KR20140104242A - 무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 장치 및 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
이러한 본 명세서는 무선전력 수신장치에서 외부 부하에 연결되는 출력 단자의 초기전압이 기준전압의 범위에 속하는지 확인하면, 무선전력 전송장치는 상기 1차 코어블락에서 전송되는 초기 전송 전력을 측정하고, 상기 초기 전송 전력을 기반으로 이물질 검출을 수행한다.
무선전력 수신장치의 초기 설정 완료 상태, 즉 무선전력 수신장치의 출력이 오프(off) 상태에서 이물질 감지를 수행함으로써, 이물질 감지에 대한 지연시간을 줄이고, 이물질의 발열에 대한 위험을 미연에 방지할 수 있다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FOREIGN OBJECT IN WIRELESS POWER TRANSMITTING SYSTEM}
본 발명은 무선전력 전송에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, 노트북, PDA와 같은 휴대용 단말기(Portable Terminal)가 충전되려면, 휴대용 단말기가 외부의 충전기로부터 전기에너지(또는 전력)을 공급받아야 한다. 이러한 휴대용 단말기는 공급되는 전기에너지를 저장하는 배터리셀과 배터리셀의 충전 및 방전(휴대용 단말기로 전기에너지를 공급)을 위한 회로를 포함한다.
배터리셀에 전기에너지를 충전시키기 위한 충전기와 배터리셀간의 전기적 연결방식은, 상용전원을 공급받아 배터리셀에 대응하는 전압 및 전류로 변환하여 해당 배터리셀의 단자를 통해 배터리셀로 전기에너지를 공급하는 단자공급방식을 포함한다.
이러한 단자공급방식은 물리적인 케이블(cable) 또는 전선의 사용이 동반된다. 따라서 단자공급방식의 장비들을 많이 취급하는 경우, 많은 케이블들이 상당한 작업 공간을 차지하고 정리가 곤란하며 외관상으로도 좋지 않다. 또한 단자공급방식은, 단자들간의 서로 다른 전위차로 인한 순간방전현상, 이물질에 의한 소손 및 화재발생, 자연방전, 배터리팩의 수명 및 성능 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.
최근에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무선전력 전송방식을 이용한 충전시스템(이하 무선전력 전송 시스템)과 제어방법들이 제시되고 있다. 무선전력 전송방식을 비접촉(contactless) 전력 전송방식 또는 무접점(no point of contact) 전력 전송방식이라 하기도 한다. 무선전력 전송 시스템은, 무선전력 전송방식으로 전기에너지를 공급하는 무선전력 전송장치와, 상기 무선전력 전송장치로부터 무선으로 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리셀을 충전하는 무선전력 수신장치로 구성된다.
단자공급방식에서는 충전기와 단말기간에 단자연결만 잘 된다면 이물질과 같이 충전을 방해하는 장해요인이 존재할 가능성이 크지 않다. 반면, 무선전력 전송 시스템은 무접점 충전이라는 특성으로 인하여, 충전시에 무선전력 수신장치와 무선전력 전송장치 사이에 이물질이 삽입될 수 있다. 무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 사이에 금속과 같은 이물질이 끼게 될 경우, 이물질로 인하여 전력전송이 원활히 이루어지지 못함은 물론, 과부하 및 이물질 발열로 인한 제품의 소손 및 폭발 등의 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 무선전력 전송 시스템에서 이물질을 감지할 수 있는 장치 및 방법이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 무선 전력 전송 시스템에서 1차 코일에 유기되는 전류를 기반으로 이물질을 감지하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지에 대응하는 동작을 수행하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 무선 전력 전송 시스템에서 이물질 감지 기능을 구비한 무선전력 전송 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 이물질을 검출하는 무선전력 전송장치를 제공한다. 상기 장치는 무선전력 수신장치에 구비된 2차 코어블락과 자기 유도 또는 자기 공진에 의해 결합함으로써 무선 전력을 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 1차 코어블락, 상기 1차 코어블락에 연결되고, 상기 1차 코어블락이 상기 무선 전력을 전송하는데 필요한 AC(alternating current) 신호를 인가하는 전기 구동 유닛, 및 상기 전기 구동 유닛에 연결되고, 상기 AC 신호를 제어하는 제어신호를 생성하는 제어 유닛을 포함한다.
