KR20150045602A - 공진방식 기반의 무선충전장치 - Google Patents

공진방식 기반의 무선충전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공진방식 기반의 무선충전장치에 관한 것으로, 더욱 자세히 설명하면, 무선방식에 의해 전력을 모바일기기로 송신하는 무선전력송신유닛에 설치되어 있는 블루투스 및 MCU 가 휴대폰 등의 모바일기기에 내장되어 있는 무선전력수신유닛에 설치되어 있는 어플리케이션 및 블루투스와 서로 호환이 되게 하여 휴대폰 등의 모바일 기기의 전압을 체크하여 전력송신유닛과 모바일기기와의 거리에 따른 모바일기기로의 입력전압의 변화를 감지하여 송신되는 전력을 증감하도록 조절하고, 또한 모바일기기 자체에서 전력송신유닛의 전력 전송을 ON/OFF 할 수 있고, 이러한 컨트롤을 전력송신유닛에 설치되어 있는 LCD 모듈상에 각종 전력송수신관련 정보가 디스플레이 및 제어하는 것이 가능한 공진방식 기반의 무선충전장치에 관한 것이다.

Description

공진방식 기반의 무선충전장치{Remote Controlled Charging Device based on Resonant Method}
본 발명은 공진방식 기반의 무선충전장치에 관한 것으로, 더욱 자세히 설명하면, 무선방식에 의해 전력을 모바일기기로 송신하는 무선전력송신유닛에 설치되어 있는 블루투스 및 MCU 가 휴대폰 등의 모바일기기에 내장되어 있는 무선전력수신유닛에 설치되어 있는 어플리케이션 및 블루투스와 서로 호환이 되게 하여 휴대폰 등의 모바일 기기의 전압을 체크하여 전력송신유닛과 모바일기기와의 거리에 따른 모바일기기로의 입력전압의 변화를 감지하여 송신되는 전력을 증감하도록 조절하고, 또한 모바일기기 자체에서 전력송신유닛의 전력 전송을 ON/OFF 할 수 있고, 이러한 컨트롤을 전력송신유닛에 설치되어 있는 LCD 모듈상에 각종 전력송수신관련 정보가 디스플레이 및 제어하는 것이 가능한 공진방식 기반의 무선충전장치에 관한 것이다.
최근, 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자 기기에 활용되고 있다.
이러한 무선충전 기술은 무선 전력 송수신 방식을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터를 연결하지 않고, 단지 충전 패드에 올려놓기만 하면 자동으로 배터리가 충전이 될 수 있는 시스템이다. 일반적으로 무선 전동 칫솔이나 무선 전기 면도기 등으로 일반인들에게 알려져 있다. 이러한 무선충전 기술은 전자제품을 무선으로 충전함으로써 방수 기능을 높일 수 있고, 유선 충전기가 필요하지 않으므로 전자 기기 휴대성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 다가오는 전기차 시대에도 관련 기술이 크게 발전할 것으로 전망된다.
이러한 무선 충전 기술에는 크게 코일을 이용한 전자기 유도방식과, 공진(Resonance)을 이용하는 공진 방식과, 전기적 에너지를 마이크로파로 변환시켜 전달하는 전파 방사(RF/Micro Wave Radiation) 방식이 있다.
전자기 유도에 의한 전력 전송 방법은 1차 코일과 2차 코일 간의 전력을 전송하는 방식이다. 코일에 자석을 움직이면 유도 전류가 발생하는데, 이를 이용하여 송신단에서 자기장을 발생시키고 수신단에서 자기장의 변화에 따라 전류가 유도되어 에너지를 만들어 낸다. 이러한 현상을 자기 유도 현상이라고 일컬으며 이를 이용한 전력 전송 방법은 에너지 전송 효율이 뛰어나다.
공진 방식은, 2005년 MIT의 Soljacic 교수가 Coupled Mode Theory로 공진 방식 전력 전송 원리를 사용하여 충전장치와 몇 미터(m)나 떨어져 있어도 전기가 무선으로 전달되는 시스템을 발표했다. MIT팀의 무선 충전시스템은 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시키는 기술을 개발하였다. 공명된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 사용되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.
