무선 전력 수신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 전압을 기초로 회로 동작 전압 테이블에 전압단계별로 설정된 듀티비(duty ratio)를 선택하고 이에 따라 상기 스위칭부를 제어하는,
    무선 전력 수신 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 정류 회로와 배터리 사이에서 상기 DC 출력 전력의 상기 배터리로의 공급을 제한하는,
    무선 전력 수신 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수전 코일과 무선 전력 송신 장치의 송전 코일은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 자기적으로 커플링되어 상기 전력 신호를 전송하는,
    무선 전력 수신 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수전 코일과 상기 정류 회로 사이에 배치되고, 직렬 공진 회로 또는 병렬 공진 회로 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 매칭 회로를 더 포함하는,
    무선 전력 수신 장치.
  8. 무선 전력 전송 시스템에 있어서,
    전력 신호를 송전 코일에 전송하여 상기 송전 코일 주위에 자기장을 생성하는 무선 전력 송신 장치; 및
    상기 자기장에 커플링되어 무선으로 상기 전력 신호를 수신하는 하나 이상의 무선 전력 수신 장치;를 포함하고,
    상기 무선 전력 수신 장치는 상기 전력 신호의 전압 변화를 측정하고, 이를 기초로 수신되는 전력량을 제어하는,
    무선 전력 전송 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치는,
    상기 송전 코일과 자기적으로 커플링되어 상기 전력 신호를 수신하는 수전 코일;
    상기 전력 신호를 DC 출력 전력으로 정류하는 정류 회로;
    상기 수전 코일의 후단 또는 상기 수전 코일과 상기 정류 회로의 경로 상에서 상기 전력 신호의 상기 정류 회로로의 유입을 제어하는 스위칭부; 및
    상기 DC 출력 전력의 전압을 측정하고 이를 미리 설정된 허용 전압과 비교하여 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는,
    무선 전력 전송 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 전압이 상기 허용 전압을 초과하는 경우에 상기 스위칭부의 온/오프 동작 시간에 관한 듀티비로 상기 전력 신호의 수신 전압을 피드백 제어하여 수신 전력량을 조절하는,
    무선 전력 전송 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 전압을 기초로 회로 동작 전압 테이블에 전압 단계별로 설정된 듀티비를 선택하고 이에 따라 상기 스위칭부를 제어하는,
    무선 전력 전송 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 송전 코일과 상기 수전 코일은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 자기적으로 커플링되어 상기 전력 신호를 전송하는,
    무선 전력 전송 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치는,
    상기 수전 코일과 상기 정류 회로 사이에 배치되고, 직렬 공진 회로 또는 병렬 공진 회로 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 매칭 회로를 더 포함하는,
    무선 전력 전송 시스템.
  14. 무선 전력 수신 장치에서의 무선 전력 수신 방법에 있어서,
    자기 공진 결합을 통해 수전 코일에서 무선으로 전력 신호를 수신하는 단계;
    스위칭부를 통해 상기 수전 코일과 내부 회로를 연결하는 단계;
    상기 전력 신호에 의해 내부 회로에 유기되는 전압을 측정하는 단계; 및
    측정된 전압이 상기 내부 회로의 동작 전압 범위 내에서 유지되도록 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 단계;를 포함하는,
    무선 전력 수신 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전력 신호를 수신하는 단계 이전에,
    상기 내부 회로의 동작 전압 범위 및 최대 허용 전압 중 적어도 하나 이상을 미리 설정하는 단계를 더 포함하는,
    무선 전력 수신 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스위칭부의 동작을 제어하는 단계는,
    상기 측정된 전압이 상기 최대 허용 전압 이상인 경우에, 미리 설정된 듀티비로 상기 스위칭부의 동작을 제어하여 상기 내부 회로에 유기되는 전압을 낮추는 단계인,
    무선 전력 수신 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 스위칭부의 동작을 제어하는 단계는,
    상기 측정된 전압을 기초로 회로 동작 전압 테이블에 단계별로 설정된 듀티비를 선택하고 이에 따라 상기 스위칭부의 동작을 제어하는 단계인,
    무선 전력 수신 방법.
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