KR20140100187A - 충전 제어 장치, 충전 제어 방법 및 무선 전력 수신 장치 - Google Patents

충전 제어 장치, 충전 제어 방법 및 무선 전력 수신 장치 Download PDF

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Abstract

충전 제어 장치, 충전 제어 방법 및 이를 이용한 무선 전력 수신 장치가 제공된다. 수신 전력에 따른 충전 제어 장치는, 수신 전력을 측정하는 측정 회로; 상기 측정된 수신 전력에 기초하여 전류 제한값을 설정하는 제어 회로; 및 상기 설정된 전류 제한값에 따라 입력되는 전류를 제한하여 부하 장치의 충전을 제어하는 전류 제한 회로;를 포함한다.

Description

충전 제어 장치, 충전 제어 방법 및 무선 전력 수신 장치 {Apparatus and Method for Controlling Charging and Wireless Power Receiving Apparatus using the same}
본 발명은 충전 제어 장치, 충전 제어 방법 및 무선 전력 수신 장치에 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 송/수전 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 전자기장 에너지가 전달되는 기술로서, 송/수전 코일 간의 거리가 근거리에서부터 1m이상의 거리까지도 무선전력전송이 가능하며, 자기유도방식에 비해 비교적 두 코일의 정렬조건이 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 공기중으로의 에너지 손실이 매우 커서 전송 효율 측면에서 불리하며 전자파에 의한 인체유해성 문제를 고려한 안전한 전력 전송방법이 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 있다. 이 경우, 무선 전력 수신 장치 중 일부가 충전이 진행되지 않거나 또는 과전압 발생으로 인해 내부 회로의 파손 가능성이 있다.
따라서, 무선 전력 수신 장치에서는 이와 같은 다수의 장치를 충전 시에 발생되는 장치 간의 수신 전력량의 차이에 따른 여러 문제점을 해결할 필요가 있다.
한국공개특허 제2011-0131954호, "무선 전력 전송 장치 및 그 방법"
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 수신 전력을 모니터링하고 이에 따라 부하 장치로의 입력 전류를 제한함으로써 저전력 입력 시에도 부하 장치의 충전 상태를 제어할 수 있는 충전 제어 장치, 충전 제어 방법 및 무선 전력 수신 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 부하 장치에 유기되는 전압을 충전에 필요한 최소 전압 이상으로 유지되도록 제어할 수 있는 충전 제어 장치, 충전 제어 방법 및 무선 전력 수신 장치를 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 수신 전력에 따른 충전 제어 장치는, 수신 전력을 측정하는 측정 회로, 상기 측정된 수신 전력에 기초하여 전류 제한값을 설정하는 제어 회로 및 상기 설정된 전류 제한값에 따라 입력되는 전류를 제한하여 부하 장치의 충전을 제어하는 전류 제한 회로를 포함한다.
여기서, 상기 제어 회로는, 상기 수신 전력에 의해 유기되는 전압이 기준 전압 이상이 되도록 상기 전류 제한값을 설정할 수 있다.
여기서, 상기 전류 제한값은 수신 전력량에 대해 단계별로 설정되며, 상기 제어 회로는 상기 수신 전력의 변화를 기초로 상기 전류 제한값을 설정하여 상기 부하 장치에 유기되는 전압을 기준 전압 이상으로 유지시킬 수 있다.
여기서, 상기 제어 회로는, 상기 수신 전력이 필요 전력 이하인 경우에 상기 전류 제한값을 설정할 수 있다.
여기서, 상기 부하 장치는 상기 충전 제어 장치에 연결된 외부 장치 또는 상기 충전 제어 장치에 결합된 배터리 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 수신 전력에 따라 부하 장치의 충전을 제어하는 무선 전력 수신 장치는, 자기 공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 수전 코일, 수신된 상기 전력 신호를 DC 출력 전력으로 변환하는 정류 회로, 상기 DC 출력 전력을 측정하는 측정 회로, 상기 DC 출력 전력에 기초하여 전류 제한값을 설정하는 제어 회로 및 상기 설정된 전류 제한값에 따라 입력되는 전류를 제한하여 부하 장치의 충전을 제어하는 전류 제한 회로를 포함한다.
