KR20160020372A - 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법 - Google Patents

무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법 Download PDF

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Abstract

무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법이 개시된다. 본 발명에 의한 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법은, 무선 전력 수신기로부터 변경된 전압 설정 정보를 수신하는 과정과, 상기 수신된 전압 설정 정보에 따라 조정된 전력을 전송하는 과정과, 상기 무선 전력 수신기로부터 측정된 전압 정보를 수신하는 과정과, 상기 전압 설정 정보 및 상기 측정된 전압 정보를 기반으로 교차 연결 여부를 판단하는 과정을 포함할 수 있다.

Description

무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법{METHOD FOR DETERMINING CROSS CONNECTION OF WIRELESS POWER RECEIVERS IN WIRELESS CHARGE}
본 발명은 무선 충전에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법에 대한 것이다.
휴대전화 또는 PDA(Personal Digital Assistants) 등과 같은 이동 단말기는 그 특성상 재충전이 가능한 배터리로 구동되며, 이러한 배터리를 충전하기 위해서는 별도의 충전 장치를 이용하여 이동단말기의 배터리에 전기 에너지를 공급한다. 통상적으로 충전장치와 배터리에는 외부에 각각 별도의 접촉 단자가 구성되어 있어서 이를 서로 접촉시켜 충전장치와 배터리를 전기적으로 연결한다.
하지만, 이와 같은 접촉식 충전방식은 접촉 단자가 외부에 돌출되어 있으므로, 이물질에 의한 오염이 쉽고 이러한 이유로 배터리 충전이 올바르게 수행되지 않는 문제점이 발생한다. 또한, 접촉 단자가 습기에 노출되는 경우에도 충전이 올바르게 수행되지 않는다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 무선 충전 또는 무접점 충전 기술이 개발되어 최근 많은 전자 기기에 활용되고 있다.
이러한 무선충전 기술은 무선 전력 송수신을 이용한 것으로서, 예를 들어 휴대폰을 별도의 충전 커넥터로 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.
현재까지는 전자기 유도를 이용한 방식이 주류를 이루고 있으나, 최근 국내외에서 마이크로파를 이용하여 수십 미터 거리에서 무선으로 전력을 전송하는 실험에 성공하고 있어, 가까운 미래에는 언제 어디서나 전선 없이 모든 전자제품을 무선으로 충전하는 세상이 열릴 것으로 보인다.
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 방식에 의한 전력 전송 방법은 소리를 공명시키는 대신 전기 에너지를 담은 전자기파를 공명시키는 방식을 이용한다. 공명이 된 전기 에너지는 공진 주파수를 가진 기기가 존재할 경우에만 직접 전달되고 전달되지 않는 부분은 공기 중으로 퍼지는 대신 전자장으로 재흡수되기 때문에 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 신체에는 영향을 미치지 않을 것으로 보고 있다.
무선 충전 방식에 대한 연구는 최근 더욱더 활발하게 진행되고 있으며, 무선 충전의 우선 순위, 무선 전력 송/수신기의 검색, 무선 전력 송/수신기 사이의 통신 주파수 선택, 무선 전력 조정, 매칭 회로의 선택, 하나의 충전 사이클에서의 각각의 무선 전력 수신기에 대한 통신 시간 분배 등에 대한 표준이 필요한 상황이다. 특히, 무선 전력 수신기가, 무선 전력을 수신할 무선 전력 송신기를 선택하는 구성 및 절차에 대한 표준이 필요하다.
무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기는 서로 소정의 방식, 예를 들어 Zig-bee 방식 또는 블루투스 저 에너지(bluetooth low energy; BLE) 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. Zig-bee 방식 또는 블루투스 저 에너지 방식과 같은 아웃-밴드(out-band) 방식에 의하여, 통신의 가용 거리가 증가한다. 이에 따라서, 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기가 비교적 먼 거리에 배치된 경우에도 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기는 서로 통신을 수행할 수 있다. 즉, 무선 전력 송신기가 무선 전력을 송신하기 어려운 상대적으로 먼 거리에서도, 무선 전력 송신기는 무선 전력 수신기와 통신을 수행할 수 있다.
도 1에서, 제 1 무선 전력 송신기(TX1) 및 제 2 무선 전력 송신기(TX2)가 배치된다. 아울러, 제 1 무선 전력 송신기(TX1) 상에는 제 1 무선 전력 수신기(RX1)가 배치되며, 제 2 무선 전력 송신기(TX2) 상에는 제 2 무선 전력 수신기(RX2)가 배치된다. 여기에서, 제 1 무선 전력 송신기(TX1)는, 근린에 배치된 제 1 무선 전력 수신기(RX1)로 전력을 송신하여야 한다. 아울러, 제 2 무선 전력 송신기(TX2)는, 근린에 배치된 제 2 무선 전력 수신기(RX2)로 전력을 송신하여야 한다. 이에 따라, 바람직하게는 제 1 무선 전력 송신기(TX1)는 제 1 무선 전력 수신기(RX1)와 통신을 수행하며, 제 2 무선 전력 송신기(TX2)는 제 2 무선 전력 수신기(RX2)와 통신을 수행한다.
한편, 통신 거리의 증가에 따라서, 제 1 무선 전력 수신기(RX1)가 제 2 무선 전력 송신기(TX2)가 관제하는 무선 전력 네트워크에 가입하고, 제 2 무선 전력 수신기(RX2)가 제 1 무선 전력 송신기(TX1)가 관제하는 무선 전력 네트워크에 가입할 수 있다. 이를 교차 연결(cross-connection)이라고 명명하도록 한다. 이에 따라, 제 1 무선 전력 송신기(TX1)는 제 1 무선 전력 수신기(RX1)가 요구하는 전력이 아닌 제 2 무선 전력 수신기(RX2)가 요구하는 전력을 송신하는 문제가 발생할 수 있다. 예컨대, 제 2 무선 전력 수신기(RX2)의 용량이 제 1 무선 전력 수신기(RX1)보다 큰 경우에는, 제 1 무선 전력 수신기(RX1)에 과용량의 전력이 인가될 수 있어 문제가 된다. 또한, 제 2 무선 전력 수신기(RX2)의 용량이 제 1 무선 전력 수신기(RX1)보다 작은 경우에는, 제 1 무선 전력 수신기(RX1)가 충전 용량 이하의 전력을 수신하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 교차 연결 시 발생할 수 있는 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 교차 연결된 무선 전력 수신기를 판단함으로써 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법을 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법은, 무선 전력 수신기로부터 변경된 전압 설정 정보를 수신하는 과정과, 상기 수신된 전압 설정 정보에 따라 조정된 전력을 전송하는 과정과, 상기 무선 전력 수신기로부터 측정된 전압 정보를 수신하는 과정과, 상기 전압 설정 정보 및 상기 측정된 전압 정보를 기반으로 교차 연결 여부를 판단하는 과정을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 의한, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법은, 전압 설정 정보를 변경하는 과정과, 상기 변경된 전압 설정 정보를 무선 전력 송신기로 전송하는 과정과, 상기 무선 전력 송신기로부터 전력을 수신하는 과정과, 상기 수신된 전력에 의한 충전 전압을 측정하는 과정과, 상기 측정된 충전 전압과 상기 변경한 전압 설정 정보를 기반으로 교차 연결 여부를 판단하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 의하여, 다른 무선 전력 송신기에 배치된 무선 전력 수신기가 무선 전력 송신기에 연결되어 충전 전력이 인가되는 문제점이 해결될 수 있다.
도 1은 교차 연결을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기를 예시한다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 3c는 본 발명의 다양한 실시 예에 의한 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 도 7의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 도 9의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 SA 모드에서의 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 전력 수신기가 전송하는 신호 및 정류부 전압 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 교차 연결 판단 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 교차 연결 판단 절차를 나타내는 흐름도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 2 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 무선 충전 시스템의 개념 및 무선 전력 송수신기의 구조를 설명하고, 다음으로 도 12 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 교차 연결 판단 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 무선 충전 시스템 동작 전반을 설명하기 위한 개념도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 무선 충전 시스템은 무선 전력 송신기(100) 및 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)를 포함한다.
무선 전력 송신기(100)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 무선으로 각각 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다. 더욱 상세하게는, 무선 전력 송신기(100)는 소정의 인증절차를 수행한 인증된 무선 전력 수신기에 대하여서만 무선으로 전력(1-1, 1-2, 1-n)을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 전기적 연결을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 전자기파 형태의 무선 전력을 송신할 수 있다.
한편, 무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)와 양방향 통신을 수행할 수 있다. 여기에서 무선 전력 송신기(100) 및 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 소정의 프레임으로 구성된 패킷(2-1, 2-2, 2-n)을 처리하거나 송수신할 수 있다. 상술한 프레임에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 무선 전력 수신기는 예컨대, 이동통신단말기, PDA, PMP, 스마트폰 등으로 구현될 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)로 무선으로 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어 무선 전력 송신기(100)는 공진 방식을 통하여 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)에 전력을 전송할 수 있다. 무선 전력 송신기(100)가 공진 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 1110-n) 사이의 거리는 예컨대 30m 이하일 수 있다. 또한, 무선 전력 송신기(100)가 전자기 유도 방식을 채택한 경우, 무선 전력 송신기(100)와 복수 개의 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n) 사이의 거리는 예컨대 10cm 이하일 수 있다.
무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 전력을 수신하여 내부에 구비된 배터리의 충전을 수행할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 무선 전력 전송을 요청하는 신호나, 무선 전력 수신에 필요한 정보, 무선 전력 수신기 상태 정보 또는 무선 전력 송신기(100) 제어 정보 등을 무선 전력 송신기(100)에 송신할 수 있다. 상기의 송신 신호의 정보에 관하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
또한, 무선 전력 수신기(110-1, 110-2, 110-n)는 각각의 충전상태를 나타내는 메시지를 무선 전력 송신기(100)로 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(100)는 디스플레이와 같은 표시수단을 포함할 수 있으며, 각각의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각의 상태를 표시할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기(100)는 각각의 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 함께 표시할 수도 있다.
