KR20150011274A - 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛 및 전력 수신 유닛과 그 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛의 통신 방법이 개시된다. 일 실시예는 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 접속 요청 신호를 수신하고, 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 식별 정보를 전송하며, 상기 식별 정보를 수신한 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 수신하는 단계를 포함한다.

Description

무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛 및 전력 수신 유닛과 그 통신 방법{Power Transmitting Unit, and Power Receiving Unit and Method for Communication in Wireless Power Transfer System}
아래 실시예들은 공진 방식을 이용한 무선 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
무선 전력은, 자기 공진 커플링(Magnetic resonant coupling)을 통해 전력 전송 유닛(Power Transmitting Unit, PTI)로부터 전력 수신 유닛(Power Receiving Unit, PRU)로 전달되는 에너지를 의미한다. 따라서, 무선 전력 전송 시스템 또는 무선 전력 충전 시스템은, 전력을 무선으로 전송하는 전력 전송 장치와 전력을 무선으로 수신하는 전력 수신 장치를 포함한다.
전력 전송 장치는 소스 공진기(source resonator)를 구비하고, 전력 수신 장치는 타겟 공진기(target resonator)를 구비한다. 소스 공진기와 타겟 공진기는 자기 공진 커플링을 일으킬 수 있다.
실시예들은 전력 전송 유닛이 전력 수신 유닛의 식별 정보를 전력 수신 유닛으로 전송하고, 전력 수신 유닛은 식별정보를 기초로 임피던스 변화를 제어하여, 임피던스 변화 정보를 전력 전송 유닛으로 전송하여 크로스 커넥션을 방지할 수 있다.
또한, 실시예들은 전력 수신 유닛이 전력 전송 유닛으로 전력 변화 요청을 전송하고, 전력 전송 유닛은 변화 요청에 응답하여 변화된 전력을 전송하여, 크로스 커넥션을 방지할 수 있다.
무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛(Power Transmitting Unit, PTU)의 통신 방법에 있어서, 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 접속 요청 신호를 수신하는 단계; 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 전송하는 단계; 상기 식별 정보를 수신한 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 센싱하는 단계; 및 상기 센싱된 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 기초로 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 통신 방법에 있어서, 상기 접속 요청 신호, 및 상기 임피던스 변화 정보는 아웃 밴드 통신 채널을 통해 송수신될 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정하는 단계는 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화가 미리 정해진 패턴과 일치하는 경우, 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정할 수 있다.
또한, 상기 전력 전송 유닛은, 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보가 저장된 테이블을 포함할 수 있다.
다른 일 측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛(Power Transmitting Unit, PTU)의 통신 방법에 있어서, 적어도 하나의 전력 수신 유닛과 통신 채널을 설정하는 단계; 상기 통신 채널을 통해 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 전력 변화 요청을 수신하는 단계; 상기 전력 변화 요청에 응답하여, 미리 정해진 시간 이내에 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 변화된 전력을 전송하는 단계를 포함한다.
일 측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛(Power Receiving Unit, PRU)의 통신 방법은 전력 전송 유닛의 충전 영역에 진입 시 상기 전력 전송 유닛으로 접속 요청 신호를 전송하는 단계; 상기 전력 전송 유닛으로부터 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 수신하는 단계; 및 상기 임피던스 변화 정보를 기초로 임피던스의 변화를 제어하는 단계를 포함한다.
다른 일 측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛(Power Receiving Unit, PRU)의 통신 방법은 통신 채널을 통해 전력 전송 유닛으로 전력 변화 요청을 전송하는 단계; 상기 전력 전송 유닛으로부터 변화된 전력을 수신하는 단계; 및 미리 정해진 시간 이내에 상기 변화된 전력을 수신하는 경우, 상기 통신 채널을 통해 접속 요청 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 전력 수신 유닛의 통신 방법에 있어서, 상기 전력 전송 유닛으로부터 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하지 못한 경우, 상기 전력 전송 유닛과의 상기 통신 채널을 통한 통신 연결을 디스커넥트할 수 있다.
일 측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛은 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 접속 요청 신호를 수신하는 접속 요청 수신부; 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 전송하는 임피던스 변화 정보 전송부; 상기 인피던스 변화 정보를 수신한 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 센싱하는 센싱부; 및 상기 적어도 센싱된 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 기초로 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정하는 결정부를 포함한다.
상기 접속 요청 신호, 및 상기 임피던스 변화 정보는 아웃 밴드 통신 채널을 통해 송수신될 수 있다.
상기 결정부는, 상시 센싱부에 의해 센싱된 상기 임피던스 변화가 미리 정해진 패턴과 일치하는 경우, 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정할 수 있다.
상기 전력 전송 유닛은, 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보가 저장된 테이블을 포함할 수 있다.
다른 일 측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛은 적어도 하나의 전력 수신 유닛과 통신 채널을 설정하는 채널 설정부; 상기 통신 채널을 통해 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 전력 변화 요청을 수신하는 전력 변화 요청 수신부; 및 상기 전력 변화 요청에 응답하여, 미리 정해진 시간 이내에 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 변화된 전력을 전송부를 포함한다.
일 측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛은 전력 전송 유닛의 충전 영역에 진입 시 상기 전력 전송 유닛으로 접속 요청 신호를 전송하는 접속 요청 신호 전송부; 상기 전력 전송 유닛으로부터 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 수신하는 임피던스 변화 정보 수신부; 및 상기 임피던스 변화 정보를 기초로 임피던스의 변화를 제어하는 제어부를 포함한다.
다른 일 측에 따른 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛은 통신 채널을 통해 전력 전송 유닛으로 전력 변화 요청을 전송하는 전력 변화 요청부; 상기 전력 전송 유닛으로부터 변화된 전력을 수신하는 수신부; 및 미리 정해진 시간 이내에 상기 변화된 전력을 수신하는 경우, 상기 통신 채널을 통해 접속 요청 신호를 전송하는 접속 요청부를 포함한다.
상기 전력 전송 유닛으로부터 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하지 못한 경우, 상기 전력 전송 유닛과의 상기 통신 채널을 통한 통신 연결을 디스커넥트할 수 있다.
실시예들은 전력 전송 유닛이 전력 수신 유닛의 식별 정보를 전력 수신 유닛으로 전송하고, 전력 수신 유닛은 식별정보를 기초로 임피던스 변화를 제어하여, 임피던스 변화 정보를 전력 전송 유닛으로 전송하여 크로스 커넥션을 방지할 수 있다.
또한, 실시예들은 전력 수신 유닛이 전력 전송 유닛으로 전력 변화 요청을 전송하고, 전력 전송 유닛은 변화 요청에 응답하여 변화된 전력을 전송하여, 크로스 커넥션을 방지할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더에서 자기장의 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 피더의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 멀티 소스 환경에서 크로스 커넥션을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛 및 전력 수신 유닛의 통신 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 전력 수신 유닛의 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛 및 전력 수신 유닛의 통신 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 블록도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 전력 수신 유닛의 블록도이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
소스(source)와 타겟(target) 또는 소스와 다른 소스 간에 통신을 수행하는 방식은 인 밴드 통신 방식과 아웃 밴드 통신 방식을 포함할 수 있다.
인 밴드 통신 방식에서, 소스와 타겟 또는 소스와 다른 소스는 전력의 전송에 이용하는 주파수와 동일한 주파수를 사용하여 통신할 수 있다.
아웃 밴드 통신 방식에서, 소스와 타겟 또는 소스와 다른 소스는 전력 전송에 이용되는 주파수와는 다른 별도의 주파수를 이용하여 통신할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템은 소스(110) 및 타겟(120)을 포함한다. 소스(110)는 무선 전력을 공급하는 디바이스를 의미하며, 디바이스에는 패드, 단말, TV, 의료기기, 전기 자동차(electric vehicle) 등 전력을 공급할 수 있는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 타겟(120)은 무선 전력을 공급받는 디바이스를 의미하며, 전력을 필요로 하는 모든 전자기기가 포함될 수 있다. 이때, 전자기기에는 패드, 단말, 태블릿, 의료기기, 전기 자동차(electric vehicle) 등이 포함될 수 있다.
