KR20160087797A - 전력의 무선 통신을 위한 방법 - Google Patents

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도시바 일렉트로닉스 유럽 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전력 단계 및 측정 단계를 포함하는, 송신기와 수신기 사이의 전력의 무선 전송을 위한 방법에 관한 것으로서, 이 수신기는 측정 단계 동안 수신된 전력을 측정하고 송신기로 측정된 전력에 대한 정보를 전송하고, 송신기는 이로부터 전송된 전력을 수신기로부터 측정된 전력과 비교하고 이로부터 전력 손실을 확인하고, 이 전력 단계는 전력 손실이 최대 허용가능한 임계치를 초과하면 일어나지 않고 송신기는 측정 단계 동안 전력 단계 동안 전송되는 전력보다 더 작은 전력을 전송한다.

Description

전력의 무선 통신을 위한 방법{METHOD FOR WIRELESS TRANSMISSION OF A POWER}
본 발명은 전력 단계 및 측정 단계를 포함하는, 송신기와 수신기 사이의 전력의 무선 전송을 위한 방법에 관한 것으로서, 이 수신기는 측정 단계 동안 수신된 전력을 측정하고 송신기로 측정된 전력에 대한 정보를 전송하고, 송신기는 이로부터 전송된 전력을 수신기로부터 측정된 전력과 비교하고 이로부터 전력 손실을 확인하고, 이 전력 단계는 전력 손실이 최대 허용가능한 임계치를 초과하면 일어나지 않는다.
전력의 무선 전송을 위한 방법들은 종래 기술에서 알려져 있다. 이 방법들은 예를 들어 무선 전화기와 같은 재충전 전자 장치들을 위해 제공된다. 이 목적을 위해, 충전되는 물체는 충전 패드 위에 놓여지고, 이때 송신기(충전 패드)와 수신기(충전되는 장치)는 최적인 전력 전송을 보장하기 위해 영구히 데이터를 교환한다. 이 프로세스 동안, 수신기는 송신기로부터 전력 레벨에 있어서의 변화들을 규칙적인 간격으로 요청한다. 다른 제조업자들로부터의 충전 장치들과 수신기들 사이의 상호운용(interoperability)을 보장하기 위해, 소위 "무선 전력 표준(Wireless Power Standard, WPC)"가 종래 기술에서 설립되었고, 이때 예를 들어 전송되는 전력과 같은 소정의 기술 데이터는 표준화되었다. 소위 "저전력 표준(Low Power Standard, LP)"은 이러한 표준을 대표한다. 이 표준은 무선 방식으로 송신기와 수신기 사이에서 5W를 전송한다.
송신기와 수신기 사이의 전송이 효과를 가지기 위해, "유효한" 수신기가 사실상 송신기의 충전 지역 안에 존재할 때, 종래 기술은 또한 소위 외계 물체 검출을 제공하는데, 이것은 송신기가 사실상 "유효한" 수신기와 연결되어 있고 또한 우연히 이 충전지역안에 존재할 수 있는, 예를 들어 동전과 같은 금속 외계 물체가 유효한 수신기에 더하여 송신지역안에 사실상 존재하지 않음을 증명하는 데 사용된다. 금속 외계 물체들은 송신기로부터 수신기로 전송되는 전자기 복사(electromagnetic radiation)를 흡수한다. 이 외계 물체 검출은 그러므로 외계 물체가 흡수된 전력에 의해 고온으로 가열되는 것을 방지한다.
