KR20170055595A - Method for transmitting high power of wireless power transmission system - Google Patents
Method for transmitting high power of wireless power transmission system Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170055595A KR20170055595A KR1020150158117A KR20150158117A KR20170055595A KR 20170055595 A KR20170055595 A KR 20170055595A KR 1020150158117 A KR1020150158117 A KR 1020150158117A KR 20150158117 A KR20150158117 A KR 20150158117A KR 20170055595 A KR20170055595 A KR 20170055595A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- resistance
- load
- power transmission
- wireless power
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 218
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 56
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 46
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 25
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 13
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H02J17/00—
-
- H02J7/025—
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
본 발명은 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법에 관한 것으로, 상기 전력 전송방법은 무선전력전송이 수행되면, 전송 효율의 증대가 필요한지를 판단하는 단계; 전송 효율의 증대가 필요한 경우, 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합계수를 추정하는 단계; 추정된 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합 계수를 바탕으로, 1차 공진기의 목표 자유공진주파수 및 2차 공진기의 목표 자유공진주파수를 계산하는 단계; 및 전원측 공진 캐패시터 및 부하측 공진 캐패시터를 조절하여, 1차 공진기의 자유공진주파수를 1차 공진기의 목표 자유공진주파수로 동조시키고, 2차 공진기의 자유공진주파수를 2차 공진기의 목표 자유공진주파수로 동조시키는 단계로 이루어진다.The present invention relates to a high-efficiency power transmission method in a wireless power transmission system, comprising: determining whether an increase in transmission efficiency is required when wireless power transmission is performed; Estimating a transmission side load quality coefficient, a reception side load quality coefficient, and a coupling coefficient when an increase in transmission efficiency is required; Calculating a target free resonance frequency of the first resonator and a target free resonance frequency of the second resonator based on the estimated transmission side load quality coefficient, the reception side load quality coefficient, and the coupling coefficient; And the power-side resonance capacitor and the load-side resonance capacitor are tuned so that the free resonance frequency of the first resonator is tuned to the target free resonance frequency of the first resonator and the free resonance frequency of the second resonator is tuned to the target free resonance frequency of the second resonator .
Description
본 발명은 무선전력전송 기술에 관한 것으로, 상세하게는 송신전력의 주파수를 변경하지 않고 무선전력 전송 효율을 향상시킬 수 있는 무선전력 전송시스템의 고효율 전송방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a wireless power transmission technique, and more particularly, to a high efficiency transmission method of a wireless power transmission system capable of improving a wireless power transmission efficiency without changing a frequency of a transmission power.
현재 출시되고 있는 무선전력전송(또는 무선충전) 제품은 대부분 WPC(Wireless Power Consortium) 표준에 맞추어 출시되고 있다.Most of the wireless power transmission (or wireless charging) products currently available are being released to the Wireless Power Consortium (WPC) standard.
WPC 표준에서는, 전력전송 효율의 향상을 위하여 송신전력의 운영주파수를 110 ~ 205kHz에서 변경시키도록 제안하고 있다.The WPC standard proposes to change the operating frequency of the transmission power from 110 to 205 kHz in order to improve the power transmission efficiency.
이러한 WPC 표준은 넓은 주파수 범위가 무선전력전송용으로 허가된 경우에만 적용이 가능하기 때문에, 무선전력전송용 허용주파수가 좁은 경우(narrow bandwidth의 경우)에는 적용하기에 부적합하다.This WPC standard is unsuitable for applications where the allowable frequency for wireless power transmission is narrow (in the case of narrow bandwidth), since a wide frequency range is only applicable when allowed for wireless power transmission.
예를 들어 A4WP(Alliance for Wireless Power) 표준의 경우 무선전력전송을 위하여 사용되는 주파수는 ISM(Industry Science Medical) 밴드 중 6.765 ~ 6.795kHz로 대역폭이 30kHz로 매우 좁은 편이다. 또 하나의 무선전력전송용 주파수의 후보군인 13.553 ~ 13.567MHz의 ISM 밴드는 대역폭이 14kHz로 더욱 좁다.For example, in the case of A4WP (Alliance for Wireless Power) standard, the frequency used for wireless power transmission is 6.765 ~ 6.795kHz among the ISM (Industry Science Medical) band and the bandwidth is very narrow, 30kHz. The ISM band of 13.553 ~ 13.567MHz, which is a candidate for another radio power transmission frequency, is narrower with a bandwidth of 14 kHz.
이와 같이 A4WP 표준과 같이 무선전력전송용 대역폭으로 좁은 대역폭을 제공하는 표준을 이용하여 무선전력을 전송하는 경우, 송신주파수의 가변으로 전력전달 효율의 상승을 기대하기는 어렵다.
As described above, when the wireless power is transmitted using a standard that provides a narrow bandwidth for the bandwidth of the wireless power transmission as in the A4WP standard, it is difficult to expect the increase of the power transmission efficiency due to the variable transmission frequency.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 송신전력의 주파수를 변경하지 않고 무선전력 전송 효율을 향상시킬 수 있는 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional art as described above, and it is an object of the present invention to provide a high-efficiency power transmission system of a wireless power transmission system capable of improving wireless power transmission efficiency without changing the transmission power frequency And a transmission method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법은, 무선전력전송이 수행되면, 전송 효율의 증대가 필요한지를 판단하는 단계; 전송 효율의 증대가 필요한 경우, 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합계수를 추정하는 단계; 추정된 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합 계수를 바탕으로, 1차 공진기의 목표 자유공진주파수 및 2차 공진기의 목표 자유공진주파수를 계산하는 단계; 및 전원측 공진 캐패시터 및 부하측 공진 캐패시터를 조절하여, 1차 공진기의 자유공진주파수를 1차 공진기의 목표 자유공진주파수로 동조시키고, 2차 공진기의 자유공진주파수를 2차 공진기의 목표 자유공진주파수로 동조시키는 단계로 이루어진다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method for transmitting high-efficiency power in a wireless power transmission system, the method comprising: determining whether an increase in transmission efficiency is required when wireless power transmission is performed; Estimating a transmission side load quality coefficient, a reception side load quality coefficient, and a coupling coefficient when an increase in transmission efficiency is required; Calculating a target free resonance frequency of the first resonator and a target free resonance frequency of the second resonator based on the estimated transmission side load quality coefficient, the reception side load quality coefficient, and the coupling coefficient; And the power-side resonance capacitor and the load-side resonance capacitor are tuned so that the free resonance frequency of the first resonator is tuned to the target free resonance frequency of the first resonator and the free resonance frequency of the second resonator is tuned to the target free resonance frequency of the second resonator .
본 발명의 일 측면에 따른 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법은, 무선전력전송이 수행되면, 전송 효율의 증대가 필요한지를 판단하는 단계; 전송 효율의 증대가 필요한 경우, 송신측 부하 품질계수 수신측 부하 품질계수 및 결합계수를 추정하는 단계; 추정된 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합 계수를 바탕으로, 최적의 전원저항과 부하저항을 계산하는 단계; 및 전력 송신측의 입력 매칭 회로와 전력 수신측의 출력 매칭 회로를 조절하여, 전원저항 및 부하저항이 최적의 전원저항 및 부하저항이 되도록 하는 단계로 이루어진다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a high-efficiency power transmission method of a wireless power transmission system, comprising: determining whether an increase in transmission efficiency is required when wireless power transmission is performed; Estimating a load factor and a coupling coefficient on the transmission side when the transmission efficiency needs to be increased; Calculating optimal power resistance and load resistance based on the estimated transmission side load quality factor, the reception side load quality factor and the coupling factor; And adjusting the input matching circuit on the power transmitting side and the output matching circuit on the power receiving side so that the power source resistance and the load resistance become the optimum power source resistance and load resistance.
본 발명의 일 측면에 따른 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법은, 무선전력전송이 수행되면, 전송 효율의 증대가 필요한지를 판단하는 단계; 전송 효율의 증대가 필요한 경우, 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합계수를 추정하는 단계; 추정된 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합 계수를 바탕으로, 결합계수가 임계결합계수가 되도록 하는 목표 전원저항 또는 목표 부하저항을 계산하는 단계; 및 전원저항이 상기 목표 전원저항이 되도록 혹은 부하저항이 상기 목표 부하저항이 되도록 조절하여, 상기 결합계수가 상기 임계결합계수가 되도록 하는 단계로 이루어진다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a high-efficiency power transmission method of a wireless power transmission system, comprising: determining whether an increase in transmission efficiency is required when wireless power transmission is performed; Estimating a transmission side load quality coefficient, a reception side load quality coefficient, and a coupling coefficient when an increase in transmission efficiency is required; Calculating a target power resistance or a target load resistance such that a coupling coefficient is a critical coupling coefficient based on the estimated transmission side load quality coefficient, the reception side load quality coefficient, and the coupling coefficient; And adjusting the power source resistance to be the target power source resistance or the load resistance to be the target load resistance so that the coupling coefficient is the critical coupling coefficient.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 송신전력의 주파수를 변경하지 않고 무선전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to improve the wireless power transmission efficiency without changing the frequency of the transmission power.
따라서, 무선전력전송용 대역폭으로 좁은 대역폭을 제공하는 표준을 이용하여 무선전력을 전송하는 경우에, 본 발명의 무선전력 전송방법을 적용하면, 무선전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, when wireless power is transmitted using a standard that provides a narrow bandwidth for the bandwidth of the wireless power transmission, the wireless power transmission efficiency of the present invention can be improved by applying the wireless power transmission method of the present invention.
또한, 부하저항이 변화하는 경우, 전원저항의 변경만으로도 전송 효율을 증대시킬 수 있다.
Further, when the load resistance changes, the transfer efficiency can be increased by only changing the power source resistance.
도 1은 본 발명의 고효율 전력 전송방법이 적용되는 무선전력 전송시스템의 일례를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 전력 송신부의 송신 구동부의 상세 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 전력 수신부의 수신 구동부의 상세 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1의 무선전력 전송시스템의 등가회로 모델을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 등가회로 모델에 매칭 회로를 적용한 나타낸 경우를 도시한 도면이다.
도 6은 집중정수소자인 캐패시터를 이용한 L-section 매칭 회로로 구현된 무선전력 전송시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 air-core transformer 매칭 회로로 구현된 무선전력 전송시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 자유공진주파수 변경을 통한 효율 증대 알고리즘에 따른 순서를 도시한 플로우챠트이다.
도 9는 도 8의 알고리즘 적용 전후의 출력 파워의 변화를 도시한 그래프를 나타낸 것이다.
도 10은 매칭 회로의 변경을 통한 효율 증대 알고리즘에 따른 순서를 도시한 플로우챠트이다.