소스(110)는 가변 SMPS(Variable Switching Mode Power Supply: Variable SMPS)(111), 파워 증폭기(Power Amplifier)(112), 매칭 네트워크(113), 송신 제어부(114) 및 통신부(115)를 포함할 수 있다.
가변 SMPS(111)는 파워 공급기(Power Supply)로부터 출력되는 수십 Hz 대역의 AC 전압을 스위칭하여 직류(DC) 전압을 생성한다. 가변 SMPS(Variable SMPS)(111)는 일정한 레벨의 직류 전압을 출력하거나 송신 제어부(Tx Control Logic)(114)의 제어에 따라 직류 전압의 출력 레벨을 조정할 수 있다.
가변 SMPS(111)는 Class-E 타입의 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)가 항상 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대효율을 유지하도록 한다.
가변 SMPS(111) 대신에 일반적으로 사용되는 상용 SMPS를 사용하는 경우에는, 추가적으로 가변 직류-직류(Variable 직류-직류) 변환기를 사용해야 한다. 상용 SMPS와 가변 직류-직류 변환기는 Class-E 타입의 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)가 항상 효율이 높은 포화 영역에서 동작할 수 있도록, 파워 증폭기(112)의 출력 전력 레벨에 따라 공급 전압을 제어하여, 모든 출력 레벨에서 최대효율을 유지하게 할 수 있다.
파워 검출기(Power Detector)(116)는 가변 SMPS(Variable SMPS)(111)의 출력 전류 및 전압을 검출하고, 검출된 전류 및 전압에 대한 정보를 송신 제어부(114)로 전달할 수 있다. 또한, 파워 검출기(116)는 파워 증폭기(112)의 입력 전류 및 전압을 검출할 수도 있다.
파워 증폭기(Power Amplifier)(112)는 수 MHz ~ 수십 MHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 직류 전압을 교류(AC) 전압으로 변환함으로써 전력을 생성할 수 있다. 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)는 기준 공진 주파수 FRef를 이용하여 파워 증폭기(Power Amplifier)(112)에 공급되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환함으로써, 복수의 타겟 디바이스들에서 사용되는 통신용 전력 또는 충전용 전력을 생성할 수 있다.
수 킬로와트(KW)~수십 킬로와트에 해당하는 대 전력을 수십 KHz ~ 수백 KHz 대역의 공진 주파수를 이용하여 전송하는 경우에는 파워 증폭기(112)가 사용되지 않을 수 있다. 대신에 가변 SMPS(111) 또는 대전력 전원으로부터 전력이 소스 공진기(131)로 전달될 수 있다. 이 경우, 파워 증폭기(112) 대신 인버터(inverter)가 사용될 수 있다. 인버터는 대전력 전원으로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 인버터는 수십 KHz ~ 수백 KHz 대역의 스위칭 펄스 신호에 의하여 일정한 레벨의 직류 전압을 교류 전압으로 변환함으로써 전력을 변환할 수 있다. 예를 들어, 인버터는 소스 공진기의 수십 KHz ~ 수백 KHz 대역의 공진 주파수를 이용하여 일정한 레벨의 직류 전압을 교류 전압으로 변환할 수 있다.
여기서, 통신용 전력은 0.1~1mWatt의 작은 전력을 의미하고, 충전용 전력은 타겟 디바이스의 디바이스 부하에서 소비되는 수 밀리와트(mW)~수십 킬로와트(KW)의 큰 전력을 의미한다. 본 명세서에서, "충전"이라는 용어는 전력을 충전하는 유닛(unit) 또는 요소(element)에 전력을 공급하는 의미로 사용될 수 있다. 또한, "충전"이라는 용어는 전력을 소비하는 유닛(unit) 또는 요소(element)에 전력을 공급하는 의미로도 사용될 수 있다. 여기서, 유닛(unit) 또는 요소(element)는 예를 들어 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서, 각종 센서들을 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 "기준 공진 주파수"는 소스(110)가 기본적으로 사용하는 공진 주파수의 의미로 사용된다. 또한, "트래킹 주파수"는 기 설정된 방식에 따라 조정된 공진 주파수의 의미로 사용된다.
송신 제어부(114)는 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"에 대한 반사파를 검출하고, 검출된 반사파에 기초하여 타겟 공진기(Target Resonator)(133)와 소스 공진기(Source Resonator)(131) 사이의 미스매칭(mismatching)을 검출한다. 송신 제어부(114)는 반사파의 포락선(envelop)을 검출함으로써, 미스 매칭을 검출하거나 반사파의 전력량을 검출함으로써 미스매칭을 검출할 수 있다.
매칭 네트워크(113)는 송신 제어부(114)의 제어에 따라 소스 공진기(131)와 타겟 공진기(133) 간의 임피던스 미스매칭을 최적의 매칭으로 보상할 수 있다. 매칭 네트워크(113)는 캐패시터 또는 인덕터의 조합으로 송신 제어부(114)의 제어에 따라 스위치를 통해 연결될 수 있다.
수십 KHz ~ 수백 KHz 대역의 공진 주파수를 이용하여 대전력을 전송하는 경우에는, 소스(110)에서 매칭 네트워크(113)의 구성이 생략될 수도 있다. 대전력의 전송 시에는 매칭 네트워크(113)의 영향이 감소할 수 있기 때문이다.
송신 제어부(114)는 소스 공진기(131) 또는 파워 증폭기(112)의 출력 전압의 레벨 및 상기 반사파의 전압 레벨에 기초하여 전압정재파비(Voltage Standing Wave Ratio: VSWR)를 계산하고, 상기 전압정재파비가 기 설정된 값보다 커지면 상기 미스매칭이 검출된 것으로 결정할 수 있다.
또한, 송신 제어부(114)는 상기 전압정재파비(VSWR)가 기 설정된 값보다 커지면 기 설정된 N개의 트래킹 주파수 각각에 대한 전력 전송 효율을 계산하고, 상기 N개의 트래킹 주파수 중 전력 전송 효율이 가장 좋은 트래킹 주파수 FBest를 결정하고, 기준 공진 주파수 FRef를 상기 FBest로 조정할 수 있다.
또한, 송신 제어부(114)는 스위칭 펄스 신호의 주파수를 조정할 수 있다. 송신 제어부(114)의 제어에 의하여 스위칭 펄스 신호의 주파수가 결정될 수 있다. 송신 제어부(114)는 파워 증폭기(112)를 제어함으로써, 타겟(120)에 전송하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 통신부(115)는 인-밴드 통신을 통해 타겟(120)과 다양한 데이터(140)를 전송할 수 있다. 또한, 송신 제어부(114)는 반사파를 검출하고, 반사파의 포락선을 통해 타겟(120)으로부터 수신되는 신호를 복조할 수 있다.
송신 제어부(114)는 다양한 방법을 통해, 인-밴드(in-band) 통신을 수행하기 위한 변조 신호를 생성할 수 있다. 송신 제어부(114)는 스위칭 펄스 신호를 온/오프 함으로써, 변조신호를 생성할 수 있다. 또한, 송신 제어부(114)는 델타-시그마 변조를 수행하여, 변조신호를 생성할 수 있다. 송신 제어부(114)는 일정한 포락선을 가지는 펄스폭 변조신호를 생성할 수 있다.
송신 제어부(114)는 소스(110)의 온도변화, 타겟(120)의 배터리 상태, 수신 전력량의 변화, 또는 타겟(120)의 온도 변화를 고려하여 타겟(120)으로 전송할 초기 무선 전력을 결정할 수 있다.
소스(110)는 온도 변화를 감지하기 위한 온도 측정 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 타겟(120)의 배터리 상태, 수신 전력량의 변화, 또는 타겟(120)의 온도 변화에 대한 정보는 통신을 통해 타겟(120)으로부터 수신할 수 있다.
즉, 타겟(120)의 온도 변화는 타겟(120)으로부터 수신된 데이터에 기초하여 검출될 수 있다.
이때, 송신 제어부(114)는 소스(110)의 온도의 변화에 따라 파워 증폭기(112)로 공급되는 전압의 조정 량이 저장된 룩업-테이블을 이용하여 파워 증폭기(112)로 공급되는 전압을 조정할 수 있다. 예를 들어, 소스(110)의 온도가 상승한 경우, 송신 제어부(114)는 파워 증폭기(112)로 공급되는 전압을 낮출 수 있다.