상기 무선전력 수신장치에서 외부 부하에 연결되는 출력 단자의 초기전압이 기준전압의 범위에 속하는지 확인하면, 상기 제어 유닛은 상기 1차 코어블락에서 전송되는 초기 전송 전력을 측정하고, 상기 초기 전송 전력을 기반으로 이물질 검출을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 1차 코어블락을 구비한 무선전력 전송장치에 의해 이물질을 검출방법을 제공한다. 상기 방법은 무선 전력을 전송하는데 필요한 AC 신호를 상기 1차 코어블락에 인가하는 단계, 무선전력 수신장치에 구비된 2차 코어블락과 상기 1차 코어블락을 자기 유도 또는 자기 공진에 의해 결합함으로써 전력 신호(power signal)를 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 단계, 상기 무선전력 수신장치에서 외부 부하에 연결되는 출력 단자의 초기전압이 기준전압의 범위에 속하는지 확인하는 단계, 상기 1차 코어블락에서 전송되는 초기 전송 전력을 측정하는 단계, 및 상기 초기 전송 전력을 기반으로 이물질 검출을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 이물질을 검출하는 무선전력 수신장치를 제공한다. 상기 장치는 무선전력 전송장치에 구비된 1차 코어블락과 자기 유도 또는 자기 공진에 의해 결합함으로써 무선 전력을 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 2차 코어블락, 상기 2차 코어블락에 연결되고, 상기 2차 코어블락에서 생성되는 AC 파형(waveform)에 대한 전파 정류(full-wave rectification)를 수행하여 제어 유닛과 외부 부하에 전력을 제공하는 정류 유닛, 및 상기 외부 부하에 연결되는 출력 단자의 초기전압을 측정하고, 상기 초기전압이 기준전압 범위에 존재하는 경우 상기 무선전력 수신장치를 이물질 검출 페이즈(phase)로 진입하도록 제어하는 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 2차 코어블락을 구비한 무선전력 수신장치에 의한 이물질 검출방법을 제공한다. 상기 방법은 무선전력 전송장치에 구비된 1차 코어블락과 자기 유도 또는 자기 공진에 의해 결합함으로써 전력 신호를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계, 상기 2차 코어블락에서 생성되는 AC 파형(waveform)에 대한 전파 정류(full-wave rectification)를 수행하는 단계, 상기 무선전력 수신장치의 외부 부하에 연결되는 출력 단자의 초기전압을 측정하는 단계, 및 상기 초기전압이 기준전압 범위에 존재하는 경우 상기 무선전력 수신장치를 이물질 검출 페이즈(phase)로 진입하도록 제어하는 단계를 포함한다.
무선전력 수신장치의 초기 설정 완료 상태, 즉 무선전력 수신장치의 출력이 오프(off) 상태에서 이물질 감지를 수행함으로써, 이물질 감지에 대한 지연시간을 줄이고, 이물질의 발열에 대한 위험을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송 시스템의 구성요소들을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 무선전력 수신장치를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송 시스템에서 이물질 검출을 수행하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 이물질 검출을 수행하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 예에 따른 무선전력 전송 시스템에서 이물질 검출을 수행하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하에서 사용되는 "무선 전력" 이라는 용어는, 물리적인 전자기 전도체들의 사용없이 송신기로부터 수신기로 송신되는 전기장, 자기장, 전자기장 등과 관련된 임의의 형태의 에너지를 의미하도록 사용된다. 무선전력은 전력 신호(power signal)라고 불릴 수도 있으며, 1차 코일과 2차 코일에 의해 둘러싸이는(enclosed) 진동하는 자속(oscillating magnetic flux)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이동 전화기, 코드리스(codeless) 전화기, iPod, MP3 플레이어, 헤드셋 등을 포함하는 디바이스들을 무선으로 충전하기 위해 시스템에서의 전력 변환이 여기에 설명된다. 일반적으로, 무선 에너지 전달의 기본적인 원리는, 예를 들어, 자기 유도 커플링 방식이나, 30MHz 미만의 주파수들을 사용하는 자기 공진 커플링(즉, 공진 유도) 방식을 모두 포함한다. 그러나, 비교적 높은 방사 레벨들에서의, 예를 들어, 135kHz (LF) 미만 또는 13.56MHz (HF)에서의 라이센스-면제 동작이 허용되는 주파수들을 포함하는 다양한 주파수들이 이용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송 시스템의 구성요소들을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 무선전력 전송 시스템(100)은 무선전력 전송장치(110)와 하나의 무선전력 수신장치(150-1) 또는 n개의 무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)를 포함한다.