외계 물체 검출은 수신기가 얼마나 많은 전력을 송신기로부터 수신하는지 측정하고 이 측정된 값을 송신기로 정보로서 전달하는 방식으로 작동한다. 이 송신기는 차례로 전달된 이 정보를 이로부터의 전력 출력과 비교한다. 전력 손실(전송된 전력 - 수신된 전력)이 미리 결정된 값을 초과하는 경우에 있어서, 외계 물체는 송신기의 전송 지역 안에 존재하고 허용된 것보다 더 많은 전력을 수신한다고 가정한다. 이 경우에 있어서, 전력 전송은 방해받는다. 전력 손실을 위해 미리 결정된 이 임계치는 채용된 측정 시스템의 측정 정확도 및 전력이 송신기로부터 수신기로 전달되는 개별적인 표준에 종속된다. 저전력 표준에 있어서, 5W의 전력이 출력된다. 대략 5%의 보통의 측정 정확도에서는 250 mW까지 내려간 정확도를 가지고 전력 손실을 측정하는 것이 가능하다. 이 250 mW의 전력 손실은 외계 물체가 예를 들어 80°까지 가열되는 것으로 귀결된다. 이러한 가열은 안전의 측면에서는 수용가능할 수 있다.
하지만, 더 높은 레벨의 전력이 송신기와 수신기 사이에서 전송되면, 5%의 측정 정확도를 가지고, 가능한 외계 물체에 대하여 상당히 더 높은 온도가 야기된다. 15W의 출력 전력을 전송하는, 소위 중간 전력 표준에 있어서의 전력의 전송에서, 전력 손실의 정확한 측정은 750 mW까지 내려가서 가능한데, 하지만 이것은 외계 물체의 과도한 가열로 귀결될 수 있다.
상기에서 설명된 문제점에 기초하여, 본 발명의 목적은 정확하게 측정된 방식으로, 특히 특정한 전력 표준의 사용과는 독립적인 방식으로, 외계 물체 검출을 가능하게 해줘서, 이로써 외계 물체들의 과도하고 위험한 가열을 방지하는 송신기와 수신기 사이에서 출력 전력의 무선 전송을 위한 방법을 제공하는 데 있다.
상기에서 설명한 목적의 해결을 위해, 본 발명은 전력 단계(power phase) 및 측정 단계(measurement phase)를 포함하는, 송신기와 수신기 사이의 전력의 무선 전송을 위한 방법에 있어서, 상기 송신기는 상기 전력 단계 동안 전송되는 전력보다 작은 전력을 상기 측정 단계 동안 전송한다. 본 발명에 따르면, 외계 물체 검출이 이로써 전력 단계의 전력 레벨과 비교했을 때 더 낮고 전력 손실이 가능한 외계 물체의 과도한 가열로 이어지지 않는 전력 손실의 방식으로 크기지어지는 전력 레벨에서 발생된다. 따라서, 측정 단계를 수행하기 위해, 송신기로부터 전송되는 전력은 금속 외계 물체가 존재하는 경우에 있어서 또한 안전을 보장하는 정도로 감소된다.
측정 단계들 및 전력 단계들은 연속된 시간에서 교대하는 것이 제공될 수 있다. 이 측정 단계는 이로써 규칙적인 간격들에서 높은 정도의 안전을 보장하기 위해 연속된 전력 단계들 사이에서 특정 시간 간격으로 반복된다.
또는, 한 번의 측정 단계가 전력 단계 전에 연속된 시간에서 수행되는 것 또한 제공될 수 있다. 측정 단계는 긴 연속된 전력 단계 전에 초기 프로세스로서 작용한다. 이 실시예의 변형은 재충전 프로세스 동안 외계 물체가 송신기과 수신기 사이에 있고 이로써 가열될 수 있는, 송신기와 수신기의 구조적 조건들 아래에서는 상대적으로 그렇지 않다는 가정에 기초한다. 15W의 출력 전력(중간 전력 표준)의 전송에 적용될 때, 전력 손실은 예를 들어 5W 측정 단계 안에서 (저전력 표준) 측정될 수 있고 또한 계산된 전력 손실은 기록되어 15W에서 또한 측정 정확도를 보장하기 위한 미세조정(calibration)으로 작용한다. 15W 전력 단계로부터 5W 측정 단계로의 이러한 스위칭 및 그 역은 모든 표준들이 서로 양립될 수 있고 특히 동일한 전송 주파수를 가지기 때문에 가능하다. 측정 단계 동안 외계 물체가 검출되지 않은 경우에 있어서, 즉, 전력 손실이 최대 허용가능한 임계치 이하일 때, 전력 단계는 스위칭된다.