도 11은 도 10의 알고리즘을 적용한 결과를 나타낸 일례의 그래프이다.
도 12는 전원저항 혹은 부하저항의 가변을 통한 효율 증대 알고리즘에 따른 순서를 도시한 플로우챠트이다.
도 13은 도 12의 알고리즘을 적용한 결과의 일례를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram illustrating an example of a wireless power transmission system to which the high efficiency power transmission method of the present invention is applied.
2 is a block diagram showing a detailed configuration of a transmission driver of the power transmission unit of FIG.
3 is a block diagram showing a detailed configuration of a reception driver of the power receiver shown in FIG.
4 is a diagram showing an equivalent circuit model of the wireless power transmission system of FIG.
Fig. 5 is a diagram showing a case where a matching circuit is applied to the equivalent circuit model of Fig.
6 is a diagram illustrating an example of a wireless power transmission system implemented by an L-section matching circuit using a capacitor as a lumped element.
7 is a diagram illustrating an example of a wireless power transmission system implemented with an air-core transformer matching circuit.
FIG. 8 is a flow chart showing a procedure according to an efficiency enhancement algorithm through a change of a free resonance frequency.
FIG. 9 is a graph showing a change in output power before and after the application of the algorithm of FIG.
FIG. 10 is a flowchart showing a procedure according to an efficiency enhancement algorithm through modification of a matching circuit.
11 is a graph showing an example of a result of applying the algorithm of FIG.
12 is a flow chart showing a procedure according to an efficiency enhancement algorithm by varying the power resistance or the load resistance.
13 is a graph showing an example of a result of applying the algorithm of FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like numbers refer to like elements throughout.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a high-efficiency power transmission method in a wireless power transmission system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 고효율 전력 전송방법이 적용되는 무선전력 전송시스템의 일례를 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an example of a wireless power transmission system to which the high efficiency power transmission method of the present invention is applied.
도 1을 참조하면, 무선전력 전송시스템은 무선으로 전력을 전송하는 전력 송신부(100)와 전력 송신부(100)로부터 전송되는 무선전력을 수신하여 배터리 혹은 부하로 전력을 공급하는 전력 수신부(300)로 구성된다.Referring to FIG. 1, the wireless power transmission system includes a
상기 전력 송신부(100)는 1차 코일(110), 송신 구동부(120) 및 전원(130)으로 이루어질 수 있다.The
상기 전력 송신부(100)의 동작을 살펴보면, 전원(130)으로부터 전력을 공급받은 송신 구동부(120)는 원하는 운영주파수(operating frequency)와 원하는 크기의 전력을 가지는 교류전력으로 변환하고, 변환된 교류전력은 1차 코일(110)을 통하여 전력 수신부(300)로 전송된다.Referring to the operation of the
상기 전력 수신부(300)는 2차 코일(310), 수신 구동부(320) 및 배터리(혹은 부하)(330)로 이루어질 수 있다.The
상기 전력 수신부(300)의 동작을 살펴보면, 전력 송신부(100)로부터 무선 전송되는 교류전력을 2차 코일(수신 코일, 310)을 통해 수신하면, 수신 구동부(320)가 수신된 교류전력을 정류하여 배터리/부하(330)로 공급하며, 전력 수신부(300)는 1개일 수도 있고 다수일 수도 있다.
When receiving AC power wirelessly transmitted from the
도 2는 도 1의 전력 송신부의 송신 구동부의 상세 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram showing a detailed configuration of a transmission driver of the power transmission unit of FIG.
도 2를 참조하여 송신 구동부(120)에 대해서 구체적으로 살펴보면, 임피던스 매칭회로(121)는 조절부(127)를 통하여 동조부(122)에서 임피던스 매칭회로(121)로 보았을 때의 임피던스가 원하는 임피던스로 보이도록 조정하는 역할을 하며, 동조부(122)는 1차 코일(110)이 원하는 주파수에서 공진이 되도록 동조시키는 역할을 하는 것으로, 임피던스 매칭회로(121)에 포함되어 역할을 수행할 수 있다.2, the impedance matching
한편, 스위칭부(123)는 인밴드 통신을 위한 신호를 변복조하거나 통신 신호를 차단하는 역할을 하며, 교류 전환부(124)는 외부 전원(130)을 수신하여, 원하는 운영주파수와 원하는 크기의 전력을 가진 교류전력으로 변환한다.The
그리고, 통신부(125)는 인밴드(in-band) 통신부(125a) 또는 아웃밴드(out-band) 통신부(125b)로 구성될 수 있으며, 인밴드 통신부(125a)는 전력 수신부(300)에서 하나의 무선충전용 공진기를 통해 무선전력과 무선통신을 수행하는 경우에 이용되며, 아웃밴드 통신부(125b)는 무선전력을 위한 공진기와 무선통신을 위한 안테나(126)를 이용하는 경우에 사용된다.The in-
조절부(127)는 송신 구동부(120) 내 구성들과 연결되어 있으며, 교류 전환부(124)의 출력을 센싱하여 주파수, 전력크기 정보를 획득하고, 원하는 주파수와 원하는 전력크기를 가지도록 교류 전환부(124)를 조절한다.The
또한, 조절부(127)는 스위칭부(123)의 스위칭 타이밍을 결정하고, 통신부(125)와의 통신을 통해 시스템의 운영에 필요한 메시지를 송수신한다.The
또한, 조절부(127)는 임피던스 매칭회로(121)의 입력 부분에서 보았을 때의 임피던스 값을 센싱하고, 원하는 임피던스 값을 가지도록 임피던스 매칭회로(121)를 조절한다. Further, the adjusting
또한, 조절부(127)는 1차 공진기가 원하는 주파수에서 공진하도록 하기 위해 동조부(122)의 캐패시터 값을 센싱하고, 동조부(122)의 캐패시터 값이 원하는 캐패시터 값이 되도록 조절한다.
The
도 3은 도 1의 전력 수신부의 수신 구동부의 상세 구성을 도시한 블록도이다.3 is a block diagram showing a detailed configuration of a reception driver of the power receiver shown in FIG.
도 3을 참조하여 수신 구동부(320)에 대해서 구체적으로 살펴보면, 수신 구동부(320)는 송신 구동부(120)와 유사하게 구성되며, 차이점을 살펴보면, 송신 구동부(120)는 교류 전환부(124)를 포함하나, 수신 구동부(320)는 정류부(324)와 DC/DC 변환기(325)를 포함한다는 것이다.3, the
도 3에 도시된 수신 구동부(320)의 구성 중 임피던스 매칭회로(321), 동조부(322), 스위칭부(323), 통신부(326) 및 조절부(328)는 도 2의 송신 구동부(120)의 구성 중 임피던스 매칭회로(121), 동조부(122), 스위칭부(123), 통신부(125) 및 조절부(127)과 동일한 기능을 수행하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The impedance matching
한편, 수신 구동부(320)의 정류부(324)는 스위칭부(323)를 통해 전달되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 수신 구동부(320)의 DC/DC 변환기(325)는 정류부(324)로부터 전달되는 직류 전원을 원하는 레벨의 직류 전원으로 변환한다.
The DC / DC converter 325 of the
도 4는 도 1의 무선전력 전송시스템의 등가회로 모델을 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 등가회로 모델과 같이 표현되는 무선전력 전송시스템을 매칭 회로를 적용하여 나타낸 도면이다.FIG. 4 illustrates an equivalent circuit model of the wireless power transmission system of FIG. 1, and FIG. 5 illustrates a wireless power transmission system represented by the equivalent circuit model of FIG. 4 by applying a matching circuit.
도 4에서, Vs는 전원(130)과 교류 전환부(120)가 함께 표현된 교류 전원공급기로서, 실제로는 함수 발생기, DC-to-AC inverter, 전력 증폭기 등으로 구현될 수 있다. Rs는 교류 전원공급기(Vs)의 저항으로 전원 저항을 의미한다.In FIG. 4, Vs is an AC power supply in which the
한편, RL은 부하저항을 의미하며, 스위칭부(323), 정류부(324), DC/DC 변환기(325), 배터리/부하(330)을 모두 포함한다. C1과 C2는 1차 코일(110)과 2차 코일(310)의 공진을 위한 캐패시터(‘공진용 캐패시터’)로 전력 송신부(100)의 동조부(122)와 전력 수신부(300)의 동조부(322)를 의미한다.R L denotes a load resistance and includes all of the
또한, L1과 L2는 1차 코일(110)과 2차 코일(310)이며, M은 1차 코일(110)과 2차 코일(310) 사이의 상호 인덕턴스를 의미한다. R1P와 R2P는 1차 코일(110)과 2차 코일(310)의 기생저항을 의미한다.L 1 and L 2 are the
코일의 성능을 나타내기 위해 품질계수(Q-factor)가 사용되며, 부하 품질계수(loaded Q-factor)는 송신 측의 경우에는 Q1=ω0L1/R1로 표현되고, 수신 측의 경우에는 Q2=ω0L2/R2로 표현된다. 여기서, ω0는 전원주파수이다.The Q-factor is used to represent the performance of the coil and the loaded Q-factor is expressed as Q 1 = ω 0 L 1 / R 1 for the transmitter, In this case, Q 2 = ω 0 L 2 / R 2 . Here,? 0 is the power supply frequency.
한편, 무부하 품질계수(unloaded Q-factor)는 송신 측의 경우에 Q1u=ω0L1/R1P로 표현되고, 수신 측의 경우에는 Q2u=ω0L2/R2P로 표현된다.On the other hand, the unloaded Q-factor is expressed as Q 1u = ω 0 L 1 / R 1P for the transmitter side and Q 2u = ω 0 L 2 / R 2P for the receiver side.
따라서, 전력 송신부의 총 저항(R1)은 R1P+RS이고, 전력 수신부의 총 저항(R2)은 R2P+RL이며, 결합계수(coupling coefficient, k)는 로 표현된다.Therefore, the total resistance R 1 of the power transmission unit is R 1P + R S , the total resistance R 2 of the power receiving unit is R 2P + R L , and the coupling coefficient k is Lt; / RTI >
이러한 무선전력 전송시스템은 입력 매칭 회로와 출력 매칭 회로를 사용하여 도 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 도 4의 C1과 C2는 매칭 회로에 포함되어 도 5에는 나타나지 않는다. 이와 같이, C1과 C2가 매칭 회로에 포함됨에 따라, 전체 시스템에 사용되는 소자의 수를 최소화할 수 있다.Such a wireless power transmission system can be represented as shown in FIG. 5 using an input matching circuit and an output matching circuit. Here, C 1 and C 2 in FIG. 4 are included in the matching circuit and are not shown in FIG. Thus, as C 1 and C 2 are included in the matching circuit, the number of elements used in the entire system can be minimized.