무선 전력 송신기(100)는 무선 전력 수신기(110-1,110-2,110-n) 각각에 무선 충전 기능을 디스에이블(disabled)하도록 하는 제어 신호를 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(100)로부터 무선 충전 기능의 디스에이블 제어 신호를 수신한 무선 전력 수신기는 무선 충전 기능을 디스에이블할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기를 예시한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 전력 송신부(211), 제어부(212), 통신부(213), 표시부(214) 또는 저장부(215) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전력 송신부(211)는 무선 전력 송신기(200)가 요구하는 전력을 제공할 수 있으며, 무선으로 무선 전력 수신기(250)에 전력을 제공할 수 있다. 여기에서, 전력 송신부(211)는 교류 파형의 형태로 전력을 공급할 수 있으며, 직류 파형의 전력을 인버터를 이용하여 교류 파형으로 변환하여 교류 파형의 전력을 공급할 수도 있다. 전력 송신부(211)는 내장된 배터리를 포함하여 구현될 수도 있으며, 또는 전력 수신 인터페이스의 형태로 구현되어 외부로부터 전력을 수신하여 다른 구성 요소에 공급하는 형태로도 구현될 수 있다. 전력 송신부(211)는 전력(예컨대, 교류 파형의 전력)을 제공할 수 있는 수단이라면 제한이 없다는 것은 당업자가 용이하게 이해할 것이다.
제어부(212)는 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 저장부(215)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 송신기(200)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(212)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)로부터 전력 정보를 수신할 수 있다. 여기에서 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다. 또는 더욱 상세하게 후술할 것으로, 전력 정보는 유선 충전 단자의 인입, SA(stand alone) 모드로부터 NSA(non stand alone) 모드로의 전환, 에러 상황 해제 등의 정보를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 충전 기능 제어 신호는 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 교차 연결의 판단과 관련된 정보일 수 있다. 예컨대, 교차 연결 판단을 위한 식별 정보, 설정 정보 등을 포함할 수 있으며, 교차 연결 판단을 위한 무선 전력 수신기(250)의 로드 변화와 관련된 패턴 또는 시간 정보를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 상기 통신부(213)는 적어도 하나의 무선 전력 수신기(250)로부터 애드버타이즈먼트 신호를 수신할 수 있으며, 상기 애드버타이즈먼트 신호에는 상기 무선 전력 송신기(200)의 식별 정보와 관련된 정보를 포함할 수 있다.
통신부(213)는 무선 전력 수신기(250)뿐만 아니라, 다른 무선 전력 송신기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수도 있다.
제어부(212)는 통신부(213)를 통해 무선 전력 수신기(250)로부터 수신한 메시지에 기초하여 무선 전력 수신기(250)의 상태를 표시부(214)에 표시할 수 있다. 또한, 제어부(212)는 무선 전력 수신기(250)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 표시부(214)에 표시할 수도 있다.
또한, 도 3a에 도시된 바와 같이 무선 전력 수신기(250)는 전력 수신부(251), 제어부(252), 통신부(253), 표시부(258), 또는 저장부(259) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전력 수신부(251)는 무선 전력 송신기(200)로부터 전송된 전력을 무선으로 수신할 수 있다. 여기에서, 전력 수신부(251)는 교류 파형의 형태로 전력을 수신할 수 있다.
제어부(252)는 무선 전력 수신기(250)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(252)는 저장부(259)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 수신기(250)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부(252)는 CPU, 마이크로프로세서, 미니 컴퓨터와 같은 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따라, 상기 제어부(252)는 상기 전력 수신부(251)를 통해 수신된 전력 신호로부터 상기 무선 전력 송신기(200)의 식별 정보를 검출할 수 있다.
통신부(253)는 무선 전력 송신기(200)와 소정의 방식으로 통신을 수행할 수 있다. 통신부(253)는 무선 전력 송신기(200)로 전력 정보를 송신할 수 있다. 여기에서 전력 정보는 무선 전력 수신기(250)의 용량, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 통신부(253)는 무선 전력 수신기(250)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 충전 기능 제어 신호는 특정 무선 전력 수신기(250)의 전력 수신부(251)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다. 또는 더욱 상세하게 후술할 것으로, 전력 정보는 유선 충전 단자의 인입, SA(stand alone) 모드로부터 NSA(non stand alone) 모드로의 전환, 에러 상황 해제 등의 정보를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 충전 기능 제어 신호는 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 교차 연결의 판단과 관련된 정보일 수 있다. 예컨대, 교차 연결 판단을 위한 식별 정보, 설정 정보 등을 포함할 수 있으며, 교차 연결 판단을 위한 무선 전력 수신기(250)의 로드 변화와 관련된 패턴 또는 시간 정보를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따라, 상기 통신부(253)는 상기 제어부(252)를 통해 검출된 무선 전력 송신기(200)의 식별 정보를 포함하는 신호를 상기 무선 전력 송신기(200)로 전송할 수 있다. 예컨대, 상기 무선 전력 송신기(200)의 식별 정보를 포함하는 신호는 애드버타이즈먼트 신호일 수 있다.
제어부(252)는 무선 전력 수신기(250)의 상태를 표시부(258)에 표시하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(252)는 무선 전력 수신기(250)가 충전이 완료되기까지 예상되는 시간을 표시부(258)에 표시할 수도 있다.
한편, 도 3a에서는 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 상이한 하드웨어로 구성되어 무선 전력 송신기(200)가 아웃-밴드(out-band) 형식으로 통신되는 것과 같이 도시되었지만, 이는 예시적인 것이다. 본 발명은 전력 송신부(211) 및 통신부(213)가 하나의 하드웨어로 구현되어 무선 전력 송신기(200)가 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다.
무선 전력 송신기(200) 및 무선 전력 수신기(250)는 각종 신호를 송수신할 수 있으며, 이에 따라 무선 전력 송신기(200)가 관제하는 무선 전력 네트워크로의 무선 전력 수신기(250)의 가입과 무선 전력 송수신을 통한 충전 과정이 수행될 수 있으며, 상술한 과정은 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
또한, 도 3a에서는 무선 전력 송신기(200)의 구성을 간략하게 예시하고 있으나, 도 3c에서는 무선 전력 송신기(200)의 상세 구성을 예시하고 있으며, 그 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 상세 블록도이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(200)는 Tx 공진부(Tx resonator)(211a), 제어부(212)(예컨대, MCU), 통신부(213)(예컨대, Out-of-band Signaling unit), 매칭부(Matching Circuit)(216), 구동부(Power Supply)(217), 증폭부(Power Amp)(218), 또는 센서부(sensing unit)(219) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(250)는 Rx 공진부(Rx resonator)(251a), 제어부(252), 통신부(253), 정류부(Rectifier)(254), DC/DC 컨버터부(255), 스위치부(Switch)(256) 또는 로드부(Client Device Load)(257) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구동부(217)는 기설정된 전압 값을 가지는 직류 전력을 출력할 수 있다. 구동부(217)에서 출력되는 직류 전력의 전압 값은 제어부(212)에 의하여 제어될 수 있다.
구동부(217)로부터 출력되는 직류 전류는 증폭부(218)로 출력될 수 있다. 증폭부(218)는 기설정된 이득으로 직류 전류를 증폭할 수 있다. 아울러, 제어부(212)로부터 입력되는 신호에 기초하여 직류 전력을 교류로 변환할 수 있다. 이에 따라, 증폭부(218)는 교류 전력을 출력할 수 있다.
매칭부(216)는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 매칭부(216)로부터 바라본 임피던스를 조정하여, 출력 전력이 고효율 또는 고출력이 되도록 제어할 수 있다. 센서부(219)는 Tx 공진부(211a) 또는 증폭부(218)를 통해 무선 전력 수신기(250)에 의한 로드 변화를 센싱할 수 있다. 상기 센서부(219)의 센싱 결과는 제어부(212)로 제공될 수 있다.
매칭부(216)는 제어부(212)의 제어에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 매칭부(216)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부(212)는 코일 및 커패시터 중 적어도 하나와의 연결 상태를 제어할 수 있으며, 이에 따라 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
Tx 공진부(211a)는 입력된 교류 전력을 Rx 공진부(251a)로 송신할 수 있다. Tx 공진부(211a) 및 Rx 공진부(251a)는 동일한 공진 주파수를 가지는 공진 회로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 공진 주파수는 6.78MHz로 결정될 수 있다.
한편, 통신부(213)는 무선 전력 수신기(250) 측의 통신부(253)와 통신을 수행할 수 있으며, 예를 들어 양방향 2.4GHz 주파수로 통신(WiFi, ZigBee, BT/BLE)을 수행할 수 있다.
Rx 공진부(251a)는 충전을 위한 전력을 수신할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따라, 무선 전력 송신기(200)의 식별 정보를 포함하는 신호를 수신할 수 있다. 예컨대, 상기 무선 전력 송신기(200)의 식별 정보를 포함하는 신호는 충전을 위한 전력에 포함될 수도 있다.
정류부(254)는 Rx 공진부(251a)에서 수신되는 무선 전력을 직류 형태로 정류할 수 있으며, 예를 들어 브리지 다이오드의 형태로 구현될 수 있다. DC/DC 컨버터부(255)는 정류된 전력을 기설정된 이득으로 컨버팅할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(255)는 출력단의 전압이 5V가 되도록 정류된 전력을 컨버팅할 수 있다. 한편, DC/DC 컨버터부(255)의 전단에는 인가될 수 있는 전압의 최솟값 및 최댓값이 미리 설정될 수 있다.
스위치부(256)는 DC/DC 컨버터부(255) 및 로드부(257)를 연결할 수 있다. 스위치부(256)는 제어부(252)의 제어에 따라 온(on)/오프(off) 상태를 유지할 수 있다. 이러한 스위치부(256)는 생략될 수 있다. 로드부(257)는 스위치부(256)가 온 상태인 경우에 DC/DC 컨버터부(255)로부터 입력되는 컨버팅된 전력을 저장할 수 있다.