특히 전력 단계 동안, 상기 송신기는 5W 보다 많은 전력, 특별히 15W를 출력하는 것이 제공된다. 이러한 구성을 가지고, 본 발명으로부터 특별히 유리한 방식으로 이익을 받는 것이 가능하다. 5W보다 많은 출력 전력, 특히 15W를 가지는 전력 단계들은 전력 손실을 안전하게 측정하는 데 적합하지 않다. 측정이 전력 단계의 출력 전력(예. 15W)에서 수행되었다면, 최종 전력 손실은 5%의 측정 정확도에서 250mW일 것이고 최종 외계 물체 온도는 이에 따라 예를 들어 80℃보다 높을 것이다. 이것은 위험한 화상 또는 화재로 이어질 수 있다. 5W보다 크게 전력 단계 동안 전송될 때는 언제나 본 발명이 유용하고 유리하다.
송신기가 측정 단계 동안 최대 5W의 전력을 전송하는 것이 특히 바람직하다. 하지만 또한 5W보다 명백히 낮은 전력이 전송될 수 있다. 이로써 측정 단계 동안 전송되는 전력은 바람직하게 전력 단계 동안 전송되는, 5W보다 큰 전력, 특히 중간 전력 표준에서는 15W보다 작다. 따라서, 이 구성은 유리하게도 높은 전력을 가지는 전력 단계 및 낮은 전력을 가지는 측정 단계로 귀결되어 높은 전력이 한편으로는 전력 단계 동안 전송될 수 있고 다른 한편으로 외계 물체 검출이 측정 단계 동안 화재 또는 부상의 위험 없이 수행될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 송신기는 측정 단계를 시작한다. 이 경우에 있어서, 송신기는 예를 들어 5W의 출력 전력을 그 자체의 개시로 전송한다. 측정 단계 동안의 측정의 반복 주파수는 유리하게도 종래 기술에서 알려진 전력 단계 동안의 측정의 반복 주파수에 대응한다. 현존하는 중간 전력 표준에 있어서, 외계 물체 측정의 반복 주파수는 통상 1.5s 및 최대 4s이다. 이것은 2 개의 연속하는 측정들 사이의 시간 차는 1.5s 및 최대 4s에 이르는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 수신기가 송신기로 수신된 전력에 대한 정보를 리포트하는 데 필요한 시간 간격이 동시에 정의된다. 따라서, 2개의 리포트들 사이의 간격은 통상적으로 1.5s일 수 있지만, 또한 최대 4s일 수 있다. 수신기는 5W의 전력의 감소에 의해 측정 단계를 인식하고 그 결과 이 측정 단계 동안 수신된 전력을 측정하고 송신기로 다시 그 정보를 전송한다. 수신기가 정보를 수신한 후, 전송된 전력과 수신된 전력 사이의 측정된 전력 손실이 미리 결정된 임계치를 초과하지 않는다면, 이것은 전력 단계의 전력까지, 즉 5W보다 큰, 특히 15W까지, 전송된 전력을 증가시킨다. 이 송신기가-시작하는 전력 레벨의 변화를 위해, 단지 단순한 구조의 수신기가 필요하다.