한편, 통신부(115)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(115)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(115)는 아웃-밴드 통신을 통해 타겟(120)과 데이터(140)를 전송할 수 있다.
소스 공진기(131)는 전자기(electromagnetic) 에너지(130)를 타겟 공진기(133)로 전달(transferring)한다. 소스 공진기(131)는 타겟 공진기(133)와의 마그네틱 커플링을 통해 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 타겟(120)으로 전달한다. 여기서, 소스 공진기(131)는 초전도체 물질로 구성될 수 있다. 또한, 도 1에서 도시되지는 않았지만 소스 공진기(131)가 초전도 성질을 유지하도록, 소스 공진기(131)는 냉각제를 포함하는 컨테이너에 위치할 수 있다. 가열된 냉각제는 냉각기에 의해 기체에서 액체로 액화될 수 있다. 다른 일예로, 타겟 공진기(133)가 초전도체 물질로 구성될 수도 있다. 이 경우 타겟 공진기(133)가 초전도 성질을 유지하도록 타겟 공진기(131)는 냉각제를 포함하는 컨테이너에 위치할 수 있다.
타겟(120)은 매칭 네트워크(121), 정류부(122), 직류-직류 변환기(123), 통신부(124) 및 수신 제어부(Rx Control Logic)(125)를 포함할 수 있다.
타겟 공진기(133)는 소스 공진기(131)로부터 전자기(electromagnetic) 에너지를 수신한다. 즉, 타겟 공진기(133)는 소스 공진기(131)와의 마그네틱 커플링을 통해 소스(110)로부터 "통신용 전력" 또는 "충전용 전력"을 수신할 수 있다. 또한, 타겟 공진기(133)는 인-밴드 통신을 통해 소스(110)로부터 다양한 데이터(140)를 수신할 수 있다.
타겟 공진기(133)는 소스(110)의 온도변화, 타겟(120)의 배터리 상태, 수신 전력량의 변화, 또는 타겟(120)의 온도 변화를 고려하여 결정된 초기 무선 전력을 수신한다.
매칭 네트워크(121)는 소스(110) 측으로 보이는 입력 임피던스와 부하(Load)측으로 보이는 출력 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 매칭 네트워크(121)는 캐패시터와 인덕터의 조합으로 구성될 수 있다.
정류부(122)는 교류 전압을 정류함으로써, 직류 전압을 생성한다. 정류부(122)는 타겟 공진기(133)에 수신된 교류 전압을 정류할 수 있다.
직류-직류 변환기(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 부하에서 필요로 하는 용량에 맞게 조정한다. 예를 들어, 직류-직류 변환기(123)는 정류부(122)에서 출력되는 DC 전압의 레벨을 3~10Volt로 조정할 수 있다.
파워 검출기(Power Detector)(127)는 직류-직류 변환기(123)의 입력단(126)의 전압과 출력단의 전류 및 전압을 검출할 수 있다. 검출된 입력단(126)의 전압은 소스에서 전달되는 전력의 전송 효율을 계산하는데 사용될 수 있다. 검출된 출력단의 전류 및 전압은 수신 제어부(Rx Control Logic)(125)가 부하(Load)에 전달되는 전력을 계산하는데 사용될 수 있다. 소스(110)의 송신 제어부(114)는 부하(Load)의 필요전력과 부하(Load)에 전달되는 전력을 고려하여, 소스(110)에서 전송해야 할 전력을 결정할 수 있다.
통신부(124)를 통해 계산된 출력단의 전력이 소스(110)로 전달되면, 소스(110)는 전송해야 할 전력을 계산할 수 있다.
통신부(124)는 공진 주파수를 이용하여 데이터를 송수신하는 인-밴드 통신을 수행할 수 있다. 이때, 수신 제어부(125)는 타겟 공진기(133)과 정류부(122) 사이의 신호를 검출하여 수신 신호를 복조하거나, 정류부(122)의 출력 신호를 검출하여 수신 신호를 복조할 수 있다. 즉, 수신 제어부(125)는 인-밴드 통신을 통해 수신된 메시지를 복조할 수 있다. 또한, 수신 제어부(125)는 매칭 네트워크(121)를 통하여 타겟 공진기(133)의 임피던스를 조정함으로써, 소스(110)에 전송하는 신호를 변조할 수 있다. 간단한 예로, 수신 제어부(125)는 타겟 공진기(133)의 임피던스를 증가 시킴으로써, 소스(110)의 송신 제어부(114)에서 반사파가 검출되도록 할 수 있다. 반사파의 발생 여부에 따라, 소스(110)의 송신 제어부(114)는 제1 값(예를 들어, 이진수 "0") 또는 제2 값(예를 들어, 이진수 "1")을 검출할 수 있다.
통신부(124)는 "해당 타겟의 제품의 종류", "해당 타겟의 제조사 정보", "해당 타겟의 모델명", "해당 타겟의 배터리 유형(Battery type)", "해당 타겟의 충전 방식", "해당 타겟의 부하(Load)의 임피던스 값", "해당 타겟의 타겟 공진기의 특성에 대한 정보", "해당 타겟의 사용 주파수 대역에 대한 정보", "해당 타겟의 소요되는 전력량", "해당 타겟의 고유의 식별자" 및 "해당 타겟의 제품의 버전 또는 규격 정보"를 포함하는 응답 메시지를 소스(110)의 통신부(115)로 전송할 수 있다.
한편, 통신부(124)는 통신 채널을 이용하는 아웃-밴드 통신을 수행할 수도 있다. 통신부(124)는 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 통신부(124)는 아웃-밴드 통신을 통해 소스(110)와 데이터(140)를 송수신 할 수 있다.
통신부(124)는 소스(110)로부터 웨이크-업 요청 메시지를 수신하고, 파워 검출기(Power Detector)(127)는 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양을 검출하며, 통신부(124)는 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양에 대한 정보를 소스(110)로 전송할 수 있다. 이때, 타겟 공진기(133)에 수신되는 전력의 양에 대한 정보는, "정류부(122)의 입력 전압 값 및 전류 값", "정류부(122)의 출력 전압 값 및 전류 값" 또는 "직류-직류 변환기(123)의 출력 전압 값 및 전류 값"이다.
도 2 내지 도 4에서 "공진기"는 소스 공진기 및 타겟 공진기를 포함한다.
도 2 내지 도 4의 공진기는 도 1, 도 5 내지 도 9에서 설명된 공진기에 적용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 공진기 및 피더(feeder)에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
별도의 피더를 통해 공진기가 전력을 공급받는 경우에는 피더에서 자기장이 발생하고, 공진기에서도 자기장이 발생한다.
소스 공진기 및 상기 타겟 공진기는 외부 루프 및 내부 루프로 구성되는 이중 루프 구조를 가질 수 있다.
도 2의 (a)를 참조하면, 피더(210)에서 입력 전류가 흐름에 따라 자기장(230)이 발생한다. 피더(210) 내부에서 자기장의 방향(231)과 외부에서 자기장의 방향(233)은 서로 반대이다. 피더(210)에서 발생하는 자기장(230)에 의해 공진기(220)에서 유도 전류가 발생한다. 이때 유도 전류의 방향은 입력 전류의 방향과 반대이다.
유도 전류에 의해 공진기(220)에서 자기장(240)이 발생한다. 자기장의 방향은 공진기(220)의 내부에서는 동일한 방향을 가진다. 따라서, 공진기(220)에 의해 피더(210)의 내부에서 발생하는 자기장의 방향(241)과 피더(210)의 외부에서 발생하는 자기장의 방향(243)은 동일하다.
피더(210)에 의해서 발생하는 자기장과 공진기(220)에서 발생하는 자기장을 합성하면, 피더(210)의 내부에서는 자기장의 세기가 약화되고, 피더(210)의 외부에서는 자기장의 세기가 강화된다. 따라서, 도 2와 같은 구조의 피더(210)를 통해 공진기(220)에 전력을 공급하는 경우에, 공진기(220) 중심에서 자기장의 세기가 약하고, 외곽에서 자기장의 세기가 강하다. 공진기(220) 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.