한편, 종래의 공진 방식에 의한 무선 전력 수신기는 수신된 교류 파형을 직류 파형으로 변환하는 정류 회로 및 정류된 직류 파형 전력을 출력단의 기설정된 전압 값으로 조정하는 DC-DC 컨버팅 회로와, 이와 더불어, 다수의 용량 값이 큰 수동소자들의 사용을 고려하여야 하는데, 그럴 경우에, 실장 사이즈에서 상당한 제약이 있을 수 있다.
이는 특히, 휴대용 단말기와 같이, 사이즈 문제가 극도로 중요시되는 부분에서 해당 무선 충전 시스템을 적용하는데, 더욱 어려움을 가중시키고 있다.
이에 따라, 무선 충전 관련 장치들을 높은 출력 및 고효율성을 가지면서 사이즈를 작게 할 수 있도록 하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치와 유사한 종래기술로는 삼성전자주식회사에서 출원한 "공진 방식 무선 충전 시스템용 수신 전력 변환 장치”가 있다. (공개번호 10-2013-0044647, 공개일자 2013년05월03일 ) 도 1 은 상기 종래의 공진 방식 무선 충전 시스템용 수신 전력 변환 장치의 회로 구성도이다. 도 1 을 참조하여 상기 종래의 관련된 특허문헌에 개시된 기술내용을 설명하면, 종래의 수신 전력 변환 장치는 무선전력 송신 장치(1)에서 송신한 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신부(20); 무선 전력 수신부(20)에서 수신한 AC 형태의 전원을 DC로 정류하는 정류부(32); 및 출력단의 DC 파형을 안정화하여 출력하는 파형 안정화부(52) 등을 구비할 수 있다. 또한, 정류부(32)와 파형 안정화부(52) 사이에는 추가적으로, 회로 보호를 위한 제너 다이오드(ZD) 및 전원 충전 및 안정화를 위한 제3커패시터(C3)가 병렬로 연결될 수 있다. 외부(제어부)의 스위칭 제어 신호에 의해 스위칭 동작하여, 무선 전력 수신부 (20)에서 수신된 AC 형태의 전원을 환류(free-wheeling)시키는 경로를 형성하는 환류 스위칭부(80)가 구비된다. 이러한 환류 스위칭부(80)에 의해 무선 전력 수신부(20)에서 수신된 AC 형태의 전원은 환류되거나, 또는 상기 정류부(32)로 제공된다. 이때 상기 정류부(32)는 단순히 하나의 제 1 다이오드(D1)만으로 구현 가능하다. 또한, 종래기술에서는 해당 전력 변환 장치의 출력 신호를 피드백 받아 이의 레벨을 검출하는 피드백회로(60)가 구비되며, 또한 피드백회로(60)에서 검출된 출력 레벨에 따라 상기 환류 스위칭부(80)의 스위칭동작을 제어하는 제어부(70)가 구비된다. 제어부(70)는 출력 신호의 레벨이 기준치 이상일 경우에는 환류 스위칭부(80)가 턴온되도록 제어하여, 무선 전력 수신부(20)에서 수신된 AC 형태의 전원이 환류되도록 하며, 출력신호의 레벨이 기준치 이하일 경우에는 환류 스위칭부(80)가 턴오프되도록 제어하여, 무선 전력 수신부(20)에서 수신된 AC 형태의 전원이 정류부(32)에 제공되도록 한다. 종래의 기술의 구체적인 회로 구조를 살펴보면, 무선 전력 송신 장치(1)의 제1코일(L1)에서 방출되는 전자기파를 흡수하는 제2코일(L2) 및 제2코일(L2)과 직렬 연결되는 공진용 제1커패시터(C1)로 구성될 수 있다. 정류부(32)는 하나의 다이오드(D1)로 구현될 수 있으며, 상기 무선 전력 수신부(20)에서 제2코일(L2)과 제1커패시터(C1)의 직렬 연결 회로의 일단과 타단은 각각, 상기 정류부(32)의 제1다이오드(D1) 및 접지단과 연결된다. 피드백회로(60)는 해당 전력 변환 장치의 출력 신호, 예를 들어 파형 안정화부(52)의 출력 신호를 피드백 받아, 이를 미리 설정된 기준 전압(Vref)과 비교하며, 그 비교결과를 출력하는 비교기(OP-AMP)로 구현될 수 있다. 제어부(70)는 간단히 상기 피드백회로(60)의 출력 신호에 따라 상기 환류 스위칭부(80)의 동작을 온/오프 제어하도록 구성할 수도 있으나, 정밀한 온/오프 제어 동작을 위해, 상기 무선 전력 수신부(20)에서 수신한 신호와 동기되게 온/오프 신호를 발생하도록 구성한다. 이를 위해, 제어부(70)는 무선 전력 수신부(20)에서 수신한 신호를 제공받아 이에 따른 동기신호를 발생하는 동기신호 발생부 (72) 와; 동기신호 발생부(72)에서 발생된 동기신호에 맞추어 상기 피드백회로(60)의 출력에 따른 상기 환류 스위칭부(80)의 온/오프 제어를 위한 구동 신호를 발생하는 구동부(74)로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치는 일부분의 구성에 있어서는 상기의 종래기술과 동일한 송신부 회로 (MOSFET 또는 IGBT 2개로 구성되어있는 발진회로 방식) 와 수신부 회로 (제너다이오드와 브릿지 정류다이오드를 사용하여 최종적으로 DC로 전송 방식) 로 구성이 되어 있다.