도 5에 있어서, 매칭 회로는 전원저항(RS) 및 부하저항(RL)을 최적의 전원저항(ZS ,opt) 및 부하저항(ZL ,opt)으로 변환하는 데에 사용된다. 매칭 회로는 집중정수소자(lumped element)로 구성되는 L-section, π-section, T-section 등으로 구현될 수 있고, 변압기(transformer)로 구성되는 Air-core transformer 형태로 구현될 수 있다.5, the matching circuit is used to convert the power source resistance R S and the load resistance R L to the optimum power source resistance Z S , opt and the load resistance Z L , opt . The matching circuit may be implemented as an L-section, a π-section, a T-section or the like, which is composed of a lumped element, and may be implemented as an air-core transformer composed of a transformer.
도 6에는 집중정수소자인 캐패시터를 이용한 L-section 매칭 회로로 구현된 무선전력 전송시스템의 일례가 도시되어 있고, 도 7에는 air-core transformer 매칭 회로로 구현된 무선전력 전송시스템의 일례가 도시되어 있다.FIG. 6 shows an example of a wireless power transmission system implemented by an L-section matching circuit using a capacitor, which is a lumped element, and FIG. 7 shows an example of a wireless power transmission system implemented by an air- have.
도 6에 있어서, 입력 매칭 회로는 전원(Vs)에 직렬로 연결되는 전원측 소스 캐패시터(C1S) 및 전원(Vs)에 병렬로 연결되는 전원측 기생 캐패시터(C1P)로 구성되고, 출력 매칭 회로는 부하 저항(RL)에 직렬로 연결되는 부하측 소스 캐패시터(C2S) 및 부하 저항(RL)에 병렬로 연결되는 부하측 기생 캐패시터(C2P)로 구성된다.6, the input matching circuit is composed of a power source side capacitor C 1S connected in series to the power source Vs and a power source side parasitic capacitor C 1P connected in parallel to the power source Vs, source consists of a load resistance of the load capacitor connected in series (R L) (C 2S), and a load resistance (R L) load the parasitic capacitor (C 2P) connected in parallel to the.
도 7에 있어서, 입력 매칭 회로는 소스 기생 저항(RPS), 소스 코일(LS), 소스 캐패시터(CS)로 이루어지는 1차측과, 전원측 공진 캐패시터(C1)로 이루어지는 2차측으로 구성된다.7, the input matching circuit is composed of a primary side comprising a source parasitic resistance (R PS ), a source coil (L S ) and a source capacitor (C S ) and a secondary side comprising a power source side resonance capacitor (C 1 ) .
이때, 소스 기생 저항(RPS), 소스 코일(LS), 소스 캐패시터(CS)는 전원(Vs)에 직렬로 연결되고, 전원측 공진 캐패시터(C1)는 1차 코일(L1)에 직렬로 연결되며, MS는 소스 코일(LS)과 1차 코일(L1) 사이의 상호 인덕턴스를 의미한다.At this time, the source parasitic resistance R PS , the source coil L S and the source capacitor C S are connected in series to the power source Vs and the power source side resonant capacitor C 1 is connected to the primary coil L 1 And M S denotes the mutual inductance between the source coil L S and the primary coil L 1 .
한편, 출력 매칭 회로는 부하 기생 저항(RPL), 부하 코일(LL), 부하 캐패시터(CL)로 이루어지는 1차측과, 부하측 공진 캐패시터(C2)로 이루어지는 2차측으로 구성된다.On the other hand, the output matching circuit is composed of a primary side composed of a load parasitic resistance (R PL ), a load coil (L L ) and a load capacitor (C L ) and a secondary side composed of a load side resonant capacitor (C 2 ).
이때, 부하 기생 저항(RPL), 부하 코일(LL), 부하 캐패시터(CL)는 부하 저항(ZL)에 직렬로 연결되고, 부하측 공진 캐패시터(C2)는 2차 코일(L2)에 직렬로 연결되며, ML는 부하 코일(LL)과 2차 코일(L2) 사이의 상호 인덕턴스를 의미한다.
At this time, the load parasitic resistance R PL , the load coil L L and the load capacitor C L are connected in series to the load resistance Z L , and the load side resonant capacitor C 2 is connected to the secondary coil L 2 And M L denotes the mutual inductance between the load coil L L and the secondary coil L 2 .
이상에서 살펴본 바와 같은 구성을 가지는 무선전력 전송시스템의 경우, 부하저항이나 전송환경이 변화함에 따라 전원부의 전원주파수를 변경하여 무선전력전송 효율을 증가시키는 방법이 주로 사용된다. 이러한 전원주파수 변경은 좁은 주파수 대역을 사용하는 무선전력 전송시스템에는 적용하는 것이 불가능하다는 문제점이 있다.In the case of a wireless power transmission system having the configuration as described above, a method of increasing a wireless power transmission efficiency by changing a power frequency of a power supply unit is mainly used as a load resistance or a transmission environment is changed. This power frequency change has a problem that it is impossible to apply to a wireless power transmission system using a narrow frequency band.
이에, 이하에서는 송신전력의 전원주파수를 변경하지 않고 무선전력 전송 효율을 향상시킬 수 있는 무선전력 전송방법에 대해서 설명하기로 한다.
Hereinafter, a wireless power transmission method capable of improving the wireless power transmission efficiency without changing the power frequency of the transmission power will be described.
도 8은 자유공진주파수 변경을 통한 무선전력전송 효율 증대 알고리즘에 따른 순서를 도시한 플로우챠트이다. 이때, 도 8의 알고리즘은 도 4에 도시된 바와 같은 등가회로 모델로 표현되는 무선전력 전송시스템에 적용될 수 있다.8 is a flowchart illustrating a procedure according to a wireless power transmission efficiency enhancement algorithm through a free resonance frequency change. At this time, the algorithm of FIG. 8 can be applied to a wireless power transmission system represented by an equivalent circuit model as shown in FIG.
도 8을 참조하면, 무선전력전송이 수행되면(S800), 전력 송수신부(100, 300)의 조절부(127, 328)는 부하저항이나 전송환경의 변화에 따라 전송 효율(출력 전력)의 증대가 필요한지를 판단한다(S810).8, when the wireless power transmission is performed (S800), the adjusting
단계 S810에 따른 판단 결과, 전송 효율의 증대가 필요하지 않은 것으로 판단하면(S810-No), 현재의 전송 효율로 무선전력전송을 수행한다(S800).As a result of the determination in step S810, if it is determined that the increase in transmission efficiency is not necessary (No in step S810), wireless power transmission is performed at the current transmission efficiency (S800).
반면, 단계 S810에 따른 판단 결과, 전송 효율의 증대가 필요한 것으로 판단하면(S810-Yes), 전송 효율의 증대를 위한 동작을 수행한다.On the other hand, if it is determined in step S810 that the increase in transmission efficiency is required (S810-Yes), an operation for increasing the transmission efficiency is performed.
먼저, 도 1에서의 1차 공진기와 2차 공진기의 자유공진각주파수(free self-resonant frequency)(ω1,ω2)는 다음과 같이 [수식 1]로 나타낼 수 있다.First, the free self-resonant frequencies (ω 1 , ω 2 ) of the first resonator and the second resonator in FIG. 1 can be expressed by
[수식 1][Equation 1]
보통의 경우, 1차 및 2차 공진기의 자유공진각주파수(ω1,ω2)는 전원주파수인 ω0와 동일하도록 동조된다. Normally, the free resonance angular frequencies (? 1 ,? 2 ) of the primary and secondary resonators are tuned to be equal to? 0 , the power supply frequency.
하지만, 부하저항이 변화하거나 무선전력 송수신부 사이의 환경이 변화하면, 즉, 전송 효율의 증대가 필요한 경우(S810-Yes), 전력 송수신부(100, 300)의 조절부(127, 328)는 변화된 상황에서의 k, Q1, Q2를 추정하여(S820), 다음의 [수식 2]와 같이 1차 및 2차 목표 자유공진각주파수(ω1,goal, ω2,goal)를 계산한다(S830).However, when the load resistance changes or the environment between the wireless power transmitting and receiving sections changes, that is, when the transmission efficiency needs to be increased (S810-Yes), the adjusting
[수식 2][Equation 2]
여기서, k는 1차 코일(L1)과 2차 코일(L2) 사이의 결합계수로서, 상호 인덕턴스(mutual inductance) M과 [수식 3]과 같은 관계를 갖는다.Here, k is a coupling coefficient between the primary coil L1 and the secondary coil L2, and has a relationship such as mutual inductance M and [Equation 3].
[수식 3][Equation 3]
그리고, Q1 및 Q2는 각각 Q1=ω0L1/R1로 및 Q2=ω0L2/R2로부터 추정될 수 있다.
Then, Q 1 and Q 2 can be estimated from Q 1 = ω 0 L 1 / R 1 and Q 2 = ω 0 L 2 / R 2 , respectively.
이후, 단계 S830에 따라 1차 및 2차 목표 자유공진각주파수(ω1,goal, ω2,goal)를 계산하면, 조절부(127, 328)은 1차 코일의 공진을 위한 캐패시터(C1)와 2차 코일의 공진을 위한 캐패시터(C2)를 조절하여(S840), 1차 및 2차 공진기의 자유공진각주파수를 수식 2에 따라 계산된 1차 및 2차 목표 자유공진각주파수로 동조시킨다(S850). If the first and second target free resonance angular frequencies (ω 1, goal , ω 2, goal ) are calculated in accordance with step S 830, the
따라서, 조절부(127, 328)은 전원측 공진 캐패시터(C1)과 부하측 공진 캐패시터(C2)를 조절한 후(S840), 1차 및 2차 공진기의 자유공진각주파수가 1차 및 2차 목표 자유공진각주파수로 동조되었는지를 판단한다(S850).Accordingly, the adjusting
단계 S850에 따른 판단 결과, 1차 및 2차 공진기의 자유공진각주파수가 1차 및 2차 목표 자유공진각주파수로 동조된 것으로 판단하면(S850-Yes), 무선전력 전송 효율 증대 알고리즘은 종료되고, 무선전력 전송이 이루어진다.If it is determined in step S850 that the free resonance angular frequencies of the first and second resonators are tuned to the first and second target free resonance angular frequencies (S850-Yes), the wireless power transmission efficiency increase algorithm ends , A wireless power transmission is performed.