도 2의 (b)는 공진기(250)와 피더(260)가 공통의 접지를 가진 무선 전력 전송 장치의 구조를 나타낸다. 공진기(250)는 캐패시터(251)를 포함할 수 있다. 피더(260)는 포트(261)를 통하여, RF 신호를 입력 받을 수 있다. 피더(260)에는 RF 신호가 입력되어, 입력 전류가 생성될 수 있다. 피더(260)에 흐르는 입력 전류는 자기장을 생성하고, 상기 자기장으로부터 공진기(250)에 유도 전류가 유도된다. 또한, 공진기(250)를 흐르는 유도 전류로부터 자기장이 발생한다. 이때, 피더(260)에 흐르는 입력 전류의 방향과 공진기(250)에 흐르는 유도 전류의 방향은 서로 반대 위상을 가진다. 따라서, 공진기(250)와 피더(260) 사이의 영역에서, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(271)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(273)은 동일한 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 강화된다. 피더(260)의 내부에서는, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(281)과 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향(283)은 반대 위상을 가지므로, 자기장의 세기가 약화된다. 공진기(250)의 중심에서는 자기장의 세기가 약해지고, 공진기(250)의 외곽에서는 자기장의 세기가 강화될 수 있다.
피더(260)는 피더(260) 내부의 면적을 조절하여, 입력 임피던스를 결정할 수 있다. 여기서 입력 임피던스는 피더(260)에서 공진기(250)를 바라볼 때, 보이는 임피던스를 의미한다. 피더(260) 내부의 면적이 커지면 입력 임피던스는 증가하고, 내부의 면적이 작아지면 입력 임피던스는 감소한다. 입력 임피던스가 감소하는 경우에도, 공진기(250) 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.
도 3은 일 실시예에 따른 공진기 및 피더의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 공진기(310)는 캐패시터(311)를 포함할 수 있다. 피딩부(320)는 캐패시터(311)의 양단에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3의 (b)는 (a)의 구조를 좀 더 구체적으로 표시한 도면이다. 이때, 공진기(310)는 제1 전송선로, 제1 도체(341), 제2 도체(342), 적어도 하나의 제1 캐패시터(350)를 포함할 수 있다.
제1 캐패시터(350)는 제1 전송 선로에서 제1 신호 도체 부분(331)과 제2 신호 도체 부분(332) 사이에 위치에 직렬로 삽입되며, 그에 따라 전계(electric field)는 제1 캐패시터(350) 내로 제한된다. 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(331)과 제2 신호 도체 부분(332)로 나누어 부르고, 제1 전송 선로의 하부에 있는 도체를 제1 그라운드 도체 부분(333)으로 부르기로 한다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 공진기는 2 차원 구조의 형태를 갖는다. 제1 전송 선로는 상부에 제1 신호 도체 부분(331) 및 제2 신호 도체 부분(332)을 포함하고, 하부에 제1 그라운드 도체 부분(333)을 포함한다. 제1 신호 도체 부분(331) 및 제2 신호 도체 부분(332)과 제1 그라운드 도체 부분(333)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제1 신호 도체 부분(331) 및 제2 신호 도체 부분(332)을 통하여 흐른다.
또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 신호 도체 부분(331)의 한쪽 단은 제1 도체(341)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(350)와 연결된다. 제2 신호 도체 부분(332)의 한쪽 단은 제2 도체(342)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제1 캐패시터(350)와 연결된다. 제1 신호 도체 부분(331), 제2 신호 도체 부분(332) 및 제1 그라운드 도체 부분(333), 도체들(341, 342)은 서로 연결됨으로써, 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(350)는 전송 선로의 중단부에 삽입된다. 보다 구체적으로, 제1캐패시터(350)는 제1 신호 도체 부분(331) 및 제2 신호 도체 부분(332) 사이에 삽입된다. 이 때, 제1 캐패시터(350)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(350)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. 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(350)의 캐패시턴스가 적절히 정해지는 경우, 소스 공진기는 메타물질의 특성을 가질 수 있다. 특히, 제1 캐패시터(350)의 캐패시턴스를 적절히 조절함으로써, 소스 공진기는 음의 투자율을 가질 수 있으므로, 소스 공진기는 MNG 공진기로 불려질 수 있다. 제1 캐패시터(350)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(350)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. 아래에서 다시 설명하겠지만, MNG 공진기에서 공진 주파수를 변경하기 위해서는 제1 캐패시터(1350)를 적절히 설계하는 것으로 충분하므로, MNG 공진기의 물리적인 사이즈를 변경하지 않을 수 있다.
또한, 근접장(near field)에서 전계는 전송 선로에 삽입된 제1 캐패시터(1350)에 집중되므로, 제1 캐패시터(1350)로 인하여 근접 필드에서는 자기장(magnetic field)이 도미넌트(dominant)해진다. MNG 공진기는 집중 소자의 제1 캐패시터(350)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, 도 3의 (b)에 도시되지 아니하였으나, MNG 공진기를 관통하는 마그네틱 코어가 더 포함될 수 있다. 이러한 마그네틱 코어는 전력 전송 거리를 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 피딩부(320)는 제2 전송선로, 제3 도체(371), 제4 도체(372), 제5 도체(381) 및 제6 도체(382)를 포함할 수 있다.
제2 전송 선로는 상부에 제3 신호 도체 부분(361) 및 제4 신호 도체 부분(362)을 포함하고, 하부에 제2 그라운드 도체 부분(363)을 포함한다. 제3 신호 도체 부분(361) 및 제4 신호 도체 부분(362)과 제2 그라운드 도체 부분(363)은 서로 마주보게 배치된다. 전류는 제3 신호 도체 부분(361) 및 제4 신호 도체 부분(362)을 통하여 흐른다.
또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 제3 신호 도체 부분(361)의 한쪽 단은 제3 도체(371)와 접지(short)되고, 다른 쪽 단은 제5 도체(381)와 연결된다. 제4 신호 도체 부분(362)의 한쪽 단은 제4 도체(372)와 접지되며, 다른 쪽 단은 제6 도체(382)와 연결된다. 제5 도체(381)는 제1 신호 도체 부분(331)과 연결되고, 제6 도체(382)는 제2 신호 도체 부분(332)과 연결된다. 제5 도체(381)와 제6 도체(382)는 제1 캐패시터(350)의 양단에 병렬로 연결된다. 이때, 제5 도체(381) 및 제6 도체(382)는 RF신호를 입력받는 입력 포트로 사용될 수 있다.
제3 신호 도체 부분(361), 제4 신호 도체 부분(362) 및 제2 그라운드 도체 부분(363), 제3 도체(371), 제4 도체(372), 제5 도체(381), 제6 도체(382) 및 공진기(310)는 서로 연결됨으로써, 공진기(310) 및 피딩부(320)는 전기적으로 닫혀 있는 루프 구조를 갖는다. 여기서, '루프 구조'는 원형 구조, 사각형과 같은 다각형의 구조 등을 모두 포함한다. 제5 도체(381) 또는 제6 도체(382)를 통하여 RF 신호가 입력되면, 입력 전류는 피딩부(320) 및 공진기(310)를 통해 흐르고, 입력 전류에 의해 발생하는 자기장에 의하여, 공진기(310)에 유도 전류가 유도 된다. 피딩부(320)에서 흐르는 입력 전류의 방향과 공진기(310)에서 흐르는 유도 전류의 방향이 동일하게 형성됨으로써, 공진기(310)의 중앙에서는 자기장의 세기가 강화되고, 공진기(310)의 외곽에서는 자기장의 세기가 약화된다.
공진기(310)와 피딩부(320) 사이 영역의 면적에 의해 입력 임피던스가 결정될 수 있으므로, 전력 증폭기의 출력 임피던스와 상기 입력 임피던스의 매칭을 수행하기 위해 별도의 매칭 네트워크는 필요하지 않을 수 있다. 매칭 네트워크가 사용되는 경우에도, 피딩부(320)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(371), 제4 도체(372), 제5 도체(381), 제6 도체(382) 는 공진기(310)와 동일한 구조를 형성할 수 있다. 공진기(310)가 루프 구조인 경우에는 피딩부(320)도 루프 구조일 수 있다. 또한, 공진기(310)가 원형 구조인 경우에는 피딩부(320)도 원형 구조일 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 피더의 피딩에 따른 공진기의 내부에서 자기장의 분포를 나타낸 도면이다.