여기서, 상기 측정 회로는 상기 정류 회로의 입력 전력을 측정하고, 상기 제어 회로는 상기 측정된 입력 전력에 기초하여 상기 전류 제한값을 설정할 수 있다.
여기서, 상기 제어 회로는, 상기 DC 출력 전력에 의해 유기되는 전압이 기준 전압 이상이 되도록 상기 전류 제한값을 설정할 수 있다.
여기서, 상기 전류 제한값은 상기 DC 출력 전력에 대해 단계별로 설정되며, 상기 제어 회로는 상기 DC 출력 전력의 변화를 기초로 상기 전류 제한값을 설정하여 상기 부하 장치에 유기되는 전압을 기준 전압 이상으로 유지시킬 수 있다.
여기서, 상기 제어 회로는, 상기 DC 출력 전력이 상기 부하 장치의 필요 전력 이하인 경우에 상기 전류 제한값을 설정할 수 있다.
여기서, 상기 부하 장치는 상기 충전 제어 장치에 연결된 외부 장치 또는 상기 충전 제어 장치에 결합된 배터리 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 수신 전력에 따른 충전 제어 방법은, 자기 공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 단계, 수신된 상기 전력 신호를 DC 출력 전력으로 변환하는 단계, 상기 DC 출력 전력을 측정하는 단계, 상기 DC 출력 전력이 필요 전력 이하인 경우에, 상기 DC 출력 전력에 기초하여 전류 제한값을 설정하는 단계 및 상기 설정된 전류 제한값에 따라 입력되는 전류를 제한하여 부하 장치의 충전을 제어하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 수신 전력에 의해 유기되는 전압이 기준 전압 이상이 되도록 상기 전류 제한값을 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수신 전력을 측정하는 단계 이전에, 수신 전력량에 대해 단계별로 전류 제한값을 미리 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 무선 전력 수신 장치에서의 충전 제어 방법은, 자기 공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 단계, 수신된 상기 전력 신호를 DC 출력 전력으로 변환하는 단계, 상기 DC 출력 전력을 측정하는 단계, 상기 DC 출력 전력이 필요 전력 이하인 경우에, 상기 DC 출력 전력에 기초하여 전류 제한값을 설정하는 단계 및 상기 설정된 전류 제한값에 따라 입력되는 전류를 제한하여 부하 장치의 충전을 제어하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 충전을 제어하는 단계 이후에, 상기 DC 출력 전력의 전압이 기준 전압 이상이 되도록 상기 전류 제한값을 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 DC 출력 전력을 측정하는 단계 이전에, DC 출력 전력량에 대해 단계적으로 전류 제한값을 미리 설정하는 단계를 더 포함할 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 회로의 수신 전력을 모니터링하고 이에 따라 부하 장치로의 입력 전류를 제한함으로써 저전력 입력 시에도 부하 장치의 충전 상태가 유지되도록 제어할 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 무선 전력 수신 장치에서 부하 장치에 유기되는 전압을 충전에 필요한 최소 전압 이상으로 유지되도록 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템의 간략한 개요도이다.
도 2는 도 1의 무선 전력 전송 시스템에서 다수의 무선 전력 수신 장치를 충전하는 경우의 동작의 일례를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 1의 무선 전력 전송 시스템에서 무선 전력 송신 장치와 무선 전력 수신 장치간의 거리에 따른 충전 동작의 일례를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 부하에 따른 전압 변동을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 충전 시에 배터리에서의 충전 전류 및 배터리 등가 저항의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 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 전기/전자 장치이거나 또는 외부의 전기/전자 장치에 연결되어 충전 전력을 공급하는 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 효율은 무선 전력 수신 장치(200)가 상기 자기장의 근접장에 위치할 때 최대가 될 수 있다.
무선 전력 송신 장치(100)는 전력 전송 수단으로서 송전 코일(140)를 구비하며, 외부의 입력 전원(10)을 원하는 주파수의 RF 전력 신호로 변환한 후 이를 상기 송전 코일(140)에 인가하여 송전 코일(140) 주위에 근접장 전력을 발생시킨다.
무선 전력 수신 장치(200)는 전력 수신 수단으로서 수전 코일(210)를 구비하며, 상기 송전 코일(140)와 특정 주파수에서 공진 상태로 커플링된 수전 코일(210)를 통해 상기 근접장으로부터 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.