반면, 단계 S850에 따른 판단 결과, 1차 및 2차 공진기의 자유공진각주파수가 1차 및 2차 목표 자유공진각주파수로 동조되지 않은 것으로 판단하면(S850-No), 조절부(127, 328)는 1차 및 2차 공진기의 자유공진각주파수가 1차 및 2차 목표 자유공진각주파수로 동조되도록 전원측 공진 캐패시터(C1)과 부하측 공진 캐패시터(C2)를 조절한다(S840).
On the other hand, if it is determined in step S850 that the free resonance angular frequencies of the first and second resonators are not tuned to the first and second target free resonance angular frequencies (S850-No), the
도 9는 도 8의 알고리즘 적용 전후의 출력 파워의 변화를 도시한 그래프를 나타낸 것이다.FIG. 9 is a graph showing a change in output power before and after the application of the algorithm of FIG.
도 9를 참조하면, 대략 결합 계수(k)가 0.12 이전에는 본 발명의 알고리즘 적용 전후의 출력 파워가 비슷하지만, 구간 T에서는 본 발명의 알고리즘 적용 후의 출력 파워(그래프 B, D)가 본 발명의 알고리즘 적용 전의 출력 파워(그래프 A, C)보다 크기 때문에, 무선전력 전송 효율이 증대됨을 알 수 있다.
9, the output power before and after applying the algorithm of the present invention is approximately equal to 0.12 before the coupling coefficient k is approximately 0.12. However, in the interval T, the output powers after the application of the algorithm of the present invention (graphs B and D) Is larger than the output power before the algorithm application (graphs A and C), it can be seen that the wireless power transmission efficiency is increased.
도 10은 매칭 회로의 변경을 통한 효율 증대 알고리즘에 따른 순서를 도시한 플로우챠트이다. FIG. 10 is a flowchart showing a procedure according to an efficiency enhancement algorithm through modification of a matching circuit.
이때, 도 10의 알고리즘은 도 5에 도시된 바와 같은 매칭 회로가 적용된 무선전력 전송시스템에 적용될 수 있는 것으로서, 매칭 회로의 가변을 통해 무선전력 전송 효율을 높이기 위한 알고리즘이다.The algorithm shown in FIG. 10 can be applied to a wireless power transmission system to which a matching circuit as shown in FIG. 5 is applied, and is an algorithm for increasing a wireless power transmission efficiency through a variable of a matching circuit.
또한, 도 10의 알고리즘이 적용되는 매칭 회로는 도 6에 도시된 바와 같이 구현될 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.In addition, the matching circuit to which the algorithm of FIG. 10 is applied may be implemented as shown in FIG. 6 and may be implemented as shown in FIG.
도 10을 참조하면, 무선전력전송이 수행되면(S1000), 전력 송수신부(100, 300)의 조절부(127, 328)는 부하저항이나 전송환경의 변화에 따라 전송 효율(출력 전력)의 증대가 필요한지를 판단한다(S1010).10, when the wireless power transmission is performed (S1000), the adjusting
단계 S1010에 따른 판단 결과, 전송 효율의 증대가 필요하지 않은 것으로 판단하면(S1010-No), 조절부(127, 328)는 현재의 전송 효율로 무선전력전송을 수행한다(S1010).As a result of the determination in step S1010, if it is determined that the increase in transmission efficiency is not necessary (S1010-No), the
반면, 단계 S1010에 따른 판단 결과, 전송 효율의 증대가 필요한 것으로 판단하면(1010-Yes), 조절부(127, 328)는 전송 효율의 증대를 위한 동작을 수행한다.On the other hand, if it is determined as a result of the determination in step S1010 that the transmission efficiency should be increased (1010-Yes), the
먼저, 도 5에서와 같은 무선전력 전송시스템의 가동환경에 의해 1차 코일(L1) 2차 코일(L2) 사이의 결합계수(k)가 결정된 경우, 최대의 전력전달 효율을 위한 최적의 전원저항(Zs ,opt)과 부하저항(ZL ,opt)은 [수식 4] 혹은 [수식 5]와 같이 계산될 수 있다. 따라서, 최적의 전원저항(Zs ,opt)과 부하저항(ZL ,opt)은 [수식 4]에 의해 계산될 수도 있고, [수식 5]에 의해 계산될 수 있다.First, when the coupling coefficient k between the primary coil L 1 and the secondary coil L 2 is determined by the operating environment of the wireless power transmission system as shown in FIG. 5, The power resistance (Z s , opt ) and the load resistance (Z L , opt ) can be calculated as [Equation 4] or [Equation 5]. Therefore, the optimal power resistance (Z s , opt ) and the load resistances (Z L , opt ) can be calculated by [Equation 4] and can be calculated by [Equation 5].
[수식 4][Equation 4]
[수식 5][Equation 5]
이때, 수식 4 및 5에 있어서, R1는 송신측 총 저항으로서, R1P + RS로서 계산되고, R2는 수신측 총 저항으로서, R2P + RL로서 계산되며, R1P는 1차 코일의 기생저항, RS는 전원저항, R2P는 2차 코일의 기생저항, RL는 부하저항이다.In Equations (4) and (5), R 1 is the transmission-side total resistance, and R 1P + R S , R 2 is the receiving total resistance, and R 2P + R L , where R 1P is the parasitic resistance of the primary coil, R S is the power supply resistance, R 2P is the parasitic resistance of the secondary coil, and R L is the load resistance.
또한, Q1u는 송신측의 무부하 품질계수로서, ω0L1/R1p로 표현되고, Q2u는 수신측 무부하 품질계수로서, ω0L2/R2p로 표현된다.
Q 1u is the no-load quality factor of the transmitter, expressed as ω 0 L 1 / R 1p , and Q 2u is the receive-side no-load quality factor, expressed as ω 0 L 2 / R 2p .
단계 S1010에 따른 판단 결과, 전송 효율의 증대가 필요한 것으로 판단된 경우(S1010-Yes), 조절부(127, 328)는 변화된 상황에서의 k, Q1, Q2를 추정하여(S1020), [수식 4] 또는 [수식 5]를 바탕으로 최적의 전원저항(Zs ,opt)과 부하저항(ZL ,opt)을 계산한다(S1030).The determination result of the step S1010, when it is determined to be required an increase in the transmission efficiency (S1010-Yes), control unit (127, 328) is (S1020) to estimate a k, Q 1, Q 2 of the change in circumstances, [ Optimal power resistance (Z s , opt ) and load resistances (Z L , opt ) are calculated based on Equation (4) or Equation (5) (S1030).
이후, 조절부(127, 328)는 입력/출력 매칭 회로를 조절하여(S1040), 전원저항(Rs)이 최적의 전원저항(Zs ,opt)이 되도록 하고, 부하저항(RL)이 최적의 부하저항(ZL ,opt)이 되도록 한다(S1050).Thereafter, the adjusting
이때, 무선전력 전송시스템이 도 6에 도시된 바와 같이 캐패시터를 이용한 L-section 매칭 회로로 구현된 경우에는, 조절부(127)가 C1s와 C1p를 조절하여 전원저항(Rs)이 최적의 전원저항(Zs ,opt)이 되도록 하고, 조절부(328)가 C2s와 C2p를 조절하여 부하저항(RL)이 최적의 부하저항(ZL ,opt)이 되도록 한다.In this case, when the wireless power transmission system is implemented as an L-section matching circuit using a capacitor as shown in FIG. 6, the adjusting
한편, 무선전력 전송시스템이 도 7에 도시된 바와 같이 air-core transformer 매칭 회로로 구현된 경우에는, 조절부(127)가 Ms를 조절하여 전원저항(Rs)이 최적의 전원저항(Zs ,opt)이 되도록 하고, 조절부(328)가 ML을 조절하여 부하저항(RL)이 최적의 부하저항(ZL ,opt)이 되도록 한다.7, when the
이때, Ms와 ML을 조절하기 위해서는 코일간 거리나 정렬 상태를 변경할 수도 있고, 코일 사이의 매질의 유전율이나 투자율을 변경할 수도 있다.In this case, to adjust M s and M L , the distance between coils and the alignment state can be changed, and the permittivity or permeability of the medium between the coils can be changed.
여기서, MS는 소스 코일(LS)과 1차 코일(L1) 사이의 상호 인덕턴스를 의미하고, ML는 부하 코일(LL)과 2차 코일(L2) 사이의 상호 인덕턴스를 의미한다.Here, M S means the mutual inductance between the source coil L S and the primary coil L 1 and M L means the mutual inductance between the load coil L L and the secondary coil L 2 do.
한편, 전원저항(Rs) 및 부하저항(RL)이 최적의 전원저항(Zs ,opt) 및 최적의 부하저항(ZL,opt)이 되도록 하기 위해, 조절부(127, 328)는 입력/출력 매칭 회로를 조절한 후(S1040), 전원저항(Rs) 및 부하저항(RL)이 최적의 전원저항(Zs ,opt) 및 최적의 부하저항(ZL ,opt)이 되었는지를 판단한다(S1050).On the other hand, in order for the power source resistance R s and the load resistance R L to be the optimum power source resistance Z s , opt and the optimum load resistance Z L, opt , After adjusting the input / output matching circuit (S1040), it is determined whether or not the power source resistance R s and the load resistance R L are the optimum power source resistance Z s , opt and the optimum load resistance Z L , opt (S1050).
단계 S1050에 따른 판단 결과, 전원저항(Rs) 및 부하저항(RL)이 최적의 전원저항(Zs ,opt) 및 최적의 부하저항(ZL ,opt)이 된 것으로 판단하면(S1050-Yes), 무선전력 전송 효율 증대 알고리즘은 종료되고, 무선전력 전송이 이루어진다.If it is determined in step S1050 that the power source resistance R s and the load resistance R L are the optimum power source resistance Z s , opt and the optimum load resistance Z L , opt , Yes), the wireless power transmission efficiency enhancement algorithm is terminated and wireless power transmission is performed.
반면, S1050에 따른 판단 결과, 전원저항(Rs) 및 부하저항(RL)이 최적의 전원저항(Zs ,opt) 및 최적의 부하저항(ZL ,opt)이 되지 않은 것으로 판단하면(S1050-No), 조절부(127, 328)는 전원저항(Rs) 및 부하저항(RL)이 최적의 전원저항(Zs ,opt) 및 최적의 부하저항(ZL ,opt)이 되도록 입력/출력 매칭 회로를 조절한다(S1040).
On the other hand, if it is determined that the power source resistance R s and the load resistance R L do not reach the optimum power source resistance Z s , opt and the optimum load resistance Z L , opt (S1050) S1050-No), the adjusting
도 11은 도 10의 알고리즘을 적용한 결과를 나타낸 일례의 그래프로서, 도 11에 도시된 그래프는 E와 같이 코일간 결합계수(k)가 0.013에서 최대의 효율을 가지는 무선전력 전송시스템이 환경 변화에 의해 결합계수(k)가 0.005로 악화된 경우를 나타낸 것이다.11 is a graph showing an example of a result of applying the algorithm of FIG. 10, wherein the graph shown in FIG. 11 shows that the wireless power transmission system having the maximum efficiency at a co- And the coupling coefficient k is deteriorated to 0.005.