본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치는 종래기술과는 달리 무선전력수신유닛에 설치된 소자들에 의한 안전한 전원의 컨트롤이 아닌 무선으로 전력이 송신되게 하는 무선전력송신유닛에 내장 설치되는 MCU 와 블루투스를 이용하여 안정된 전원이 전력수신유닛과 연결된 모바일기기에 공급되도록 하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 휴대폰 등의 모바일기기에 내장되어 있는 어플리케이션과 블루투스를 이용하여 무선으로 전력을 송신하는 전력송신유닛에 설치되어 있는 블루투스 및 MCU 와 서로 호환이 되게 하고, 전력 수신 유닛에 공급되는 입력전압을 블루투스를 이용한 통신중에 전력 송신 유닛이 항시 체크하도록 하고, 모바일 기기에 부착된 전력 수신 유닛이 전력 송신 유닛과의 거리가 근접하거나 멀어짐에 따른 전력수신유닛으로의 입력되는 전압의 레벨 변화를 감지하여 전력수신유닛으로 입력되는 전압이 일정한 레벨을 유지할 수 있도록 하는 공진방식 기반의 무선충전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 모바일기기에서 직접적으로 전력송신유닛의 무선 전력 전송의 ON/OFF 를 제어할 수 있고, 이러한 컨트롤을 사용자는 모바일기기에 설치된 LCD 모듈상에서 가능하게 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치는, 공진주파수에 의한 공진방식을 기반하여 무선으로 충전을 수행하는 무선충전장치로서,
상기 무선충전장치는, 무선으로 전력을 전송하는 전력송신유닛 (100); 및
상기 전력송신유닛 (100) 에서 송신하는 무선전력을 수신하는 전력수신유닛 (200) 을 포함하고, 상기 전력 송신 유닛 (100) 은,
가정용 220V 컨덴서에 연결된 상태에서 220V 의 교류전원을 12V 의 직류전원으로 전환된 상태에서, 전력을 무선으로 송신하기 위한 교류 전력을 발생하도록 동작 가능한 DC 전원 (101); 주파수를 발생시키는 주파수 발생회로 (103); 교류 전력을 보내주기 위한 송신 공진 결합 안테나 (105); 상기 전력송신유닛 (100) 과 상기 전력수신유닛 (200) 사이의 무선전력송수신에 관한 사항을 제어하기 위한 송신 유닛 MCU (Micro Controller Unit) (107); 및
상기 전력수신유닛 (200) 과 근거리 무선통신을 하는 통신모듈인 불루투스 (109) 을 포함하고, 상기 무선 전력 수신 유닛 (200) 은, 상기 전력 송신 유닛 (100) 으로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 수신 공진 결합 안테나 (201);
상기 무선으로 수신된 교류 전력을 직류로 바꿔주기 위한 정류회로 (203); 및 상기 무선 전력 송신 유닛 (100) 과 근거리 무선 통신을 하는 전력 수신 유닛의 블루투스 (207) 를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 전력송신유닛 (100) 에는 무선 전력송수신의 상태를 보여주는 LCD 모듈 (111) 이 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 전력수신유닛 (200) 에는 고전압으로 인한 전자기기의 손상을 막기 위한 고전압 방지회로 (205) 가 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 전력수신유닛 (200) 에서 전자기기로 가해지는 충전전압이 기준전압이하로 낮아지는 경우에는 상기 전력 송신 유닛 MCU (107) 는 제어 소스 코드에 의해 입력전압을 높여 상기 전력 수신 유닛 (200) 에 기준레벨의 전압을 수신받을 수 있게 하고,