무선전력 전송장치(110)는 1차 코어블락(primary core block)를 포함한다. 1차 코어블락은 코어(core) 및 하나 또는 그 이상의 1차 코일(primary coil, 111)을 포함할 수 있다. 무선전력 전송장치(110)는 임의의 적합한 형태를 가질 수 있으나, 한 가지 바람직한 형태는 전력 전송 표면을 가진 평탄한 플랫폼이며, 이 플랫폼상에 또는 그 근처에 각각의 무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)가 위치할 수 있다.
무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)는 무선전력 전송장치(110)로부터 분리가능하고, 각각의 무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)는 무선전력 전송장치(110)의 근처에 있을 때 무선전력 전송장치(110)의 1차 코어블락에 의해 발생되는 전자기장과 결합되는 2차 코어블락(secondary core block)을 구비한다. 2차 코어블락은 코어 및 하나 또는 그 이상의 2차 코일(secondary coil, 151)을 포함할 수 있다.
무선전력 전송장치(110)는 직접적인 전기 접촉 없이 무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)로 전력을 전송한다. 이때, 1차 코어블락과 2차 코어블락은 서로 자기 유도 커플링 또는 공진 유도 커플링되었다고 한다. 1차 코일 또는 2차 코일은 임의의 적합한 형태들을 가질 수 있으나, 예컨대, 페라이트 또는 비정질 금속과 같은 고투자율의 형성물의 주위에 감긴 동선일 수 있다.
무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)는 보통 외부 부하(도시되지 않음. 여기서는 무선전력 수신장치의 실제 부하라고도 함)에 연결되어, 무선전력 전송장치(110)로부터 무선으로 수신한 전력을 외부 부하에 공급한다. 예를 들어 무선전력 수신장치(150-1,...,150-n)는 각각 휴대형 전기 또는 전자 디바이스 또는 재충전가능 배터리셀 또는 전지와 같이 전력을 소비하거나 저장하는 물체로 운반할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송장치를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선전력 전송장치(200)는 1차 코일(210), 전기 구동 유닛(220), 제어 유닛(230) 및 전류 측정 유닛(240)을 포함한다.
전기 구동 유닛(220)은 1차 코일(210)에 연결되어 전자기장을 발생하기 위해 1차 코일(210)에 전기 구동 신호, 예컨대 AC 신호를 인가한다.
제어 유닛(230)은 전기 구동 유닛(220)에 연결되고, 1차 코일(210)이 유도 자기장을 발생시키거나, 자기공진을 일으킬 때 필요한 상기 AC 신호를 제어해주는 제어신호(231)를 생성하여 전기 구동 유닛(220)에 입력한다.
제어 유닛(230)은 무선전력 전송장치(200)의 핑(ping) 페이즈(phase), ID 식별 및 구성 페이즈, 이물질 검출 페이즈 및 전력 전송 페이즈에서의 동작을 제어한다. 그리고 제어 유닛(230)은 각 페이즈에서 필요한 패킷을 생성하여 무선전력 수신장치로 전송하거나, 무선전력 수신장치로부터 패킷을 수신할 수 있다.
핑 페이즈는 무선전력을 수신 가능한 물체를 발견(discover)하는 시도로 정의될 수 있다. 핑 페이즈에서, 제어 유닛(230)은 디지털 핑(digital ping)을 수행하는데, 제어 유닛(230)은 1차 코일(210)이 동작점의 전력 신호(power signal at an operating point)를 전송하도록 제어신호(231)를 전기 구동 유닛(220)에 인가한다. 그리고 무선전력 수신장치로부터 특정 시간구간(time window) 내에서 정상적인(correct) 신호강도패킷(signal strength packet)이 수신되면, 제어 유닛(230)은 무선전력 전송장치(200)의 상태를 ID 식별 및 구성 페이즈로 천이시킨다.
ID 식별 및 구성 페이즈에서, 제어 유닛(230)은 무선전력 수신장치를 식별하고, 무선전력 수신장치의 구성정보(configuration information)를 수집한다. 이때, 제어 유닛(230)은 식별 패킷(dentification packet) 또는 식별 패킷과 구성정보를 무선전력 수신장치로부터 수신한다.