한편, 도 3c는 본 발명의 다양한 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다. 도 3c에서는 교차 연결(cross connection)을 검사(check)하는 데 이용되는 무선 전력 송신기에서의 전압 및 전류 및 무선 전력 수신기에서의 전압 및 전류를 예시하고 있다.
도 3c를 참조하면, VCO(Voltage Control Oscillator) 등으로 구성되는 신호 발생부(18)와, 상기 신호 발생부(18)로부터 출력되는 일정 범위의 주파수 신호를 게이트 드라이버(10)를 통해 입력받아 고출력으로 증폭하는 증폭기(12)와, 신호 발생부(18)로부터 출력되는 주파수의 신호를 제어부(22)에 의해 결정된 공진 주파수의 신호로 출력하도록 전원을 공급하는 전원 공급부(20)와, 임피던스 매칭을 수행하는 매칭부(14)와, 증폭기(12)에서 발생된 고출력의 신호에 따라 상기 전원 공급부(20)로부터의 전력을 무선 공진 신호를 통해 하나 이상의 전력 수신기로 송출하는 공진 신호 발생부(16)와, 전력 송신기(200)의 무선 전력 송신 동작을 총괄적으로 제어하는 제어부(22)를 포함하여 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(22)는 전원 공급부(20)에서 발생되는 신호의 전압(Vdd) 및 전류(Idd)를 측정하고, 무선 송출되는 공진 신호의 전류(Itx) 및 전압(Vtx)을 모니터링할 수 있다. 도 3c에서는 전압(Vdd) 및 전류(Idd)의 측정 및 공진 신호의 전류(Itx) 및 전압(Vtx)의 모니터링을 제어부(22)에서 수행하는 것으로 도시하고 있으나, 이러한 측정 동작 및 모니터링을 위한 별도의 전압/전류 측정부(도시하지 않음)를 추가할 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기(200)는 충전 영역 내 예컨대, 충전 패드 상에 위치한 무선 전력 수신기(250)와 충전을 수행해야 하지만 그 충전 영역의 유효 거리 내에는 복수 개의 무선 전력 수신기가 존재할 수 있다. 이러한 경우 충전 패드 상에 위치한 유효한 무선 전력 수신기(250)가 아닌 다른 무선 전력 수신기와 교차 연결되는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 교차 연결을 방지하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(22)는 예컨대 다음과 같은 방법으로 유효한 무선 전력 수신기를 식별할 수 있다.
상기 제어부(22)는 실제 충전이 시작되기 전 상태 또는 충전이 진행되는 상태에서 교차 연결 여부를 판단할 수 있다.
이하에서 설명되는 본 발명의 상세한 설명에 기술된 본 발명의 실시 예들에서는 무선 전력 송신기(200)는 교차 연결의 종료를 요청하는 명령어를 무선 전력 수신기(250)로 전송할 수 있다. 이때, 교차 연결의 종료를 요청하는 명령어는 무선 전력 수신기(250)로 하여금 무선 전력 송신기(200)와의 무선 전력 네트워크 연결을 종료한 후 다른 무선 전력 송신기와의 새로운 무선 전력 네트워크를 형성할 수 있도록 유도하기 위함이다. 이러한 교차 연결의 종료를 요청하는 명령어는 아웃밴드(Out of band)를 통해(예컨대, 무선 통신부(24)를 통해) 해당 무선 전력 수신기(250)로 전송될 수 있다. 이에 따라 무선 전력 수신기(250)에서는 다른 무선 전력 송신기와의 무선 전력 네트워크의 생성을 다시 시작할 수 있게 된다.
이외에도 무선 전력 송신기(200)는 무선 전력 수신기(250)로 다른 무선 전력 송신기와의 네트워크를 형성하라는 명령어 또는 대기 모드로 전환하라는 명령어 등을 전송함으로써 교차 연결된 무선 전력 수신기를 배제시킬 수 있다.
먼저, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 충전이 시작되기 전 상태에서는 제어부(22)는 무선 전력 수신기(250)를 구동하기 위한 전력 송출을 제어하는 등의 동작을 수행할 수 있다.
구체적으로, 충전이 시작되기 전 상태에서 제어부(22)는 부하 검출 후 무선 전력 수신기(250)가 충전 영역에 위치하였다고 판단할 수 있다. 이어, 제어부(22)에서 무선 전력 수신기(250)를 구동하기 위한 전력 송출을 제어하면 무선 전력 수신기(250)에서는 전력을 수신함으로써 구동되어, 무선 전력 네트워크에 가입하는 일련의 동작을 수행할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따라, 상기 무선 전력 수신기(250)를 구동하기 위한 전력 신호(예컨대, 긴 비콘(long beacon) 신호)에 상기 무선 전력 송신기(200)를 식별할 수 있는 식별 정보를 다양한 형태로 포함시켜 전송할 수도 있다. 이후, 무선 전력 수신기(250)에서는 주변의 무선 전력 송신기를 탐색하기 위해 탐색 프레임을 전송하거나 무선 전력 송신기(200)가 관제하는 무선 전력 네트워크에 가입을 요청하는 가입 요청 프레임을 전송할 수 있다. 무선 전력 수신기(250)가 이러한 일련의 동작을 수행하는 도중에 전력 송신기(200)의 제어부(22)는 상기 무선 전력 수신기(250)에서 알려주는 신호(예컨대, 애드버타이즈먼트 신호)에 포함된 무선 전력 송신기(200)의 식별 정보를 근거로 무선 전력 수신기(250)의 유효성 여부를 판단할 수 있다.
상기 제어부(22)는 유효한 무선 전력 수신기를 식별하기 위해 송출되는 전력 신호에 무선 전력 송신기(200)의 식별 정보를 포함하여 전송하도록 제어할 수 있다.
제어부(22)는 송출되는 전력량 또는 전력 신호를 제어하기 위해 전원 공급부(20)로는 전압값을 제공하며, 게이트 드라이버(10)의 온/오프를 제어할 수 있다. 본 발명에서 송출 전력량을 변화시키는 것은 제어부(22)가 전원 공급부(20)로 제공하는 전압값을 조절함으로써 전원 공급부(20)로부터 출력되는 전압(Vdd)을 변화시키는 것 이외에도 전류(Idd)를 변화시키거나 공진 신호 발생부(16)에서의 공진 신호의 전류(Itx)를 변화시키는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 제어부(22)는 증폭기(12)로 입력되는 게이트 드라이버(10)의 주기(duty) 및 레벨(level)을 제어하여 증폭기(12)로부터의 출력 전력을 제어할 수도 있다. 또한, 공진 신호 발생부(16)로 입력되는 AC 전류를 변화시킬 경우에는 자기장(magnetic field) 세기가 변화되므로, 출력 전력의 조절은 이러한 자기장 세기를 제어함으로써 이루어질 수도 있다. 즉, 무선 전력 송신기(200)에서의 자기장 세기의 변화를 통해 무선 전력 수신기(250)에서는 수신되는 전력 즉, 측정 전압(Vrect) 또는 측정 전류(Vrect)가 변하게 된다.
이러한 송출 전력량 변화에 따라 무선 전력 수신기(250)의 정류부(250) 후단에서 측정되는 전압(Vrect)은 변경될 수 있다. 상기 송출 전력량 변화와 정류부(250) 후단에서 측정되는 전압(Vrect) 변경 여부로부터 무선 전력 수신기(250)의 교차 연결 여부를 판단할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신기(250)가 초기 기준 전압 및 초기 기준 전류를 송신한 경우에는 제어부(22)는 그 무선 전력 수신기(250)에 대응되게 송출 전력량을 조절할 수 있다. 즉, 제어부(22)는 초기 기준 전압 및 초기 기준 전류를 이용한다면 무선 전력 수신기(250)에서 수신 가능한 전력량에 맞게 얼마만큼 송출 전력량을 줄이거나 늘려야 하는지를 정확하게 알 수 있다. 여기서, 초기 기준 전압 및 초기 기준 전류는 제어부(22)에서 전원 공급부(20)로 공급되는 전압값 또는 전류값을 정하여 이를 전원 공급부(20)로 제공함으로써 전원 공급부(20)로부터 출력될 전압(Vdd)을 조절하는 데 이용되는 기준값이다. 이러한 초기 기준 전압 및 초기 기준 전류는 무선 전력 수신기(250)로부터 무선 전력 송신기(200)로 무선 통신부(120)를 통해 전송되는 프레임에 포함시켜 전송될 수 있으며, 그 프레임의 종류는 무선 전력 송신기(200)로 전송 가능한 프레임이면 어떠한 종류의 프레임이든 가능하다.
또한, 상기 무선 전력 송신기(200)는 제어부(22)의 제어하에 무선 전력 송신 동작과 관련하여 무선 전력 수신기(250)의 무선 통신부(120)와 통신하기 위해, 블루투스 등 다양한 무선 근거리 통신 방식 중 선택한 하나를 적용하여 구성되는 무선통신부(24)를 포함하여 구성된다. 여기서, 공진 신호 발생부(16)는 공진 신호 발생부(16) 상부에 무선 전력 수신기를 위치시킬 수 있는 충전 기판을 포함할 수 있다.
이때, 상기 전력 송신기(200)의 제어부(22)는 MCU(Micro Controller Unit) 등으로 구성될 수 있으며, 본 발명에 따른 교차 연결을 방지하기 위한 유효한 무선 전력 수신기를 식별하기 위한 동작은 하기에서 후술하기로 한다.