또는, 수신기가 측정 단계를 시작하는 것이 제공될 수 있다. 이 실시예의 변형에 있어서, 수신기는 전송되는 전력을 예를 들어 5W까지 감소시키기 위해 송신기를 재촉한다. 이 경우에 있어서, 측정 단계 동안 측정들의 반복 주파수는 유리하게도 종래 기술에서 알려진 전력 단계들 동안의 측정들의 반복 주파수에 대응하는데, 이때 반복 주파수는 이 변형에 따라 2 개의 측정들 사이의 최대 허용가능한 시간 간격(4s) 안에 남아 있는 한 수신기가 언제 측정을 할지 결정할 수 있기 때문에, 다소 변경된다. 유리하게도, 이 수신기의 "요청(request)"은 특정 데이터 포맷 "외계 물체 검출"을 이용해 만들어지는데, 이것은 보통의 실행오류 데이터 패킷(common misperformance data packet)과 비교하여 프로세스를 가속화시킬 수 있다. 전력 감소 후, 수신기는 측정 단계 안에서 수신된 전력을 측정하고 이 정보를 송신기로 리포트한다. 송신기는 이 정보를 수신하고 이로부터 전송된 전력과 수신기로부터 수신된 전력을 비교한다. 이러한 방식으로 판단된 전력 손실에 종속하여, 전력 전송이 계속되거나 안되거나 한다. 즉, 전력 손실이 미리 결정된 임계치 이하인 경우에 있어서, 수신기는 측정 전력보다 더 높은 출력 전력을 다시 요청할 수 있다. 유리하게도 수신기 그 자체가 측정 단계를 시작하기에 최적인 시각을 자발적으로 결정할 수 있다. 특히 수신기가 전력에 있어서 작은 차이들이 전력 단계와 측정 단계 사이에서 송신기 및 수신기 그 자체에 모두 존재하는, 시작을 위한 시각을 선택하는 것이 가능하다. 수신기는 특히 현재의 충전 전류에 종속하여 최적의 시각을 선택할 수 있다. 게다가, 송신기로부터 전송되는 전력이 수신기에 의해 요청되기 때문에, 수신기가 전송되는 전력의 점진적인 감소를 시작하여 전력 단계의 전력과 측정 단계의 전력 사이에서 전력에 있어서 점진적인 변경은 없지만 연속적인 전력 손실이 있는 것이 가능하다. 이로써 수신시와 송신기의 집적 회로들 안의 전자기 간섭 장(electromagnetic interfering fields)의 발생이 방지된다.
이하에서 본 발명은 예를 들어 보다 더 상세히 설명될 것이다.
도 1
a)는 그 위에 놓인 수신기를 가지는 송신기
b)는 그 위에 놓인 외계 물체를 가지는 송신기
c)는 그 위에 놓인 수신기 및 외계 물체를 가지는 송신기가 도시되어 있다.
도 2는 송신기가-시작하는 프로세스 동안 송신기 및 수신기의 전력 특성들을 보여준다.
도 3은 수신기가-시작하는 프로세스 동안 송신기 및 수신기의 전력 특성들을 보여준다.
도 1 a) 내지 c)는 송신기(1)가 있을 수 있는 서로 다른 상황들이 도시되어 있다.
a)에 따르면, 수신기(2)는, 예를 들어 무선 전화기는 송신기(1)와 통신한다. 전력을 송신하기 전에, 수신기(2)는 송신기(1)에게 그 자체를 인식시킨다. 이 단계에서, 송신기(1)는 바람직하게 측정 단계(5)에 있어 단지 낮은 전력만을 출력한다. 측정의 목적을 위해, 송신기(1)는 수신기(2)로부터 수신기(2)가 송신기(1)로부터 수신한 전력에 대한 정보를 포함하는 응답 신호를 수신한다. 이제 송신기는 이로부터 전송된 전력과 수신기(2)로부터 다시 전송된 전력으로부터의 차이로서 전력 손실을 계산한다. 이 전력 손실의 정도가 최대 임계치 이하인 경우에 있어서, 송신기(1)는 수신기(2)를 "유효한 물체"로 인식하고 측정 단계(5)(예. 5W)로부터 전력 단계(예. 15W)로 스위칭한다. 이후 수신기(2)는 15W 전력으로 충전된다.