이때, 결합계수(k)가 0.013에서 0.005로 변경된 경우, 무선전력 전송시스템이 그래프 E와 같은 특성을 유지한 채로 무선전력전송을 하는 경우 최적의 전송 효율로 무선전력을 전송할 수 없다.At this time, when the coupling coefficient k is changed from 0.013 to 0.005, the wireless power transmission system can not transmit the wireless power with the optimal transmission efficiency when the wireless power transmission is performed while maintaining the same characteristic as the graph E.
하지만, 도 10의 알고리즘이 적용된 무선전력 전송시스템은 결합계수(k)가 변경되면, 입력/출력 매칭 회로가 새로운 환경에서 최대의 효율을 가지도록 가변되어, 무선전력 전송시스템은 그래프 F와 같은 특성을 갖는다.However, in the wireless power transmission system to which the algorithm of FIG. 10 is applied, when the coupling coefficient k is changed, the input / output matching circuit is varied to have the maximum efficiency in the new environment, Respectively.
따라서, 무선전력 전송시스템은 그래프 F에서 확인할 수 있는 바와 같이 결합계수(k)가 0.005에서 최대의 효율을 갖는 특성에 따라 무선전력을 전송하기 때문에 환경이 변화더라도 최적의 효율로 무선전력을 전송할 수 있다.
Therefore, as shown in Graph F, the wireless power transmission system transmits the wireless power according to the characteristic having the maximum efficiency at the coupling coefficient (k) of 0.005. Therefore, even if the environment changes, the wireless power can be transmitted with the optimum efficiency have.
한편, 무선전력 전송시스템은 2차 전지를 충전시키기 위한 구성을 가지며, 이에 따라 정류기, DC-DC 변환기 및 2차 전지 등을 포함한다. 일반적으로, 2차 전지의 충전량에 따라서 부하저항으로 표현되는 ZL의 값은 변화한다. 또한, 무선전력 전송시스템은 부하로서 2차 전지 이외에 다른 장치를 포함할 수 있는데, 장치의 상태에 따라 부하저항은 항상 변하기 마련이다.The wireless power transmission system includes a rectifier, a DC-DC converter, a secondary battery, and the like for charging the secondary battery. Generally, the value of Z L expressed by the load resistance changes according to the charged amount of the secondary battery. Further, the wireless power transmission system may include a device other than a secondary battery as a load, depending on the state of the device, the load resistance is always changed.
이렇게 부하저항이 변화하면, 특정한 부하저항과, 최적의 효율을 내도록 결합계수가 설계된 무선전력 전송시스템은 효율이 떨어지게 된다.As the load resistance changes, the efficiency of a wireless power transmission system with a specific load resistance and a coupling coefficient designed for optimum efficiency becomes low.
앞서 도 8 및 도 10을 통해 살펴본 효율 증대 알고리즘은 1차 코일 측과 2차 코일 측 양쪽의 공진주파수나 매칭 회로를 변경시키는 방법이나, 이하에서 설명하는 효율 증대 알고리즘은 부하저항이 변화하는 경우 전원저항만을 변경하여 최대의 효율을 달성하는 방법이다.The efficiency enhancement algorithm described above with reference to FIGS. 8 and 10 is a method of changing the resonance frequency and the matching circuit on both the primary coil side and the secondary coil side. However, the efficiency enhancement algorithm, It is a method to achieve maximum efficiency by changing only the resistance.
또한 설명될 효율 증대 알고리즘을 이용하면, 전원저항이 변화하는 경우 부하저항만을 변경하여 최대의 효율을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 전력전송 환경변화로 k가 변화되는 경우, 부하저항을 변경하지 않더라도 전원저항의 변경만으로 최대의 효율을 달성할 수 있다.In addition, by using the efficiency enhancement algorithm to be described, not only the maximum efficiency can be achieved by changing only the load resistance when the power source resistance changes, but also in the case where k is changed due to the power transmission environment change, The maximum efficiency can be achieved only by changing the resistance.
도 4와 같은 무선전력 전송시스템은 임계결합(critical coupling) 상태에서 최대의 효율을 가진다. 시스템의 임계결합계수(kcritical)는 다음의 [수식 6]으로부터 결정된다.The wireless power transmission system shown in FIG. 4 has the maximum efficiency in a critical coupling state. The critical coupling coefficient (k critical ) of the system is determined from the following equation (6).
[수식 6][Equation 6]
도 4의 시스템의 경우, 1차 코일(L1)과 2차 코일(L2) 사이의 결합계수(k)가 수식 6의 kcritical의 값을 가지도록 RS 또는 RL을 변경함으로써 시스템의 효율을 증대시킬 수 있다.4, by changing R S or R L so that the coupling coefficient k between the primary coil L 1 and the secondary coil L 2 has a value of k critical in Equation 6, The efficiency can be increased.
예를 들어, 부하저항(RL)이 변경되지 못하고 전원저항(RS)만 변경이 가능한 경우 전원저항(RS)는 다음과 같은 [수식 7] 혹은 [수식 8]에 따라 조정되어, 임계전원저항(Rs ,critical) 값 혹은 최적전원저항(RS ,opt) 값을 갖는다. 여기서, 임계전원저항(Rs ,critical) 혹은 최적전원저항(RS ,opt) 은 목표 전원저항이 된다.For example, when the load resistance R L can not be changed and only the power source resistance R S can be changed, the power source resistance R S is adjusted according to the following Equation 7 or Equation 8, (R s , critical ) value or the optimum power resistance (R S , opt ). Here, the critical power resistance (R s , critical ) or the optimum power source resistance (R S , opt ) is the target power source resistance.
즉, 상기 전원저항(RS)은 [수식 7] 혹은 [수식 8]에 따라 목표 전원저항 (임계전원저항(Rs ,critical) 혹은 최적전원저항(RS ,opt))으로 조정된다.That is, the power is adjusted to the resistance (R S) is [Formula 7] or [formula 8] target power resistance (power threshold resistance (R s, critical) R or S, opt (optimum power resistor)) according to the.
[수식 7][Equation 7]
[수식 8][Equation 8]
이와 유사하게, 전원저항(RS)이 변경되지 못하고, 부하저항(RL)만 변경이 가능한 경우에는 부하저항(RL)은 하기의 [수식 9] 또는 [수식 10]에 따라 조정되어, 임계부하저항(RL ,critical) 값 혹은 최적부하저항(RL ,opt) 값을 갖는다. 여기서, 임계부하저항(RL ,critical) 혹은 최적부하저항(RL ,opt)은 목표 부하저항이 된다.Similarly, when the power source resistance R S can not be changed and only the load resistance R L can be changed, the load resistance R L is adjusted according to the following equation (9) or (10) Critical load resistance (R L , critical ) value or optimum load resistance (R L , opt ) value. Here, the critical load resistance R L , critical or the optimum load resistance R L , opt becomes the target load resistance.
즉, 상기 부저항(RL)은 [수식 9] 혹은 [수식 10]에 따라 목표 부하저항 (임계부하저항(RL ,critical) 혹은 최적부하저항(RL ,opt))으로 조정된다.
That is, the negative resistance R L is adjusted to the target load resistance (critical load resistance (R L , critical ) or optimum load resistance (R L , opt )) according to [Expression 9] or [Expression 10].
[수식 9][Equation 9]
[수식 10][Equation 10]
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 시스템이 매칭 회로를 이용하여 표현되는 경우, RS 및 RL 대신에 ZS 및 ZL을 변경시키면 동일한 효과를 얻을 수 있다.Further, as shown in FIG. 5, when the system is expressed using a matching circuit, R S and R L Instead of The same effect can be obtained by changing Z S and Z L.
만약, 무선전력전송 중 부하저항의 증가로 전력전달효율이 감소하여 효율을 증대시키고 싶은 경우, 전원저항을 감소시켜 효율을 증대시킬 수 있다.If the efficiency of the power transmission efficiency decreases due to the increase of the load resistance during the wireless power transmission, it is possible to increase the efficiency by reducing the power resistance.
이때, 전원저항을 변경하는 방법으로는 도 5의 입력 매칭 회로로 바라본 저항 Z´s를 변화시키는 방법 혹은 전원저항에 작은 저항을 병렬로 연결하여 스위칭하여 변화시키는 방법 등이 있다.
At this time, as a method of changing the power source resistance, there is a method of changing the resistance Z ' s viewed by the input matching circuit of FIG. 5, or a method of switching a small resistance to a power source by connecting them in parallel.
도 12는 전원저항 혹은 부하저항의 가변을 통한 효율 증대 알고리즘에 따른 순서를 도시한 플로우챠트이다. 이때, 도 12의 알고리즘은 도 4에 도시된 바와 같은 등가회로 모델로 표현되는 무선전력 전송시스템에 적용될 수 있으며, 도 4의 무선전력 전송시스템은 도 5와 같이 매칭 회로가 사용된 무선전력 전송시스템으로 나타낼 수 있다.
12 is a flow chart showing a procedure according to an efficiency enhancement algorithm by varying the power resistance or the load resistance. In this case, the algorithm of FIG. 12 can be applied to a wireless power transmission system represented by an equivalent circuit model as shown in FIG. 4, and the wireless power transmission system of FIG. 4 can be applied to a wireless power transmission system .