무선 전력 송신 장치(100)는 하나 이상의 무선 전력 수신 장치(200)로 무선 전력 전송을 수행할 수 있다. 이 경우, 종래의 무선 전력 송신 장치에서 각각의 무선 전력 수신 장치로의 수전 전력량을 제어하는 데 반해, 본 발명에서는 무선 전력 송신 장치(100)가 각각의 무선 전력 수신 장치(200)로의 총 전력량을 제어하고, 각각의 무선 전력 수신 장치(200)는 자신의 수전 전력량을 제어할 수 있다.
도 2에는 다수의 무선 전력 수신 장치(200)를 충전하는 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.
이 경우, 어느 장치를 기준으로 송전 전력을 제어하는지가 문제가 된다. 가령, 거의 완충 상태의 무선 전력 수신 장치(200-A)와 완전 방전 상태의 무선 전력 수신 장치(200-C)가 하나의 무선 전력 송신 장치(100)로부터 함께 충전을 받는 경우에, 무선 전력 수신 장치(200-A)를 기준으로 송전 전력을 제어하게 되면 완전 방전 상태의 무선 전력 수신 장치(200-C)는 수신되는 전력이 약하므로 배터리를 충전하기 위한 충분한 전압이 만들어지지 않아서 충전되지 않을 수 있다.
반면에, 무선 전력 수신 장치(200-C)를 기준으로 송전 전력을 제어하게 되면 거의 완충 상태인 무선 전력 수신 장치(200-A)에 과전압이 유기됨으로써 내부 회로가 파괴될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)간의 이격 거리에 따라서도 수신되는 전력이 달라지게 된다. 가령, 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200)가 가까운 경우(200-D)에 비해 둘 간의 이격 거리가 먼 경우(200-F)에 수신되는 전력이 상대적으로 감소하게 된다. 따라서, 무선 전력 수신 장치(200-F)가 상대적으로 먼 위치(df)에 있는 경우에는 배터리를 충전하기 위한 충분한 전압이 생성되지 않아서 충전이 진행되지 않을 수 있다.
이와 같이, 무선 전력 수신 장치(200)의 수신 전력에 따라 유기되는 전압이 변동하게 되어 부하 장치 또는 배터리의 충전이 불가능한 경우가 있다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 무선 전력 수신 장치(200)는 수신 전력을 기초로 배터리 또는 부하 장치로 공급되는 입력 전류를 제한함으로써 배터리에 유기되는 전압을 충전을 위한 최소 전압 이상으로 유지시킨다.
도 4를 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)에서 부하는 저항 성분을 의미하며, 무선 전력 수신 장치(200)에서 부하가 감소하면, 즉 부하 저항이 증가하면 무선 전력 수신 장치(200)의 전압은 증가하게 된다. 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(200)의 배터리가 완전 충전 상태인 경우, 배터리의 충전을 위한 필요 전력이 감소하게 된다. 이 경우 배터리의 부하 저항(등가 저항)이 커지게 되고, 따라서 상대적으로 높은 전압(V3)이 얻어진다.
반면에, 무선 전력 수신 장치(200)에서 부하가 증가하면, 즉 부하 저항이 감소하면 무선 전력 수신 장치(200)의 전압은 감소하게 된다. 예를 들어, 무선 전력 수신 장치(200)의 배터리가 방전된 상태인 경우, 배터리의 충전을 위해 많은 전력량을 필요로 한다. 이 경우 배터리의 등가 저항은 매우 작게 되고 따라서 상대적으로 낮은 전압(V1)이 얻어진다. 이 경우, 무선 전력 수신 장치(200)의 전압이 배터리의 충전 가능한 최소 전압(기준 전압)을 밑도는 경우에는 충전이 이뤄지지 않을 수 있다.
이와 같은 특성으로 인해, 무선 전력 수신 장치(200)의 배터리는 도 5에 도시된 바와 같은 특성을 보이게 된다. 무선 전력 수신 장치(200)는 충전 초기에는 배터리로의 공급 전류가 공급 가능한 최대 전류로 유지되며 충전이 진행된다(정전류(CC) 모드). 이때, 충전이 진행됨에 따라 배터리의 부하 저항 및 전압은 점차 증가하게 된다.