한편, 무선 전력 수신기(250)는 무선 전력 송신기(200)의 공진 신호 발생부(16)에서 송신한 무선 공진 신호를 수신하는 공진 신호 수신부(resonator)(112), 상기 공진 신호 수신부(112)를 통해 수신되는 교류(AC) 형태의 신호가 매칭부(matching circuit)(114)를 통해 수신되면, 상기 교류(AC) 형태의 전원을 직류(DC)로 정류하는 정류부(rectifier)(116)와, 상기 정류부(116)에서 출력되는 전원을 해당 전력 수신기가 적용되는 휴대용 단말기 등에서 원하는 동작 전원(예를 들어 +5V)으로 변환하는 DC/DC 컨버터(118)(또는 정전압 발생부), 동작 전원으로 충전을 수행하는 충전부(charge)/PMIC(Power Management IC)(124)와, 상기 DC/DC 컨버터(118)로 입력되는 입력전압(Vin), DC/DC 컨버터(118)로부터의 출력전압(Vout) 및 출력전류(Iout)을 측정하는 제어부(122) 등으로 구성될 수 있다. 이러한 제어부(122)는 MCU 등으로 구성될 수 있으며, 측정된 전압(Vrect)/전류(Irect) 정보에 따라 전력 수신 상태를 판단하며, 전력 수신 상태에 대한 정보를 무선 전력 송신기(200)로 제공하는 역할을 한다.
또한, 제어부(122)의 제어하에 무선 전력 수신 동작과 관련하여 무선 전력 송신기(200)와 통신하기 위해, 블루투스 등 다양한 무선 근거리 통신 방식 중 선택한 하나를 적용하여 구성되는 무선통신부(120)를 포함하여 구성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기(400)는 전원을 인가할 수 있다(S401). 전원이 인가되면, 무선 전력 송신기(400)는 환경을 설정(configuration)할 수 있다(S402).
무선 전력 송신기(400)는 전력 절약 모드(power save mode)에 진입할 수 있다(S403). 전력 절약 모드에서, 무선 전력 송신기(400)는 이종의 검출용 전력 비콘 각각을 각각의 주기로 인가할 수 있으며, 이에 대하여서는 도 6에서 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 예를 들어, 도 4에서와 같이 무선 전력 송신기(400)는 검출용 전력 비콘(power beacon)(예컨대, 짧은 비콘(short beacon) 또는 긴 비콘(long beacon))을 인가(S404, S405)할 수 있으며, 검출용 전력 비콘들 각각의 전력 값의 크기는 상이할 수도 있다. 검출용 전력 비콘들 중 일부 또는 전부는 무선 전력 수신기(450)의 통신부를 구동할 수 있는 전력량을 가질 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(450)는 검출용 전력 비콘들 중 일부 또는 전부에 의하여 통신부를 구동시켜 무선 전력 송신기(400)와 통신을 수행할 수 있다. 이때, 상기 상태를 널(Null) 상태로 명명할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)의 배치에 의한 로드 변화를 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기(400)는 저전력 모드(S408)로 진입할 수 있다. 저전력 모드에 대하여서도 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 한편, 무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기(400)로부터 수신된 전력에 기초하여 통신부를 구동시킬 수 있다(S409).
무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기(400)로 무선 전력 송신기 검색 (PTU searching)신호를 송신할 수 있다(S410). 무선 전력 수신기(450)는 BLE 기반의 애드버타이즈먼트(Advertisement; AD) 신호로서, 무선 전력 송신기 검색 신호를 송신할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)는 무선 전력 송신기 검색 신호를 주기적으로 송신할 수 있으며, 무선 전력 송신기(400)로부터 응답 신호를 수신하거나 또는 기설정된 시간이 도래할 때까지 송신할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따라, 상기 무선 전력 수신기(450)는 상기 무선 전력 송신기(400)로부터 전송된 비콘 신호에 포함된 무선 전력 송신기(400)의 식별 정보를 검출하고, 상기 검출된 식별 정보를 상기 애드버타이즈먼트 신호에 포함시켜 전송할 수도 있다.
무선 전력 수신기(450)로부터 무선 전력 송신기 검색 신호가 수신되면, 무선 전력 송신기(400)는 응답 신호(PRU Respnse) 신호를 송신할 수 있다(S411). 여기에서 응답 신호는 무선 전력 송신기(400) 및 무선 전력 수신기(450) 사이의 연결(connection)을 형성(form)할 수 있다.
무선 전력 수신기(450)는 PRU static 신호를 송신할 수 있다(S412). 여기에서, PRU static 신호는 무선 전력 수신기(450)의 상태를 지시하는 신호일 수 있으며, 무선 전력 송신기(400)가 관제하는 무선 전력 네트워크에 가입을 요청할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)는 PTU static 신호를 송신할 수 있다(S413). 무선 전력 송신기(400)가 송신하는 PTU static 신호는 무선 전력 송신기(400)의 용량(capability)을 지시하는 신호일 수 있다.
무선 전력 송신기(400) 및 무선 전력 수신기(450)가 PRU static 신호 및 PTU static 신호를 송수신하면, 무선 전력 수신기(450)는 PRU 다이내믹(Dynamic) 신호를 주기적으로 송신할 수 있다(S414, S415). PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는 무선 전력 수신기(450)에서 측정된 적어도 하나의 파라미터 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는 무선 전력 수신기(450)의 정류부 후단의 전압 정보를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 수신기(450)의 상태를 부트(Boot) 상태(S407)라고 명명할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)는 전력 송신 모드로 진입하고(S416), 무선 전력 송신기(400)는 무선 전력 수신기(450)가 충전을 수행하도록 하는 명령 신호인 PRU 제어(PRU control) 신호를 송신할 수 있다(S417). 전력 송신 모드에서, 무선 전력 송신기(400)는 충전 전력을 송신할 수 있다.
무선 전력 송신기(400)가 송신하는 PRU 제어(control) 신호는 무선 전력 수신기(450)의 충전을 인에이블/디스에이블하는 정보 및 허여(permission) 정보를 포함할 수 있다. PRU 제어 신호는 충전 상태가 변경될 때마다 송신될 수 있다. PRU 제어 신호는 예를 들어 250ms 마다 송신될 수 있거나, 파라미터 변화가 있을 때 송신될 수 있다. PRU 제어 신호는 파라미터가 변경되지 않더라도 기설정된 임계 시간, 예를 들어 1초 이내에는 송신되어야 하도록 설정될 수도 있다.
무선 전력 수신기(450)는 PRU 제어(control) 신호에 따라서 설정을 변경하고, 무선 전력 수신기(450)의 상태를 보고하기 위한 무선 전력 수신기 다이내믹(PRU Dynamic) 신호를 송신할 수 있다(S418, S419). 무선 전력 수신기(450)가 송신하는 PRU 다이내믹(PRU Dynamic) 신호는 전압, 전류, 무선 전력 수신기 상태 및 온도 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 무선 전력 수신기(450)의 상태를 On 상태로 명명할 수 있다.
한편, PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는 하기 <표 1>과 같은 데이터 구조를 가질 수 있다.
Figure pat00001
상기 <표 1>에서와 같이, PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는 적어도 하나의 필드로 구성될 수 있다. 각 필드에는 선택적 필드 정보, 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 전압 정보, 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 전류 정보, 무선 전력 수신기의 DC/DC 컨버터의 후단의 전압 정보, 무선 전력 수신기의 DC/DC 컨버터의 후단의 전류 정보, 온도 정보, 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최소 전압값 정보(VRECT_MIN_DYN), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최적 전압값 정보(VRECT _SET_ DYN), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최대 전압값 정보(VRECT _HIGH_ DYN) 및 경고 정보(PRU alert) 등이 설정될 수 있다. PRU 다이내믹(Dynamic) 신호는 상기와 같은 필드들 중 적어도 하나의 필드를 포함할 수 있다.
예를 들어, 충전 상황에 따라 결정된 적어도 하나의 전압 설정값들(예컨대, 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최소 전압값 정보(VRECT _MIN_ DYN), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최적 전압값 정보(VRECT _SET_ DYN), 무선 전력 수신기의 정류부의 후단의 최대 전압값 정보(VRECT _HIGH_ DYN) 등)을 상기 PRU 다이내믹 신호의 해당 필드에 포함하여 전송할 수 있다. 이와 같이, PRU 다이내믹 신호를 수신한 무선 전력 송신기는 상기 PRU 다이내믹 신호에 포함된 상기 전압 설정값들을 참조하여 각 무선 전력 수신기로 전송할 무선 충전 전압을 조정할 수 있다.
그 중에서도 경고 정보(PRU Alert)는 하기의 <표 2>와 같은 데이터 구조로 형성될 수 있다.
Figure pat00002
상기 <표 2>를 참조하면, 상기 경고 정보(PRU Alert)는 재시작 요청(restart request)을 위한 비트와, 전환(transition)을 위한 비트 및 유선 충전 어댑터 인입 감지(TA(Travel Adapter) detect)를 위한 비트를 포함할 수 있다. 상기 TA detect는 무선 전력 수신기가 무선 충전을 제공하는 무선 전력 송신기에서 유선 충전을 위한 단자가 연결되었음을 알리는 비트를 나타낸다. 상기 전환을 위한 비트는 무선 전력 수신기의 통신 IC(Intergrated Circit)가 SA(stand alone) 모드에서 NSA(non stand alone) 모드로 전환하기 전에 무선 전력 수신기가 리셋(reset)됨을 무선 전력 송신기에게 알리는 비트를 나타낸다. 마지막으로, 재시작 요청(restart request)은 과전류나 온도 초과 상태가 발생하여 무선 전력 송신기가 송신 전력을 줄여 충전이 끊어지게 되었다가 정상 상태로 돌아오면, 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기로 충전을 재개할 준비가 되었음을 알리는 비트를 나타낸다.
또한, 경고 정보(PRU Alert)는 하기의 <표 3>과 같은 데이터 구조로도 형성될 수 있다.