이물질 검출 페이즈에서, 제어 유닛(230)은 이물질 검출(foreign object detection: FOD)을 수행하고, 이물질이 검출되지 않는 경우 무선전력 전송장치(200)를 전력 전송 페이즈로 천이시키며, 무선전력이 전송되도록 제어신호(231)를 전기 구동 유닛(220)에 인가한다. 반면, 이물질이 검출되는 경우, 제어 유닛(230)은 제어신호(231)의 인가를 중단하고, 응급 모드(emergency mode)로 진입한다. 이에 따르면, 무선전력 전송장치(200)가 본격적으로 무선전력을 무선전력 수신장치로 전송하는 전력 전송 페이즈 이전에, 이물질 검출이 수행된다. 즉, 무선전력 전송장치(200)와 무선전력 수신장치가 서로 간의 식별(또는 인식)을 완료한 직후에 이물질 검출이 수행되기 때문에, 무선전력을 전송하는 도중에 이물질 검출을 수행함에 따른 위험을 사전에 방지할 수 있다.
본 실시예는 이물질 검출 페이즈와 전력 전송 페이즈를 별개로 구분하였으나, 상기 2 페이즈들은 하나의 페이즈로 통합되어 제어될 수 있다. 또는 이물질 검출 페이즈는 전력 전송 페이즈에 속하여 하나의 절차로 제어될 수도 있다. 이하에서는 이물질 검출 페이즈를 독립적인 지위를 가지는 것으로 보고 설명한다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 무선전력 수신장치를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 무선전력 수신장치(300)는 2차 코일(310), 정류 유닛(320) 및 제어 유닛(330)을 포함한다.
정류 유닛(320)은 2차 코일(310)에서 생성되는 AC 파형(waveform)에 대한 전파 정류(full-wave rectification)를 제공한다. 예를 들어, 정류 유닛(320)은 풀 프릿지 구성에서의 4개의 다이오드를 사용할 수 있다. 또한 정류 유닛(320)은 제어 유닛(330)과 외부 부하(340)에 전력을 제공할 수 있다.
제어 유닛(330)은 정류 유닛(320)으로부터 전력을 공급받아 각 페이즈에서의 패킷 생성과 전송, 무선전력 전송제어 등의 동작을 수행한다. 일례로서, 패킷의 전송을 위해 부하 변조(load modulation) 기법이 사용될 수 있다. 이 경우 2차 코일(310)을 통해 패킷이 전송되며, 무선전력 전송을 위한 주파수 대역과 동일한 주파수 대역이 사용된다. 다른 예로서, 패킷의 전송을 위해 무선전력 전송을 위한 주파수 대역과 다른 별도의 주파수 대역이 사용되며, RFID(radio frequency identification) 또는 블루투스(bluetooth) 또는 NFC(near field communication) 등의 기법을 통해 패킷이 전송될 수 있다.
ID 식별 및 구성 페이즈에서, 제어 유닛(330)은 무선전력 수신장치(300)의 고유한 ID를 지시하는 식별 패킷과 무선전력 수신장치(300)의 구성정보를 생성하고, 식별 패킷과 구성정보를 무선전력 전송장치로 전송한다.
그리고 제어 유닛(330)은 외부 부하에 연결되는 출력 단자의 초기전압 Vi을 측정할 수 있다. 초기전압 Vi은 ID 식별 및 구성 페이즈를 완료한 이후 무선전력을 수신하는 전력 전송 페이즈 이전에 제어 유닛(330)에서 측정되는 전압이다. 또는 초기전압 Vi은 무선충전이 시작되기 전 대기 상태에서 출력 단자의 전압으로서 정의될 수도 있다.
초기전압 Vi의 정상상태의 값이 기준전압 범위(예를 들어 7.0V~10.5V) 내에 존재하는 경우, 제어 유닛(330)은 이물질 검출 페이즈로 진입하고, 이물질 검출을 위한 이물질 상태 패킷(foreign object status packet)을 생성하여 무선전력 전송장치로 전송한다. 이물질 상태 패킷은 무선전력 전송장치에서 이물질 검출을 개시(initiate) 또는 트리거(trigger) 하는데 사용된다.
전력 전송 페이즈에서, 제어 유닛(330)은 2차 코일(310)을 통해 수신되는 전력을 측정하고, 전력 제어 패킷을 생성하여 무선전력 전송장치로 전송할 수 있다. 즉, 제어 유닛(330)은 무선전력 전송 제어에 필요한 패킷을 이용하여 요구전력을 수신할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 무선전력 전송 시스템에서 이물질 검출을 수행하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 핑 페이즈에서 무선전력 전송장치는 디지털 핑을 수행하며, 이때 무선전력 전송장치는 동작점의 전력 신호를 무선전력 수신장치로 전송한다(S400).