도 12를 참조하면, 무선전력전송이 수행되면(1200), 전력 송수신부(100, 300)의 조절부(127, 328)는 부하저항이나 전송환경의 변화에 따라 전송 효율(출력 전력)의 증대가 필요한지를 판단한다(S1210).12, when the wireless power transmission is performed 1200, the
단계 S1210에 따른 판단 결과, 전송 효율의 증대가 필요하지 않은 것으로 판단하면(S1210-No), 조절부(127, 328)는 현재의 전송 효율로 무선전력전송을 수행한다(S1210).If it is determined in step S1210 that the increase in transmission efficiency is not required (No in step S1210), the
반면, 단계 S1210에 따른 판단 결과, 전송 효율의 증대가 필요한 것으로 판단하면(S1010-Yes), 조절부(127, 328)는 전송 효율의 증대를 위한 동작을 수행한다.On the other hand, if it is determined in step S1210 that the transmission efficiency should be increased (S1010-Yes), the
먼저, 단계 1210에서 전송 효율의 증대가 필요한 것으로 판단되는 경우(S1210-Yes), 조절부(127, 328)은 변화된 상황에서의 결합계수(k) 및 부하 품질계수(Q1, Q2)를 추정하여(S1220), 결합계수(k)가 수식 6으로부터 계산되는 임계결합계수(kcritical)의 값을 가지도록 하는 목표 전원저항(R´S)과 목표 부하저항(R´L)을 계산한다(S1230).First, if it is determined in step 1210 that an increase in transmission efficiency is required (S1210-Yes), the adjusting
이후, 조절부(127, 328)는 전원저항(RS)이 목표 전원저항(R´S)이 되도록 또는 부하저항(RL)이 목표 부하저항(R´L)이 되도록 전원저항(RS) 또는 부하저항(RL)을 조절하여(S1240), 결합계수(k)가 임계결합계수(kcritical)의 값을 가지도록 한다(S1250).Then, the control unit (127, 328) is a power resistance (R S) R (a target power resistor (R'S) such that the power resistors so that the resistance or load (R L), the target load resistance (R'L) is S Or the load resistance R L in step S1240 so that the coupling coefficient k has a critical coupling coefficient k critical in step S1250.
이때, 결합계수(k)가 임계결합계수(kcritical)의 값을 가지도록 하기 위해, 조절부(127, 328)는 전원저항(RS)이 목표 전원저항(R´S)이 되도록 또는 부하저항(RL)이 목표 부하저항(R´L)이 되도록 전원저항(RS) 또는 부하저항(RL)을 조절한 후(S1240), 결합계수(k)가 임계결합계수(kcritical)의 값이 되었는지를 판단한다(S1250).At this time, in order to to the coupling coefficient (k) is the value of the critical coupling coefficient (k critical), control unit (127, 328) is such that the power or the load is a resistance (R S), the target power resistor (R'S) resistance (R L) power resistor (R S), or the load resistance is critical coupling coefficient (R L) was adjusted to (S1240), the coupling coefficient (k) so that the target load resistance (R'L) (k critical) (S1250). ≪ / RTI >
단계 S1250에 따른 판단 결과, 결합계수(k)가 임계결합계수(kcritical)의 값이 된 것으로 판단하면(S1250-Yes), 무선전력 전송 효율 증대 알고리즘은 종료되고, 무선전력 전송이 이루어진다.If it is determined in step S1250 that the coupling coefficient k has become the value of the critical coupling coefficient k critical (S1250-Yes), the wireless power transmission efficiency increase algorithm is terminated and wireless power transmission is performed.
반면, 단계 S1250에서 결합계수(k)가 임계결합계수(kcritical)의 값이 아닌 것으로 판단하면(S1250-No), 조절부(127, 328)는 전원저항(RS)이 목표 전원저항(R´S)이 되도록 또는 부하저항(RL)이 목표 부하저항(R´L)이 되도록 전원저항(RS) 또는 부하저항(RL)을 조절한다(S1240).
On the other hand, if it is determined in step S1250 that the coupling coefficient k is not the critical coupling coefficient k critical (S1250-No), the
도 13은 도 12의 알고리즘을 적용한 결과의 일례를 나타낸 그래프로서, 고정된 부하저항에 대해서 전원저항을 조절하여 효율을 증대시킨 경우의 결과를 나타낸 것이다.FIG. 13 is a graph showing an example of a result of applying the algorithm of FIG. 12, and shows the result when efficiency is increased by adjusting the power resistance for a fixed load resistance.
도 12를 참조하면, 그래프 G의 경우와 같이 종래에는 결합계수(k)가 소정 값 이상이 되면 효율이 감소하나, 그래프 H의 경우와 같이 도 12의 알고리즘을 적용한 경우에는 결합계수(k)가 소정 값 이상이 되더라도 최대 효율이 거의 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 12, as in the case of the graph G, the efficiency decreases when the coupling coefficient k becomes equal to or larger than the predetermined value. However, when the algorithm of FIG. 12 is applied as in the case of the graph H, It can be confirmed that the maximum efficiency is maintained almost constant even if it exceeds the predetermined value.
한편, 본 발명에 따른 무선전력 전송시스템의 무선전력 전송방법을 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. And various alternatives, modifications, and alterations can be made within a range.
따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Therefore, the embodiments described in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate rather than limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100 : 전력 송신부
110 : 1차 코일
120 : 송신 구동부
121 : 임피던스 매칭회로
122 : 동조부
123 : 스위칭부
124 : 교류 전환부
125 : 통신부
125a : 인밴드(in-band) 통신부
125b : 아웃밴드(out-band) 통신부
126 : 안테나
127 : 조절부
130 : 전원
300 : 전력 수신부
310 : 2차 코일
320 : 수신 구동부
321 : 임피던스 매칭회로
322 : 동조부
323 : 스위칭부
324 : 정류부
325 : DC/DC 변환기
326 : 통신부
326a : 인밴드 통신부
326b : 아웃밴드 통신부
327 : 안테나
328 : 조절부
330 : 배터리/부하100: power transmission unit 110: primary coil
120: Transmitting driver 121: Impedance matching circuit
122: Tuning unit 123:
124: AC switching section 125:
125a: an in-band communication unit
125b: an out-band communication unit
126: antenna 127:
130: Power source 300: Power receiving unit
310: secondary coil 320: receiving driver
321: Impedance matching circuit 322:
323: Switching unit 324:
325: DC / DC converter 326:
326a: In-band communication unit 326b: Out-band communication unit
327: antenna 328:
330: Battery / Load
Claims (22)
무선전력전송이 수행되면, 전송 효율의 증대가 필요한지를 판단하는 단계;
전송 효율의 증대가 필요한 경우, 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합계수를 추정하는 단계;
추정된 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합 계수를 바탕으로, 1차 공진기의 목표 자유공진주파수 및 2차 공진기의 목표 자유공진주파수를 계산하는 단계; 및
전원측 공진 캐패시터 및 부하측 공진 캐패시터를 조절하여, 1차 공진기의 자유공진주파수를 1차 공진기의 목표 자유공진주파수로 동조시키고, 2차 공진기의 자유공진주파수를 2차 공진기의 목표 자유공진주파수로 동조시키는 단계
를 포함하는 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
A high efficiency power transmission method of a wireless power transmission system,
If wireless power transmission is performed, determining whether an increase in transmission efficiency is required;
Estimating a transmission side load quality coefficient, a reception side load quality coefficient, and a coupling coefficient when an increase in transmission efficiency is required;
Calculating a target free resonance frequency of the first resonator and a target free resonance frequency of the second resonator based on the estimated transmission side load quality coefficient, the reception side load quality coefficient, and the coupling coefficient; And
The free side resonance frequency of the first resonator is tuned to the target free resonance frequency of the first resonator by adjusting the power side resonance capacitor and the load side resonance capacitor so that the free resonance frequency of the second resonator is tuned to the target free resonance frequency of the second resonator step
Wherein the high-efficiency power transmission method comprises the steps of:
상기 전송 효율의 증대가 필요한지를 판단하는 단계에서의 판단 결과, 전송 효율의 증대가 필요하지 않은 것으로 판단되면, 현재의 전송 효율로 무선전력전송을 수행하는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
The method according to claim 1,
As a result of the determination in the step of determining whether the increase of the transmission efficiency is required, if it is determined that the increase of the transmission efficiency is not necessary, the wireless power transmission is performed at the current transmission efficiency
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
상기 1차 공진기의 목표 자유공진주파수 및 상기 2차 공진기의 목표 자유공진주파수는 및 으로부터 계산되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법. (여기서, ω1,goal는 1차 공진기의 목표 자유공진주파수, ω2,goal는 2차 공진기의 목표 자유공진주파수, ωo는 전원주파수)
The method according to claim 1,
The target free resonance frequency of the first resonator and the target free resonance frequency of the second resonator are And Calculated from
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system. (Where, ω 1, goal is the target free resonance frequency of the first resonator, ω 2, goal is the target free resonance frequency of the second resonator, and ω o is the power frequency)
상기 송신측 부하 품질계수는 식 Q1=ωoL1/R1로부터 추정되고, 상기 수신측 부하 품질계수는 식 Q2=ωoL2/R2로부터 추정되며, 상기 결합계수는 식 로부터 추정되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
여기서, 상기 Q1는 송신측 부하 품질계수, Q2는 수신측 부하 품질계수, k는 결합계수, L1은 1차 코일, L2는 2차 코일, R1는 송신측 총 저항, R2는 수신측 총 저항, M은 L과 L의 상호 인덕턴스이다(단, R1는 R1P + RS, R2는 R2P + RL이며, R1P는 1차 코일의 기생저항, RS는 전원저항, R2P는 2차 코일의 기생저항, RL는 부하저항).
The method according to claim 1,
The transmitting side load quality factor is estimated from the equation Q 1 = ω o L 1 / R 1 , and the receiving side load quality factor is estimated from the formula Q 2 = ω o L 2 / R 2 , Estimated from
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
Herein, the Q1 is the transmitting-side load quality factor, Q 2 is a receiving-side load quality coefficient, k is the coupling coefficient, L1 is the primary coil, L 2 is a secondary coil, R 1 is a transmitting-side total resistance, R 2 is received Side total resistance, M is the mutual inductance of L and L (note that R 1 is R 1P + R S , R 2 is R 2P + R L , where R 1P is the parasitic resistance of the primary coil, R S is the power supply resistance, R 2P is the parasitic resistance of the secondary coil, and R L is the load resistance.