무선 전력 전송에서 피딩은, 소스 공진기에 전력을 공급하는 것을 의미한다. 또한, 무선 전력 전송에서 피딩은, 정류부에 교류 전력을 공급하는 것을 의미할 수 있다. 도 4의 (a)는 피딩부에서 흐르는 입력 전류의 방향 및 소스 공진기에서 유도되는 유도 전류의 방향을 나타낸다. 또한, 도 4의 (a)는 피딩부의 입력 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향 및 소스 공진기의 유도 전류에 의해 발생하는 자기장의 방향을 나타낸다. 도 4의 (a)는 도 13의 공진기(310) 및 피딩부(320)를 좀 더 간략하게 표현한 도면이다. 도 4의 (b)는 피딩부와 공진기의 등가회로를 나타낸다.
도 4의 (a)를 참조하면, 피딩부의 제5 도체 또는 제6 도체는 입력 포트(410)로 사용될 수 있다. 입력 포트(410)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(410)에서 입력된 RF 신호는 피딩부에 흐르는 입력 전류의 형태로 표시될 수 있다. 피딩부를 흐르는 입력 전류는 피딩부의 전송선로를 따라 시계방향으로 흐른다. 피딩부의 제5 도체는 공진기와 전기적으로 연결된다. 좀 더 구체적으로, 제5 도체는 공진기의 제1 신호 도체 부분과 연결된다. 따라서 입력 전류는 피딩부 뿐만 아니라 공진기에도 흐르게 된다. 공진기에서 입력 전류는 반시계 방향으로 흐른다. 공진기에 흐르는 입력 전류에 의하여 자기장이 발생하고, 상기 자기장에 의해 공진기에 유도 전류가 생성된다. 유도 전류는 공진기에서 시계방향으로 흐른다. 이때 유도 전류는 공진기의 캐패시터에 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 유도 전류에 의해 자기장이 발생한다. 도 4의 (a)에서 피딩부 및 공진기에 흐르는 입력 전류는 실선으로 표시되고, 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(421)과 공진기에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(423)은 서로 동일하다. 따라서, 피딩부 내부에서 자기장의 세기가 강화된다.
또한, 피딩부와 공진기 사이의 영역에서, 피딩부에 흐르는 입력 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(433)과 소스 공진기에 흐르는 유도 전류에 의해 발생한 자기장의 방향(431)은 서로 반대이다. 따라서, 피딩부와 공진기 사이의 영역에서, 자기장의 세기는 약화된다.
루프 형태의 공진기에서는 일반적으로 공진기의 중심에서는 자기장의 세기가 약하고, 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 강하다. 도 4의 (a)를 참조하면, 피딩부가 공진기의 캐패시터 양단에 전기적으로 연결됨으로써 공진기의 유도 전류의 방향과 피딩부의 입력 전류의 방향이 동일해 진다. 공진기의 유도 전류의 방향과 피딩부의 입력 전류의 방향이 동일하기 때문에, 피딩부의 내부에서는 자기장의 세기가 강화되고, 피딩부의 외부에서는 자기장의 세기가 약화된다. 루프 형태의 공진기의 중심에서는 피딩부로 인하여 자기장의 세기가 강화되고, 공진기의 외곽부분에서는 자기장의 세기가 약화될 수 있다. 공진기 내부에서는 전체적으로 자기장의 세기가 균일해질 수 있다.
한편, 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.
도 4의 (b)를 참조하면, 피딩부(440) 및 공진기(450)는 등가회로로 표현될 수 있다. 피딩부(440)에서 공진기 측을 바라볼 때 보이는 입력 임피던스 Zin은 다음의 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, M은 피딩부(440)와 공진기(450) 사이의 상호 인덕턴스를 의미하고,
Figure pat00002
는 피딩부(440)와 공진기(450) 간의 공진 주파수를 의미하고, Z는 공진기(450)에서 타겟 디바이스 측을 바라볼 때 보이는 임피던스를 의미한다. Zin은 상호 인덕턴스 M에 비례한다. 따라서, 피딩부(440)와 공진기(450) 사이에 상호 인덕턴스를 조절함으로써 Zin을 제어할 수 있다. 상호 인덕턴스 M은 피딩부(440)와 공진기(450) 사이 영역의 면적에 따라 조절될 수 있다. 피딩부(440)의 크기에 따라 피딩부(440)와 공진기(450) 사이 영역의 면적이 조절될 수 있다. Zin은 피딩부(\440)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, 도 4의 (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.
<멀티 소스 환경에서 크로스 커넥션 >
도 5는 일 실시예에 따른 멀티 소스 환경에서 크로스 커넥션(cross-connection)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 멀티 소스 환경은 복수의 전력 전송 유닛들(510, 520)을 포함한다.
제1 전력 전송 유닛(510)의 유효 전력 전송 영역(501)은 제2 전력 전송 유닛(520)의 유효 전력 전송 영역(503)과 겹치지 않도록 설정될 수 있다.
이때, "유효 전력 전송 영역"이란, 기 설정된 전력 전송 효율이 보장될 수 있는 영역을 의미한다. 예를 들어, 전력 수신 유닛(511)은 제1 전력 전송 유닛(510)의 유효 전력 전송 영역(501) 내에 위치하기 때문에, 제1 전력 전송 유닛(510)으로부터 무선 전력을 유효하게 수신할 수 있다.
이때, 제1 전력 전송 유닛(510) 및 제2 전력 전송 유닛(520)은 각각 별개의 장치에 설치될 수도 있고, 하나의 장치에 구분된 패드 형태로 설치될 수 도 있다.
멀티 소스 환경에서 아웃 밴드 통신을 사용하면, 제1 전력 전송 유닛(510)의 통신 커버리지는 유효 전력 전송 영역(501) 보다 넓게 형성될 수 있다. 또한, 유효 전력 전송 영역들(501, 503)의 경계 부근에 위치한 디바이스는 제1 전력 전송 유닛(510) 및 제2 전력 전송 유닛(520) 모두로부터 웨이크-업 전력을 수신할 수 있다. 여기서, 웨이크-업 전력은 전력 수신 유닛의 통신 및 제어 기능을 활성화 시킬 수 있다.
멀티 소스 환경에서 전력 전송 유닛들(510, 520)은 전력 전송 효율 등을 고려하여 전력 수신 유닛을 검출할 필요가 있다. 또한, 경우에 따라 전력 전송 유닛들(510, 520)은 전력 수신 유닛의 접속을 제한 할 필요가 있다.
또한, 멀티 소스 환경에서 전력 수신 유닛들(511, 521)은 전력 전송 효율이 좋은 전력 전송 유닛에 접속할 필요가 있다.
도 5에 도시된 예에서, 전력 수신 유닛들(511, 521)은 유효 전력 전송 영역들(501, 503)의 경계 부근에 위치할 수 있다.
이때, 전력 수신 유닛들(511, 521)은 전력 전송 유닛들(510, 520) 중 적어도 하나로부터 웨이크-업 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신 유닛들(511, 521)은 웨이크-업 전력에 의해 통신 및 제어 기능이 활성화 될 수 있다.
이때, 전력 수신 유닛들(511, 521)은 전력 전송 유닛들(510, 520) 각각으로부터 전송되는 알림 정보를 수신할 수 있다. 알림 정보의 수신 신호들에 대한 수신 신호 세기(RSSI, received signal strength indicator)를 비교하고, 수신 신호 세기가 더 큰 전력 전송 유닛으로 탐색 신호를 전송할 수 있다. 이때, 알림 정보는 복수의 전력 전송 유닛들(510, 520)을 구분하기 위한 네트워크 식별자를 포함할 수 있다.
전력 수신 유닛들(511, 521)은 통신 및 제어 기능이 활성화 된 후, 탐색 신호를 전송할 수 있다. 전력 수신 유닛(511)에서 전송하는 탐색 신호는 전력 수신 유닛(511)에 대한 광고(Advertisement) 신호로서, 전력 수신 유닛(511)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 전력 수신 유닛(511)에 대한 정보는 전력 수신 유닛(511)의 식별정보, 충전 상태에 대한 정보 등을 포함할 수 있다. 전력 수신 유닛(521)에서 전송하는 탐색 신호는 전력 수신 유닛(521)에 대한 광고신호로서, 전력 수신 유닛(521)에 대한 정보를 포함할 수 있다.