Figure pat00003
상기 <표 3>을 참조하면, 경고 정보는, 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature), 무선 전력 수신기 셀프 보호(PRU Self Protection), 충전 완료(charge complete), 유선 충전 감지(Wired Charger Detect), 모드 전환(Mode Transition) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 과전압(over voltage) 필드에 ‘1’이 설정되면, 이는 무선 전력 수신기에서의 전압 Vrect이 과전압 한계를 초과했음을 나타낼 수 있다. 이외에 과전류(over current), 과온도(over temperature)는 과전압에서와 같은 방식으로 설정될 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기 셀프 보호(PRU Self Protection)는 무선 전력 수신기가 직접 로드에 걸리는 전력을 줄임으로써 보호하는 것을 의미하며, 이러한 경우 무선 전력 송신기는 충전 상태를 변경할 필요가 없다.
본 발명의 실시 예에 따른 모드 전환(Mode Transition)을 위한 비트(bits)는 모드 전환 절차가 진행되는 기간을 무선 전력 송신기에 통지하기 위한 값으로 설정될 수 있다. 이러한 모드 전환 기간을 나타내는 비트는 하기 <표 4>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
상기 <표 4>를 참조하면, ‘00’은 모드 전환이 없음을 나타내며, ‘01’은 모드 전환을 완료하기 위해 요구되는 시간이 최대 2초라는 것을 나타내며, ‘10’은 모드 전환을 완료하기 위해 요구되는 시간이 최대 3초라는 것을 나타내며, ‘11’은 모드 전환을 완료하기 위해 요구되는 시간이 최대 6초라는 것을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 모드 전환을 완료하기 위해 3초 이하의 시간이 소요되는 경우, 모드 전환 비트는 ‘10’으로 설정될 수 있다. 이러한 모드 전환 절차의 시작에 앞서, 무선 전력 수신기는 1.1 W 전력 드로우(draw)를 맞추도록 입력 임피던스 설정을 변경하여 모드 전환 절차 동안에 어떠한 임피던스 변화가 없도록 제한할 수 있다. 이에 따라 무선 전력 송신기는 이러한 설정에 맞추어 무선 전력 수신기에 대한 전력(ITX_COIL)을 조정하며, 이에 따라 모드 전환 기간 동안에 무선 전력 수신기에 대한 전력(ITX_COIL)을 유지할 수 있다.
따라서 모드 전환 비트에 의해 모드 전환 기간이 설정되면, 무선 전력 송신기는 그 모드 전환 시간 예컨대, 3초 동안에는 무선 전력 수신기에 대한 전력(ITX_COIL)을 유지할 수 있다. 즉, 3초 동안에 무선 전력 수신기로부터 응답이 수신되지 않더라도 연결을 유지할 수 있다. 하지만 모드 전환 시간이 경과한 이후에는 그 무선 전력 수신기를 이물질(rouge object)이라고 간주하여 전력 전송을 종료할 수 있다.
한편, 무선 전력 수신기(450)는 에러 발생을 감지할 수 있다. 무선 전력 수신기(450)는 경고 신호를 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수 있다(S420). 경고 신호는 PRU 다이내믹(PRU Dynamic) 신호로 송신되거나 또는 경고(alert) 신호로 송신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(450)는 상기 <표 1>의 PRU alert 필드에 에러 상황을 반영하여 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수 있다. 또는 무선 전력 수신기(450)는 에러 상황을 지시하는 단독 경고 신호를 무선 전력 송신기(400)로 송신할 수도 있다. 무선 전력 송신기(400)는 경고 신호를 수신하면, 랫치 실패(Latch Fault) 모드로 진입할 수 있다(S422). 무선 전력 수신기(450)는 널(Null) 상태로 진입할 수 있다(S423).
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 동작을 설명하는 흐름도이다. 도 5의 제어 방법은 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 6은 도 5의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 구동을 개시할 수 있다(S501). 아울러, 무선 전력 송신기는 초기 설정을 리셋할 수 있다(S503). 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드에 진입할 수 있다(S505). 여기에서, 전력 절약 모드는, 무선 전력 송신기가 전력 송신부에 전력량이 상이한 이종의 전력을 인가하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 6에서의 제 2 검출 전력(601, 602) 및 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 전력 송신부에 인가하는 구간일 수 있다. 여기에서, 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(601, 602)을 제 2 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 2 검출 전력(601, 602)을 인가하는 경우에는 제 2 기간 동안 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 제 3 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 인가하는 경우에는 제 3 기간 동안 인가할 수 있다. 한편, 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)의 각각의 전력 값은 상이한 것과 같이 도시되어 있지만, 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)의 각각의 전력 값은 상이할 수도 있으며 또는 동일할 수도 있다.
무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611)을 출력한 이후에 동일한 크기의 전력량을 가지는 제 3 검출 전력(612)을 출력할 수 있다. 상기와 같이 무선 전력 송신기가 동일한 크기의 제 3 검출 전력을 출력하는 경우, 제 3 검출 전력의 전력량은 가장 소형의 무선 전력 수신기, 예를 들어 카테고리 1의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
반면, 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(611)을 출력한 이후에 상이한 크기의 전력량을 가지는 제 3 검출 전력(612)을 출력할 수 있다. 상기와 같이 무선 전력 송신기가 상이한 크기의 제 3 검출 전력을 출력하는 경우, 제 3 검출 전력의 전력량 각각은 카테고리 1 내지 5의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량일 수 있다. 예를 들어, 제 3 검출 전력(611)은 카테고리 5의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있으며, 제 3 검출 전력(612)은 카테고리 3의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있으며, 제 3 검출 전력(613)은 카테고리 1의 무선 전력 수신기를 검출할 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
한편, 제 2 검출 전력(601, 602)은 무선 전력 수신기를 구동시킬 수 있는 전력일 수 있다. 더욱 상세하게는, 제 2 검출 전력(601, 602)은 무선 전력 수신기의 제어부 및/또는 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(601, 602) 및 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)을 전력 수신부로 각각 제 2 주기 및 제 3 주기로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기 상에 무선 전력 수신기가 배치되는 경우, 무선 전력 송신기의 일 지점에서 바라보는 임피던스가 변화될 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(601, 602) 및 제 3 검출 전력(611, 612, 613, 614, 615)이 인가되는 중 임피던스 변화를 검출할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(615)을 인가하는 중, 임피던스가 변화되는 것을 검출할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 물체를 검출할 수 있다(S507). 물체가 검출되지 않는 경우에는(S507-N), 무선 전력 송신기는 이종의 전력을 주기적으로 인가하는 전력 절약 모드를 유지할 수 있다(S505).
한편, 임피던스가 변화되어 물체가 검출되는 경우에는(S507-Y), 무선 전력 송신기는 저전력 모드로 진입할 수 있다. 여기에서, 저전력 모드는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 제어부 및 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가진 구동 전력을 인가하는 모드이다. 예를 들어 도 6에서는, 무선 전력 송신기는 구동 전력(620)을 전력 송신부에 인가할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(620)을 수신하여 제어부 및/또는 통신부를 구동할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(620)에 기초하여 무선 전력 송신기와 소정의 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 인증에 요구되는 데이터를 송수신할 수 있으며, 이에 기초하여 무선 전력 송신기가 관장하는 무선 전력 네트워크에 가입할 수 있다. 다만, 무선 전력 수신기가 아닌 이물질이 배치되는 경우에는, 데이터 송수신이 수행될 수 없다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 배치된 물체가 이물질인지 여부를 결정할 수 있다(S511). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 기설정된 시간 동안 물체로부터 응답을 수신하지 못한 경우, 물체를 이물질로 결정할 수 있다.
이물질로 결정된 경우에는(S511-Y), 무선 전력 송신기는 랫치 실패(latch fault) 모드로 진입할 수 있다(S513). 반면, 이물질이 아닌 것으로 결정된 경우에는(S511-N), 가입 단계를 진행할 수 있다(S519). 예를 들면, 무선 전력 송신기는 도 6에서의 제 1 전력(631 내지 634)을 제 1 주기로 주기적으로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 1 전력을 인가하는 중에 임피던스 변화를 검출할 수 있다. 예를 들어, 이물질이 회수되는 경우에는(S515-Y) 임피던스 변화를 검출할 수 있으며, 무선 전력 송신기는 이물질이 회수된 것으로 판단할 수 있다. 또는 이물질이 회수되지 않는 경우에는(S515-N), 무선 전력 송신기는 임피던스 변화를 검출할 수 없으며, 무선 전력 송신기는 이물질이 회수되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이물질이 회수되지 않는 경우에는, 무선 전력 송신기는 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 출력하여 현재의 무선 전력 송신기의 상태가 에러 상태임을 사용자에게 알릴 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.
이물질이 회수되지 않은 것으로 판단되는 경우(S515-N), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드를 유지할 수 있다(S513). 한편, 이물질이 회수된 것으로 판단되는 경우(S515-Y), 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드로 재진입할 수 있다(S517). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 6의 제 2 전력(651, 652) 및 제 3 전력(661 내지 665)을 인가할 수 있다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 송신기는, 무선 전력 수신기가 아닌 이물질이 배치된 경우에 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드에서 인가하는 전력에 기초한 임피던스 변화에 의거하여 이물질의 회수 여부를 판단할 수 있다. 즉, 도 5 및 6의 실시 예에서의 랫치 실패 모드 진입 조건은 이물질의 배치일 수 있다. 한편, 무선 전력 송신기는 이물질의 배치 이외에도 다양한 랫치 실패 모드 진입 조건을 가질 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 배치된 무선 전력 수신기와 교차 연결될 수 있으며, 상기의 경우에서도 랫치 실패 모드로 진입될 수 있다.