상기 전력수신유닛 (200) 에서 전자기기로 가해지는 충전전압이 기준전압이상으로 높아지는 경우에는 상기 전력 송신 유닛 MCU (107) 는 제어 소스 코드에 의해 입력전압을 낮추어 상기 전력 수신 유닛 (200) 에 기준레벨의 전압을 수신받을 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치는, 누구나 사용가능한 무선충전용 어플리케이션이 휴대폰 등의 모바일기기에 설치되게 하여 디스플레이 패널상에 디스플레이되는 어플리케이션의 아이콘을 클릭하는 방식으로 무선충전의 ON/OFF 등을 컨트롤 하여 사용함으로써 무선충전에 대해 특별한 지식이 없는 일반적인 사용자조차도 모바일기기의 무선충전에 어려움 없이 손가락으로 제어할 수 있는 현저한 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 전력송신유닛 및 전력수신유닛에 내장 설치된 블루투스와 전력송신유닛에 설치된 MCU 를 이용하여 전력송신유닛과 전력수신유닛 사이의 거리의 변화에 따른 무선전력 송신유닛으로부터 송출되는 전력에 변화를 두는 효과가 있다. 예를 들어, 전력송신유닛 및 전력수신유닛의 거리가 가까워짐에 따라 전력송신유닛에서 송출되는 자기장 밀도가 강해지게 되어 전력송신유닛의 블루투스에서 기준치보다 높은 전력이 송신되어 전력수신유닛에 대전력이 들어가는 문제점을 전력송신유닛의 MCU 에서 판단하여 전력송신유닛에서 송출되는 자기장 밀도가 약해지게 조절하여 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전력수신유닛은 전력송신유닛과의 거리에 상관없이 일정 전압을 받을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전력송신유닛 또는 모바일기기에 설치된 디스플레이 패널인 LCD 표시장치상에서 사용자는 시각적으로 무선 충전에 관한 다양한 정보 또는 제어신호, 예를 들어, 주파수, 충전중, 미충전중 등의 정보를 볼 수 있거나 전력송신유닛으로 보낼 수 있다.
도 1 은 종래의 공진 방식 무선 충전 시스템용 수신 전력 변환 장치의 회로 구성도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치가 적용될 수 있는 홈 네트워킹 환경에서의 무선충전 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치의 전체적인 시스템도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치에서 전력송신유닛의 시스템도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치에서 전력수신유닛의 시스템도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치를 이용하여 무선충전을 수행하는 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
아울러, 이하의 설명에 있어서 무선충전방법은 이동 단말기 (Mobile Terminal), 노트북 PC (Laptop PC), MS (Mobile Station) 등을 포함하여 무수한 전자기기에 응용될 수 있는 것을 가정한다.
도 2 는 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치가 적용될 수 있는 홈 네트워킹 환경에서의 무선충전 개념을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명이 적용되는 홈 네트워킹 환경 하에서 각 기기들은 제어 신호를 교환하기 위한 통신 모듈 및 무선 충전을 위한 충전 모듈을 포함하는 것을 가정한다. 통신 모듈로는 WPAN (Wireless Personal Area Network), WLAN (Wireless Local Area Network) 등이 적용될 수 있으나, 그 밖에도 다양한 통신 모듈이 이용될 수 있다.
무선 충전을 위한 충전 모듈로는 유도 결합(Inductive Coupling) 방식과 공진 결합(Resonance Coupling)이 이용 가능하다.