이후, 배터리의 충전이 진행됨에 따라 점차 배터리 충전에 필요한 전력(필요 전력)이 감소하게 되며, 필요 전력이 공급 가능한 전력(수신 전력) 이하로 감소하면 더 이상 전압은 변동되지 않고 배터리로 공급되는 전류가 줄어들게 된다(정전압(CV) 모드).
만일, 충전 중에 수신 전력이 약해져서 필요 전력 이하로 떨어지면, 배터리의 전압이 충전 가능한 최소 전압(기준 전압) 이하로 감소하게 되어 충전이 중단된다. 이 경우, 무선 전력 수신 장치(200)는 배터리로 입력되는 전류를 제한하여 배터리의 등가 저항을 조절함으로써 배터리의 전압을 기준 전압 이상으로 유지시킬 수 있다(정전압 모드를 유지시킴).
예를 들어, 배터리의 충전을 위해 최소 2W의 전력 공급 및 5V의 기준 전압을 필요로 하는 무선 전력 수신 장치(200)에서, 수신 전력이 1.5W로 떨어진 경우에 무선 전력 수신 장치(200)는 배터리로의 입력 전류를 200mA로 제한할 수 있다. 이 경우, 배터리의 전압은 1.5(W)/0.2(A)=7.5V가 되어 기준 전압 5V 이상으로 유지시킬 수 있으며, 수신 전력이 약하므로 충전 시간이 증가할 수 있으나 배터리를 충전 상태로 유지시킬 수 있다.
이하에서, 본 발명의 무선 전력 송신 장치(100) 및 무선 전력 수신 장치(200)의 세부 구성을 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(100)의 세부 구성을 도시하고 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 장치(100)는 DC 전원 회로(110), 인버터(120), 매칭 회로(130) 및 송전 코일(140)을 포함한다.
DC 전원 회로(110)는 외부의 AC 전원을 입력 받아 DC 전력으로 변환한다. DC 전원 회로(110)는 SMPS, 어댑터 또는 AC-DC 컨버터 등일 수 있다. 한편, 변환된 DC 전력은 인버터(120)로 입력되어 원하는 주파수의 RF 전력 신호로 변환된다. 여기서 인버터(120)를 통해 변환된 RF 전력 신호의 주파수는 송전 코일(140)의 공진 주파수일 수 있다. 여기서, 인버터(120)를 제어하여 입력된 DC 전력을 원하는 주파수 및/또는 전압으로 변경하기 위한 조절 신호를 생성하는 제어 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 인버터(120)에서 출력된 RF 전력 신호로부터 고조파 또는 원하지 않는 주파수를 필터링하기 위하여 저역통과필터(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, 송전 코일(140)과 내부 회로의 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로(130)를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치(200)의 세부 구성을 나타내고 있다.
도 7을 참조하면, 무선 전력 수신 장치(200)는 전력 수신 수단으로서 수전 코일(210)을 포함한다. 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 정류 회로(230)에서 DC 출력 전력으로 변환된 후, DC 변환 회로(240)에서 원하는 부하 장치 또는 배터리에 대응되는 전압으로 조절된다. 이때, 수전 코일(210)과 내부 회로의 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로(220)를 포함할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(200)는 측정 회로(250), 제어 회로(260) 및 전류 제한 회로(270)를 포함할 수 있다.
측정 회로(250)는 내부 회로의 전압의 변동을 측정할 수 있다. 제어 회로(260)는 측정 회로(250)에서 측정된 전압의 변동을 이용하여 수신 전력을 계산하고, 이를 기초로 배터리부(280)로의 입력 전류의 양을 제어하기 위한 입력 전류 제한값을 설정할 수 있다.
이때, 측정 회로(250) 및 제어 회로(260)는 수전 코일(210)에서부터 배터리부(280) 사이의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 측정 회로(250)는 정류 회로(230)의 출력 전압을 측정하거나, 또는 DC 변환 회로(240)의 출력 전압을 측정하고 이를 기초로 입력 전류 제한값을 설정할 수 있다. 이때, 입력 전류 제한값은 수신 전력량에 대해 단계별로 설정되며, 제어 회로(260)는 수신 전력의 변화를 기초로 선택된 입력 전류 제한값을 설정하여 부하 장치 또는 배터리(280)의 전압을 기준 전압 이상으로 유지시킬 수 있다.