무선전력전송이 수행되면, 전송 효율의 증대가 필요한지를 판단하는 단계;
전송 효율의 증대가 필요한 경우, 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합계수를 추정하는 단계;
추정된 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합 계수를 바탕으로, 최적의 전원저항과 부하저항을 계산하는 단계; 및
전력 송신측의 입력 매칭 회로와 전력 수신측의 출력 매칭 회로를 조절하여, 전원저항 및 부하저항이 최적의 전원저항 및 부하저항이 되도록 하는 단계
를 포함하는 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
A high efficiency power transmission method of a wireless power transmission system,
If wireless power transmission is performed, determining whether an increase in transmission efficiency is required;
Estimating a transmission side load quality coefficient, a reception side load quality coefficient, and a coupling coefficient when an increase in transmission efficiency is required;
Calculating optimal power resistance and load resistance based on the estimated transmission side load quality factor, the reception side load quality factor and the coupling factor; And
Adjusting the input matching circuit on the power transmitting side and the output matching circuit on the power receiving side so that the power source resistance and the load resistance become optimum power source resistances and load resistances
Wherein the high-efficiency power transmission method comprises the steps of:
상기 입력 매칭 회로 및 출력 매칭 회로가 캐패시터를 이용한 L-section 매칭 회로인 경우,
상기 입력 매칭 회로는 전원에 직렬로 연결되는 전원측 소스 캐패시터 및 전원에 병렬로 연결되는 전원측 기생 캐패시터로 이루어지고,
상기 출력 매칭 회로는 부하 저항에 직렬로 연결되는 부하측 소스 캐패시터 및 부하 저항에 병렬로 연결되는 부하측 기생 캐패시터로 이루어지는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
6. The method of claim 5,
When the input matching circuit and the output matching circuit are L-section matching circuits using capacitors,
Wherein the input matching circuit comprises a power source side capacitor connected in series to a power source and a power source side parasitic capacitor connected in parallel to the power source,
Wherein the output matching circuit comprises a load side source capacitor connected in series to the load resistor and a load side parasitic capacitor connected in parallel to the load resistor
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
상기 최적의 전원저항은 에 의해 계산되고, 상기 최적의 부하저항은 에 의해 계산되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
여기서, Zs ,opt는 최적의 전원저항, ZL ,opt는 최적의 부하저항, R1는 송신측 총 저항, R2는 수신측 총 저항, Q1u는 송신측의 무부하 품질계수, Q2u는 수신측 무부하 품질계수이다(단, Q1u는 ωoL1/R1p이고, Q2u는 ωoL2/R2p).
6. The method of claim 5,
The optimal power resistance And the optimum load resistance is calculated by Calculated by
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
Where, Z s, opt is the optimum power resistor, Z L, opt is the optimal load resistance, R 1 is a transmitting-side total resistance, R 2 is a receiving-side total resistance, Q 1u is the no-load quality factor on the transmission side, Q 2u (Where Q 1u is ω o L 1 / R 1p and Q 2u is ω o L 2 / R 2p ).
상기 최적의 전원저항은 에 의해 계산되고, 상기 최적의 부하저항은 에 의해 계산되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
여기서, Zs ,opt는 최적의 전원저항, ZL ,opt는 최적의 부하저항, R1는 송신측 총 저항, R2는 수신측 총 저항, Q1u는 송신측의 무부하 품질계수, Q2u는 수신측 무부하 품질계수이다(단, Q1u는 ωoL1/R1p이고, Q2u는 ωoL2/R2p).
6. The method of claim 5,
The optimal power resistance , And the optimal load resistance is calculated by Calculated by
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
Where, Z s, opt is the optimum power resistor, Z L, opt is the optimal load resistance, R 1 is a transmitting-side total resistance, R 2 is a receiving-side total resistance, Q 1u is the no-load quality factor on the transmission side, Q 2u (Where Q 1u is ω o L 1 / R 1p and Q 2u is ω o L 2 / R 2p ).
상기 송신측 부하 품질계수는 식 Q1=L1/R1로부터 추정되고, 상기 수신측 부하 품질계수는 식 Q2=L2/R2로부터 추정되며, 상기 결합계수는 식 로부터 추정되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
여기서, 상기 Q1은 송신측 부하 품질계수, Q2는 수신측 부하 품질계수, k는 결합계수, L1은 1차 코일, L2는 2차 코일, R1는 송신측 총 저항, R2는 수신측 총 저항이다(단, R1는 R1P + RS, R2는 R2P + RL이며, R1P는 1차 코일의 기생저항, RS는 전원저항, R2P는 2차 코일의 기생저항, RL는 부하저항).
6. The method of claim 5,
The transmission side load quality factor is estimated from the equation Q 1 = L 1 / R 1 , and the reception side load quality factor is estimated from the equation Q 2 = L 2 / R 2 , Estimated from
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
Where Q 1 is the transmission side load quality factor, Q 2 is the reception side load quality factor, k is the coupling coefficient, L 1 is the primary coil, L 2 is the secondary coil, R 1 is the transmission side total resistance, R 2 Is the receiving total resistance (where R 1 is R 1P + R S , R 2 is R 2P + R L , where R 1P is the parasitic resistance of the primary coil, R S is the power supply resistance, R 2P is the parasitic resistance of the secondary coil, and R L is the load resistance.
상기 전원저항 및 부하저항이 최적의 전원저항 및 부하저항이 되도록 하는 단계는,
상기 전원측 소스 캐패시터 및 전원측 기생 캐패시터를 조절하여 전원저항이 최적의 전원저항이 되도록 하고,
상기 부하측 소스 캐패시터 및 부하측 기생 캐패시터를 조절하여 부하저항이 최적의 부하저항이 되도록 하는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
10. The method of claim 9,
The step of causing the power source resistance and the load resistance to be optimal power source resistance and load resistance,
The power source side source capacitor and the power source side parasitic capacitor are adjusted so that the power source resistance becomes the optimum power source resistance,
Adjusting the load-side source capacitor and the load-side parasitic capacitor so that the load resistance becomes the optimum load resistance
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
상기 입력 매칭 회로 및 출력 매칭 회로가 air-core transformer 매칭 회로인 경우,
상기 입력 매칭 회로는 전원(Vs)에 각각 직렬로 연결되는 소스 기생 저항(RPS), 소스 코일(LS), 소스 캐패시터(CS)와, 1차 코일(L1)에 직렬로 연결되는 전원측 공진 캐패시터(C1)로 이루어지고,
상기 출력 매칭 회로는 부하 저항(ZL)에 각각 직렬로 연결되는 부하 기생 저항(RpL), 부하 코일(LL), 부하 캐패시터(CL)와, 2차 코일(L2)에 직렬로 연결되는 부하측 공진 캐패시터(C2)로 이루어지는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
6. The method of claim 5,
If the input matching circuit and the output matching circuit are air-core transformer matching circuits,
The input matching circuit is connected in series to the power supply (V s) source parasitic resistance (R PS) are connected respectively in series to the source coil (L S), a source capacitor (C S), and a primary coil (L 1) Side resonance capacitor C 1 ,
The output matching circuit includes a load parasitic resistor R pL , a load coil L L and a load capacitor C L connected in series to the load resistance Z L and a load capacitor C L in series with the secondary coil L 2 . And a load-side resonance capacitor (C 2 ) connected thereto
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
상기 전원저항 및 부하저항이 최적의 전원저항 및 부하저항이 되도록 하는 단계는,
Ms를 조절하여 전원저항이 최적의 전원저항이 되도록 하고, ML을 조절하여 부하저항(ZL)이 최적의 부하저항이 되도록 하는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법. (여기서, MS는 소스 코일(LS)과 1차 코일(L1) 사이의 상호 인덕턴스를 의미하고, ML는 부하 코일(LL)과 2차 코일(L2) 사이의 상호 인덕턴스를 의미한다.)
12. The method of claim 11,
The step of causing the power source resistance and the load resistance to be optimal power source resistance and load resistance,
Adjust the M s so that the power resistance is the optimal power resistance and adjust the M L so that the load resistance (Z L ) is the optimal load resistance
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system. (Where M S denotes the mutual inductance between the source coil L S and the primary coil L 1 and M L denotes the mutual inductance between the load coil L L and the secondary coil L 2 it means.)
상기 Ms의 조절은 상기 소스 코일(LS)과 1차 코일(L1) 사이의 거리나 정렬 상태를 변경하거나, 상기 소스 코일(LS)과 1차 코일(L1) 사이의 매질의 유전율이나 투자율을 변경하는 것에 의해 달성되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
13. The method of claim 12,
Adjustment of the Ms is the dielectric constant of the medium between the source coil (L S) and the primary coil (L 1) to change the distance and the alignment, or between the source coil (L S) and the primary coil (L 1) Or by changing the investment rate
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
상기 ML의 조절은 상기 부하 코일(LL)과 2차 코일(L2) 사이의 거리나 정렬 상태를 변경하거나, 상기 부하 코일(LL)과 2차 코일(L2) 사이의 유전율이나 투자율을 변경하는 것에 의해 달성되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
13. The method of claim 12,
The adjustment of M L may be performed by changing the distance or the alignment state between the load coil L L and the secondary coil L 2 or by changing the dielectric constant between the load coil L L and the secondary coil L 2 What is achieved by changing the permeability
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
무선전력전송이 수행되면, 전송 효율의 증대가 필요한지를 판단하는 단계;
전송 효율의 증대가 필요한 경우, 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합계수를 추정하는 단계;
추정된 송신측 부하 품질계수, 수신측 부하 품질계수 및 결합 계수를 바탕으로, 결합계수가 임계결합계수가 되도록 하는 목표 전원저항 또는 목표 부하저항을 계산하는 단계; 및
전원저항이 상기 목표 전원저항이 되도록 혹은 부하저항이 상기 목표 부하저항이 되도록 조절하여, 상기 결합계수가 상기 임계결합계수가 되도록 하는 단계를
포함하는 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
A high efficiency power transmission method of a wireless power transmission system,
If wireless power transmission is performed, determining whether an increase in transmission efficiency is required;
Estimating a transmission side load quality coefficient, a reception side load quality coefficient, and a coupling coefficient when an increase in transmission efficiency is required;
Calculating a target power resistance or a target load resistance such that a coupling coefficient is a critical coupling coefficient based on the estimated transmission side load quality coefficient, the reception side load quality coefficient, and the coupling coefficient; And
Adjusting the power source resistance to be the target power source resistance or the load resistance to be the target load resistance so that the coupling coefficient is the critical coupling coefficient
Wherein the method comprises the steps of:
상기 전원저항의 변경은 상기 전원저항에 저항을 병렬로 연결함으로써 이루어지거나, 상기 무선전력 전송시스템이 매칭 회로로 표현되는 경우에 있어서의 입력 매칭 회로로 바라본 저항을 변화시킴으로 이루어지는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
16. The method of claim 15,
The change of the power source resistance may be achieved by connecting a resistance to the power source resistance in parallel or by changing the resistance of the input matching circuit when the wireless power transmission system is represented by a matching circuit
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
상기 결합계수가 상기 임계결합계수가 되도록 하는 것은 상기 전원저항이 변화된 경우 상기 부하저항이 상기 목표 부하저항이 되도록 조절하는 것을 포함하는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
16. The method of claim 15,
The coupling coefficient being the critical coupling coefficient includes adjusting the load resistance to be the target load resistance when the power source resistance is changed
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
상기 결합계수가 상기 임계결합계수가 되도록 하는 것은 상기 부하저항이 변화된 경우 상기 전원저항이 상기 목표 전원저항이 되도록 조절하는 것을 포함하는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
16. The method of claim 15,
And adjusting the coupling coefficient to be the critical coupling coefficient so that the power source resistance becomes the target power source resistance when the load resistance is changed
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
상기 송신측 부하 품질계수는 식 Q1=L1/R1로부터 추정되고, 상기 수신측 부하 품질계수는 식 Q2=L2/R2로부터 추정되며, 상기 결합계수는 식 로부터 추정되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
여기서, 상기 Q1는 송신측 부하 품질계수, Q2는 수신측 부하 품질계수, k는 결합계수, L1은 1차 코일, L2는 2차 코일, R1는 송신측 총 저항, R2는 수신측 총 저항, M은 L과 L의 상호 인덕턴스이다(단, R1는 R1P + RS, R2는 R2P + RL이며, R1P는 1차 코일의 기생저항, RS는 전원저항, R2P는 2차 코일의 기생저항, RL는 부하저항).