도 2 에서 무선충전 대상이 되는 기기들의 예로서, TV 리모컨(130), 핸드폰 (140), 노트북(150), 밥솥(160), 식기세척기(170), 토스터(180) 등을 예로서 도시하고 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
본 발명의 실시형태에 따른 무선충전 장치(Charger)는 큰 배터리 용량을 가질 수 있으나, 이동성이 적어 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 기기가 적절하며, 도 2 에서는 TV (110), 냉장고 (120) 등을 그 예로 도시하고 있다. 특히, TV (110), 냉장고 (120) 등의 경우, 자체적인 디스플레이를 이용하여 홈 네트워킹 환경에서 기기들에 대한 정보를 확인하고, 사용자의 제어 정보를 입력받기에 적합한 장점을 가진다.
본 발명의 실시형태에서는 모든 기기들에 일률적으로 무선 충전 서비스를 제공하는 것이 아니라, 각 기기들의 현재 상황 (충전 시급도, 채널 상태)나, 각 기기들의 고유 특성 (할당된 공진 주파수, 무선충전 서비스에 있어서의 우선순위) 등을 고려하여 각 충전 스테이지마다 효율적으로 무선 충전을 스케줄링할 수도 있다.
자기공명 방식 무선 충전의 경우, 공진 주파수에 따라 충전 대상 기기를 선택할 수 있기 때문에, 대상 기기들의 상황에 대한 정보를 통해 효율성 및 공평성을 고려하여 무선충전을 제공하는 것이 보다 효과적이다.
무선충전 장치는 WPAN/WLAN 등 통신 모듈을 구비하여 기기들과 상술한 제어 정보를 교환할 수 있는 것이 요구된다.
이하에서는 무선 충전 모듈의 구체적인 동작 원리에 대해 설명한다.
우선, 유도 결합(Inductive Coupling) 방식은, 인접한 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일(coil)에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면 그 전류에 의해 자기장이 변화하고, 이로 인하여 2차 코일(coil)을 지나는 자속이 변하게 되어 2차 코일 (coil) 측에 유도 기전력이 생기게 되는 원리는 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 두 개 도선을 공간적으로 움직이지 않고도 두 개 코일(coil)을 근접시킨 채 1차 코일(coil)의 전류만 변화시키면 유도 기전력이 생기게 된다. 이 경우, 주파수 특성은 크게 영향을 받지 않으나, 각 코일(coil)을 포함하는 송신 장치 및 수신 장치 사이의 배열(Alignment) 및 거리(Distance)에 따라 전력 효율이 영향을 받게 된다.
반면, 공진 결합(Resonance Coupling) 방식은, 일정 거리가 떨어진 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일(coil)에 공진 주파수(Resonance Frequency)를 인가하여 발생한 자기장 변화량 중 일부가 동일한 공진 주파수의 2차 코일(coil)에 인가되어 2차 코일(coil)에서 유도 기전력이 발생하게 되는 원리를 이용한다. 이 방식에 따르면, 송수신 장치가 각각 동일 주파수로 공진하는 경우 전자파가 근거리 전자장을 통해 전달되게 되므로, 주파수가 다르면 에너지 전달이 없게 된다. 이 경우, 주파수의 선택이 중요한 문제가 될 수 있다.
이와 같은 자기 공명 방식 무선 충전 기법은 유도 결합 방식에 비해, 각 코일(coil)을 포함하는 송신 장치 및 수신 장치 사이의 배열 (Alignment) 및 거리 (Distance) 가 상대적으로 전력 효율에 덜 영향을 주는 장점이 있다.
본 발명의 실시형태에서는 기기들의 충전 모듈이 이와 같은 공진 결합 방식을 이용하는 자기공명 방식 무선 충전이 가능하도록 설정되는 것을 가정한다.
이하에서는 휴대폰 또는 스마트폰 등의 모바일기기에 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치가 적용되는 경우를 실시예로서 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치의 전체적인 시스템도이다. 도 4 는 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치에서 전력송신유닛의 시스템도이다. 도 5 는 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치에서 전력수신유닛의 시스템도이다.