한편, 제어 회로(260)는 수신 전력이 배터리의 충전을 위해 요구되는 필요 전력 이상인 경우에는 별도로 입력 전류 제한값을 설정하지 않을 수 있다. 이 경우, 제어 회로(260)는 측정 회로(250)에서 측정된 수신 전력이 필요 전력 이하로 떨어지는 경우에 상기 입력 전류 제한값을 설정하여 입력 전류를 제한할 수 있다.
전류 제한 회로(270)는 제어 회로(260)에서 설정된 입력 전류 제한값에 따라 배터리부(280)로 공급되는 입력 전류를 제한한다. 이를 통해 수신 전력량이 부족해짐에 따라 충전 전압이 기준 전압 이하로 떨어지는 것을 방지하여 충전 상태를 유지시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 측정 회로(250)는 전압 대신 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제어 회로(260)는 정상 충전 조건에서 전류가 연속적으로 흐르지 않거나 단속적으로 흘러서 충전이 제대로 이뤄지지 않는 상황을 모니터링하면서 충전 전류량을 제한하여 전류가 연속적으로 흐르도록 유지시킬 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 무선 전력 수신 장치(200)는 무선 전력 송신 장치(100)와의 거리가 멀어짐에 따라 수신되는 전력이 감소하더라도 배터리로 입력되는 충전 전압을 기준 전압 이상으로 유지시킴으로써 배터리의 충전 상태를 유지시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 무선 전력 수신 장치에서의 충전 제어 방법을 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치에서의 충전 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참고하면, 우선 무선 전력 송신 장치(100)와 무선 전력 수신 장치(200) 간에 무선 전력 전송이 개시되면, 무선 전력 수신 장치(200)는 수신된 전력 신호를 이용하여 배터리를 충전하거나 또는 외부의 부하 장치에 전력을 공급한다(S100).
무선 전력 수신 장치(200)는 충전 중에 수신 전력을 모니터링한다(S110). 만일, 수신 전력이 충전에 요구되는 필요 전력 이하로 떨어지게 되면(S120), 측정된 수신 전력에 대응되는 입력 전류 제한값을 설정하여 배터리로의 입력 전류를 제한함으로써 배터리의 전압을 충전을 위한 기준 전압 이상으로 유지시킨다(S130).
만일, 수신 전력이 더 감소하여 배터리의 전압이 기준 전압 이하로 떨어지게 되면(S140), 무선 전력 수신 장치(200)는 현재의 수신 전력을 기초로 입력 전류 제한값을 재설정하여 배터리의 전압을 기준 전압 이상으로 다시 유지시킬 수 있다.
배터리의 전압이 기준 전압 이상으로 유지되는 상태에서 무선 전력 수신 장치(200)는 배터리 또는 외부의 부하 장치를 충전 상태로 유지시킬 수 있으며(S150), 충전이 모두 완료되면 무선 전력 전송을 중단하게 된다(S160).
이상과 같은 구성을 통해, 본 발명은 무선 전력 수신 장치에서 내부 회로의 수신 전력을 모니터링하고 이에 따라 부하 장치로의 입력 전류를 제한함으로써 저전력 입력 시에도 부하 장치의 충전 상태가 유지되도록 제어할 수 있다. 또한, 본 발명은 무선 전력 수신 장치에서 부하 장치에 유기되는 전압을 충전에 필요한 최소 전압 이상으로 유지되도록 제어할 수 있는 효과가 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.