핑 페이즈의 전력 신호를 수신하면, 무선전력 수신장치는 상기 전력 신호를 수신한 세기를 지시하는 신호세기 패킷을 생성하여 무선전력 전송장치로 전송한다(S405). 그리고 무선전력 수신장치는 무선전력 수신장치의 고유한 ID를 지시하는 식별 패킷과 무선전력 수신장치의 구성정보를 생성하고, 식별 패킷과 구성정보를 무선전력 전송장치로 전송한다(S410).
무선전력 수신장치는 수신전력을 측정한다(S415). 이때부터 초기전압 Vi를 설정하는 단계로 진입한다.
무선전력 수신장치는 과전압 전력(over voltage power: OVP), 과전류 전력(over current power: OCP), 만충전(full charge) 등 종료 사유가 발생하는지 판단한다(S420). 만약 OVP, OCP, 만충전, 기타 충전의 종류 사유가 발생하면, 무선전력 수신장치는 충전을 종료한다(S425). 만약 종류 사유가 발생하지 않으면, 무선전력 수신장치는 무선전력 전송장치로부터 무선전력을 수신하는 상태인지, 즉 충전 중인지 판단한다(S430).
단계 S430에서 만약 충전 중이면, 무선전력 수신장치는 요구전력 대비 수신전력을 비교하여 그 결과를 기반으로 전력 제어 패킷을 생성하여 무선전력 전송장치로 전송한다(S435). 단계 S430에서 만약 충전중이 아니면, 무선전력 수신장치는 초기전압 Vi가 홀드 상태인지 판단한다(S440). 초기전압 Vi의 정상상태의 값이 기준전압 범위(예를 들어 7.0V~10.5V) 내에 존재하는 경우, 무선전력 수신장치는 초기 설정이 완료된다. 이로서 초기전압 Vi는 홀드 상태가 되고, 무선전력 수신장치는 이물질 검출 페이즈로 진입할 수 있다.
만약 Vi 홀드 상태가 아니면, 무선전력 수신장치는 충전 중인 경우와 마찬가지로 전력 제어 패킷을 생성하여 무선전력 전송장치로 전송한다(S435). 만약 Vi 홀드 상태이면, 무선전력 수신장치는 이물질 검출 페이즈로 진입한다. 여기서, 무선전력 수신장치는 이물질 상태 패킷을 생성하여 무선전력 전송장치로 전송한다(S445).
본 발명에 따른 이물질 상태 패킷은 프리앰블(preamble), 헤더(header), 메시지 및 체크섬(checksum)을 포함한다. 프리앰블은 최소 11비트부터 최대 25비트로 구성될 수 있며, 모든 비트의 값이 0으로 설정될 수 있다. 프리앰블은 무선전력 전송장치가 이물질 상태 패킷의 헤더의 시작비트를 정확히 감지하고, 들어오는 데이터에 동기를 맞추기 위해 사용된다.
헤더는 패킷의 타입을 지시하며, 8비트로 구성될 수 있다. 일례로서, 이물질 상태 패킷의 헤더의 값은 0x00일 수 있다. 이 경우, 메시지는 그 값이 0, 즉 0x00으로 설정될 수 있다. 다른 예로서, 이물질 상태 패킷의 헤더의 값은 충전 상태 패킷(charge status packet)의 헤더와 동일한 0x05일 수 있다. 다만, 충전 상태 패킷의 1바이트 메시지의 값이 0x00으로 설정됨으로써, 이물질 상태 패킷임이 지시될 수 있다. 즉, 이물질 상태 패킷은 충전 상태 패킷에 포함된다.
무선전력 전송장치는 수신된 패킷의 헤더 또는 메시지의 값을 기반으로, 수신된 패킷이 이물질 상태 패킷인지 확인한다. 그리고 이물질 상태 패킷이 수신된 것으로 판명되면, 무선전력 전송장치는 이물질 검출을 수행한다(S450). 이물질 상태 패킷을 확인하는 동작 및 이물질 검출은 무선전력 전송장치의 제어 유닛(230)에 의해 수행된다.