제1 전력 전송 유닛(510)의 통신 커버리지는 유효 전력 전송 영역(501) 보다 넓기 때문에, 전력 수신 유닛들(511, 521)로부터 탐색 신호를 수신할 수 있다.
제1 전력 전송 유닛(510)은 전력 수신 유닛들(511, 521)로부터 수신한 탐색신호의 수신 신호 세기(RSSI, received signal strength indicator)를 기 설정된 값과 비교하여, 전력 수신 유닛들(511, 521)의 오접속(cross connection)여부를 판단할 수 있다. 제2 전력 전송 유닛(520)은 전력 수신 유닛들(511, 521)로부터 수신한 탐색신호의 수신 신호 세기를 기 설정된 값과 비교하여, 전력 수신 유닛들(511, 521)의 오접속여부를 판단할 수 있다.
여기서, 오접속은 서로 다른 전력 전송 유닛의 유효 전력 전송 영역에 위치한 전력 수신 유닛으로부터 탐색 신호가 감지되어, 통신 네트워크가 형성되는 경우를 의미한다.
예를 들어, 유효 전력 전송 영역(501)과 유효 전력 전송 영역(503)이 중복되지 않는 상황에서, 유효 전력 전송 영역(501)에 전력 수신 유닛(511)이 위치하고, 유효 전력 전송 영역(503)에 전력 수신 유닛(521)이 위치하는 경우라면, 정상 접속의 경우에 전력 수신 유닛(511)은 제1 전력 전송 유닛(510)과 통신 네트워크를 형성하고, 전력 수신 유닛(521)은 제2 전력 전송 유닛(520)과 통신 네트워크를 형성 한다.
도 5에 도시된 예에서, 유효 전력 전송 영역(501, 503)의 중복 영역에 전력 수신 유닛들(511, 521)이 위치하여, 전력 수신 유닛(511)이 전력 송신 유닛들(510, 520)과 통신 네트워크를 형성하고, 전력 수신 유닛(521)이 전력 송신 유닛들(510, 520)과 통신네트워크를 형성하는 경우를 오접속이 발생하는 경우로 볼 수 있다.
전력 전송 유닛은 탐색신호의 수신 신호 세기가 기 설정된 값 보다 크면, 탐색신호를 전송한 전력 수신 유닛이 정상 접속한 전력 수신 유닛임을 판단할 수 있다. 특정 전력 수신 유닛의 탐색 신호의 수신 신호 세기가 기 설정된 값보다 작거나 동일하면, 전력 전송 유닛은 상기 특정 전력 수신 유닛이 오접속된 전력 수신 유닛이라고 판단할 수 있다. 기 설정된 값은 제1 전력 전송 유닛(510), 제2 전력 전송 유닛(520), 전력 수신 유닛(511) 및 전력 수신 유닛(521)의 설정 및 구현에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
탐색 신호는 전력 전송 유닛의 통신 및 전력 전송 네트워크에 조인(join)하기 위한 신호이다. 이때, 탐색 신호는 수신 신호 세기가 더 큰 전력 전송 유닛으로부터 수신된 네트워크 식별자를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 예에서, 전력 수신 유닛(521)은 제1 전력 전송 유닛(510)에 접속될 수 있다. 이때, 제1 전력 전송 유닛(510)는 전력 수신 유닛(521)의 오접속 여부를 판단하고, 전력 수신 유닛(521)의 접속을 제한할 수 있다. 전력 수신 유닛(511)은 제2 전력 전송 유닛(520)에 접속 될 수 있다. 이 때, 제2 전력 전송 유닛(520)은 전력 수신 유닛(511)의 오접속 여부를 판단하고, 전력 수신 유닛(511)의 접속을 제한할 수 있다.
<전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 센싱하여 크로스 커넥션을 방지하는 방법>
도 6은 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 통신 방법은 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 접속 요청 신호를 수신할 수 있다(610).
일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 통신 방법은 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 전송할 수 있다(620). 일례로, 전력 전송 유닛은 이진수 0111를 보내어 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 일으킬 수 있다. 전력 수신 유닛은 0111을 수신하여 0111과 일치하도록 임피던스를 변화시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 통신 방법은 임피던스 변화 정보를 수신한 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 센싱할 수 있다(630). 임피던스 변화는 저항 변화, 리액턴스 변화 또는 저항 및 리액턴스의 변화를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 통신 방법은 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정할 수 있다(640). 전력 전송 유닛은 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 수신한 임피던스 변화를 순차적으로 센싱할 수 있다.
단계(640)에서, 전력 전송 유닛은 센싱된 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화가 미리 정해진 패턴과 일치하는 경우 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정할 수 있다. 미리 정해진 패턴에는 미리 정해진 값이 포함될 수 있다. 일례로, 전력 수신 유닛의 임피던스 변화가 이진수로 0111의 변화가 있는 경우, 전력 전송 유닛은 이진수 0111 값이 있는지 확인하여 0111 값이 있으면 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 통신 방법에 있어서, 접속 요청 신호, 및 임피던스 변화 정보는 아웃 밴드 통신 채널을 통해 송수신 될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 통신 방법에 있어서, 전력 전송 유닛은 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보가 저장된 테이블을 포함할 수 있다. 테이블은 전력 수신 유닛의 식별 정보를 기록할 수 있다. 전력 전송 유닛은 센싱한 임피던스 변화를 기초로 테이블에 기록된 상기 임피던스 변화 정보와 비교하여 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전력 수신 유닛은 임피던스가 변화됨을 나타내는 신호를 전력 전송 유닛으로 전송할 수 있다. 전력 전송 유닛은 상기 신호를 수신하는 경우 상기 신호의 수신 신호 세기(RSSI, received signal strength indicator)를 측정하여, 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정할 수 있다. 수신 신호 세기가 미리 정해진 값 이상일 경우, 전력 전송 유닛은 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정할 수 있다. 전력 수신 유닛이 전력 전송 유닛의 유효 전력 전송 영역에 있지 않는 경우가 존재할 수 있다. 전력 전송 유닛의 통신 커버리지가 전력 전송 유닛의 유효 전력 전송 영역보다 클 수 있기 때문이다. 수신 신호 세기의 미리 정해진 값은 전력 전송 유닛의 유효 전력 전송 영역을 기초로 정해질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전력 전송 유닛은 전력을 전송할 전력 수신 유닛을 검출한 경우, 주변의 전력 수신 유닛과의 통신 채널을 디스커넥트(disconnect)할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 전력 전송 유닛(710)과 전력 수신 유닛들(720, 730)은 블루투스 저 에너지(Bluetooth Low Energy, BLE) 무선 기술을 통해 통신을 할 수 있다.
전력 전송 유닛(710)의 공진기는 도 1에 도시된 소스 공진기(131)일 수 있고, 전력 수신 유닛들(720, 730)의 공진기는 도 1에 도시된 타겟 공진기(133)일 수 있다.
전력 전송 유닛(710)의 MCU는 마이크로컨트롤러(Microcontroller)를 나타낸다. 전력 전송 유닛(710)에서 공진기와 매칭 회로(Matching circuit) 사이에서 전력 수신 유닛들(720, 730)로부터 수신한 임피던스 변화 정보가 검출될 수 있다. 일례로, 상기 검출은 공진기와 매칭 회로 사이와 MCU를, 다이오드를 통해 전기적으로 연결하여 수행될 수 있다.