이에 따라, 무선 전력 송신기는 교차 연결 발생 시, 초기 상태로의 복귀가 요구되며, 무선 전력 수신기의 회수가 요구된다. 무선 전력 송신기는 다른 무선 전력 송신기상에 배치되는 무선 전력 수신기가 무선 전력 네트워크에 가입되는 교차 연결을 랫치 실패 모드 진입 조건으로 설정할 수 있다. 교차 연결을 포함하는 에러 발생 시의 무선 전력 송신기의 동작을 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 7의 제어 방법은 도 8을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 8은 도 7의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
무선 전력 송신기는 구동을 개시할 수 있다(S701). 아울러, 무선 전력 송신기는 초기 설정을 리셋할 수 있다(S703). 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드에 진입할 수 있다(S705). 여기에서, 전력 절약 모드는, 무선 전력 송신기가 전력 송신부에 전력량이 상이한 이종의 전력을 인가하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8에서의 제 2 검출 전력(801, 802) 및 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)을 전력 송신부에 인가하는 구간일 수 있다. 여기에서, 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(801, 802)을 제 2 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 2 검출 전력(801, 802)을 인가하는 경우에는 제 2 기간 동안 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)을 제 3 주기로 주기적으로 인가할 수 있으며, 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)을 인가하는 경우에는 제 3 기간 동안 인가할 수 있다. 한편, 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)의 각각의 전력 값은 상이한 것과 같이 도시되어 있지만, 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)의 각각의 전력 값은 상이할 수도 있으며 또는 동일할 수도 있다.
한편, 제 2 검출 전력(801, 802)은 무선 전력 수신기를 구동시킬 수 있는 전력일 수 있다. 더욱 상세하게는, 제 2 검출 전력(801, 802)은 무선 전력 수신기의 제어부 및/또는 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가질 수 있다.
무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(801, 802) 및 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)을 전력 수신부로 각각 제 2 주기 및 제 3 주기로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기 상에 무선 전력 수신기가 배치되는 경우, 무선 전력 송신기의 일 지점에서 바라보는 임피던스가 변화될 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(801, 802) 및 제 3 검출 전력(811, 812, 813, 814, 815)이 인가되는 중 임피던스 변화를 검출할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 3 검출 전력(815)을 인가하는 중, 임피던스가 변화되는 것을 검출할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 송신기는 물체를 검출할 수 있다(S707). 물체가 검출되지 않는 경우에는(S707-N), 무선 전력 송신기는 이종의 전력을 주기적으로 인가하는 전력 절약 모드를 유지할 수 있다(S705).
한편, 임피던스가 변화되어 물체가 검출되는 경우에는(S707-Y), 무선 전력 송신기는 저전력 모드로 진입할 수 있다(S709). 여기에서, 저전력 모드는 무선 전력 송신기가 무선 전력 수신기의 제어부 및/또는 통신부를 구동시킬 수 있는 전력량을 가진 구동 전력을 인가하는 모드이다. 예를 들어 도 8에서는, 무선 전력 송신기는 구동 전력(820)을 전력 송신부에 인가할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(820)을 수신하여 제어부 및/또는 통신부를 구동할 수 있다. 무선 전력 수신기는 구동 전력(820)에 기초하여 무선 전력 송신기와 소정의 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 인증에 요구되는 데이터를 송수신할 수 있으며, 이에 기초하여 무선 전력 송신기가 관장하는 무선 전력 네트워크에 가입할 수 있다.
이후, 무선 전력 송신기는 충전 전력을 송신하는 전력 송신 모드로 진입할 수 있다(S711). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8에서와 같이 충전 전력(821)을 인가할 수 있으며, 충전 전력은 무선 전력 수신기로 송신될 수 있다.
무선 전력 송신기는 전력 송신 모드에서, 에러가 발생하는지 여부를 판단할 수 있다. 여기에서, 에러는 무선 전력 송신기 상에 이물질이 배치되는 것, 교차 연결, 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature) 등일 수 있다. 무선 전력 송신기는 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature) 등을 측정할 수 있는 센싱부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 기준 지점의 전압 또는 전류를 측정할 수 있으며, 측정된 전압 또는 전류가 임계값을 초과하는 것을 과전압 또는 과전류 조건이 충족되는 것으로 판단할 수 있다. 또는 무선 전력 송신기는 온도 센싱 수단을 포함할 수 있으며, 온도 센싱 수단은 무선 전력 송신기의 기준 지점의 온도를 측정할 수 있다. 기준 지점의 온도가 임계값을 초과하는 경우에는, 무선 전력 송신기는 과온도 조건이 충족된 것으로 판단할 수 있다.
한편, 상기 온도, 전압, 전류 등의 측정값에 따라 과전압, 과전류, 과온도 등의 상태로 판단될 경우, 무선 전력 송신기는 무선 충전 전력을 미리 설정된 값만큼 낮춤으로써 과전압, 과전류, 과온도를 방지한다. 이때, 낮춰진 무선 충전 전력의 전압값이 설정된 최소값(예컨대, 무선 전력 수신기 정류부 후단의 최소 전압값(VRECT_MIN_DYN))보다 낮아지면 무선 충전이 중단되므로, 본 발명의 실시 예에 따라 전압 설정값을 재조정할 수 있다.
도 8의 실시 예에서는, 무선 전력 송신기 상에 이물질이 추가적으로 배치되는 에러가 도시되었지만, 에러는 이에 한정되지 않으며 이물질이 배치되는 것, 교차 연결, 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature)에 대하여서도 무선 전력 송신기가 유사한 과정으로 동작함을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
에러가 발생하지 않으면(S713-N), 무선 전력 송신기는 전력 송신 모드를 유지할 수 있다(S711). 한편, 에러가 발생하면(S713-Y), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다(S715). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8과 같이 제 1 전력(831 내지 835)를 인가할 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드 동안 램프 및 경고음 중 적어도 하나를 포함한 에러 발생 표시를 출력할 수 있다. 이물질 또는 무선 전력 수신기가 회수되지 않은 것으로 판단되는 경우(S717-N), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드를 유지할 수 있다(S715). 한편, 이물질 또는 무선 전력 수신기가 회수된 것으로 판단되는 경우(S717-Y), 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드로 재진입할 수 있다(S719). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 8의 제 2 전력(851,852) 및 제 3 전력(861 내지 865)을 인가할 수 있다.
이상에서, 무선 전력 송신기가 충전 전력을 송신하는 중 에러가 발생한 경우의 동작에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 무선 전력 송신기 상에 복수의 무선 전력 수신기가 충전 전력을 수신하는 경우의 동작에 대하여 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 무선 전력 송신기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 9의 제어 방법은 도 10을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 10은 도 9의 실시 예에 의한 무선 전력 송신기가 인가하는 전력량의 시간 축에 대한 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기로 충전 전력을 송신할 수 있다(S901). 아울러, 무선 전력 송신기는 추가적으로 제 2 무선 전력 수신기를 무선 전력 네트워크로 가입시킬 수 있다(S903). 또한, 무선 전력 송신기는 제 2 무선 전력 수신기에도 충전 전력을 송신할 수 있다(S905). 더욱 상세하게는, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기가 요구하는 충전 전력의 합계를 전력 수신부에 인가할 수 있다.
도 10에서는 상기의 S901 단계 내지 S905 단계에 대한 일 실시 예가 도시된다. 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 2 검출 전력(1001, 1002) 및 제 3 검출 전력(1011 내지 1015)을 인가하는 전력 절약 모드를 유지할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기를 검출하고, 검출 전력(1020)을 유지하는 저전력 모드로 진입할 수 있다. 이후, 무선 전력 송신기는 제 1 충전 전력(1030)을 인가하는 전력 송신 모드로 진입할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 2 무선 전력 수신기를 검출할 수 있으며, 제 2 무선 전력 수신기를 무선 전력 네트워크에 가입시킬 수 있다. 아울러, 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기가 요구하는 전력량의 합계의 전력량을 가지는 제 2 충전 전력(1040)을 인가할 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 무선 전력 송신기는 제 1 및 제 2 무선 전력 수신기 양자에 충전 전력을 송신하는 중(S905), 에러 발생을 검출할 수 있다(S907). 여기에서, 에러는 상술한 바와 같이, 이물질 배치, 교차 연결, 과전압(over voltage), 과전류(over current), 과온도(over temperature) 등일 수 있다. 에러가 발생하지 않으면(S907-N), 무선 전력 송신기는 제 2 충전 전력(1040)의 인가를 유지할 수 있다.
한편, 에러가 발생하면(S907-Y), 무선 전력 송신기는 랫치 실패 모드로 진입할 수 있다(S909). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 10의 제 1 전력(1051 내지 1055)을 제 1 주기로 인가할 수 있다. 무선 전력 송신기는 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기 모두가 회수되는지를 판단할 수 있다(S911). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 제 1 전력(1051 내지 1055)의 인가 중 임피던스 변화를 검출할 수 있다. 무선 전력 송신기는 임피던스가 초기 수치로 복귀하는지 여부에 기초하여 제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기 모두가 회수되는지를 판단할 수 있다.
제 1 무선 전력 수신기 및 제 2 무선 전력 수신기 모두가 회수된 것으로 판단되면(S911-Y), 무선 전력 송신기는 전력 절약 모드로 진입할 수 있다(S913). 예를 들어, 무선 전력 송신기는 도 10과 같이 제 2 검출 전력(1061, 1062) 및 제 3 검출 전력(1071 내지 1075)을 각각 제 2 주기 및 제 3 주기로 인가할 수 있다.
상술한 바와 같이, 무선 전력 송신기는 복수 개의 무선 전력 수신기에 충전 전력을 인가하는 경우에 있어서도, 에러 발생 시 용이하게 무선 전력 수신기 또는 이물질이 회수되는지 여부를 판단할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 SA(stand alone) 모드에서의 무선 전력 송신기 및 무선 전력 수신기의 블록도이다.
무선 전력 송신기(1100)는 통신부(1110), 전력 증폭기(power amplifier, PA)(1120) 및 공진기(resonator)(1130)를 포함할 수 있다. 무선 전력 수신기(1150)는 통신부(WPT Communication IC)(1151), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP)(1152), 전력 관리 집적회로(Power Management Integrated Circuit; PMIC)(1153), 무선 전력 집적회로(Wireless Power Integrated Circuit; WPIC)(1154), 공진기(resonator)(1155), 인터페이스 전력 관리 집적회로(Interface Power Management IC; IFPM)(1157), 유선 충전 어댑터(Travel Adapter; TA)(1158) 및 배터리(1159)를 포함할 수 있다.