이하에서 도면을 바꾸어 무선전력 전송장치가 이물질 검출을 수행하는 동작을 보다 구체적으로 설명한다. 무선전력 전송장치가 이물질 검출을 수행하는 것은, 곧 무선전력 전송장치의 제어유닛(230)이 이물질을 검출하는 것과 동일한 것으로 해석될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 이물질 검출을 수행하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치로부터 수신된 이물질 상태 패킷을 확인한다(S500). 만약 수신된 패킷이 이물질 상태 패킷이 아니면, 무선전력 전송장치는 정상 충전을 시작한다. 즉, 전력 전송 페이즈로 진입한다.
이물질 상태 패킷을 확인하기 위해, 무선전력 전송장치는 수신된 패킷의 헤더 또는 메시지의 값이 이물질 상태 패킷을 지시하는 것인지 확인한다. 예를 들어, 헤더의 값이 0x00인 경우, 또는 헤더의 값이 0x05이고 메시지의 값이 0x00인 경우, 무선전력 전송장치는 무선전력 수신장치로부터 수신된 패킷이 이물질 상태 패킷임을 확인할 수 있다.
이물질 상태 패킷은 초기전압 Vi가 홀드 상태인 때(또는 초기 설정이 완료된 때)에 무선전력 수신장치에서 무선전력 전송장치로 전송되기 때문에, 초기 설정 완료(initial setting complete) 패킷이라 불릴 수도 있다. 즉 무선전력 전송장치는 이물질 상태 패킷을 수신함으로서, 무선전력 수신장치가 초기 설정이 완료됨을 알 수 있다. 또는 무선전력 전송장치는 이물질 상태 패킷을 수신함으로써 이물질 검출을 시작하므로, 이물질 상태 패킷은 이물질 확인 요청 패킷이라 불릴 수도 있다.
무선전력 수신장치의 초기 설정이 완료된 상태에서, 무선전력 전송장치는 이물질 검출 페이즈로 진입하여 1차 코일에서 발생하는 초기 전송 전력 Pi를 측정한다(S505). 그리고 무선전력 전송장치는 초기 전송 전력 Pi를 기준전력 PR과 비교한다(S510). 기준전력 PR와 같은 파라미터들은 초기 설정 값으로서 제어 유닛(230)에 미리 저장되어 있을 수도 있고, 무선전력 수신장치로부터 수신하는 구성정보를 통해 후발적으로 획득할 수도 있다.
만약, 초기 전송 전력 Pi가 기준전력 PR보다 작거나 같으면, 무선전력 전송장치는 이물질이 존재하지 않는 것으로 결정한다. 즉, 무선전력 전송장치는 이물질을 검출하지 못한다(S515). 이물질이 검출되지 않으면, 무선전력 전송장치는 전력 전송 페이즈로 진입한다(S530).
반면, 초기 전송 전력 Pi가 기준전력 PR보다 크면, 무선전력 전송장치는 이물질이 존재하는 것으로 결정한다. 즉, 무선전력 전송장치는 이물질을 검출할 수 있다(S520). 이물질이 검출되면 무선전력 전송장치는 응급 모드로 동작할 수 있다(S525).
여기서, 기준전력 PR은 이물질이 없는 환경(즉 무선전력의 송신에 장해요소가 없는 환경) 및 무선전력의 전송이 시작되기 전 정상상태에서, 1차 코일을 통해 전송되는 전력으로서, 실험적으로 얻어지는 값일 수 있다. 다시 말하면, 기준전력 PR은 이물질이 없는 환경 및 무선전력 수신장치의 초기 설정이 완료된 상태에서, 1차 코일을 통해 전송되는 전력을 의미한다. 기준전력 PR은 무선전력 전송장치 내에서 자체적으로 소비되는 전력일 수 있다.
무선전력 전송장치와 무선전력 수신장치 사이에 금속 등의 이물질이 끼이게 되면, 1차 코일(210)에 기준 AC 신호가 인가되기 전이라도 1차 코일(210)에는 일정한 누설 전류 Ileakage가 흐르게 되고, 이때 초기 전송 전력 Pi가 전송된다. 이는 본격적인 전력 전송 페이즈로 진입하지도 않은 초기 설정 상태임에도 불구하고 이물질에 의해 일정한 전력(Pi-PR)이 지속적으로 소비되고 있음을 의미할 수 있다. 따라서, 무선전력 전송장치는 초기 전송 전력 Pi와 기준전력 PR을 기반으로 무선전력의 송신에 장해를 일으키는 요소, 예컨대 금속과 같은 이물질을 감지할 수 있다.