전력 수신 유닛들(720, 730)에서 공진기와 정류기는 스위치를 통해 배터리와 연결될 수 있다. 전력 수신 유닛들(720, 730)이 전력 전송 유닛(710)으로부터 BLE를 통해 식별 정보를 수신하면, 전력 수신 유닛들(720, 730)은 식별 정보를 이용하여 스위치를 닫을 수 있다(close). 스위치가 닫히게 되면, 전력 수신 유닛들(720, 730)은 임피던스의 변화를 제어할 수 있다. 전력 수신 유닛들(720, 730)은 임피던스 변화 정보를 BLE를 통해 전력 전송 유닛(710)으로 전송할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛 및 전력 수신 유닛의 통신 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 전력 전송 유닛(810)은 복수의 전력 수신 유닛(820, 830)으로부터 접속 요청을 수신할 수 있다. 복수의 전력 수신 유닛(820, 830)이 있는 멀티 타겟 환경에서, 전력 전송 유닛은 전력을 전송할 전력 수신 유닛을 검출해야 한다. 전력 전송 유닛은 전력을 전송할 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 미리 저장할 수 있다. 전력 전송 유닛은 미리 저장된 임피던스 변화 정보를 전력 수신 유닛들(820, 830)에게 전송할 수 있다. 미리 저장된 임피던스 변화 정보는 아웃 밴드 채널을 통해 전력 수신 유닛들(820, 830)로 전송될 수 있다.
전력 수신 유닛들(820, 830)은 전력 전송 유닛(810)으로부터 임피던스 변화 정보를 수신한다. 전력 수신 유닛들(820, 830)은 임피던스 변화 정보를 기초로 임피던스 변화를 일으킬 수 있다. 일례로, 전력 수신 유닛들(820, 830)은 공진기의 코일의 임피던스를 변화 시킬 수 있다. 전력 수신 유닛은 전력 전송 유닛으로부터 임피던스 변화정보를 수신하는 경우 상기 임피던스 변화 정보와 일치되도록 임피던스의 변화를 일으킬 수 있게 디자인될 수 있다.
전력 전송 유닛(810)은 전력 수신 유닛(830)의 임피던스 변화를 센싱할 수 있다. 임피던스 변화는 저항, 리액턴스, 또는 저항 및 리액턴스의 변화를 포함할 수 있다. 전력 전송 유닛(810)은 센싱된 임피던스 변화를 기초로 전력 수신 유닛(830)이 전력을 수신할 전력 수신 유닛인지 결정할 수 있다. 일례로, 전력 전송 유닛(810)은 전력 수신 유닛(830)이 무선 전력을 수신할 전력 수신 유닛이 아니라는 결정을 할 수 있다.
전력 전송 유닛(810)은 전력 수신 유닛(820)의 임피던스 변화를 센싱할 수 있다. 전력 전송 유닛(810)은 센싱된 임피던스 변화 정보를 기초로 전력 수신 유닛(820)이 전력을 수신할 전력 수신 유닛인지 결정할 수 있다. 일례로, 전력 전송 유닛(810)은 전력 수신 유닛(820)이 무선 전력을 수신할 전력 수신 유닛으로 결정할 수 있다.
전력 전송 유닛(810)은 전력 수신 유닛(820)과 전력 전송 네트워크를 형성할 수 있다. 전력 전송 유닛(810)은 전력 수신 유닛(820)으로 전력 전송 네트워크를 통해 무선 전력을 전송할 수 있다.
전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 통한 크로스 커넥션을 방지하는 방법에 있어서, 전력 수신 유닛은 전력 전송 유닛의 충전 영역에 진입 시 전력 전송 유닛으로 접속 요청 신호를 전송할 수 있다. 또한, 전력 수신 유닛은 전력 전송 유닛으로부터 임피던스 변화 정보를 수신할 수 있다. 전력 수신 유닛은 임피던스 변화 정보를 기초로 임피던스의 변화를 제어할 수 있다.
<전력 전송 유닛이 전송하는 전력의 변화를 통해서 크로스 커넥션을 방지하는 방법>
전력 전송 유닛이 전송하는 전력의 변화를 통해서 크로스 커넥션을 방지하는 방법에 있어서, 전력 전송 유닛은 적어도 하나의 전력 수신 유닛과 통신 채널을 설정할 수 있다. 또한, 전력 전송 유닛은 통신 채널을 통해 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 전력 변화 요청을 수신할 수 있다. 전력 전송 유닛은 전력 변화 요청에 응답하여, 미리 정해진 시간 이내에 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 변화된 전력을 전송할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 전력 수신 유닛의 통신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 전력 수신 유닛의 통신 방법은 통신 채널을 통해 전력 전송 유닛으로 전력 변화 요청을 전송할 수 있다(910). 일례로, 전력 수신 유닛은 전력 전송 유닛으로 전력 변화 요청을 하기 전에, 전력 전송 유닛으로부터 웨이크-업 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신 유닛이 웨이크-업 전력을 수신하면, 전력 수신 유닛은 전력 송신 유닛으로 변화된 웨이크-업 전력을 요청할 수 있다.
단계(910)에서, 통신 채널은 인 밴드 통신 채널 또는 아웃 밴드 통신 채널 중 어느 하나의 통신 채널일 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 수신 유닛의 통신 방법은 전력 전송 유닛으로부터 변화된 전력을 수신할 수 있다(920). 일례로, 전력 전송 유닛은 전력 수신 유닛으로부터 전력 변화 요청을 받기 전에 전송한 웨이크-업 전력의 주기 또는 세기를 변화시켜서, 변화된 웨이크-업 전력을 전력 수신 유닛으로 전송할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 수신 유닛의 통신 방법은 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하는 경우, 통신 채널을 통해 전력 전송 유닛으로 접속 요청 신호를 전송할 수 있다(930). 전력 수신 유닛이 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하지 못한 경우, 전력 수신 유닛은 전력 전송 유닛과의 통신 채널을 통한 통신 연결을 디스커넥트할 수 있다. 또한, 전력 수신 유닛이 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하지 못한 경우, 전력 수신 유닛은 전력 전송 유닛으로 전력 변화 요청을 재전송할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 무선 전력 전송 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 전력 전송 유닛(1010)은 복수의 전력 수신 유닛들(1020, 1030)로부터 전력 변화 요청을 수신할 수 있다(1021). 복수의 전력 수신 유닛들(1020, 1030)이 있는 멀티 타겟 환경에서, 전력 전송 유닛(1010)은 전력을 전송할 전력 수신 유닛을 검출해야 한다.
전력 전송 유닛(1010)은 전력 수신 유닛들(1020, 1030)로 변화된 전력을 전송할 수 있다(1011). 일례로, 전력 전송 유닛(1010)은 전력 수신 유닛(1020)에게 미리 정해진 시간(예를 들어, 10ms) 이내에 변화된 전력을 전송할 수 있다. 전력 전송 유닛(1010)은 미리 정해진 시간을 경과하여 전력 수신 유닛(1030)에게 변화된 전력을 전송할 수 있다.
전력 수신 유닛(1020)은 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하고, 전력 전송 유닛(1010)에게 접속 요청 신호를 전송할 수 있다. 전력 전송 유닛(1010)은 전력 수신 유닛(1020)의 접속 요청 신호를 수신하여, 전력 수신 유닛(1020)과 전력 전송 네트워크를 형성할 수 있다. 전력 전송 유닛(1010)은 전력 전송 네트워크를 통해 전력 수신 유닛(1020)으로 무선 전력을 전송할 수 있다.
전력 수신 유닛(1030)은 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하지 못하는 경우, 전력 전송 유닛(1010)과의 통신 채널을 디스커넥트할 수 있다. 또한, 전력 수신 유닛(1030)은 전력 전송 유닛(1010) 또는 주변의 전력 전송 유닛에게 전력 변화 요청을 재전송할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛 및 전력 수신 유닛의 통신 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 전력 수신 유닛(1110)은 복수의 전력 전송 유닛들(1120, 1130)에게 전력 변화 요청을 전송할 수 있다. 복수의 전력 전송 유닛들(1120, 1130)은 전력 변화 요청에 응답하여, 전력 수신 유닛(1110)으로 전력을 전송할 수 있다.
일례로, 전력 수신 유닛(1110)은 미리 정해진 시간 이내에 전력 전송 유닛(1120)으로부터 변화된 전력을 수신할 수 있고, 전력 전송 유닛(1130)으로부터 미리 정해진 시간이 경과 후, 변화된 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신 유닛(1110)은 전력 전송 유닛(1120)으로 접속 요청을 전송할 수 있다. 전력 수신 유닛(1110)은 전력 전송 유닛(1120)과 전력 전송 네트워크를 형성하여, 상기 네트워크를 통해 전력 전송 유닛(1120)으로부터 무선 전력을 수신할 수 있다.