도 3 내지 도 5 를 참조하면, 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치는 일 실시예로서 휴대폰, 스마트폰 등의 모바일기기에 무선으로 전력을 전송하는 전력송신유닛 (100) 과 상기 전력송신유닛 (100) 에서 송신하는 무선전력을 수신하는 전력수신유닛 (200) 으로 구성된다.
본 발명에 따른 전력수신유닛 (200) 은 스마트폰의 덮개 형태로 구성되어 덮개의 안쪽면에 전력수신유닛 (200) 이 구성된 상태에서 일 실시예인 스마트폰 등의 모바일기기에 구조적으로 결합되고 또한 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따른 무선으로 전력을 송신하는 전력 송신 유닛 (100) 은 가정용 220V 컨덴서에 연결된 상태에서 220V 의 교류전원을 12V 의 직류전원으로 전환된 상태에서, 전력을 무선으로 송신하기 위한 교류 전력을 발생하도록 동작 가능한 DC 전원 (101), 주파수를 발생시키는 주파수 발생회로 (103), 교류 전력을 보내주기 위한 송신 공진 결합 안테나 (105), 전력송신유닛 (100) 과 전력수신유닛 (200) 사이의 무선전력송수신에 관한 사항을 제어하기 위한 마이크로 사이즈의 제어장치인 송신 유닛 MCU (Micro Controller Unit) (107), 불루투스 (109) 및 전력송신유닛 (100) 의 무선 전력송수신의 상태를 보여주는 LCD 모듈 (111) 로 구성된다.
본 발명에 따른 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 유닛 (200) 은 전력 송신 유닛 (100) 의 무선으로 전력을 수신하기 위한 수신 공진 결합 안테나 (201), 무선으로 수신된 교류 전력을 직류로 바꿔주기 위한 정류회로 (203), 고전압으로 인한 전자기기의 손상을 막기 위한 고전압 방지회로 (205) 및 무선 전력 송신 유닛 (100) 과 동조하기 위한 전력 수신 유닛의 블루투스 (207) 로 구성된다.
본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치에 의해 전력송신유닛 (100) 과 전력수신유닛 (200) 사이에서 전력송신유닛 및 전력수신유닛에 내장 설치된 블루투스 (109, 207) 와 전력송신유닛에 설치된 MCU (107) 를 이용하여 전력송신유닛 (100) 과 전력수신유닛 (200) 사이의 거리의 변화에 따른 무선전력 송신유닛으로부터 송출되는 전력에 변화를 두어 전력수신유닛 (200) 에 전압레벨이 일정하게 유지된다.
본 발명의 전력송신유닛 (100) 과 전력수신유닛 (200) 사이의 거리의 변화에 상관없이 일정한 전압레벨이 전력수신유닛 (200) 에 유지되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 아래에서는 모바일기기 중에서 휴대폰 또는 스마트폰의 무선충전을 실시예로서 설명한다.
우선, 1 단계에서, 본 발명에 따른 전력 송신 유닛 (100) 에 설치되어 있는 MCU (107) 에 전원 제어 소스를 코딩하여 전원회로인 DC 전원공급 (101) 과 연결하고, 무선 전력 전송과 관련된 데이터의 무선으로 송·수신을 하기 위한 블루투스 (109) 와 휴대폰 등의 모바일기기와 연결되어 휴대폰 등의 모바일기기에 설치된 무선전력송수신 어플리케이션으로부터 입력받은 무선전력송신을 활성화하는 ON/OFF 값을 전력수신유닛 (200) 의 블루투스 (207) 를 통하여 전력송신유닛 (100) 의 블루투스 (109) 로 송신 및 수신하면서 이를 MCU (107) 에 인가하여 MCU (107) 에 코딩되어있는 전원 제어 소스에 의해 무선 전력 송신 유닛 (100) 은 무선전력 송신의 활성화를 ON/OFF 제어한다.
2 단계에서, 전력 송신 유닛 (100) 의 무선 충전 반경 내에서 전력 수신 유닛 (200) 에 인가되는 전압을 전력 수신 유닛 (200) 의 블루투스 (207) 와 전력 송신 유닛 (100) 의 블루투스 (109) 가 서로 근거리 통신을 하고, 전력 송신 유닛 (100) 의 블루투스 (109) 에 인가된 전압은 전력 송신 유닛 (100) 의 MCU (107) 를 통해 휴대폰 충전전압인 5V 정도를 기준으로 하여, 전력수신유닛 (200) 의 고전압방지회로 (205) 에 의해 전력 수신 유닛 (200) 으로 대전력이 들어가는 것을 방지하여 휴대폰 또는 스마트폰의 손상을 막는다.