만약 전력 전송 페이즈에서, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치의 수신전력 대비 전송전력의 값을 기초로 전력의 손실을 판독한 후 이물감지를 하게 되면, 이때 무선전력 전송장치와 수신장치의 시료별 손실의 편차와 충전위치에 따른 편차로 인해 이물질 검출의 오차가 커지고, 이물질 검출의 지연으로 말미암아 이물질의 발열에 대한 위험이 커진다. 반면 본 실시예에 따르면, 무선전력 수신장치의 출력이 온(on) 되기 전인 초기 설정 완료 상태(즉, 무선전력 수신장치의 출력이 오프(off) 상태)에서 이물질 감지를 수행함으로써, 이물질 감지에 대한 지연시간을 줄이고, 이물질의 발열에 대한 위험을 미연에 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 예에 따른 무선전력 전송 시스템에서 이물질 검출을 수행하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계 S600 내지 단계 S635는 단계 S400 내지 단계 S435와 동일하다.
다만, 도 4에서는 무선전력 전송장치가 이물질 상태 패킷을 명시적으로(explicitly) 수신하여(단계 S445) 이물질 검출 페이즈로 진입하나, 도 6에서는 무선전력 전송장치가 이물질 상태 패킷의 수신이 없이도 묵시적으로(implicitly) 이물질 검출 페이즈로 진입할 수 있다. 이러한 점에서, 도 6의 이물질 검출 방법은 도 4의 이물질 검출 방법과 차이가 있다. 따라서, 무선전력 전송장치는 스스로 이물질 검출 페이즈로 진입한 후 이물질 검출을 수행할 수 있다(S645). 이는 ID 식별 및 구성 페이즈에서, 무선전력 전송장치가 무선전력 수신장치로부터 식별 패킷 및 구성정보를 수신함으로써 머지않아 이물질 검출 페이즈로 진입할 것을 예측할 수 있기 때문이다.
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. 이물질을 검출하는 무선전력 전송장치로서,
    무선전력 수신장치에 구비된 2차 코어블락과 자기 유도 또는 자기 공진에 의해 결합함으로써 무선 전력을 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 1차 코어블락;
    상기 1차 코어블락에 연결되고, 상기 1차 코어블락이 상기 무선 전력을 전송하는데 필요한 AC(alternating current) 신호를 인가하는 전기 구동 유닛; 및
    상기 전기 구동 유닛에 연결되고, 상기 AC 신호를 제어하는 제어신호를 생성하는 제어 유닛을 포함하되,
    상기 무선전력 수신장치에서 외부 부하에 연결되는 출력 단자의 초기전압이 기준전압의 범위에 속하는지 확인하면, 상기 제어 유닛은 상기 1차 코어블락에서 전송되는 초기 전송 전력을 측정하고, 상기 초기 전송 전력을 기반으로 이물질 검출을 수행하는 것을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 초기 전송 전력을 상기 이물질이 존재하지 않는 환경에서 얻어지는 기준전력과 비교하고,
    상기 초기 전송 전력이 상기 기준전력보다 크면, 상기 이물질이 검출되는 것으로 결정함을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    상기 이물질 검출의 개시를 지시하는 이물질 상태 패킷을 상기 무선전력 수신장치로부터 수신함으로써, 상기 초기전압이 상기 기준전압의 범위에 속하는지 확인함을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 초기전압이 상기 기준전압의 범위에 속하는지 확인하면,
    상기 제어 유닛은 상기 무선전력 전송장치를 이물질 검출 페이즈로 진입하도록 제어함을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 이물질 상태 패킷은 프리앰블(preamble), 헤더(header), 메시지 및 체크섬(checksum)을 포함하고,
    상기 헤더와 상기 메시지는 각각 1바이트(byte)로 구성되고, 상기 헤더의 값은 0x05이며, 상기 메시지의 값은 0x00인 것을 특징으로 하는, 무선전력 전송장치.