전력 수신 유닛(1110)은 전력 전송 유닛(1130)과 통신 연결을 디스커넥트할 수 있다.
<전력 전송 유닛의 구성>
도 12는 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 블록도이다.
도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛(1200)은 접속 요청 수신부(1210), 임피던스 변화 전송부(1220), 센싱부(1230), 및 결정부(1240)를 포함한다.
접속 요청 수신부(1210)는 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 접속 요청 신호를 수신할 수 있다.
임피던스 변화 정보 전송부(1220)는 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 전송할 수 있다.
센싱부(1230)는 임피던스 변화 정보를 수신한 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 센싱할 수 있다.
결정부(1240)는 센싱부에 의해 센싱된 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 기초로 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정할 수 있다. 또한, 결정부(1240)는 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화가 미리 정해진 패턴과 일치하는 경우 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 전송 유닛에 있어서, 접속 요청, 및 임피던스 변화 정보는 아웃 밴드 통신 채널을 통해 송수신 될 수 있다.
일 실시예에 따른 전력 전송 유닛은 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보가 저장된 테이블을 포함할 수 있다.
도 12에 도시된 각 블록들에는 도 1 내지 도 11을 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
일 실시예에 따른 전력 전송 유닛은 채널 설정부, 수신부, 및 전송부를 포함할 수 있다.
채널 설정부는 적어도 하나의 전력 수신 유닛과 통신 채널을 설정할 수 있다.
수신부는 통신 채널을 통해 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 전력 변화 요청을 수신할 수 있다.
전송부는 전력 변화 요청에 응답하여, 미리 정해진 시간 이내에 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 변화된 전력을 전송할 수 있다.
상기 열거된 일 실시예에 따른 전력 전송 유닛의 구성은 도 1 내지 도 11을 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
<전력 수신 유닛의 구성>
도 13은 일 실시예에 따른 전력 수신 유닛의 블록도이다.
도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 전력 수신 유닛(1300)은 전력 변화 요청부(1310), 수신부(1320), 및 접속 요청부(1330)를 포함한다.
전력 변화 요청부(1310)는 통신 채널을 통해 전력 전송 유닛으로 전력 변화 요청을 전송할 수 있다.
수신부(1320)는 전력 전송 유닛으로부터 변화된 전력을 수신할 수 있다.
접속 요청부(1330)는 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하는 경우, 통신 채널을 통해 접속 요청 신호를 전송할 수 있다. 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하지 못한 경우, 접속 요청부(1330)는 전력 전송 유닛과의 통신 채널을 통한 통신 연결을 디스커넥트할 수 있다.
도 13에 도시된 각 블록들에는 도 1 내지 도 11을 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
일 실시예에 따른 전력 수신 유닛은 접속 요청 신호 전송부, 임피던스 변화 정보 수신부, 및 제어부를 포함할 수 있다.
접속 요청 신호 전송부는 전력 전송 유닛의 충전 영역에 진입 시 전력 전송 유닛으로 접속 요청 신호를 전송할 수 있다.
임피던스 변화 정보 수신부는 전력 전송 유닛으로부터 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 수신할 수 있다.
제어부는 임피던스 변화 정보를 기초로 임피던스의 변화를 제어할 수 있다.
상기 열거된 일 실시예에 따른 전력 수신 유닛의 구성은 도 1 내지 도 11을 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
실시예에 따른 방법은 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 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛(Power Transmitting Unit, PTU)의 통신 방법에 있어서,
    적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 접속 요청 신호를 수신하는 단계;
    상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 전송하는 단계;
    상기 임피던스 변화 정보를 수신한 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 센싱하는 단계; 및
    상기 센싱된 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 기초로 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛의 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속 요청 신호, 및 상기 임피던스 변화 정보는 아웃 밴드 통신 채널을 통해 송수신되는,
    무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛의 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정하는 단계는
    상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화가 미리 정해진 패턴과 일치하는 경우, 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정하는,
    무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛의 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전력 전송 유닛은,
    상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보가 저장된 테이블을 포함하는,
    무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛의 통신 방법.
  5. 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛(Power Transmitting Unit, PTU)의 통신 방법에 있어서,
    적어도 하나의 전력 수신 유닛과 통신 채널을 설정하는 단계;
    상기 통신 채널을 통해 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 전력 변화 요청을 수신하는 단계; 및
    상기 전력 변화 요청에 응답하여, 미리 정해진 시간 이내에 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 변화된 전력을 전송하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛의 통신 방법.
  6. 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛(Power Receiving Unit, PRU)의 통신 방법에 있어서,
    전력 전송 유닛의 충전 영역에 진입 시 상기 전력 전송 유닛으로 접속 요청 신호를 전송하는 단계;
    상기 전력 전송 유닛으로부터 임피던스 변화 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 임피던스 변화 정보를 기초로 임피던스의 변화를 제어하는 단계;

    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛의 통신 방법.
  7. 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛(Power Receiving Unit, PRU)의 통신 방법에 있어서,
    통신 채널을 통해 전력 전송 유닛으로 전력 변화 요청을 전송하는 단계;
    상기 전력 전송 유닛으로부터 변화된 전력을 수신하는 단계; 및
    미리 정해진 시간 이내에 상기 변화된 전력을 수신하는 경우, 상기 통신 채널을 통해 접속 요청 신호를 전송하는 단계
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛의 통신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 전송 유닛으로부터 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하지 못한 경우, 상기 전력 전송 유닛과의 상기 통신 채널을 통한 통신 연결을 디스커넥트하는,
    무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛의 통신 방법.
  9. 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛(Power Transmitting Unit, PTU)에 있어서,
    적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 접속 요청 신호를 수신하는 접속 요청 수신부;
    상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보를 전송하는 식별 정보 전송부;
    상기 임피던스 변화 정보를 수신한 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 센싱하는 센싱부; 및
    상기 센싱된 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화를 기초로 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정하는 결정부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 접속 요청 신호, 및 상기 임피던스 변화 정보는 아웃 밴드 통신 채널을 통해 송수신되는,
    무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛
  11. 제9항에 있어서,
    상기 결정부는,
    상기 센싱부에 의해 센싱된 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화가 미리 정해진 패턴과 일치하는 경우, 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 접속 여부를 결정하는
    무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전력 전송 유닛은,
    상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛의 임피던스 변화 정보가 저장된 테이블을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛.
  13. 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛(Power Transmitting Unit, PTU)에 있어서,
    적어도 하나의 전력 수신 유닛과 통신 채널을 설정하는 채널 설정부;
    상기 통신 채널을 통해 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로부터 전력 변화 요청을 수신하는 전력 변화 요청 수신부; 및
    상기 전력 변화 요청에 응답하여, 미리 정해진 시간 이내에 상기 적어도 하나의 전력 수신 유닛으로 변화된 전력을 전송부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전력 전송 유닛.
  14. 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛(Power Receiving Unit, PRU)에 있어서,
    전력 전송 유닛의 충전 영역에 진입 시 상기 전력 전송 유닛으로 접속 요청 신호를 전송하는 접속 요청 신호 전송부;
    상기 전력 전송 유닛으로부터 임피던스 변화 정보를 수신하는 임피던스 변화 정보 수신부; 및
    상기 임피던스 변화 정보를 기초로 임피던스의 변화를 제어하는 제어부

    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛.
  15. 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛(Power Receiving Unit, PRU)에 있어서,
    통신 채널을 통해 전력 전송 유닛으로 전력 변화 요청을 전송하는 전력 변화 요청부;
    상기 전력 전송 유닛으로부터 변화된 전력을 수신하는 수신부; 및
    미리 정해진 시간 이내에 상기 변화된 전력을 수신하는 경우, 상기 통신 채널을 통해 접속 요청 신호를 전송하는 접속 요청부
    를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전력 전송 유닛으로부터 미리 정해진 시간 이내에 변화된 전력을 수신하지 못한 경우, 상기 전력 전송 유닛과의 상기 통신 채널을 통한 통신 연결을 디스커넥트하는,
    무선 전력 전송 시스템에서 전력 수신 유닛.
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