무선 전력 송신기(1100)의 통신부(1110)는 와이파이(WiFi)/블루투스(BT) 콤보(Combo) IC으로 구현될 수 있으며, 무선 전력 수신기(1150)의 통신부(1151)와 소정의 방식, 예를 들어 BLE 방식에 기초하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(1150)의 통신부(1151)는 전술한 <표 1>의 데이터 구조를 가지는 PRU 다이내믹(PRU Dynamic) 신호를 무선 전력 송신기(1100)의 통신부(1110)로 송신할 수 있다. 상술한 바와 같이, PRU 다이내믹 신호는 무선 전력 수신기(1150)의 전압 정보, 전류 정보, 온도 정보 및 경고 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
수신된 PRU 다이내믹 신호에 기초하여, 전력 증폭기(1120)로부터의 출력 전력 값이 조정될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기(1150)에 과전압, 과전류, 과온도가 인가되면, 전력 증폭기(1120)로부터 출력되는 전력 값이 감소될 수 있다. 아울러, 무선 전력 수신기(1150)의 전압 또는 전류가 기설정된 값 미만인 경우에는 전력 증폭기(1120)로부터 출력되는 전력 값이 증가될 수 있다.
무선 전력 송신기(1100)의 공진기(1130)로부터의 충전 전력은 무선 전력 수신기(1150)의 공진기(1155)에 무선으로 송신될 수 있다.
무선 전력 집적회로(1154)는 공진기(1155)로부터 수신된 충전 전력을 정류하고, DC/DC 컨버팅할 수 있다. 무선 전력 집적회로(1154)는 컨버팅된 전력으로 통신부(1151)를 구동하거나 또는 배터리(1159)를 충전하도록 할 수 있다.
한편, 유선 충전 어댑터(1158)에는 유선 충전 단자가 인입될 수 있다. 유선 충전 어댑터(1158)는 30핀 커넥터 또는 USB 커넥터 등의 유선 충전 단자가 인입될 수 있으며, 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 수신하여 배터리(1159)를 충전할 수 있다.
인터페이스 전력 관리 집적회로(1157)는 유선 충전 단자로부터 인가되는 전력을 처리하여 배터리(1159) 및 전력 관리 집적회로(1153)로 출력할 수 있다.
전력 관리 집적회로(1153)는 무선으로 수신된 전력 또는 유선으로 수신된 전력과 무선 전력 수신기(1150)의 구성 요소 각각에 인가되는 전력을 관리할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1152)는 전력 관리 집적회로(1153)로부터 전력 정보를 수신하여, 이를 보고하기 위한 PRU 다이내믹(PRU Dynamic) 신호를 송신하도록 통신부(1151)를 제어할 수 있다.
무선 전력 집적회로(1154)에 연결되는 노드(1156)에는 유선 충전 어댑터(1158)에도 연결될 수 있다. 유선 충전 어댑터(1158)에 유선 충전 커넥터가 인입되는 경우에는, 노드(1156)에 기설정된 전압, 예를 들어 5V가 인가될 수 있다. 무선 전력 집적회로(1154)는 노드(1156)에 인가되는 전압을 모니터링하여 유선 충전 어댑터의 인입 여부를 판단할 수 있다.
한편, 어플리케이션 프로세서(1152)는 미리 정해진 통신 방식의 스택 예컨대, WiFi/BT/BLE 스택을 가지고 있다. 따라서 무선 충전을 위한 통신 시 통신부(1151)는 어플리케이션 프로세서(1152)로부터 이러한 스택을 로드한 후, 그 스택을 기반으로 BT, BLE 통신 방식을 이용하여 무선 전력 송신기(1100)의 통신부(1110)와 통신할 수 있다.
하지만, 어플리케이션 프로세서(1152)가 전원 오프된 상태에서 어플리케이션 프로세서(1152)로부터 무선 전력 전송을 수행하기 위한 데이터를 가져올 수 없는 상태 또는 어플리케이션 프로세서(1152) 내의 메모리로부터 그 데이터를 가져와서 사용하는 도중에 그 어플리케이션 프로세서(1152)의 온 상태를 유지할 수 없을 정도로 전력이 소실된 상태가 발생할 수 있다.
이와 같이 배터리(1159)의 잔여 용량이 최소 전력 임계값 미만이 되면, 어플리케이션 프로세서(1152)가 꺼지게 되며, 무선 전력 수신기 내부에 배치된 무선 충전을 위한 일부 구성 요소 예컨대, 통신부(1151), 무선 전력 집적 회로(1154), 공진기(1155) 등을 이용하여 무선 충전을 할 수 있다. 여기서, 어플리케이션 프로세서(1152)를 켤 수 있는 정도의 전원을 공급할 수 없는 상태를 데드(dead) 배터리 상태라고 할 수 있다.
이러한 데드 배터리 상태에서는 어플리케이션 프로세서(1152)는 구동되지 않기 때문에 통신부(1151)는 미리 정해진 통신 방식의 스택 예컨대, WiFi/BT/BLE 스택을 어플리케이션 프로세서(1152)로부터 입력받을 수 없다. 이러한 경우를 대비하여 통신부(1151)의 메모리(1162) 내에 어플리케이션 프로세서(1152)로부터 상기 미리 정해진 통신 방식의 스택 중 일부의 스택 예컨대, BLE 스택을 패치(fetch)하여 저장해놓을 수 있다. 이에 따라 통신부(1151)는 메모리(1162)에 저장한 상기 통신 방식의 스택 즉, 무선 충전 프로토콜을 이용하여 무선 충전을 위한 무선 전력 송신기(1100)와의 통신을 수행할 수 있다. 이때, 통신부(1151)는 그 내부의 메모리를 포함할 수 있는데, SA 모드에서 BLE 스택은 롬 형태의 메모리에 저장될 수 있다.
상술한 바와 같이, 통신부(1151)가 메모리(1162)에 저장한 상기 통신 방식의 스택을 이용하여 통신을 수행하는 것을 SA(stand alone) 모드라고 명명할 수 있다. 이에 따라 통신부(1151)는 BLE 스택을 기반으로 충전 절차를 관리할 수 있다.
이상으로, 도 2 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 무선 충전 시스템의 개념 및 무선 전력 송수신기의 예를 설명하였다. 이하 도 12 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 교차 연결 판단 방법을 상세히 설명하기로 한다. 후술하는 도 12 내지 도 14에서의 교차 연결 판단 방법들은 상술한 도 2 내지 도 11의 무선 충전 시스템 또는 무선 전력 송수신기의 적어도 일부 기능을 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예를 설명하기에 앞서 교차 연결(cross coneection)에 대해 개략적으로 설명하기로 한다. PTU(Power Transfer Unit)는 로드(load)의 변화를 감지하는 로드 검출 상태(detection state)에서 주기적으로 로드의 변화를 감지하여 PRU(Power Receiving Unit)가 놓여 졌는지 여부를 판단할 수 있다.
이때, 주기적인 감지가 250ms 간격이라고 가정하면, 두 개의 PTU에 두 개의 PRU가 250ms 안에 동시에 놓여질 경우, PRU 자신이 위치하지 않은 다른 PTU와 교신하여 충전을 요청할 수 있고, PTU도 자신 위에 위치한 PRU로부터의 충전 요청으로 오판할 수 있다.
또한, PRU는 PTU로부터 전력을 인가받게 되면 애드버타이즈먼트(advertisement) 신호를 전송하여 자신이 놓여진 PTU를 찾는데, PTU는 PRU로부터의 탐색(search)에 대한 응답으로 응답 탐색 프레임(response search frame)을 전송하고, PRU는 이들의 RSSI(Received Signal Strength Intensity) 값을 측정하여 가장 큰 값을 가지는 PTU를 선정한다.
이때, 제2 PRU에서는 제2 PTU의 신호보다 제1 PTU의 신호가 더 크게 수신될 경우, 상기 제1 PTU를 자신이 놓여진 PTU라 오판할 수 있다.
상기와 같은 교차 연결을 판단하는 방법은 다양하게 구현될 수 있다. 예컨대, 인-밴드(In-band) 교차 연결 판단(Cross connection detection; CCD) 방법으로 다음과 같은 방법들이 있다.
- PTU 또는 PRU가 로드의 변화를 주어서 신호를 생성하며, 상대 PRU 또는 PTU가 이를 감지하여 이 신호가 아웃밴드(Outband)로 주어진 신호와 일치하는지를 검사하여 교차 연결을 판단하는 방법.
- Reverse Inband : PRU에서 로드를 변화시키고, PTU가 이를 감지하는 방법.
- Forward Inband : PTU가 전송 파워에 변조 신호를 실어 전송하면 PRU가 이를 감지하는 방법.
상기와 같은 인-밴드 CCD의 문제점은 아래와 같다.
- PTU와 PRU에 변복조(encoding/decoding) 회로와 감지 회로가 필요하며 이를 위한 소프트웨어(SW)도 필요하여 복잡도가 높다.
- Reverse Inband의 경우, 전력을 전송하는 중 PRU들의 로드 변화나 노이즈에 의해 감지가 어렵다.
- PRU가 동적(Dynamic) 로드를 가질 경우, 일정한 신호를 보내기 어렵다.
- 다중 충전에서 동시 신호 전송에 의한 신호 충돌 발생 우려가 있다.
따라서, 기존 무선 충전 HW/SW에 많은 변화를 주지 않는 교차 연결 감지(CCD) 방법이 필요하다.
이하에서는 도 12 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 교차 연결 감지 방법을 설명한다.
PTU는 PRU control에 의해 충전이 시작되면 주기적으로 리포트 되는 PRU Dynamic Parameter의 VRECT 값을 확인한 후, 도미넌트(dominant) PRU(예컨대, 사용률이 높은 PRU)가 Static Parameter를 통해 준 VRECT _ SET값에 도달하기 위해 Itx_coil을 조절한다.(Power Tracking)
일정 시간이 지나 VRECT 값이 VRECT _SET에 도달하면 로드의 변화가 있지 않은 한 Itx_coil을 유지하는 안정화된 단계로 진입한다.