  6. 1차 코어블락을 구비한 무선전력 전송장치에 의해 이물질을 검출방법으로서,
    무선 전력을 전송하는데 필요한 AC 신호를 상기 1차 코어블락에 인가하는 단계;
    무선전력 수신장치에 구비된 2차 코어블락과 상기 1차 코어블락을 자기 유도 또는 자기 공진에 의해 결합함으로써 전력 신호(power signal)를 상기 무선전력 수신장치로 전송하는 단계;
    상기 무선전력 수신장치에서 외부 부하에 연결되는 출력 단자의 초기전압이 기준전압의 범위에 속하는지 확인하는 단계;
    상기 1차 코어블락에서 전송되는 초기 전송 전력을 측정하는 단계; 및
    상기 초기 전송 전력을 기반으로 이물질 검출을 수행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 이물질 검출방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 이물질 검출을 수행하는 단계는,
    상기 초기 전송 전력을 상기 이물질이 존재하지 않는 환경에서 얻어지는 기준전력과 비교하는 단계;
    상기 초기 전송 전력이 상기 기준전력보다 크면, 상기 이물질이 검출되는 것으로 결정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 이물질 검출방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 이물질 검출의 개시를 지시하는 이물질 상태 패킷을 상기 무선전력 수신장치로부터 수신하는 단계를 더 포함하되,
    상기 이물질 상태 패킷을 기반으로 상기 초기전압이 상기 기준전압의 범위에 속하는지 확인됨을 특징으로 하는, 이물질 검출방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 초기전압이 상기 기준전압의 범위에 속하는지 확인되면,
    상기 무선전력 전송장치는 이물질 검출 페이즈로 진입함을 특징으로 하는, 이물질 검출방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 이물질 상태 패킷은 프리앰블(preamble), 헤더(header), 메시지 및 체크섬(checksum)을 포함하고,
    상기 헤더와 상기 메시지는 각각 1바이트(byte)로 구성되고, 상기 헤더의 값은 0x05이며, 상기 메시지의 값은 0x00인 것을 특징으로 하는, 이물질 검출방법.
  11. 이물질을 검출하는 무선전력 수신장치로서,
    무선전력 전송장치에 구비된 1차 코어블락과 자기 유도 또는 자기 공진에 의해 결합함으로써 무선 전력을 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 2차 코어블락;
    상기 2차 코어블락에 연결되고, 상기 2차 코어블락에서 생성되는 AC 파형(waveform)에 대한 전파 정류(full-wave rectification)를 수행하여 제어 유닛과 외부 부하에 전력을 제공하는 정류 유닛; 및
    상기 외부 부하에 연결되는 출력 단자의 초기전압을 측정하고, 상기 초기전압이 기준전압 범위에 존재하는 경우 상기 무선전력 수신장치를 이물질 검출 페이즈(phase)로 진입하도록 제어하는 제어 유닛을 포함함을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 이물질 검출 페이즈에서 상기 이물질 검출의 개시를 지시하는 이물질 상태 패킷을 생성하고, 상기 이물질 상태 패킷을 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 것을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이물질 상태 패킷은 프리앰블(preamble), 헤더(header), 메시지 및 체크섬(checksum)을 포함하고,
    상기 헤더와 상기 메시지는 각각 1바이트(byte)로 구성되고, 상기 헤더의 값은 0x05이며, 상기 메시지의 값은 0x00인 것을 특징으로 하는, 무선전력 수신장치.
  14. 2차 코어블락을 구비한 무선전력 수신장치에 의한 이물질 검출방법으로서,
    무선전력 전송장치에 구비된 1차 코어블락과 자기 유도 또는 자기 공진에 의해 결합함으로써 전력 신호를 상기 무선전력 전송장치로부터 수신하는 단계;
    상기 2차 코어블락에서 생성되는 AC 파형(waveform)에 대한 전파 정류(full-wave rectification)를 수행하는 단계;
    상기 무선전력 수신장치의 외부 부하에 연결되는 출력 단자의 초기전압을 측정하는 단계; 및
    상기 초기전압이 기준전압 범위에 존재하는 경우 상기 무선전력 수신장치를 이물질 검출 페이즈(phase)로 진입하도록 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 이물질 검출방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이물질 검출 페이즈에서 상기 이물질 검출의 개시를 지시하는 이물질 상태 패킷을 생성하는 단계; 및
    상기 이물질 상태 패킷을 상기 무선전력 전송장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이물질 검출방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이물질 상태 패킷은 프리앰블(preamble), 헤더(header), 메시지 및 체크섬(checksum)을 포함하고,
    상기 헤더와 상기 메시지는 각각 1바이트(byte)로 구성되고, 상기 헤더의 값은 0x05이며, 상기 메시지의 값은 0x00인 것을 특징으로 하는, 이물질 검출방법.

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