만일, 휴대폰 충전전압이 5V 이하로 낮아지는 경우에는 DC 전원공급 (101) 과 연결된 전력 송신 유닛 MCU (107) 는 제어 소스 코드에 의해 입력전압을 높여 전력 수신 유닛 (200) 에 5V 의 전압을 수신받을 수 있게 한다.
본 발명의 전력 수신 유닛 (200) 에 높은 전압이 들어갔을 때는 DC 전원공급 (101) 과 연결된 전력 송신 유닛 MCU (107) 가 제어 소스 코드에 의해 입력 전압을 낮춰 전력 수신 유닛 (200) 에 5V 의 전압을 수신할 수 있게 한다.
3 단계에서, LCD 모듈 (111) 은 전력 송신 유닛 MCU (107) 와 함께 연결되어 전력 송신 유닛 MCU (107) 에 있는 소스로 하여금 전력 송신 유닛 (100) 회로에서의 입력전압, 주파수, 연결상태를 실시간으로 디스플레이한다.
도 6 은 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치를 이용하여 무선충전을 수행하는 방법의 흐름도이다.
도 6 을 참조하면, 본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치의 전력수신유닛 (200) 은 휴대폰 등의 모바일기기에 가해지는 전압 레벨을 불루투스 (207) 를 통하여 전력송신유닛 (100) 으로 항시 전송하는 현재전압상태 송신 단계 (S210) 를 수행한다.
본 발명에 따른 전력 송신유닛 (100) 의 MCU 에서는 전송받은 전력수신유닛 (200) 이 모바일기기에 전달하는 전압레벨을 입력받아 전압레벨이 낮아진 경우에는 전력을 무선으로 충전하도록 MCU 에서 충전여부 판단단계 (S220) 를 수행한다.
본 발명의 전력송신유닛 (100) 의 주파수 발생회로 (103) 에서는 전력송신유닛 (100) 과 전력수신유닛 (200) 이 공진상태를 구성하게 하는 주파수를 발생하는 공진주파수 선택단계 (S230) 를 수행한다.
본 발명의 전력송신유닛 (100) 은 무선으로 전력을 전력수신유닛 (200) 으로 송신하는 무선으로 전력송신단계 (S240) 를 수행한다.
본 발명의 전력수신유닛 (200) 은 정류회로 (203) 을 통하여 무선으로 수신받은 교류전원 직류전원으로 정류하는 단계 (S250) 를 수행한다.
마지막으로 정류된 직류전원을 모바일기기에 공급하는 단계 (S260) 를 수행한다.
본 발명의 목적은 높은 출력 및 고효율성을 가지면서 사이즈를 작게 할 수 있도록 하여, 휴대용 단말기와 같은 장비들에 적용되기에 적합한 공진 방식 무선 충전 시스템용 수신 전력 변환 장치를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 공진방식 기반의 무선충전장치는 휴대폰 또는 스마트폰 등의 모바일기기 이외에도 홈 네트워크 환경에 적용되기에 적절하다. 또한, 홈 네트워크 환경 이외에도 통신 모듈과 무선 충전 모듈을 구비한 기기들이 존재하는 다양한 환경에서 동일한 방식으로 적용될 수가 있어서 그 확장성이 무궁무진하다.