b)에 따르면, 송신기(1)에 놓이는 외계 물체(3)만이 있다. 이 외계 물체(3)는 예를 들어 동전일 수 있다. 전자기장에 있어서의 변화에 기초하여, 송신기(1)는 장-흡수 물체(3)가 송신기 위에 놓여 있다고 인식한다. 결과적으로, 송신기(1)는 수신기(1)가 통상적으로 피드백을 통해 송신기(1)로 그 자체를 인식시키는 것에 도움을 받아, 단시간에 출력 전력을 증가시킨다. 하지만, 외계 물체(3)는 이러한 피드백 능력들을 가지고 있지 않기 때문에, 송신기(1)는 부족한 피드백의 결과로서 출력 전력을 다시 컷 오프시킨다.
c)에서, 수신기(2) 및 외계 물체(3) 둘 다가 송신기(1)와 접촉되어 있는 상황이 도시되어 있다. 이 상황에 있어서, 송신기(1)는 수신기(2)로부터 수신기(2)가 송신기(1)로부터 수신한 전력에 대한 정보를 수신한다. 송신기(1)에 추가적으로 놓여 있는, 외계 물체(3) 때문에, 수신기(2)는 외계 물체(3)가 없는 경우보다 더 낮은 송신기(1)로부터의 전력을 수신한다. 송신기(1)는 그후 이로부터 전송된 전력과 수신기(2)에 의해 수신된 전력을 비교하고 차이, 즉 전력 손실을 계산한다. 이 전력 손실이 미리 결정된 임계치를 초과하는 경우에 있어서, 전력 단계는 시작되지 않는다. 즉, 송신기(1)는 외계 물체(3)가 제거될 때까지 측정 단계(5)에 남아 있다. 전력 손실이 단지 측정 방법에 종속하는 정확도를 가지고 결정될 수 있기 때문에, 외계 물체(3)의 존재가 검출될 수 없고 이로부터 후자가 가열되는 "음영 지역(dark zone)"이 생성된다. 따라서, 전력 손실을 위한 임계치는 측정 시스템의 측정 정확도에 의해 미리 결정된다.
도 2는 전력 단계(4)와 측정 단계(5) 사이의 스위칭이 송신기(1)에 의해 시작되는 예를 보여준다. 이 예는 본 발명에 따른 방법이 전력 단계들(4)과 측정 단계들(5)이 교대로 수행되는 실시예의 변형으로 안내된다. 송신기(1)가 15W 전력을 전송하는, 전력 단계(4)에 기초하여, 미리 결정된 시간 간격 후 송신기(1)는 15W로부터 5W로 전송되는 전력을 스위칭한다. 5W의 전력의 전송은 여기서 측정 단계에 대응한다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 이것은 15W으로부터 5W까지의 점진적 감소로 귀결된다. 본 발명은 다른 전력 값들로 또한 구현될 수 있지만, 개별적으로 언급된 출력 전력은 중간 전력 표준 및 저전력 표준의 전력에 대응한다. WPC MP 표준(Medium Power Standard)에 있어서, 개별적인 전송들 사이의 간격은 통상 1.5s 및 최대 4s에 대응한다. 측정 단계(5) 동안, 수신기(2)는 송신기(1)로부터 수신된 전력을 측정하고 이에 대응하여 수신된 전력에 대해 송신기(1)로 통지한다. 본 예에 있어서, 수신된 전력은 4W에 이른다. 그후 송신기(1)는 이로부터 전송된 전력(5W)와 수신기(2)에 의해 수신된 전력(4W) 사이의 차이를 계산한다. 차이(0.2W), 즉 전력 손실이 미리 결정된 임계치 이하인 경우에 있어서, 외계 물체(3)가 송신기 상에 존재하지 않는 것으로 추측될 것이다 (이것은 본 경우에 있어서 가정된다). 그후 송신기(1)는 다시 이로부터 전송된 전력을 5W로부터 15W로 스위칭한다. 이 행위로, 다음 전력 단계(4)가 시작한다. 전력 단계(4)와 측정 단계(5) 사이의 스위칭은 미리 결정된 간격에서 발생할 수 있다. 하지만 이 스위칭이 불규칙한 간격에서, 예를 들어 수신기(2)로부터 전송되는 지시에 기초하여, 발생하는 것 또한 가능하다. 이때 지시는 수신기(2)에 의해 적절하다고 여겨지는 순간에 전송된다.