16. The method of claim 15,
The transmission side load quality factor is estimated from the equation Q 1 = L 1 / R 1 , and the reception side load quality factor is estimated from the equation Q 2 = L 2 / R 2 , Estimated from
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
Here, Q 1 is a transmission side load quality coefficient, Q 2 is a reception side load quality coefficient, k is a coupling coefficient, L 1 is a primary coil, L 2 is a secondary coil, R 1 is a transmission side total resistance, R 2 And M is the mutual inductance of L and L (where R 1 is R 1P + R S , R 2 is R 2P + R L , where R 1P is the parasitic resistance of the primary coil, R S is the power supply resistance, R 2P is the parasitic resistance of the secondary coil, and R L is the load resistance.
상기 임계결합계수(kcritical)는 에 의해 계산되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
여기서, 상기 Q1는 송신측 부하 품질계수, Q2는 수신측 부하 품질계수, k는 결합계수, 1차 코일, L2는 2차 코일, R1P는 1차 코일의 기생저항, RS는 전원저항, R2P는 2차 코일의 기생저항, RL는 부하저항, ω는 자유공진주파수이다.
16. The method of claim 15,
The critical coupling coefficient (k critical ) Calculated by
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
Here, the Q 1 is a transmitting-side load quality factor, Q 2 is a receiving-side load quality coefficient, k is the coupling coefficient, the primary coil, L 2 is a secondary coil, R 1P has the primary parasitic resistance, R S is R 2P is the parasitic resistance of the secondary coil, R L is the load resistance, and ω is the free resonance frequency.
상기 목표 전원저항은 혹은 에 의해 계산되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
여기서, Zs ,opt는 최적의 전원저항, Zs ,critical는 임계전원저항, R1p는 1차 코일의 기생저항, k는 결합계수, Q1u는 송신측 무부하 품질계수, Q2는 수신측 부하 품질계수이다(단, Q1u는 ωoL1/R1p, Q2는 ωoL2/R2=ωoL2/(R2p+RL), L1은 1차 코일, L2는 2차 코일, R2는 수신측 총 저항, RL은 부하저항).
16. The method of claim 15,
The target power- or Calculated by
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
Q 1u is the transmit side no-load quality factor, and Q 2 is the transmit power of the receiving side , where Z s , opt is the optimal power resistance, Z s , critical is the critical power resistance, R 1p is the parasitic resistance of the primary coil, a load quality coefficient (where, Q 1u is ω o L 1 / R 1p, Q 2 is ω o L 2 / R 2 = ω o L 2 / (R 2p + R L), L 1 is the primary winding, L 2 is the secondary coil, R 2 is the receiving total resistance, R L is the load resistance).
상기 목표 부하저항은 혹은 에 의해 계산되는 것
인 무선전력 전송시스템의 고효율 전력 전송방법.
여기서, ZL ,opt는 최적의 부하저항, ZL ,critical는 임계부하저항, R2p는 2차 코일의 기생저항, k는 결합계수, Q1는 송신측 부하 품질계수, Q2u는 수신측 무부하 품질계수이다(단, Q1는 ωoL1/R1=ωoL1/(R1p+Rs), Q2u는 ωoL2/R2p , L1은 1차 코일, R1은 송신측 총 저항, RS는 전원저항).
16. The method of claim 15,
The target load resistance or Calculated by
A method of high efficiency power transmission in a wireless power transmission system.
Where, Z L, opt is the optimal load resistance, Z L, critical is the critical load resistance, R 2p is a secondary winding parasitic resistance, k is the coupling coefficient, Q 1 is a transmitting-side load quality factor, Q 2u is the receiving end a no-load quality factor (where, Q 1 is ω o L 1 / R 1 = ω o L 1 / (R 1p + R s), Q 2u is ω o L 2 / R 2p, L 1 is the primary, R 1 is the transmitting total resistance, R S is the power resistance).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150158117A KR20170055595A (en) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | Method for transmitting high power of wireless power transmission system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150158117A KR20170055595A (en) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | Method for transmitting high power of wireless power transmission system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20170055595A true KR20170055595A (en) | 2017-05-22 |
Family
ID=59049933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150158117A Withdrawn KR20170055595A (en) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | Method for transmitting high power of wireless power transmission system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20170055595A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190060517A (en) * | 2017-11-24 | 2019-06-03 | 경희대학교 산학협력단 | Method and apparatus for dividing wireless power |
KR20230000678A (en) * | 2021-06-25 | 2023-01-03 | 주식회사 뉴로엑스 | A Sub-THz Wireless Power Transfer for Non-Contact Wafer-Level Testing |
KR20230008963A (en) * | 2021-07-08 | 2023-01-17 | 경희대학교 산학협력단 | Wireless power transmission apparatus for adjusting coupling coefficient based on parity-time symmetry |
WO2023287139A1 (en) * | 2021-07-13 | 2023-01-19 | 엘지전자 주식회사 | Method and apparatus for switching to low-coupling power profile in wireless power transmission system |
CN115864675A (en) * | 2022-12-27 | 2023-03-28 | 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 | Wireless power transmission system optimization method based on space-scale time symmetry principle |
KR20230049906A (en) * | 2021-10-07 | 2023-04-14 | 경희대학교 산학협력단 | Wireless power transmission apparatus and method including multi coil resonator |
WO2023132406A1 (en) * | 2022-01-04 | 2023-07-13 | 한국과학기술원 | Method and apparatus for estimating, in real time, mutual inductance between transmission and reception in order to determine optimum operating state of multi-receiving wireless power transmission |
WO2024029712A1 (en) * | 2022-08-03 | 2024-02-08 | 주식회사 반프 | Wireless power transmission system for optimal power transmission, and method for controlling optimal resonance frequency of same system |
CN117977833A (en) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 中国第一汽车股份有限公司 | Wireless power transmission system control method and device and computer equipment |
-
2015
- 2015-11-11 KR KR1020150158117A patent/KR20170055595A/en not_active Withdrawn
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190060517A (en) * | 2017-11-24 | 2019-06-03 | 경희대학교 산학협력단 | Method and apparatus for dividing wireless power |
KR20230000678A (en) * | 2021-06-25 | 2023-01-03 | 주식회사 뉴로엑스 | A Sub-THz Wireless Power Transfer for Non-Contact Wafer-Level Testing |
KR20230008963A (en) * | 2021-07-08 | 2023-01-17 | 경희대학교 산학협력단 | Wireless power transmission apparatus for adjusting coupling coefficient based on parity-time symmetry |
WO2023287139A1 (en) * | 2021-07-13 | 2023-01-19 | 엘지전자 주식회사 | Method and apparatus for switching to low-coupling power profile in wireless power transmission system |
KR20230049906A (en) * | 2021-10-07 | 2023-04-14 | 경희대학교 산학협력단 | Wireless power transmission apparatus and method including multi coil resonator |
WO2023132406A1 (en) * | 2022-01-04 | 2023-07-13 | 한국과학기술원 | Method and apparatus for estimating, in real time, mutual inductance between transmission and reception in order to determine optimum operating state of multi-receiving wireless power transmission |
US12301015B2 (en) | 2022-01-04 | 2025-05-13 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Real-time approximation method and apparatus of mutual inductance between transmitters and receivers for determining optimal operating condition in multiple-receiver wireless power transfer systems |
WO2024029712A1 (en) * | 2022-08-03 | 2024-02-08 | 주식회사 반프 | Wireless power transmission system for optimal power transmission, and method for controlling optimal resonance frequency of same system |
CN115864675A (en) * | 2022-12-27 | 2023-03-28 | 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 | Wireless power transmission system optimization method based on space-scale time symmetry principle |
CN117977833A (en) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 中国第一汽车股份有限公司 | Wireless power transmission system control method and device and computer equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20170055595A (en) | Method for transmitting high power of wireless power transmission system | |
KR101831993B1 (en) | Apparatus and method for controlling amount of charging current for wireless power receiver | |
US10978246B2 (en) | Wireless power transmitter and method of controlling power thereof | |
US9748800B2 (en) | Wireless power transmission system, and method of controlling power in wireless power transmission system based on detection parameter | |
EP2525461B1 (en) | Wireless power receiver and method for controlling the same | |
US9350193B2 (en) | Method and apparatus for detecting load fluctuation of wireless power transmission | |
US10923958B2 (en) | Power transmitter, resonance-type contactless power supply and control method thereof | |
US9680336B2 (en) | Wireless power repeater and method thereof | |
US20130249306A1 (en) | Wireless power transmission system and method for increasing coupling efficiency by adjusting resonant frequency | |
US20140077613A1 (en) | Apparatus and method for controlling resonator of wireless power transmission system | |
KR20150000028A (en) | Wireless power transfer system with ability to detect charging circumstances | |
US20180366987A1 (en) | Power transmitter, resonance-type contactless power supply and control method therefor | |
KR20140085727A (en) | Method and apparatus for resonating in wireless power transfer system | |
WO2012092183A2 (en) | System for wireless power transmission | |
KR20150017807A (en) | Wireless power transfer method and device to trasmit power stably to plural wireless power receiving devices | |
US9912194B2 (en) | Wireless power apparatus and operation method thereof | |
US10637272B2 (en) | Wireless charging systems and methods with adaptive efficiency optimization | |
KR102207998B1 (en) | Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission system | |
KR20210034282A (en) | Efficient wireless power charging apparatus and method thereof | |
KR101996966B1 (en) | Wireless Power Transfer System and Operating method thereof | |
KR101681376B1 (en) | Power supplying apparatus | |
KR20140036953A (en) | Method and apparatus for wireless power reception and method and apparatus for wireless power transmission and wireless power transmission system | |
US12230977B2 (en) | Contactless power feed apparatus and power transmission method | |
KR102396721B1 (en) | Hybrid type wireles power receiving device, method of controlling wireless power signal in hybrid type wireles power receiving device, and magnetic resonance type wireless power receiving device related to the same | |
EP4583363A1 (en) | Wireless power receiving device and operation method therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20151111 |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
PC1203 | Withdrawal of no request for examination |