100: 전력 송신 유닛 101: DC 전원공급
103: 주파수발생회로 105, 201: 송신공진결합안테나
107: MCU (Micro Controller Unit) 109, 207: 불루투스
200: 전력 수신 유닛 203: 정류회로
205: 고전압 방지회로

Claims (5)

  1. 공진주파수에 의한 공진방식을 기반하여 무선으로 충전을 수행하는 무선충전장치로서,
    상기 무선충전장치는, 무선으로 전력을 전송하는 전력송신유닛 (100); 및
    상기 전력송신유닛 (100) 에서 송신하는 무선전력을 수신하는 전력수신유닛 (200) 을 포함하고,
    상기 전력 송신 유닛 (100) 은,
    가정용 220V 컨덴서에 연결된 상태에서 220V 의 교류전원을 12V 의 직류전원으로 전환된 상태에서, 전력을 무선으로 송신하기 위한 교류 전력을 발생하도록 동작 가능한 DC 전원 (101);
    주파수를 발생시키는 주파수 발생회로 (103);
    교류 전력을 보내주기 위한 송신 공진 결합 안테나 (105);
    상기 전력송신유닛 (100) 과 상기 전력수신유닛 (200) 사이의 무선전력송수신에 관한 사항을 제어하기 위한 송신 유닛 MCU (Micro Controller Unit) (107); 및
    상기 전력수신유닛 (200) 과 근거리 무선통신을 하는 통신모듈인 불루투스 (109) 을 포함하고,
    상기 무선 전력 수신 유닛 (200) 은,
    상기 전력 송신 유닛 (100) 으로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 수신 공진 결합 안테나 (201);
    상기 무선으로 수신된 교류 전력을 직류로 바꿔주기 위한 정류회로 (203); 및
    상기 무선 전력 송신 유닛 (100) 과 근거리 무선 통신을 하는 전력 수신 유닛의 블루투스 (207) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진방식 기반의 무선충전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력송신유닛 (100) 에는 무선 전력송수신의 상태를 보여주는 LCD 모듈 (111) 이 구성되는 것을 특징으로 하는 공진방식 기반의 무선충전장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력수신유닛 (200) 에는 고전압으로 인한 전자기기의 손상을 막기 위한 고전압 방지회로 (205) 가 구성되는 것을 특징으로 하는 공진방식 기반의 무선충전장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력수신유닛 (200) 에서 전자기기로 가해지는 충전전압이 기준전압이하로 낮아지는 경우에는 상기 전력 송신 유닛 MCU (107) 는 제어 소스 코드에 의해 입력전압을 높여 상기 전력 수신 유닛 (200) 에 기준레벨의 전압을 수신받을 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 공진방식 기반의 무선충전장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력수신유닛 (200) 에서 전자기기로 가해지는 충전전압이 기준전압이상으로 높아지는 경우에는 상기 전력 송신 유닛 MCU (107) 는 제어 소스 코드에 의해 입력전압을 낮추어 상기 전력 수신 유닛 (200) 에 기준레벨의 전압을 수신받을 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 공진방식 기반의 무선충전장치.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101667884B1 (ko) * 2015-06-23 2016-10-20 성균관대학교산학협력단 Rf 에너지 하비스팅을 이용하여 스마트 기기에 전력을 공급하는 케이스
CN107546873A (zh) * 2016-06-28 2018-01-05 北京小米移动软件有限公司 无线充电距离的控制方法及装置、电子设备
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CN110912211A (zh) * 2018-09-14 2020-03-24 中兴通讯股份有限公司 一种充电控制方法及装置、终端设备
US10862340B2 (en) 2018-02-06 2020-12-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission method thereof

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101667884B1 (ko) * 2015-06-23 2016-10-20 성균관대학교산학협력단 Rf 에너지 하비스팅을 이용하여 스마트 기기에 전력을 공급하는 케이스
CN107546873A (zh) * 2016-06-28 2018-01-05 北京小米移动软件有限公司 无线充电距离的控制方法及装置、电子设备
CN107546873B (zh) * 2016-06-28 2020-06-02 北京小米移动软件有限公司 无线充电距离的控制方法及装置、电子设备
CN110100368A (zh) * 2017-04-07 2019-08-06 Oppo广东移动通信有限公司 无线充电装置、方法及待充电设备
CN110100368B (zh) * 2017-04-07 2023-12-22 Oppo广东移动通信有限公司 无线充电装置、方法及待充电设备
US10862340B2 (en) 2018-02-06 2020-12-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission method thereof
CN110912211A (zh) * 2018-09-14 2020-03-24 中兴通讯股份有限公司 一种充电控制方法及装置、终端设备
CN110912211B (zh) * 2018-09-14 2021-01-22 中兴通讯股份有限公司 一种充电控制方法及装置、终端设备

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