10: 입력 전원
100: 무선 전력 송신 장치 200: 무선 전력 수신 장치
300: 부하 장치 110: DC 전원 회로
120: 인버터 130: 매칭 회로
140: 송전 코일 210: 수전 코일
220: 매칭 회로 230: 정류 회로
240: DC 변화 회로 250: 측정 회로
260: 제어 회로 270: 전류 제한 회로
280: 배터리부

Claims (17)

  1. 수신 전력에 따른 충전 제어 장치에 있어서,
    수신 전력을 측정하는 측정 회로;
    상기 측정된 수신 전력에 기초하여 전류 제한값을 설정하는 제어 회로; 및
    상기 설정된 전류 제한값에 따라 입력되는 전류를 제한하여 부하 장치의 충전을 제어하는 전류 제한 회로;를 포함하는,
    충전 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 수신 전력에 의해 유기되는 전압이 기준 전압 이상이 되도록 상기 전류 제한값을 설정하는,
    충전 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전류 제한값은 수신 전력량에 대해 단계별로 설정되며, 상기 제어 회로는 상기 수신 전력의 변화를 기초로 상기 전류 제한값을 설정하여 상기 부하 장치에 유기되는 전압을 기준 전압 이상으로 유지시키는,
    충전 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 수신 전력이 필요 전력 이하인 경우에 상기 전류 제한값을 설정하는,
    충전 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부하 장치는 상기 충전 제어 장치에 연결된 외부 장치 또는 상기 충전 제어 장치에 결합된 배터리 중 어느 하나인,
    충전 제어 장치.
  6. 수신 전력에 따라 부하 장치의 충전을 제어하는 무선 전력 수신 장치에 있어서,
    자기 공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 수전 코일;
    수신된 상기 전력 신호를 DC 출력 전력으로 변환하는 정류 회로;
    상기 DC 출력 전력을 측정하는 측정 회로;
    상기 DC 출력 전력에 기초하여 전류 제한값을 설정하는 제어 회로; 및
    상기 설정된 전류 제한값에 따라 입력되는 전류를 제한하여 부하 장치의 충전을 제어하는 전류 제한 회로;를 포함하는,
    무선 전력 수신 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 회로는 상기 정류 회로의 입력 전력을 측정하고,
    상기 제어 회로는 상기 측정된 입력 전력에 기초하여 상기 전류 제한값을 설정하는,
    무선 전력 수신 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 DC 출력 전력에 의해 유기되는 전압이 기준 전압 이상이 되도록 상기 전류 제한값을 설정하는,
    무선 전력 수신 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전류 제한값은 상기 DC 출력 전력에 대해 단계별로 설정되며, 상기 제어 회로는 상기 DC 출력 전력의 변화를 기초로 상기 전류 제한값을 설정하여 상기 부하 장치에 유기되는 전압을 기준 전압 이상으로 유지시키는,
    무선 전력 수신 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 DC 출력 전력이 상기 부하 장치의 필요 전력 이하인 경우에 상기 전류 제한값을 설정하는,
    무선 전력 수신 장치.
  11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부하 장치는 상기 충전 제어 장치에 연결된 외부 장치 또는 상기 충전 제어 장치에 결합된 배터리 중 어느 하나인,
    무선 전력 수신 장치.
  12. 수신 전력에 따른 충전 제어 방법에 있어서,
    수신 전력을 측정하는 단계;
    상기 수신 전력이 필요 전력 이하인 경우에, 상기 수신 전력에 기초하여 전류 제한값을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 전류 제한값에 따라 입력되는 전류를 제한하여 부하 장치의 충전을 제어하는 단계;를 포함하는,
    충전 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신 전력에 의해 유기되는 전압이 기준 전압 이상이 되도록 상기 전류 제한값을 재설정하는 단계를 더 포함하는,
    충전 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신 전력을 측정하는 단계 이전에,
    수신 전력량에 대해 단계별로 전류 제한값을 미리 설정하는 단계를 더 포함하는,
    충전 제어 방법.
  15. 무선 전력 수신 장치에서의 충전 제어 방법에 있어서,
    자기 공진 결합을 통해 무선으로 전력 신호를 수신하는 단계;
    수신된 상기 전력 신호를 DC 출력 전력으로 변환하는 단계;
    상기 DC 출력 전력을 측정하는 단계;
    상기 DC 출력 전력이 필요 전력 이하인 경우에, 상기 DC 출력 전력에 기초하여 전류 제한값을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 전류 제한값에 따라 입력되는 전류를 제한하여 부하 장치의 충전을 제어하는 단계;를 포함하는,
    충전 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 충전을 제어하는 단계 이후에,
    상기 DC 출력 전력의 전압이 기준 전압 이상이 되도록 상기 전류 제한값을 재설정하는 단계를 더 포함하는,
    충전 제어 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 DC 출력 전력을 측정하는 단계 이전에,
    DC 출력 전력량에 대해 단계적으로 전류 제한값을 미리 설정하는 단계를 더 포함하는,
    충전 제어 방법.
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