상기 VRECT _ SET값은 PRU Dynamic Parameter의 VRECT _SET_ DYN을 통해 재설정 가능하며 재설정되면 PTU는 새로운 VRECT _ SET값에 도달하기 위해 전력(power)을 조절하거나 Itx_coil을 조절하게 된다.
도 12에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 따른 동작 방식을 개시한다. 도 12를 참조하면, 아래의 과정을 수행한다.
제1 과정: 충전 시작 후 PTU의 전력 추적(Power Tracking)이 안정화되면 PRU의 VRECT값도 VRECT _SET에 근접하게 되어 일정 범위 이상 (A% 이내 오차) 변하지 않게 되므로 PRU는 안정된 것으로 판단한다.
제2 과정: PRU는 PRU Dynamic Parameter를 사용하여 교차 연결 감지(cross connection detection)를 수행(CCD= '1')할 것임을 알린다.(1201)
하기 <표 5>는 상기 PRU Dynamic Parameter에 PRU request 필드 내에서 CCD 수행 여부를 나타내는 정보를 포함하여 전송하는 예를 나타낸다. 또한, 하기 <표 6>은 상기 PRU request 필드에서의 정보 비트 설정 예를 나타낸다.
Figure pat00005
Figure pat00006
제3 과정: PTU는 CCD=1이 감지되면 도미넌트 PRU(dominant PRU)를 CCD=1인 PRU로 전환한다.
제4 과정: PRU는 다시 일정 시간(B sec)을 기다려 PTU가 Itx_coil을 조절하여 VRECT _SET에 A% 이내의 오차로 근접하면 PRU Dynamic Parameter의 VRECT _SET_ DYN을 이용하여 VRECT_SET = VRECT_SET +C(volt) 만큼 증가시킨다.(1202)
제5 과정: PRU가 PTU와 교차 연결되어 있지 않으면, PTU는 Itx_coil을 증가시키고 PRU의 VRECT는 증가하여 VRECT + C 에 근접하게 된다.
제6 과정: 다시 PRU의 VRECT이 새로운 VRECT _SET_ DYN(= VRECT_SET + C)에 A% 이내의 오차로 근접하여 안정화되면 PRU는 VRECT _SET_ DYN을 조절하여 VRECT _SET = VRECT _SET -D(volt) 만큼 감소시킨다.(1203)
제7 과정: PRU가 PTU와 교차 연결되어 있지 않으면 PTU는 Itx_coil을 감소시키고 PRU의 VRECT는 감소하여 VRECT+D 에 근접하게 된다.
제8 과정: 상기 제4 과정 내지 제7 과정을 수회 반복하여 PTU의 Power 조절 방향과 PRU의 VRECT의 증감방향이 일치하는지 PRU 혹은 PTU가 인지한다.(1204, 1205)
제9 과정: PTU의 Itx_coil과 PRU의 VRECT의 증감 방향은 다른 PRU와 로드 상태에 영향을 받을 수 있으므로 오차가 발생할 수 있다. 그러나 그 증감의 방향이 일정 비율 이상 (E%) 일치하면 PTU와 PRU는 교차 통신이 되지 않았다고 판단하고 PTU는 다시 원래의 Dominant PRU의 VRECT_SET값을 찾아 가도록 복귀한다.
제10 과정: 만일 PTU의 Itx_coil과 PRU의 VRECT의 증감 방향이 일정 비율이상 (E%) 일치하지 않으면 PTU와 PRU는 교차 통신이 발생했다고 판단한다.
제11 과정: 교차 통신이 발생하면 PRU는 GAP(Generic Access Profile) Termination을 PTU에 요청한다. 혹은 PTU가 교차 통신이 발생함을 인지하고 PRU에게 GAP Termination 메시지를 송신함으로써 통신을 중지할 수 있다. 보다 구체적으로, PTU는 교차 통신이 발생했다고 판단되면, 하기 <표 7>에 도시된 바와 같이 PRU Control Characteristic에 Permission을 Denied due to cross connection으로 해당 PRU에게 알리고, 그 PRU와 GAP Termination connection procedure를 실행하여 통신을 끊는다.
Value(Bit) Description
0000 0000 Permitted without reason
0000 0001 Permitted with waiting time due to limited available power
1000 0000 Denied due to cross connection
1000 0001 Denied due to limited available power
1000 0010 Denied due to limited PTU Number of Devices
1000 0011 Denied due to limited PTU Class support
1000 0100 Denied due to high temperature at PTU
All other values RFU
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신기의 교차 연결 판단 절차를 나타내는 흐름도이다. 도 13을 참조하면, 무선 전력 송신기(PTU)는 전력 송신 모드(S1301)에서 PRU로부터 PRU 동적(다이내믹(dynamic)) 신호를 수신(S1303)하면, 교차 연결 관련 정보 확인(S1305)할 수 있다.
상기 확인 결과, 상기 PRU 다이내믹 신호 내에 상기 <표 5> 및 <표 6>에 도시된 바와 같이 교차 연결 확인 수행을 나타내는 정보가 포함(S1307)되면, 해당 PRU 동적 신호를 전송한 PRU를 도미넌트 PRU로 변경(S1309)할 수 있다.
상기 도미넌트 PRU로부터 변경된 VRECT _SET_ DYN 를 수신(S1311)하면, 상기 변경된 VRECT_SET_DY 에 따라 송신 전력 조절(S1313)할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따라, 상기 PRU의 VRECT 증감에 기반하여 교차 연결 여부 판단(S1315)할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 수신기의 교차 연결 판단 절차를 나타내는 흐름도이다. 도 14를 참조하면, 무선 전력 수신기는 전력 송신 모드(S1401)에서, PRU 동적 신호에 교차 연결 관련 정보 표시(S1403)하여, PRU 동적 신호를 PTU로 전송(S1405)할 수 있다.
상기 설정에 따라 VRECT _SET_DY를 변경(S1407)하고, 변경된 VRECT _SET_ DYN 를 포함하는 PRU 동적 신호 전송(S1409)할 수 있다.
전송 횟수가 미리 설정된 횟수(N)이상이면(S1411), PRU의 VRECT 증감에 기반하여 교차 연결 여부 판단(S1413)할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (16)

  1. 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법에 있어서,
    무선 전력 수신기로부터 변경된 전압 설정 정보를 수신하는 과정과,
    상기 수신된 전압 설정 정보에 따라 조정된 전력을 전송하는 과정과,
    상기 무선 전력 수신기로부터 측정된 전압 정보를 수신하는 과정과,
    상기 전압 설정 정보 및 상기 측정된 전압 정보를 기반으로 교차 연결 여부를 판단하는 과정을 포함하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변경된 전압 설정 정보는,
    PRU(Power Receiving Unit) 다이내믹 신호에 포함되는 것을 특징으로 하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조정된 전력의 전송 과정 및 측정된 전압 정보를 수신하는 과정을 설정된 횟수만큼 반복 수행하고,
    상기 반복 수행 결과 미리 설정된 횟수 이상 교차 연결 조건을 만족하면, 교차 연결된 것으로 판단하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 변경된 전압 설정 정보는,
    현재 전압 설정 정보로부터 미리 설정된 값만큼 증가된 전압으로 설정된 정보인 것을 특징으로 하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변경된 전압 설정 정보는,
    현재 전압 설정 정보로부터 미리 설정된 값만큼 감소된 전압으로 설정된 정보인 것을 특징으로 하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 교차 연결 여부의 판단은,
    상기 전압 설정 정보의 증감 방향과 상기 측정된 전압의 증감 방향의 일치 여부를 기반으로 교차 연결 여부를 판단하는 과정을 포함하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    교차 연결 여부 확인 요청을 수신하는 과정과,
    상기 교차 연결 여부 확인을 요청한 무선 전력 수신기를 도미넌트 무선 전력 수신기로 설정하는 과정을 더 포함하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 교차 연결 여부 확인 요청 정보는,
    PRU(Power Receiving Unit) 다이내믹 신호에 포함되는 것을 특징으로 하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  9. 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법에 있어서,
    전압 설정 정보를 변경하는 과정과,
    상기 변경된 전압 설정 정보를 무선 전력 송신기로 전송하는 과정과,
    상기 무선 전력 송신기로부터 전력을 수신하는 과정과,
    상기 수신된 전력에 의한 충전 전압을 측정하는 과정과,
    상기 측정된 충전 전압과 상기 변경한 전압 설정 정보를 기반으로 교차 연결 여부를 판단하는 과정을 포함하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 변경된 전압 설정 정보는,
    PRU(Power Receiving Unit) 다이내믹 신호에 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 변경된 전압 설정 정보의 전송 과정 및 충전 전압을 측정하는 과정을 설정된 횟수만큼 반복 수행하고,
    상기 반복 수행 결과 미리 설정된 횟수 이상 교차 연결 조건을 만족하면, 교차 연결된 것으로 판단하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 변경된 전압 설정 정보는,
    현재 전압 설정 정보로부터 미리 설정된 값만큼 증가된 전압으로 설정된 정보인 것을 특징으로 하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 변경된 전압 설정 정보는,
    현재 전압 설정 정보로부터 미리 설정된 값만큼 감소된 전압으로 설정된 정보인 것을 특징으로 하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 교차 연결 여부의 판단은,
    상기 전압 설정 정보의 증감 방향과 상기 측정된 전압의 증감 방향의 일치 여부를 기반으로 교차 연결 여부를 판단하는 과정을 포함하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    교차 연결 여부 확인 요청을 전송하는 과정을 더 포함하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 교차 연결 여부 확인 요청 정보는,
    PRU(Power Receiving Unit) 다이내믹 신호에 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는, 무선 충전에서의 교차 연결 판단 방법.
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