도 3은 전력 레벨에 있어서의 변화가 수신기(2)에 의해 시작되는 방법을 보여준다. 송신기(1)에 의해 자유롭게 결정될 수 있는 시각에, 송신기(1)는 전송되는 전력을 감소시키기 위해 수신기(2)에 의해 촉진되어 측정 단계(5)는 더 낮은 출력 전력을 가지고 수행될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수신기(2)는 전력이 15W에서 5W까지 감소될 때까지 전송되는 전력을 연속적으로 감소시키도록 점진적으로 송신기(1)에 요청할 수 있다. 수신기(2)는 그 현재 충전 및 부하 전류 상황(load current situation)에 따라 전송되는 전력을 스위칭하는 가장 적절한 시각을 결정할 수 있다. 주어진 예와 같이, 수신기(2)가 단지 15W 중 13W만 수신하는 경우에 있어서, 동일하게 외계 물체(3)가 송신기(1)와 수신기(2) 사이에 존재하는지 증명하는 즉각 측정 단계(immediate measurement phase, 5)를 촉발할 수 있다. 측정 단계(5) 동안, 수신기(2)는 송신기(1)로부터 수신된 전력을 측정하고 이 측정 결과에 대하여 송신기(1)로 통지한다. 송신기(1)가 수신기(2)로부터 이 정보를 수신한 후, 전력 손실을 계산하고 또한 외계 물체의 존재가 가정된다면 외계 물체(3)가 제거될 때까지 전력 단계(4)로 스위칭되는 것을 방지한다. 한편, 전력 손실이 개별적으로 미리 결정된 임계치 이하라면, 송신기(1)는 수신기(2)로부터의 요청으로, 전력을 측정 전력, 예를 들어 5W에서 전력 단계(4)를 위한 전력, 예를 들어 15W로 다시 스위칭한다.
1: 송신기(transmitter) 2: 수신기(receiver)
3: 외계 물체(foreign object) 4: 전력 단계(power phase)
5: 측정 단계(measurement phase)

Claims (8)

  1. 전력 단계(4) 및 측정 단계(5)를 포함하는, 송신기(1)와 수신기(2) 사이의 전력의 무선 전송을 위한 방법에 있어서, 상기 수신기(2)는 상기 측정 단계(5) 동안 수신된 전력을 측정하고 상기 송신기(1)로 측정된 전력에 대한 정보를 전송하고, 상기 송신기(1)는 이로부터 전송된 전력을 상기 수신기(2)로부터 측정된 전력과 비교하고 이로부터 전력 손실을 확인하고, 상기 전력 단계(4)는 상기 전력 손실이 최대 허용가능한 임계치를 초과하면 발생하지 않고,
    상기 송신기(1)는 상기 전력 단계(4) 동안 상기 전력 출력보다 더 낮은 상기 측정 단계(5) 동안 전력을 출력하고, 상기 측정 단계(5) 동안 상기 전력은 상기 전력 손실이 250 mW까지 내려가서 정확하게 측정되도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 단계(5) 및 상기 전력 단계(4)는 연속된 시간에서 교대하는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 측정 단계(5)는 규칙적인 시간 간격에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 전력 단계(4) 전에, 한 번의 측정 단계(4)가 수행되는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 전력 단계(4) 동안, 상기 송신기(1)는 5W 보다 많은 전력, 특히 15W를 출력하는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 단계(5) 동안, 상기 송신기(1)는 최대 5W의 전력을 출력하는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신기(1)는 측정 단계(5)를 시작하는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신기(2)는 측정 단계(5)를 시작하는 것을 특징으로 하는, 전력의 무선 전송을 위한 방법.
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